專利名稱:一種沖水控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實(shí)用新型涉及超聲波測(cè)量控制技術(shù),更具體地,本實(shí)用新型涉及一種基于超聲
波的沖水控制器。
背景技術(shù):
當(dāng)前洗手間中的小便池、座便器的自動(dòng)沖水控制設(shè)備都采用紅外傳感器來(lái)進(jìn)行人 體的感應(yīng)識(shí)別,并使用電磁閥作為出水控制器件。當(dāng)站立于小便池前一定距離或者蹲坐于 座便器上時(shí),觸發(fā)紅外傳感器,控制紅外傳感器發(fā)出紅外信號(hào)并反射到控制設(shè)備,當(dāng)感應(yīng)對(duì) 象離開后,紅外傳感器停止發(fā)出紅外信號(hào),恢復(fù)到檢測(cè)狀態(tài)??刂圃O(shè)備發(fā)出脈沖信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng) 電磁閥控制出水并維持一段時(shí)間。 紅外傳感器對(duì)不同材質(zhì)、不同顏色的材料的發(fā)射效果存在顯著差異,對(duì)于光潔表 面或者淺色的物體可以實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)距離的識(shí)別,而對(duì)于粗糙表面和深色的物體只能進(jìn)行近距 離的識(shí)別,因?yàn)闊o(wú)法進(jìn)行復(fù)雜環(huán)境中對(duì)不同穿著的人的準(zhǔn)確有效的識(shí)別,在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng) 常出現(xiàn)漏沖水動(dòng)作或者由于人經(jīng)過(guò)的誤沖水動(dòng)作。 另外,由于紅外傳感器的沖水控制設(shè)備都是對(duì)連續(xù)的紅外信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù),一旦在 使用過(guò)程中人體晃動(dòng)而離開有效距離,紅外信號(hào)瞬間消失,則也會(huì)造成誤判斷而無(wú)端沖水。 而且,常用的日光燈也可能對(duì)紅外傳感器產(chǎn)生干擾,誤以為是從人體返回的紅外檢測(cè)信號(hào), 而影響紅外傳感器的正常工作,產(chǎn)生誤沖水動(dòng)作。
實(shí)用新型內(nèi)容為克服現(xiàn)有基于紅外傳感器的沖水控制設(shè)備的識(shí)別效果差、控制不精確的缺陷, 本實(shí)用新型提出一種基于超聲波的沖水控制器。 根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面,提出了一種沖水控制器,其特征在于,包括中心控 制器、超聲波發(fā)生器、超聲波接收器、選頻濾波器和閥門驅(qū)動(dòng)器; 其中,所述中心控制器用于發(fā)送控制信號(hào)來(lái)控制超聲波發(fā)生器的啟動(dòng)和工作頻 率,并響應(yīng)從所述選頻濾波器接收的表示人體距離信息的信號(hào),控制閥門驅(qū)動(dòng)器的開啟和 關(guān)閉; 所述超聲波發(fā)生器與中心控制器連接,用于根據(jù)接收來(lái)自所述中心控制器的控制 信號(hào),發(fā)出特定頻率的超聲波; 所述超聲波接收器用于接收從人體返回的超聲波信號(hào),產(chǎn)生表示所述超聲波信號(hào) 的電脈沖信號(hào); 所述選頻濾波器和所述超聲波接收器相連,用于接收來(lái)自所述超聲波接收器的所 述電脈沖信號(hào),提取對(duì)應(yīng)于特定頻率范圍的超聲波信號(hào)的電信號(hào); 所述閥門驅(qū)動(dòng)器和所示中心控制器相連,用于根據(jù)所接收的來(lái)自所述中心控制器 的控制信號(hào),打開或者關(guān)閉沖水閥門。 所述中心控制器發(fā)送控制信號(hào)中心控制其間歇性工作,所述中心控制器控制所述超聲波發(fā)生器間歇性進(jìn)行人體檢測(cè)。 所述間歇性工作或者間歇性檢測(cè)的間隔時(shí)間是1秒、2秒或者大于2秒。 所述超聲波發(fā)生器根據(jù)所述中心控制器設(shè)定的工作頻率間歇性發(fā)出40KHz的超
聲波,其中,間隔時(shí)間基于設(shè)備的使用頻率和自然環(huán)境的清潔度設(shè)定。 所述中心控制器設(shè)定工作距離,在此工作距離范圍內(nèi)進(jìn)行有效判斷。 所述中心控制器根據(jù)返回的超聲波脈沖對(duì)應(yīng)的距離和所述工作距離,確定人體的
距離變化,判斷出人體走近還是離開;所述中心控制器選擇人體離開過(guò)程中控制沖水或者
人體完全離開所述工作距離范圍內(nèi)控制沖水。 所述中心控制器接收到濾波后的電脈沖信號(hào)后根據(jù)從發(fā)出所述控制信號(hào)到接收 到回波的時(shí)間來(lái)計(jì)算出人體的距離;所述中心控制器布置有定時(shí)器,控制間歇性發(fā)射超聲 波來(lái)進(jìn)行人體的探測(cè)。 所述選頻濾波器用于提取對(duì)應(yīng)于38-42KHz的超聲波信號(hào),產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的電脈沖信 號(hào);所述選頻濾波器還用于對(duì)所述電脈沖信號(hào)中的干擾雜波進(jìn)行濾除。 所述中心控制器確定人體進(jìn)入所述工作距離范圍內(nèi)后,控制所述閥門驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行 沖水;所述中心控制器確定人體離開工作距離范圍后,控制所述閥門驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行沖水,每次 沖水持續(xù)時(shí)間根據(jù)需要進(jìn)行變化。 所述沖水控制器使用6V電壓供電。 本實(shí)用新型的基于超聲波的沖水控制器能夠以相對(duì)于紅外傳感器的沖水控制設(shè) 備的很低的功耗進(jìn)行精確的人體距離測(cè)量,根據(jù)測(cè)量的結(jié)果來(lái)判斷人體的狀態(tài),進(jìn)行相應(yīng) 的沖水動(dòng)作,比同類產(chǎn)品相比,所使用的元器件更少,操作性能更可靠,功耗更低,并且大大 減少了誤沖水動(dòng)作和漏沖水動(dòng)作的發(fā)生概率;另外使用間歇工作方式,進(jìn)一步降低了功耗。
圖1是根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的沖水控制器的框圖; 圖2是根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的沖水控制器的電路原理圖; 圖3是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的沖水控制器操作基本流程圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型提供的一種基于超聲波的沖水控制器 進(jìn)行詳細(xì)描述。
圖1示出根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的基于超聲波的沖水控制器。如圖1所示,該 沖水控制器包括中心控制器、超聲波發(fā)生器、超聲波接收器、選頻濾波器和閥門驅(qū)動(dòng)器。 中心控制器用于發(fā)送控制信號(hào)來(lái)控制超聲波發(fā)生器的啟動(dòng)和工作頻率;響應(yīng)從選 頻濾波器接收的表示人體距離信息的電脈沖信號(hào),根據(jù)使用人的停留時(shí)間判別使用狀態(tài), 控制閥門驅(qū)動(dòng)器的開啟并持續(xù)工作一段時(shí)間后關(guān)閉。 超聲波發(fā)生器與中心控制器連接,用于接收中心控制器發(fā)送的控制信號(hào),根據(jù)中 心控制器設(shè)定的工作頻率發(fā)出特定頻率的超聲波。其中,可以連續(xù)性或者間歇性發(fā)射超聲 波,間歇性發(fā)射超聲波的間歇時(shí)間可以基于設(shè)備的使用頻率和自然環(huán)境的清潔度來(lái)設(shè)定; 在本實(shí)施例中,超聲波頻率設(shè)定為40KHz,可以理解,超聲波頻率也可以選擇其它范圍內(nèi)的值。 超聲波接收器用于接收從人體返回的超聲波信號(hào),形成表示超聲波信號(hào)的電脈沖 信號(hào)。 選頻濾波器和超聲波接收器相連,用于接收來(lái)自超聲波接收器的表示超聲波信 號(hào)的電脈沖信號(hào),提取對(duì)應(yīng)于特定頻率范圍的超聲波信號(hào)的電脈沖信號(hào)。在這里,對(duì)應(yīng)于 40KHz的超聲波信號(hào),提取對(duì)應(yīng)于38-42KHz的超聲波信號(hào)的電脈沖信號(hào)。另外,由于信號(hào)傳 輸過(guò)程中和器件本身產(chǎn)生的信號(hào)干擾,則選頻濾波器還有對(duì)電脈沖信號(hào)中的干擾雜波進(jìn)行 濾除。當(dāng)然,在對(duì)于信號(hào)質(zhì)量要求不是很嚴(yán)格的環(huán)境中,為降低成本考慮,選頻濾波器可以 不包括濾波作用的部分。 閥門驅(qū)動(dòng)器和中心控制器相連,用于接收中心控制器發(fā)送的控制信號(hào),根據(jù)該控 制信號(hào),打開進(jìn)行持續(xù)一段時(shí)間的沖水或者關(guān)閉閥門來(lái)停止沖水。 對(duì)使用人體的超聲波檢測(cè)并不一定實(shí)時(shí)進(jìn)行,經(jīng)過(guò)測(cè)試,對(duì)人體的檢測(cè)每隔1秒 進(jìn)行1次即可。當(dāng)然,根據(jù)不同的使用頻率,檢測(cè)時(shí)間可以增加或者降低。進(jìn)行檢測(cè)時(shí),中 心控制器工作時(shí)間設(shè)定為IO毫秒,工作電流為10mA。不進(jìn)行檢測(cè)時(shí),中心控制器發(fā)送指令 使得整個(gè)控制器進(jìn)入待機(jī)狀態(tài),此時(shí)工作電流為0. OlmA。 這樣,以1秒的功耗來(lái)計(jì)算,全時(shí)工作的功耗為1秒*10mA = 10mA*秒;間歇工 作的功耗為0. 01秒*10mA+0. 99秒*0. OlmA = 0. 1099mA*秒,全時(shí)工作和間歇工作之比 10/0. 1099 = 90. 99,即本實(shí)用新型的具有間歇方式的功耗為全時(shí)工作方式的1.099%。 中心控制器設(shè)定工作距離,在此工作距離范圍內(nèi),超聲波感應(yīng)人體的存在,做出有 效判斷,在此工作范圍之外,認(rèn)為不會(huì)使用到該沖水控制器。中心控制器根據(jù)超聲波脈沖返 回的距離和工作距離范圍,確定人體的距離變化,判斷出人體走近還是離開。例如,當(dāng)走近 時(shí),距離值會(huì)由大變?。划?dāng)離開時(shí),距離值會(huì)由小變大。中心控制器可以靈活地選擇沖水時(shí) 間點(diǎn)來(lái)節(jié)約水的消耗,例如選擇離開過(guò)程中沖水或者完全離開工作距離范圍內(nèi)沖水。 圖2示出根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的基于超聲波的沖水控制器的電路原理圖。如圖 2所示,電路圖布置可以分為上中下三部分,最上面的部分為超聲波發(fā)生器和接收器電路, 中間是放大和選頻電路(對(duì)應(yīng)于圖1中的選頻濾波器),下面是中心控制器U1(對(duì)應(yīng)于圖1 的中心控制器)、閥門控制電路(對(duì)應(yīng)于圖1的閥門驅(qū)動(dòng)器)和狀態(tài)指示電路。 圖3示出根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的沖水控制器操作基本流程圖。中心控制器Ul 發(fā)出脈沖信號(hào)OUT,推動(dòng)超聲波發(fā)生器電路來(lái)發(fā)出超聲波。超聲波遇到人體后返回,超聲波 接收器電路接收返回的超聲波信號(hào),產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的點(diǎn)脈沖信號(hào)SIGN。電脈沖信號(hào)SIGN傳輸?shù)?由運(yùn)算放大器AR2-AR4以及外圍電路組成的放大和選頻電路,進(jìn)行對(duì)應(yīng)頻率的選擇,在此 實(shí)施例中可以是40KHz。中心控制器U1通過(guò)信號(hào)OUT發(fā)出和SIGN接收的時(shí)間,計(jì)算人體的 距離。當(dāng)確定人體進(jìn)入工作范圍之后,推動(dòng)閥門控制電路開啟進(jìn)行沖水。接收到信號(hào)判斷 出人體離開工作范圍后,進(jìn)行沖水,持續(xù)一段時(shí)間之后,推動(dòng)閥門控制電路停止沖水。 如圖2和圖3所示,高頻升壓變壓器T2、推動(dòng)三極管Q14、 Q13和超聲波發(fā)生器Tl 組成超聲波發(fā)生器電路和超聲波接收器電路。每間隔1秒鐘,中心控制器U1的"PB4"腳輸 出十六組脈沖信號(hào),以O(shè)UT標(biāo)示,此信號(hào)頻率為40kHz ,發(fā)送到Q14的源極前端,經(jīng)Q14放大 后,推動(dòng)T2的源邊,進(jìn)而在T2的次邊輸出十六組高頻高壓信號(hào);在此高頻高壓信號(hào)的作用 下T1產(chǎn)生振動(dòng),發(fā)出超聲波。
5[0038] 超聲波信號(hào)遇到人體后返回到Tl,在Tl中振動(dòng),產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于超聲波信號(hào)的電脈沖 信號(hào)SIGN。此電脈沖信號(hào)SIGN為組數(shù)不等的脈沖信號(hào),因?yàn)榉瓷鋸?qiáng)度不同,所以組數(shù)不等。 此電脈沖信號(hào)SIGN經(jīng)C20耦合,送給三極管Q12進(jìn)行30倍的放大,然后經(jīng)C21送到運(yùn)算放 大器AR1繼續(xù)放大。 被放大后的電脈沖信號(hào)經(jīng)電阻器R37送到運(yùn)算放大器AR2至AR4進(jìn)行選頻,如圖 所示,運(yùn)算放大器AR2至AR4之間包括濾波電容C5、C6、C7用于濾除不期望的頻率范圍的信 號(hào)。在本實(shí)施例中,由于設(shè)定信號(hào)頻率為40kHz,所以選取38KHz至42KHz的頻率段來(lái)提取 反射回來(lái)的電脈沖信號(hào)。選頻后的電脈沖信號(hào)通過(guò)C5送到運(yùn)算放大器AR3進(jìn)行過(guò)濾,濾除 干擾雜波后的電脈沖信號(hào)經(jīng)R5和Ql進(jìn)入中心控制器Ul的"PB5"腳,以REC標(biāo)示。 中心控制器U1接收到濾波后的電脈沖信號(hào)后,根據(jù)從發(fā)出信號(hào)0UT到接收到回波 REC的時(shí)間來(lái)計(jì)算出人體的距離。其中距離=(時(shí)間*聲音的速度)/2。中心控制器U1
由所計(jì)算出的距離和工作距離進(jìn)行比較來(lái)判斷人體是否進(jìn)入沖水所需要的范圍。中心控制 器U1還用于實(shí)現(xiàn)間歇工作,中心控制器U1中布置一個(gè)定時(shí)器,其定時(shí)時(shí)間設(shè)定為l秒,當(dāng) 每1秒到時(shí),則發(fā)射超聲波來(lái)進(jìn)行有無(wú)人體的探測(cè)??梢岳斫忾g歇工作方式是為了降低功 耗,以便可以應(yīng)用于電池供電場(chǎng)合。 當(dāng)中心控制器U1根據(jù)收到的對(duì)應(yīng)于超聲波信號(hào)的電脈沖信號(hào)確定人體進(jìn)入工作 范圍內(nèi)后,中心控制器U1的"PAO"腳發(fā)射一個(gè)30毫秒的高電平,以PB標(biāo)示,推動(dòng)由Q2、Q3、 Q5組成的閥門開啟電路,開啟水閥進(jìn)行沖水。1秒后中心控制器U1的"PA2"腳發(fā)射一個(gè)30 毫秒的高電平,以PA標(biāo)示,推動(dòng)由Q4、Q5、Q9組成的閥門關(guān)閉電路,關(guān)閉水閥停止沖水。當(dāng) 然,沖水持續(xù)時(shí)間可以靈活調(diào)整。當(dāng)中心控制器U1根據(jù)收到的電脈沖信號(hào)計(jì)算出人體離開 工作范圍,中心控制器U1 "PA0"腳發(fā)射一個(gè)30毫秒的高電平,推動(dòng)由Q2、Q3、Q5組成的閥 門開啟電路,開啟水閥進(jìn)行沖水。3秒后,中心控制器Ul的"PA2"腳發(fā)射一個(gè)30毫秒的高 電平推動(dòng)由Q4、Q5、Q9組成的閥門關(guān)閉電路,關(guān)閉水閥停止沖水。這是一般的小便池的沖水 方式設(shè)置,使用人進(jìn)入工作范圍進(jìn)行短時(shí)間的沖水,離開后進(jìn)行相對(duì)長(zhǎng)時(shí)間的沖水。當(dāng)然也 可以設(shè)定為只在使用人離開后進(jìn)行沖水,以節(jié)省水資源。 中心控制器Ul通過(guò)引腳PA3和PB3發(fā)出紅、綠指示信號(hào)RLED和GLED給圖中右下 側(cè)的指示電路,用于指示沖水控制器的使用狀態(tài)。 另外,在生活環(huán)境中不存在40KHz的超聲波連續(xù)脈沖信號(hào),僅有可能存在脈寬很 小的尖峰信號(hào),這種信號(hào)在控制器中通過(guò)濾波處理很容易濾除,所以生活環(huán)境中的其它信 號(hào)不會(huì)對(duì)本控制器產(chǎn)生干擾。 另外,由于超聲波對(duì)于各種顏色和材質(zhì)的材料的反射率基本一致,所以不會(huì)因?yàn)?對(duì)于不同材料的不同距離判別而出現(xiàn)誤動(dòng)作。通常,超聲波的發(fā)射和接收所需要的工作電 壓為12V,本控制器由于器件減少和功耗下降,可以使用4節(jié)1. 5V電池供電,即6V的電壓來(lái) 供電。 最后應(yīng)說(shuō)明的是,以上實(shí)施例僅用以描述本實(shí)用新型的技術(shù)方案而不是對(duì)本技術(shù) 方法進(jìn)行限制,本實(shí)用新型在應(yīng)用上可以延伸為其他的修改、變化、應(yīng)用和實(shí)施例,并且因 此認(rèn)為所有這樣的修改、變化、應(yīng)用、實(shí)施例都在本實(shí)用新型的精神和教導(dǎo)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求一種沖水控制器,其特征在于,包括中心控制器、超聲波發(fā)生器、超聲波接收器、選頻濾波器和閥門驅(qū)動(dòng)器;其中,所述中心控制器用于發(fā)送控制信號(hào)來(lái)控制超聲波發(fā)生器的啟動(dòng)和工作頻率,并響應(yīng)從所述選頻濾波器接收的表示人體距離信息的信號(hào),控制閥門驅(qū)動(dòng)器的開啟和關(guān)閉;所述超聲波發(fā)生器與中心控制器連接,用于根據(jù)接收來(lái)自所述中心控制器的控制信號(hào),發(fā)出特定頻率的超聲波;所述超聲波接收器用于接收從人體返回的超聲波信號(hào),產(chǎn)生表示所述超聲波信號(hào)的電脈沖信號(hào);所述選頻濾波器和所述超聲波接收器相連,用于接收來(lái)自所述超聲波接收器的所述電脈沖信號(hào),提取對(duì)應(yīng)于特定頻率范圍的超聲波信號(hào)的電信號(hào);所述閥門驅(qū)動(dòng)器和所示中心控制器相連,用于根據(jù)所接收的來(lái)自所述中心控制器的控制信號(hào),打開或者關(guān)閉沖水閥門。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的沖水控制器,其特征在于,所述中心控制器間歇性工作,所述 中心控制器控制所述超聲波發(fā)生器間歇性進(jìn)行人體檢測(cè)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的沖水控制器,其特征在于,所述間歇性工作或者間歇性檢測(cè) 的間隔時(shí)間是1秒、2秒或者大于2秒。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的沖水控制器,其特征在于,所述超聲波發(fā)生器根據(jù)所述中心 控制器設(shè)定的工作頻率間歇性發(fā)出40KHz的超聲波,其中,間隔時(shí)間基于設(shè)備的使用頻率 和自然環(huán)境的清潔度設(shè)定。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的沖水控制器,其特征在于,所述中心控制器設(shè)定工作距離,在 此工作距離范圍內(nèi)進(jìn)行有效判斷。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的沖水控制器,其特征在于,所述中心控制器根據(jù)返回的超聲 波脈沖對(duì)應(yīng)的距離和所述工作距離,確定人體的距離變化,判斷出人體走近還是離開;所述 中心控制器選擇人體離開過(guò)程中控制沖水或者人體完全離開所述工作距離范圍內(nèi)控制沖 水。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的沖水控制器,其特征在于,所述中心控制器接收到濾波后的 電脈沖信號(hào)后根據(jù)從發(fā)出所述控制信號(hào)到接收到回波的時(shí)間來(lái)計(jì)算出人體的距離;所述中 心控制器布置有定時(shí)器,控制間歇性發(fā)射超聲波來(lái)進(jìn)行人體的探測(cè)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的沖水控制器,其特征在于,所述選頻濾波器用于提取對(duì)應(yīng)于 38-42KHz的超聲波信號(hào),產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的電脈沖信號(hào);所述選頻濾波器還用于對(duì)所述電脈沖信 號(hào)中的干擾雜波進(jìn)行濾除。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的沖水控制器,其特征在于,所述中心控制器確定人體進(jìn)入所 述工作距離范圍內(nèi)后,控制所述閥門驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行沖水;所述中心控制器確定人體離開工作 距離范圍后,控制所述閥門驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行沖水,每次沖水持續(xù)時(shí)間根據(jù)需要進(jìn)行變化。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的沖水控制器,其特征在于,所述沖水控制器使用6V電壓供電。
專利摘要一種沖水控制器,包括中心控制器、超聲波發(fā)生器、超聲波接收器、選頻濾波器和閥門驅(qū)動(dòng)器;中心控制器用于發(fā)送控制信號(hào)來(lái)控制超聲波發(fā)生器的啟動(dòng)和工作頻率,控制閥門驅(qū)動(dòng)器的開啟和關(guān)閉;超聲波發(fā)生器根據(jù)接收來(lái)自所述中心控制器的控制信號(hào),發(fā)出特定頻率的超聲波;超聲波接收器產(chǎn)生表示所述超聲波信號(hào)的電脈沖信號(hào);選頻濾波器提取對(duì)應(yīng)于特定頻率范圍的超聲波信號(hào)的電信號(hào);閥門驅(qū)動(dòng)器打開或者關(guān)閉沖水閥門。本實(shí)用新型的控制器以很低的功耗進(jìn)行精確的人體距離測(cè)量,根據(jù)測(cè)量的結(jié)果來(lái)判斷人體的狀態(tài),進(jìn)行相應(yīng)的沖水動(dòng)作,比同類產(chǎn)品相比,所使用的元器件更少,操作性能更可靠,功耗更低,并且大大減少了誤沖水動(dòng)作和漏沖水動(dòng)作的發(fā)生概率。
文檔編號(hào)G05B19/04GK201512846SQ20092017128
公開日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2009年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月13日
發(fā)明者李琨 申請(qǐng)人:佛山市智邦電子科技有限公司