CN101605942B - 经要求动作的电子龙头 - Google Patents

Abstract

一种经要求动作电子龙头系统，用于响应激励给龙头(10)提供水流。传感器单元(22)定位成远离龙头(10)并与无线阀控制单元(24、26)无线通信。该无线阀控制单元(24、26)控制给龙头(10)供水的供水管线(14、16)中的阀(23)。传感器(34)响应激励，向无线阀控制单元(24、26)发送信号以从开到关或从关到开地改变供水管线(14、16)中阀(23)的状态和改变影响流动和温度的其他状态。

Description

经要求动作的电子龙头

相关专利申请的交叉引用

本申请要求2006年9月29日提交的美国临时专利申请No.60/848,430的优先权，该美国临时专利申请以引用的方式整体并入本文中。

技术领域

本发明总的涉及龙头领域。更具体地，本发明涉及经要求动作的自动电子龙头领域。

背景技术

浴室设计的新近趋势已经开始强调使用“免用手(hands-free)”电子龙头的重要性。免用手电子龙头是不需要对杆或把手进行典型的身体操作来启动水流的龙头。许多电子龙头系统已经被开发出来，用以使用各种探测系统例如红外、RF(射频)、电容、光学和音频探测系统来实现免用手。因此免用手系统允许使用者在不需要接触热/冷的开/关旋钮的情况下操作龙头。

这种用于控制水的免用手特征提供多个令人满意的特征。首先，因为使用者不需要身体接触龙头或盆的任何部分，所以免用手系统提供改进的卫生性能。这在大客流量的场所例如在商业场所中尤其重要。这个优点在住宅中用于减少清理和防止细菌传播也是令人满意的。

免用手系统的第二特征是它们使用方便。使用者经常发现当他们的手因为肥皂而打滑时或手很脏时传统龙头把手的启动很困难。免用手系统允许使用者通过简单地触发传感器来启动水流。然而，很多传统的经要求动作系统需要使用者将手放在龙头下面来触发水流。这种布置可能让使用者不知如何能够使用该装置。

经要求动作系统的第三个好处是节约水。所有免用手龙头都包括可以是基于定时器机构的自动切断特征。这一特征节约了水并且使用者还不需要操心关闭龙头。一般经要求动作系统比传统的手动系统使用的水更少，这主要是因为使用者忘记关闭手动系统。在一些自动系统中，水只在使用者的手位于水出口位置的正下方时才流出。因此，结合有自动关闭特征的能力允许比传统龙头更有效地利用水。

尽管免用手系统提供许多好处，但当前系统同样不能给使用者提供几个期望形式的功能。首先，除了少数例外，当前的电子系统不允许使用者在不手动调节的情况下分别控制热水流和冷水流或者控制离开龙头的混合流的温度。对于要求从同一龙头流出用于饮用的冷水、用于洗手的温水和用于打扫房间的热水的那些龙头这可能是要特别关注的。

第二，当前系统具有的附加约束是它们需要特定的固定的启动区。无论所用传感器系统是何类型，即红外、射频、电容、射频等，为了启动龙头免用手系统具有需要“目标”进入的特定探测区。当前系统典型地包括位于龙头或盆中的固定位置处的传感器，需要使用者的手放在盆的探测区内来启动水流。虽然对于简单的洗手这是可接受的，但是对于接近水槽的其他应用这种设计是无效的。

第三，由于如前所讨论的，需要在龙头中设置传感器，所以当前的免用手系统限制了龙头的美学设计。这使得使用者有更少种类的龙头可以选择，而这在住宅应用中可能是特别关注的。

第四，当前系统不提供对传统龙头的改造。一般，因为传感器固定在龙头的盆中，所以使用者必须负担整个新龙头的费用来享有免用手功能的好处。

发明内容

本发明的一个实施例涉及一种经要求动作电子系统。该系统包括传感器单元。该传感器单元包括壳体，具有用于探测至少一个激励的传感器和无线通信装置，该传感器单元远离龙头设置。该经要求动作电子系统还包括至少一个无线控制阀装置，该无线控制阀装置包括与供水阀操作性通信且与传感器无线通信装置无线通信的第二无线通信装置。在探测到多个激励时，从传感器单元向无线控制阀装置发送信号，从而触发阀状态的改变，例如打开或关闭水。

在一个示例性实施例中，在热水和冷水供给管线上均设置无线电子控制阀，并且两个无线电子控制阀都与传感器单元通信。传感器单元能够探测和区分至少两个激励，响应第一激励将第一信号发送给热水阀以及响应第二激励将第二信号发送给冷水阀。

结合附图时本发明的这些和其他目的、优点和特征，连同其操作的组织和方式，将在以下详细说明中变得明显，其中在下面描述的全部附图中相同的元件具有相同的附图标记。

附图说明

图1A是具有分开的热把手和冷把手以及两个单控制阀的传统手动龙头的透视图；图1B是具有单个温度和流量把手以及双控制阀的传统手动龙头的透视图；

图2是具有两个单控制阀的经要求动作龙头系统的透视图；

图3是具有双控制阀的经要求动作龙头系统的透视图；

图4是本发明的传感器单元的示意图；

图5是本发明的具有光源的传感器单元的另一个示例性实施例；

图6A是具有温度传感器的图2的系统的示例性实施例；以及图6B是本发明的具有用于指示水温的显示器的传感器单元的另一个示例性实施例；以及

图7是本发明的具有手动致动机构的传感器单元的另一个示例性实施例。

具体实施例方式

如图1A和1B中所示，传统龙头系统包括龙头10、盥洗台(vanity)11、盆12、热水供给管线14和冷水供给管线16。一些现有技术的系统(图1A)利用分别由热水把手18和冷水把手20控制的分开的热水供给管线14和冷水供给管线16，通过供给管线14、16的聚集的水流从而确定从龙头10中流出的水的温度。其他现有技术的系统利用作用为控制热水流和冷水流的单把手17(参见图1B)。这些现有技术的龙头系统包括固定的位置传感器13，该位置传感器13自身嵌在龙头10或盆12中，以便可以探测到在盆12的一部分中物体的存在。

本发明涉及一种具有经要求动作功能的免用手龙头系统。如图2和图3中所示，经要求动作系统100包括传感器单元22(在图4中更详细地示出)，该传感器单元22与至少一个无线阀控制单元21通信，该无线阀控制单元21用于控制从水管线14和16流到龙头10的水流。在一个实施例中，水流由至少一个阀23调节，该阀23由至少一个无线阀控制单元21控制。

在图3中表示的一个示例性实施例中，该至少一个无线阀控制单元21包括无线热水阀控制单元24和无线冷水阀控制单元26。该至少一个阀23包括热水阀25和冷水阀27。无线热水阀控制单元24与热水阀25通信；并且无线冷水阀控制单元26与冷水阀27通信，使得单元24和26分别控制热水管线14和冷水管线16。因此，水管线14和16中每个都有效地与传感器单元22通信，使得可以根据来自传感器单元22的信号打开和关闭它们各自的水流。

在图2中说明的实施例中，无线阀控制单元21是与单阀单元23通信的单个单元。单阀单元23可包括双控制阀，例如但不限于在通过引用并入本文的美国专利No.6,508,272中描述的类型。因此，热水管线14和冷水管线16的流动可以由单无线阀控制单元21控制。

传感器单元22与龙头10分离，允许根据使用者的需要对传感器单元22进行定位。图4说明了传感器单元22的一个示例性实施例。在一个实施例中传感器装置可移除地固定在一表面上，例如但不限于固定在图3中示出的盥洗台11上。该传感器单元只需要设置成分别与热控制阀单元24和冷控制阀单元26无线通信。

传感器单元22包括壳体39、诸如电池的电源(未示出)和能够探测指示使用者的触发的传感器34。在示例性实施例中，电子元件可以是印刷电路板(未示出)的一部分。传感器34具有探测区40，在探测区40中传感器34能够探测一个或多个激励(例如使用者的手的存在)。在一个实施例中，传感器34是本领域公知的被动红外(PIR)探测器。通常，为了探测人，被动红外探测器必须易感应人体与环境的温差。人具有约93华氏度的体表温度，辐射波长在9至10微米之间的红外能量。在示例性实施例中，传感器单元22易感应波长在约8至约12微米范围内的红外能量。尽管已经针对被动红外探测对本发明进行了描述，但是各种传统探测技术的使用也在本发明的范围内。这些传统探测技术包括但不限于：主动红外、电容探测、被动光学探测(例如光电管(photo cell))、诸如被动红外或热电堆的热探测、射频。在一个实施例中，因为探测区被传感器单元22的位置限制，而传感器单元22可以是能移动的，所以探测区40相对于龙头10不是固定的，而是可以通过移动传感器单元22进行调节。

传感器单元22包括用于与至少一个阀控制单元无线通信装置31通信的传感器单元无线通信装置30(参见图4和5)，阀控制单元无线通信装置31与无线阀控制单元24、26相关联(为了图形清晰，元件30描绘成天线。实际装置可以不在外部并且的确可以在壳体内)。在示例性实施例中，无线通信装置30包括射频(“RF”)发送器，同时阀控制单元无线通信装置31包括相应的射频接收器。当传感器34探测到激励时，传感器单元22发送射频信号。

在图4中示出的一个实施例中，传感器单元无线通信装置30包括传感器单元收发器，并且阀控制单元无线通信装置31包括至少一个阀控制单元收发器。收发器提供发送/接收的通信能力。收发器的使用允许保证信号的完整(即，当数据被发送时，可以由传感器单元22通过请求接收器发送回校验来证实无线控制阀单元21接收到了正确的数据)。在一个实施例中，该校验由检查和来完成。如果检查和正确，则由发送器接收的数据被正确地接收。

在示例性实施例中，本发明预计使用多个射频通信装置。在一个实施例中，每一个射频发送采用数字ID标识符或比特进行编码。射频范围内的接收器接听该射频通信，但是如果ID不正确，将不采取任何动作。在一个实施例中，传感器单元无线通信装置30和阀控制单元无线通信装置31是具有相同ID的配对单元，使得当传感器单元22进行发送时，适当的无线控制阀单元24、26将做出响应。在另一个实施例中，传感器单元无线通信装置30和阀控制单元无线通信装置31使用相同的频率进行发送，其中只有匹配频率的配对单元才互相响应。也就是说，传感器单元22和无线阀控制单元21被调到相同频率。

在一个示例性实施例中，传感器单元22适于探测各种激励。在一个实施例中传感器单元22探测并区分在探测区40内使用者从右向左的手的动作和从左向右的手的动作。在一个实施例中，第一个从右向左的手的动作导致来自传感器单元22的特殊类型的信号，该信号由无线热水阀控制单元24接收。响应第一个从右向左的手的动作，热水阀25逆转其状态，即如果已经关闭则打开，如果已经打开则关闭。在示例性实施例中，响应从左向右的手的动作，无线冷水阀控制单元26以相同的方式进行操作。尽管已经将传感器单元22描述成探测从左向右的手的动作相对从右向左的手的动作，但本领域的普通技术人员将理解用于控制水的流速和温度的各种类型的动作和准备数(number of preparation)被理解为在本发明的精神范围内。

通过响应逆转状态的信号，本发明允许使用者打开和关闭水流。例如，在一个实施例中，使用者接近龙头10(此时水流是关闭的)并用手做出从右向左穿过探测区40的动作。这就向无线热水阀控制单元24发出信号，无线热水阀控制单元24则开启热水阀25(即从关到开，假设该阀之前是关闭的)，从而允许使用者洗手。定时器(未示出)被启动，如果使用者没有触发另一信号，定时器将在预定时间后触发关闭热水阀25。当使用者洗完手时，他们再次提供从右向左穿过探测区40的手动作，产生第二信号给热水阀25，从而停止热水流。因此，给使用者提供了远离龙头10的免用手选择来关闭水流，这是当前免用手系统没有的特征并且使得比仅仅基于定时器的自动关闭甚至更精确地控制用水。

在一个示例性实施例中，本发明提供对水流量的免用手的可变控制。在一个实施例中，传感器单元22响应某一激励或某些激励，将所选阀被打开的量的信号发送给无线控制阀单元21，从而在简单的开和关状态之外提供可变流量。在示例性实施例中，热水阀25和冷水阀27都由无线阀控制单元21独立地可变地控制，从而允许多种流动组合，这些流动组合将产生在从热到冷的范围内的可能温度。

在一个示例性实施例中，龙头10包括至少一个手动控制器(即把手)。图1中示出了传统的两个把手的实施例，其具有热水把手18和冷水把手20，用于分别控制热水和冷水。在一个实施例中，使用者可以设定把手18、20用于期望的热水流和冷水流和/或热水和冷水的混合。当经要求动作系统100(参见图2)被启动以允许水流时，水将根据把手18、20的设定从龙头10中流出。在另一个示例性实施例中，龙头10不包括用于控制水流的传统把手。在一个实施例中，手动控制阀68、69分别设置在热水管线14和冷水管线16上，以允许使用者手动设定经要求动作系统100被启动时龙头10可得到的水流和水温(即热水与冷水的相对比例)。

在一个示例性实施例中，传感器单元22向无线阀控制单元21发送信号，无线阀控制单元21接着控制表示某些参数的阀25、27(或图2的实施例中的23)。例如，使用者可以提供与水流量变化对应的某一激励，从而给使用者提供可变流量的选择。在探测到预定激励后，传感器单元22将指示水流量变化的信号发送给无线阀控制单元21。接着无线阀控制单元21适当地调节阀单元23。因此使用者可以利用特定的激励可变地控制水流量。

在图6A中示出的一个实施例中，本发明不仅允许控制流量，而且允许控制温度。在示例性实施例中，响应第一激励，传感器单元22向热水阀控制单元25发送第一信号，热水阀控制单元25改变热水阀25的状态，而不考虑冷水阀27的状态。响应第二激励，传感器单元22向无线冷水阀控制单元26发送第二信号，无线冷水阀控制单元26改变冷水阀27的状态，而不考虑热水阀25的状态。

在图5中说明的一个实施例中，可以在传感器单元22中结合可见光源44。在示例性实施例中，光源44与光传感器46通信，由此在探测到微弱或无光程度时打开光源44。因此，传感器单元22也可以具有夜间照明灯的功能，或者用于辨认其操作位置。在示例性实施例中，由光源44照亮的区域基本上与探测区40一致。在另一个示例性实施例中，由光源44照亮的区域大致与龙头10的盆12的位置或实际几何形状一致。这种夜间照明灯的特征也可以在大致照亮该区域的同时在夜间提供有用的位置和障碍物信息，例如盥洗台、盘或龙头的位置。

在图6A和6B中说明的另一个实施例中，无线控制阀单元21包括典型地设置在供水系统上用于测量混合水温度的温度传感器(未示出)。在示例性实施例中，传感器单元22包括与该温度传感器(未示出)通信用于显示温度的显示器50(图6B)。在另一个示例性实施例中，温度传感器48设置在无线控制阀单元21的下游并与传感器单元22通信。在另一个示例性实施例中，设置有紧急切断机构，由此，如果液体温度超过某一阈值，那么液体向龙头10的流动将被中断。

在图4中说明的一个实施例中，传感器单元22进一步包括用于启动阀25、27(图6A)的手动按钮60。在示例性实施例中，设置至少一个按钮60。按钮60的启动产生从传感器单元22的传感器单元无线通信装置30到无线控制阀单元21(图2)的阀控制单元无线通信装置31的信号。在一个实施例中(图4)，设置调节水流的单个按钮60。在另一个实施例中(图7)，设置一对按钮61、62，其中冷水手动控制按钮61与冷水流对应，热水手动控制按钮61与热水流对应。在示例性实施例中，使用者启动按钮62，冷水流开启，并且当再次启动按钮62时水流停止。同样地，按钮61控制热水流。按钮61和62的同时启动提供温水。在一个实施例中，按钮60、61、62提供水的可变控制，使得将按钮保持下压可以提供更大的水流量。

在一个实施例中，本发明涉及一种传感器，该传感器与控制温度但不控制流动或流量的流通阀通信。无线控制阀单元21与该流通阀操作性地通信，以响应来自传感器单元22的信号而提供对水温的控制。

在一个实施例中，传感器单元21可以由电池供电。在替代实施例中，传感器单元21经由标准的壁装电源插座接收电能，例如通过使用降压适配器变压器。

在一个实施例中，设置有自动切断定时器(未示出)。当控制阀装置从关闭切换到打开时，启动自动切断定时器，由此触发计数器。将预定时间值与计数器的值进行比较，并且当超过预定时间值时，如果控制阀在预定时间之前没有关闭，则控制阀将从打开状态转换至关闭状态。

为了说明和描述的目的已经对本发明实施例进行了上述描述。不希望是穷举的或者将本发明限制于所公开的精确形式，而是可以根据上述教导进行修改和变化或者可以从本发明的实施中得到修改和变化。选择并描述实施例是为了解释本发明的原理和实际应用以使本领域技术人员能够在不同的实施例中利用本发明，并适应于预期的特殊应用做出不同的修改。

Claims (20)

1.一种无线设备，用于控制由具有可变流量供水阀的供水管线供给龙头的水流，所述无线设备包括：

具有壳体的传感器单元，所述传感器单元带有用于探测至少一个激励的存在传感器和传感器单元无线通信装置，所述传感器单元设置成远离所述龙头；

至少一个无线控制阀装置，其包括控制阀无线通信装置，并且与所述可变流量供水阀操作性地通信以及与所述传感器单元无线通信装置无线通信，所述无线控制阀装置用于接收和解译来自所述传感器单元的通信以及响应所述通信改变所述可变流量供水阀的开度；

定时器单元，当所述可变流量供水阀打开时启动所述定时器单元，在预定时间之后，如果所述可变流量供水阀还没有被关闭，则关闭所述可变流量供水阀；

其中在探测到所述至少一个激励中的一个激励时，从所述传感器单元无线通信装置向所述无线控制阀装置发送信号，由此触发所述供水阀状态的改变，以根据与探测到的激励相关联的预定操作方案提供对流过所述可变流量供水阀的水量的可变控制。

2.如权利要求1所述的无线设备，其中所述可变流量供水阀包括热水阀和冷水阀，并且所述至少一个无线控制阀装置包括分别与所述热水阀和所述冷水阀操作性地通信的两个无线控制阀装置。

3.如权利要求2所述的无线设备，其中所述至少一个激励包括所述传感器单元能够区别的第一激励和第二激励。

4.如权利要求3所述的无线设备，其中如果所述传感器单元探测到所述第一激励，则向所述热水阀发送第一信号，如果所述传感器探测到所述第二激励，则向所述冷水阀发送第二信号。

5.如权利要求3所述的无线设备，其中如果所述传感器探测到所述第一激励，则向所述至少一个无线控制阀装置发送第一信号并改变所述热水阀的状态，如果所述传感器探测到所述第二激励，则向所述至少一个无线控制阀装置发送第二信号并改变所述冷水阀的状态。

6.如权利要求2所述的无线设备，其中所述传感器无线通信装置包括传感器收发器，所述控制阀无线通信装置也包括控制阀收发器，所述传感器收发器和所述控制阀收发器彼此进行无线发送/接收通信。

7.如权利要求6所述的无线设备，其中所述传感器收发器在发送数据时校验所述控制阀收发器已经接收到所述数据。

8.如权利要求1所述的无线设备，其中所述传感器单元无线通信装置和所述控制阀无线通信装置具有用于无线通信的配对频率。

9.如权利要求1所述的无线设备，其中所述传感器无线通信装置包括发送器，所述控制阀无线通信装置包括接收器，所述发送器和所述接收器彼此进行无线通信。

10.如权利要求1所述的无线设备，其中所述龙头定位在盥洗台上，所述传感器单元远离龙头地定位在所述盥洗台的另一部分上。

11.如权利要求1所述的无线设备，其中所述传感器单元无线通信装置的发送具有识别码，所述控制阀无线通信装置只响应具有所述识别码的发送。

12.如权利要求9所述的无线设备，其中所述发送器和所述接收器通过射频发送进行通信。

13.如权利要求1所述的无线设备，进一步包括定位在所述传感器单元中的光源。

14.如权利要求1所述的无线设备，进一步包括至少一个手动启动按钮，所述至少一个手动启动按钮定位在所述传感器单元上并与所述传感器单元无线通信装置操作性地通信，用于向所述可变流量供水阀发送信号。

15.一种经要求动作的龙头系统，包括：

与供水管线流体连通的龙头，所述供水管线由热水供给管线和冷水供给管线形成；

热水阀，其操作性地定位在所述热水供给管线上，用于控制供给所述供水管线的热水量；

无线热水阀接收器，其与所述热水阀操作性地通信，使得所述无线热水阀接收器选择性地控制供给所述供水管线的热水量；

冷水阀，其操作性地定位在所述冷水供给管线上，用于控制供给所述供水管线的冷水量；

无线冷水阀接收器，其与所述冷水阀操作性地通信，使得所述无线冷水阀接收器选择性地控制供给所述供水管线的冷水量；以及

远离所述龙头定位且包括壳体的传感器单元，所述传感器单元具有无线发送器和用于探测存在的传感器，所述传感器单元的所述发送器与所述无线热水阀接收器和所述无线冷水阀接收器进行无线通信，所述传感器单元能够区别至少第一和第二类型的存在；

在探测到第一类型的存在时，向所述热水阀进行第一发送，以触发所述热水阀的状态的改变，在探测到第二类型的存在时，向所述冷水阀发送第二信号，以触发所述冷水阀的状态的改变，从而允许独立控制所述热水供给管线和所述冷水供给管线。

16.如权利要求15所述的经要求动作的龙头系统，其中所述传感器具有探测区，在所述探测区中传感器能够探测存在，所述探测区能够相对于所述龙头移动。

17.如权利要求15所述的经要求动作的龙头系统，进一步包括温度传感器，所述温度传感器定位成与所述供水管线热接触并且与所述传感器单元无线通信，所述传感器单元包括用于指示水温的显示器。

18.如权利要求17所述的经要求动作的龙头系统，进一步包括温度触发的水切断开关，所述温度触发的水切断开关定位在所述供水管线上并且与所述温度传感器通信，其中当所述温度传感器探测到超过预定极限值的温度时停止流向所述龙头的水流。

19.如权利要求15所述的经要求动作的龙头系统，进一步包括自动切断定时器，当所述热水阀和所述冷水阀中的一个或两者从关闭转换到打开时启动所述自动切断定时器，并且在预定时段之后所述自动切断定时器将状态从打开改变为关闭。

20.如权利要求15所述的经要求动作的龙头系统，进一步包括手动致动器，所述手动致动器定位在所述传感器单元上并与所述传感器单元无线发送器通信，其中所述手动致动器的致动使得开始向所述无线热水阀接收器和所述无线冷水阀接收器中的至少一个发送信号。

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