CN101368401A - 隐藏式感应装置以及安装隐藏式感应装置的小便器 - Google Patents

隐藏式感应装置以及安装隐藏式感应装置的小便器 Download PDF

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Abstract

一种隐藏式感应装置，安装在便器上，包括检测尿液的电导传感器以及对信号进行处理的控制单元(MCU)。其中电导传感器具有伸入到便器内可与尿液接触的电极。该隐藏式感应装置还包括受控制单元控制用以检测人体运动的微波传感器。电导传感器检测到有尿液后，控制单元开启微波传感器检测人体的存在或离开。这样设置，在实现隐藏效果的同时，使得感应效果更加可靠、舒适。

Description

隐藏式感应装置以及安装隐藏式感应装置的小便器
【技术领域】
本发明涉及一种用来清洗便器的隐藏式感应装置及安装隐藏式感应装置的小便器。
【背景技术】
现有技术中，为了使如厕后的洗净便器本体的工作自动化，传统的技术是在便器上设置红外传感器等的人体检测用传感器。然而，该传统红外传感器需要外露的感应窗口，不仅影响美观与维修，而且更存在如下缺陷：
一方面，该传统的红外感应器大部分采用主动式红外感应方式，即红外发射器发射一定波长的红外线，经人体反射后，通过红外接收器接收后，判断该反射信号强度，来实现自动感应判断。然而，一些对红外线反射率低的物质(如黑色衣服、头发等)，就很难实现自动感应判断.红外发射器的红外光经过该些物质反射后，只有极少数的红外光线被红外接收器接收。由于反射信号的强度不够，而导致感应器无法判断是否有目标物存在，因而导致感应失灵。
另一方面，当该传统的红外感应器检测到使用者超过一定时间后，又再次检测到使用者离开的话，就会流出一定量的洗净水，来清洗便器。然而，这种根据检测人体的有无来自动进行洗净的系统，无论使用者是否有如厕或者也不管小便量的多少，都会冲出一定量的水，因此会造成很大的浪费.
随后，现有技术中出现了通过电导传感器检测出小便器的存水弯内水的电导率的变化。由于尿液与自来水之间的电导率不同。当有尿液时，电导传感器的电极与尿液接触，检测到的电导率会发生变化，因此来判断有尿液进入，从而控制小便器冲水.
进一步的，现有技术还出现了在小便器存水弯内设置三个电极，并且通过检测电极之间的尿液浓度分布差异，来决定冲水时机的方法.当电极之间的电压平衡(具体来讲，由一开始无尿状态的平衡，到有尿液后的不平衡，再到尿液分布均匀后的平衡)时，该电导传感器识别为使用者已经停止小便，进而控制冲水。该电导传感器解决了传统红外传感器需要感应窗口的不足，也克服了传统红外传感器对反射率的物质感应失灵的缺陷.
然而，当使用者因前列腺炎或其他特殊情况，长时间站在小便器前，安装该电导传感器的小便器会在使用者还没离开的情况下，就进行冲水.一方面，这样的情况会引起使用者的不适，另一方面也会误认为该小便器感应失灵。更进一步，该电导传感器的冲水时间需要手工设定，无法根据尿液量来决定冲水量。
为了克服电导传感器的不足，现有技术中又出现了一种利用微波感应的小便器。其主要原理为微波感应信号经过傅立叶运算得到人体和尿液的感应信号的频谱，从而判断尿液的长短以及人体的存在或离开。进一步的，通过计算，控制冲水时机与冲水量。
然而，该微波感应小便器利用傅立叶运算需要占用较大的能耗，一般的五号或七号电池无法满足其能耗的需求，必须采用交流电才能应用.因此，该微波感应小便器一方面不适应卫浴领域内倡导节能的环保理念，另一方面安装该微波感应小便器需要通过安装交流电才能使用，因此无法被广泛推广。
如何开发出一种更为节能、实用的便器感应装置及安装有该感应装置的便器，成为了业界所普遍关注的重点。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题在于提供一种可靠、低能耗的隐藏式感应装置以及安装隐藏式感应装置的小便器。
本发明所要解决的技术问题，可以通过以下技术方案实现：一种隐藏式感应装置，安装在便器上，包括检测尿液的电导传感器以及对信号进行处理的控制单元(MCU)。其中电导传感器具有伸入到便器内可与尿液接触的电极。该隐藏式感应装置还包括受控制单元控制用以检测人体运动的微波传感器。电导传感器检测到有尿液后，控制单元开启微波传感器检测人体的存在或离开。
进一步地，所述电极为双电极，电导传感器检测电导率，根据电导率判断是否有尿液。
进一步地，设定预设值，当电导率高于该预设值时，判断为有尿液。
进一步地，根据电导率计算出尿液浓度，折算成冲水量。这样设置，使得该隐藏式感应装置更加智能，且利于节水。
进一步地，尿液浓度与电导率的关系如下A＝aL2+bL，其中A为尿液浓度，L为电导率，a、b为系数。
进一步地，电导传感器检测到尿液电导率平衡后，通知控制单元打开微波处理器感应人体.这样设置，使得感应效果更加可靠、舒适，防止误动作等情况的发生。
进一步地，设有一定值，连续N(N大于等于2)点采样到的尿液电导率变化值小于该定值，则判定为平衡。
进一步地，电导传感器在无尿状态下的检测频率比在有尿状态下的检测频率低。这样设置，可避免不必要的电力浪费，利于节电。
进一步地，电导传感器具有自学习功能。
进一步地，微波传感器具有可调整感应距离与感应范围的放大增益调整电路。
本发明所要解决的技术问题，还可以通过以下技术方案实现：一种具有隐藏式感应装置的小便器，包括隐藏式感应装置、提供电源的电池以及控制出水的电磁阀。其中所述隐藏式感应装置包括用以信号处理的控制单元(MCU)、受控制单元控制检测人体存在或离开的微波传感器以及检测尿液的电导传感器。所述电导传感器的电极安装于小便器虹吸弯管的液面以下，而微波传感器安装于小便器陶瓷件的后部。电导传感器检测到有尿液后，微波传感器被控制单元打开并在检测到人体离开后，通知控制单元打开电磁阀进行冲水。
进一步地，所述电极为双电极检测电导率，根据电导率判断是否有尿液。
进一步地，设定电导率预设值，当电导率高于该预设值时，判断为有尿液。
进一步地，其特征在于：根据电导率计算出尿液浓度，折算成冲水量。这样设置，使得该隐藏式感应装置更加智能，且利于节水.
进一步地，尿液浓度与电导率的关系如下A＝aL2+bL，其中A为尿液浓度，L为电导率，a、b为系数。
进一步地，电导传感器检测到尿液电导率平衡后，通知控制单元打开微波处理器感应人体。这样设置，使得感应效果更加可靠、舒适，防止误动作等情况的发生。
进一步地，设有一定值，连续N(N大于等于2)点采样到的尿液电导率变化值小于该定值，则判定为平衡。
进一步地，电导传感器在无尿状态下的检测频率比在有尿状态下的检测频率低。这样设置，可避免不必要的电力浪费，利于节电。
进一步地，两电极位于同一水平高度。
进一步地，电导传感器具有自学习功能。
进一步地，微波传感器具有可调整感应距离与感应范围的放大增益调整电路。
本发明所要解决的技术问题，也可以通过以下技术方案实现：一种具有隐藏式感应装置的小便器，包括隐藏式感应装置以及控制出水的电磁阀。其中所述隐藏式感应装置包括用以信号处理的控制单元(MCU)、受控制单元控制检测人体存在或离开的微波传感器以及检测尿液的电导传感器。所述电导传感器的电极安装于小便器虹吸弯管的液面以下.电导传感器通过检测电导率判断有尿液后，通知控制单元打开微波传感器。所述微波传感器安装在小便器上或小便器周围利于检测人体运动的位置处。当微波传感器检测到人体离开后，通知控制单元打开电磁阀进行冲水。
进一步地，电导传感器根据电极所检测到的电导率变化判断是否有尿液。
进一步地，其特征在于：电导传感器检测到尿液电导率平衡后，通知控制单元打开微波处理器感应人体。
与现有技术相比，本发明通过将电导传感器与微波传感器相结合的感应方式，在实现隐藏效果的前提下，使得隐藏式感应装置的感应效果更加可靠、舒适；且可实现节水、低功耗，满足技术发展趋势。而将该隐藏式感应装置应用于小便器上后，更可使得小便器的自动感应效果更加理想，小便器的外观也能更加美观。
【附图说明】
图1是本发明隐藏式感应装置以及安装隐藏式感应装置小便器的框架示意图。
图2是本发明隐藏式感应装置的电导传感器的框架示意图。
图3是本发明隐藏式感应装置的电导传感器交变电源电路图。
图4是安装隐藏式感应装置小便器的结构示意图.
图5是本发明隐藏式感应装置工作状态示意图。
【实施方式】
下面参照附图具体介绍本发明的各种实施例，图中相同的结构或功能用相同的数字标出。应该指出的是，附图的目的只是便于对本发明具体实施例的说明，不是一种多余的叙述或是对本发明范围的限制，此外，附图没有必要按比例画出。
如图1所示，本发明隐藏式感应装置10包括控制单元(MCU)1、检测人体运动的微波传感器2以及检测尿液的电导传感器3，其中微波传感器2可感知人体或目标物动作。当电导传感器3检测到尿液后，通知控制单元1打开微波传感器2。进一步地，由微波传感器2检测人体或目标物的移动，将监测结果通知控制单元1.然后，由控制单元1控制相应的便器执行机构。而本发明具有该隐藏式感应装置的小便器100除包括隐藏式感应装置10外，还进一步包括供电电池4以及控制冲水的电磁阀5。
具体来讲，本发明小便器100的隐藏式感应装置10通过电池4供电，由控制单元1控制电磁阀驱动电路驱动电磁阀5打开和关闭，从而控制便器出水。所述电导传感器3的电极检测尿液，通过电导检测电路将检测结果通知控制单元1。控制单元1判断有尿后开启微波传感器2，微波传感器2检测小便器100前方使用者的存在或离开，通过信号处理电路将结果通知控制单元1。控制单元1判断为使用者已经离开，则进一步的通过电磁阀控制电路控制电磁阀5的开关，从而控制小便器100或者是其他便器的出水.
本发明隐藏式感应装置10除应用在自动感应小便器上外，也可具有在便器上的其他应用，与便器其他执行机构相联，譬如控制便器盖板的自动闭合，当微波传感器感知到人体离开后，控制单元控制盖板自动闭合。
另外，所述本发明隐藏式感应装置的小便器100的电源电路还包括电池电源检测电路。当电池电压低于一定值时，认为电池寿命即将到来，通知更换电池。通知的方式可以是定时短促蜂鸣或长时间蜂鸣的方式等.
其中，微波传感器2调节感应距离或感应角度范围，可以根据实际的应用需要进行调整.举例来说，应用在小便器100上，感应距离通常(相对与安装墙壁立面)在20cm～75cm内可调。在本发明另一实施方式中，距离调整范围为15cm～70cm.在本发明再一实施方式中，距离调整范围为25cm～80cm。一般来讲，在20cm+/-5cm～75+/-5cm的范围内调整为比较合理和理想的范围。感应角度范围在本发明一优选的实施方式，水平方向为25°，而垂直方向为35°.一般来讲，感应角度范围在水平方向25+/-5°，而垂直方向35+/-5°为宜。诚然，上述感应距离与感应角度也可以根据卫生间大小或实际应用环境进行调整，并不限于上述的描述范围。
所述微波感应器2还具有放大增益调整电路，对上述感应距离与感应的角度进行调整。其主要原理是通过降低微波信号放大增益，可减小探测距离，同时减小探测角度范围。这样可以根据实际应用环境进行调节，可避免临近的小便器的使用者、在开关移动的门或其他卫生间移动物体的干扰.这样可有效保证微波感应的实用性与可靠性。
如图2和图3所示，所述电导传感器3的检测电极为两个，且伸入到检测液面以下。利用纯净自来水与尿液电导率的不同来感应尿液浓度，系统可判断是否冲水。
进一步的，该电导传感器3可以根据利用尿液的电导率与其浓度的关系，通过检测尿液的电导率转换成尿液浓度，并折算出冲水量.这样设置，可以智能的根据尿液量来决定冲水量。具体来讲，尿液浓度越大，电导率越高，其基本原理公式近似为A＝aL2+bL，其中A为尿液浓度，L为电导率，a、b为系数。冲水结束后，电导传感器3可进一步检测浓度，监测冲水效果。因此，本发明的电导传感器3可以区分出尿液在水中的比例，从而根据尿液浓度的大小来确定冲水量的多少，并在冲水后检测混合液的浓度，实现冲水量的闭环控制。具体尿液浓度大小与冲水量多少的关系，可根据实际试验以及具体便器结构而定。这样设置，可以使得感应更加智能，也利于节水。
如图3所示，所述电导传感器3还具有电极防极化电路.电气原理特性：采用交变电源以防止电极极化，用两组双掷开关S切换电极极性，从而实现防电极极化的功能。其中切换开关选用模拟开关。通过改变电极的极性来克服现有技术中电极因为污染或沉积物沉积而发生电极极化，电导性能下降或失灵的问题.
继续参照图3所示，控制单元1采样两电极A点电压值(实际上为两电极之间的电压值)，通过模数转换运算所测液体的电导率，从而得出尿液浓度。这里需要说明的是，图3视出的只是本发明一种优选的实施方式，采样电极的电压可以采取多种方式。A点电压采样值与电导率的关系，需要根据具体的电路设计而定，计算公式并非唯一。简单来讲，即A点电压采样值越低，则电导率越高；反之，A点电压采样值越高，则电导率越低。
图4为本发明隐藏式感应装置的小便器100结构示意图。其中，电导传感器3安装在小便器本体101下方的虹吸弯管102处，且电导传感器3安装位置有利于尿液快速感应，同时电导传感器3的安装位置使电极表面不易沉积污物为宜。电极在安装后应在封液面内有足够的浸入深度，在本发明一优选的实施方式中为6mm，一般来讲以大于5mm为宜。为了更好的检测效果，两电极应保持同一水平高度。
而微波感应器2则安装在小便器本体101的后端，以紧贴小便器陶瓷件内壁，且安装位置以微波打开后可以检测到人体臀部区域为宜，如图4中B所示的区域为微波检测区域的示意区域。当然，也应该考虑到小便器陶瓷件的安装要求和不同国家地区人体身高及比例统计数据、消费者使用习惯等因素，确保安装后的探测区域能够覆盖使用者臀部分布区域。
图5为根据图3中采样A点的A点电压采样值，在小便器100实际使用过程中的工作状态示意图。从该监测的示意图中我们可以看出：
当无尿液时，A点电压采样值基本维持在标准值，即纯净自来水的A点电压采样值。
当有尿液进入时，电导传感器3检测到且A点电压采样值迅速下降，也即电导率变高。本发明设定一电压采样预设值，当A点电压采样值低于预设值时，MCU判断为有尿。
当A点电压采样值基本维持不变、达到平衡时，MCU判断为小便已经完成。达到平衡的判断方法采用N点平衡法(N大于等于2).在本发明一优选的实施方式中，采用A点电压采样值三点平衡法来确定小便是否已经完成，即测出来的连续三点的A点电压采样值维持不变或基本维持不变，则认为达到平衡。图中A点为平衡值，在A点之前的两点所测出的A点电压采样值与A点之间的变化值小于一定值。在本发明一优选的实施方式中，该三点之间的变化值不大于5，则判断为三点平衡。诚然，也可以根据电极的位置或检测的环境不同进行调整，在本发明另一实施方式中，该三点之间的变化值不大于10，则判断为三点平衡。
当判断A点电压采样值平衡后，MCU将微波传感器2打开。当微波传感器2检测到没有人体或目标物后，通过MCU控制开电磁阀5进行冲水。根据上面的描述，冲水的量根据尿液浓度而定，从而使得小便器100更加智能化。诚然，在本发明另一优选的实施方式中，本发明也可以不采用根据尿液浓度来决定冲水量，而是用一定量的水进行冲水.
冲水完毕后，电导传感器3检测到A点电压采样值回到正常。
上述描述以A点电压采样值来衡量与判断，也可以直接以电导率来进行衡量与判断。如在判定是否有尿时，设定电导率预设值，当电导率高于该电导率预设值时，判断为有尿液。如需进一步判定是否平衡时，设有一电导率定值，连续N(N大于等于2)点采样到的尿液电导率变化值小于该定值，则判定为平衡。实际上，A点电压采样值就是反应电导率的。A点电压值实际上就是反应的是两电极间的电压。当然，由于A点电压采样值会根据具体的电路不同而产生不同的值，本发明图3视出的实施方式为本发明一优选的实施方式。因此，任何利用与电导率相关联的数值进行衡量和判断，都应该被认为是以电导率为衡量与判断，属于本发明所保护的范围.
诚然，在本发明另一实施方式中，也可以不采用该三点平衡来进行判断，采用两点或四点平衡.这样设置，使得感应效果更加可靠、舒适，防止误动作等情况的发生。当然，进一步地，简化版本中也可不采用平衡法进行判断，即电导传感器3判断有尿后，即开启微波传感器2感应人体存在或离开，进行后续动作。
为了更好地实现低能耗的目的，电导传感器在无尿液与有尿液状态下，检测的时间周期是不同的，在无尿液状态下检测的时间周期要大于有有尿液状态下的检测周期。在本发明一优选的实施方式中，无尿液状态下为5秒检测一次；有尿液状态下为1秒检测一次。在本发明另一优选的实施方式中，无尿液状态下为6秒检测一次；有尿液状态下为2秒检测一次。
本发明电导传感器3还具有自学习功能。每次上电及清洁后进行自学习，以获取当前环境下纯净自来水的导电率。这样设置，可以防止出厂时设置单一的纯净水自来水的标准值，而导致各地区或不同时期纯净自来水导电率不同等情况带来的麻烦。
由于电导传感器3的功耗比较小，通过电导传感器3来检测尿液可以节省功耗。且电导传感器3在无尿比在有尿状态下的检测频率低，更可降低功耗。而微波传感器2相对电导传感器而言，功耗较高，只在电导传感器3检测到尿液后才开启微波传感器2，因此可不必常开微波传感器2，而实现低功耗的目的。本发明通过将微波传感器2与电导传感器3相结合的复合型感应方式的设计，令感应更加可靠，且实现低功耗，适应技术的发展趋势。
另外，现有技术中所揭示的其他类似电导传感器(如三电极等)也可与本发明的微波传感器相结合使用.而所述微波传感器也可以安装在便器周围利于检测人体运动的其他位置。
虽然上面已经揭示了本发明的具体实施方式，但是它们不是本发明范围的局限，熟知本技术领域的人员对以上所述具体实施的修改和变化也包含在本发明的范围之内。

Claims (24)

1.一种隐藏式感应装置，安装在便器上，其特征在于：包括检测尿液的电导传感器以及对信号进行处理的控制单元(MCU)，其中电导传感器具有伸入到便器内可与尿液接触的电极；该隐藏式感应装置还包括受控制单元控制用以检测人体运动的微波传感器；电导传感器检测到有尿液后，控制单元开启微波传感器检测人体的存在或离开。
2.如权利要求1所述的隐藏式感应装置，其特征在于：所述电极为双电极，电导传感器检测电导率，根据电导率判断是否有尿液。
3.如权利要求2所述的隐藏式感应装置，其特征在于：设定预设值，当电导率高于该预设值时，判断为有尿液。
4.如权利要求3所述的隐藏式感应装置，其特征在于：根据电导率计算出尿液浓度，折算成冲水量.
5.如权利要求4所述的隐藏式感应装置，其特征在于：尿液浓度与电导率的关系如下A＝aL2+bL，其中A为尿液浓度，L为电导率，a、b为系数。
6.如权利要求2至5任何一项中所述的隐藏式感应装置，其特征在于：电导传感器检测到尿液电导率平衡后，通知控制单元打开微波处理器感应人体。
7.如权利要求6所述的隐藏式感应装置，其特征在于：设有一定值，连续N(N大于等于2)点采样到的尿液电导率变化值小于该定值，则判定为平衡。
8.如权利要求1所述的隐藏式感应装置，其特征在于：电导传感器在无尿状态下的检测频率比在有尿状态下的检测频率低.
9.如权利要求1所述的隐藏式感应装置，其特征在于：电导传感器具有自学习功能。
10.如权利要求1所述的隐藏式感应装置，其特征在于：微波传感器具有可调整感应距离与感应范围的放大增益调整电路。
11.一种具有隐藏式感应装置的小便器，其特征在于：包括隐藏式感应装置、提供电源的电池以及控制出水的电磁阀；其中所述隐藏式感应装置包括用以信号处理的控制单元(MCU)、受控制单元控制检测人体存在或离开的微波传感器以及检测尿液的电导传感器；所述电导传感器的电极安装于小便器虹吸弯管的液面以下，而微波传感器安装于小便器陶瓷件的后部；电导传感器检测到有尿液后，微波传感器被控制单元打开并在检测到人体离开后，通知控制单元打开电磁阀进行冲水。
12.如权利要求11所述的具有隐藏式感应装置的小便器，其特征在于：所述电极为双电极检测电导率，根据电导率判断是否有尿液.
13.如权利要求12所述的具有隐藏式感应装置的小便器，其特征在于：设定电导率预设值，当电导率高于该预设值时，判断为有尿液。
14.如权利要求13所述的具有隐藏式感应装置的小便器，其特征在于：根据电导率计算出尿液浓度，折算成冲水量.
15.如权利要求14所述的具有隐藏式感应装置的小便器，其特征在于：尿液浓度与电导率的关系如下A＝aL2+bL，其中A为尿液浓度，L为电导率，a、b为系数。
16.如权利要求11至15任何一项中所述的具有隐藏式感应装置的小便器，其特征在于：电导传感器检测到尿液电导率平衡后，通知控制单元打开微波处理器感应人体。
17.如权利要求16所述的隐藏式感应装置，其特征在于：设有一定值，连续N(N大于等于2)点采样到的尿液电导率变化值小于该定值，则判定为平衡。
18.如权利要求17所述的隐藏式感应装置，其特征在于：电导传感器在无尿状态下的检测频率比在有尿状态下的检测频率低。
19.如权利要求11所述的具有隐藏式感应装置的小便器，其特征在于：两电极位于同一水平高度。
20.如权利要求11所述的隐藏式感应装置，其特征在于：电导传感器具有自学习功能。
21.如权利要求11所述的隐藏式感应装置，其特征在于：微波传感器具有可调整感应距离与感应范围的放大增益调整电路。
22.一种具有隐藏式感应装置的小便器，其特征在于：包括隐藏式感应装置以及控制出水的电磁阀；其中所述隐藏式感应装置包括用以信号处理的控制单元(MCU)、受控制单元控制检测人体存在或离开的微波传感器以及检测尿液的电导传感器；所述电导传感器的电极安装于小便器虹吸弯管的液面以下；电导传感器通过检测电导率判断有尿液后，通知控制单元打开微波传感器；所述微波传感器安装在小便器上或小便器周围利于检测人体运动的位置处；当微波传感器检测到人体离开后，通知控制单元打开电磁阀进行冲水。
23.如权利要求22所述的具有隐藏式感应装置的小便器，其特征在于：电导传感器根据电极所检测到的电导率变化判断是否有尿液。
24.如权利要求23所述的具有隐藏式感应装置的小便器，其特征在于：电导传感器检测到尿液电导率平衡后，通知控制单元打开微波处理器感应人体。
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