CN102561490A

CN102561490A - 一种节水的小便池冲洗控制系统及控制方法

Info

Publication number: CN102561490A
Application number: CN2012100290537A
Authority: CN
Inventors: 刘志强; 陆文俊; 刘武; 陈佳欣
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2012-02-09
Filing date: 2012-02-09
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2032-02-09
Also published as: CN102561490B

Abstract

本发明涉及一种节水的小便池冲洗控制系统及控制方法，其中控制系统包括红外传感模块、预处理模块、信号处理模块、数据存储模块、驱动模块、执行模块和供电模块，其中控制方法包括1)通过红外传感模块进行红外检测；2)预处理模块对接收到的信号进行处理；3)信号处理模块根据接收到的信号判断是否有人体靠近；4)系统根据累计使用时间T1来判断是否为首次工作，若为是，执行步骤5)，若为否，执行步骤6)；5)系统在确定人体离开后，按照冲水模式I冲水等步骤。与现有技术相比，本发明具有既在较大程度上做到了卫生方便，又大幅度地达到了节约用水，给政府和其他企事业单位节省了大量的财政开支等优点。

Description

一种节水的小便池冲洗控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种小便池冲洗控制相关技术，尤其是涉及一种节水的小便池冲洗控制系统及控制方法。

背景技术

自感应冲洗小便池凭借智能化、易维护、适用性强等特点在公共卫生场所得到了广泛的应用。随着节能减排，环境友好型、资源节约型等科学理念的渐进普及，人们的节水意识日益提高，逐渐重视厕所冲洗的耗水量。

当前，公共卫生场所的小便池主要有无水冲洗、无间断供水冲洗、手动冲洗和自感应冲洗等四种方式。随着社会自动化程度提高，自感应冲洗日益成为最主要冲洗系统。目前，已有的自感应冲洗小便池主要用到人体红外反射感应，部分专利谈到尿液温度感应，但市场上未见到产品。调查发现，诸如学校、商场、车站以及城市公厕的自感应冲洗小便池普遍存在着不同程度的耗水巨大、重复冲水、小便过程中冲水噪声大影响情绪等问题，造成了水资源的浪费，给公共财政带来了巨大的额外开销。

例如，以最常见的TOTO公司的自感应冲洗小便池产品为例，在男士靠近小便池时或者正在小便的过程中，便池常常第一次冲水(冲水量1.0～2.0L)；当男士小便离开后，便池第二次冲水(冲水量是3.0～5.0L)；时常，男士小便时出现的身体抖动或习惯性的晃动也会再次轻易改变红外传感信号，导致小便过程中系统误判，误认为人体离开，从而再次冲水。也就是说在男士小便一次的过程中小便池冲洗至少两次，有时达到三次(虽然市场上某些产品声称人体靠近时系统处于静止待机状态，待小便者离开时才开始冲水，但在具体使用过程中我们发现此类产品基本上是冲洗两次，并且不能排除人体排尿时身体抖动或晃动引起的红外误判，可见其在冲水控制系统上开发比较粗糙)。实际来讲，以往的自感应小便池在小便者接近或正在小便时，第一次冲水的必要性不大(如果有一点必要性的话，唯一的解释就是预先冲洗除去便池下端存水弯中后段的污水，但这一担心根本不用担心，因为最后的冲洗以及存水弯管的设计完全可以防止臭气回窜)，不仅浪费水而且有时还会溅水、声音嘈杂，给小便者带来操作上的不便以及心理情绪上的不安；此外，以往的小便池传感系统也没有认真考虑到部分男士排尿中的抖动或习惯性的晃动，容易将其误判为人体离开的信号，造成再次重复冲水。更进一步，对于人流量大，小便池使用频繁的公厕，一次冲水完全可以实现小段时间内对多个小便者的尿液的清洗，而不是以往的前一个人小便一离开，系统就呆板“咔”地一声开始冲水了，不考虑下一个排队小便的人。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种既在较大程度上做到了卫生方便，又大幅度地达到了节约用水，给政府和其他企事业单位节省了大量的财政开支的节水的小便池冲洗控制系统及控制方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种节水的小便池冲洗控制系统，其特征在于，包括红外传感模块、预处理模块、信号处理模块、数据存储模块、驱动模块、执行模块和供电模块，所述的红外传感模块、预处理模块、信号处理模块、驱动模块、执行模块依次连接，所述的信号处理模块分别与数据存储模块、供电模块连接。

所述的红外传感模块包括红外发射单元和红外接收单元，所述的红外发射单元发射红外线，红外接收单元接收被小便人反射后的红外信号。

所述的预处理模块包括依次连接的去抖单元、放大单元、滤波单元和整形单元。

一种节水的小便池冲洗控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)通过红外传感模块进行红外检测，对接收到的人体靠近产生的信号发送给预处理模块；

2)预处理模块对接收到的信号进行去抖、放大、滤波和整形处理后，发送给给信号处理模块；

3)信号处理模块根据接收到的信号判断是否有人体靠近，若为是，执行步骤4)，若为否，返回步骤1)；

4)系统根据累计使用时间T1来判断是否为首次工作，若为是，执行步骤5)，若为否，执行步骤6)；

5)系统在确定人体离开后，按照冲水模式I冲水；

6)信号处理模块计算并自动保存前一段使用时间T1内小便池的使用情况，将小便池的使用情况采用模糊数学处理，计算出小便池使用次数Y的模糊值，根据表1、表2和表3的规则，下一段时间T2内信号处理模块选择执行模块的动作方式，在小便池使用后执行模块执行相应动作；

表1

Y模糊值	较少	少	多	较多
					冲洗模式	I	II	III	IV

表2

冲水模式	I	II	III	IV
					冲水方式	一人一次	二人一次	三人一次	五人一次
冲水量	1L～1.5L	1.5L～2L	2L～2.5L	2.5L～3.5L

所述的信号处理模块计算并自动保存前一段使用时间T1内小便池的使用情况，将小便池的使用情况采用模糊数学处理，计算出小便池使用次数Y的模糊值具体为：

其第一个T1/2内，小便池使用次数为A次，

其第二个T1/2内，小便池使用次数为B次，

设α、β为不同的加权系数，假定α＝0.35，β＝0.65，

X＝α×A+β×B 表示前期单位时间长度内小便池平均使用次数；

Y＝round(X)+1 采用进位取整法，获得整数值，便于模糊处理；

根据表3得到Y模糊值；

表3

标号	1	2	3	4
					Y	[0，1]	[2，3]	[4，5]	[6，∞)
Y模糊值	较少	少	多	较多

所述的冲水模式I、II、III、IV分别为：

冲水模式I：冲水方式为“一人一次”，表示T2期间内每有一人小便后，信号处理模块发送指令给驱动模块，控制执行模块的动作及动作时间，以“较短”的时间冲水一次，冲洗量维持为1L～1.5L；

冲水模式II：冲水方式为“二人一次”，表示T2期间内每有两人小便后，信号处理模块发送指令给驱动模块，控制执行模块的动作及动作时间，以“短”的时间冲水一次，冲洗量维持为1.5L～2L；若T2期间有小便，但未超过2次，T2时间结束时会冲水模式I的冲水量冲洗一次；

冲水模式III：冲水方式为“三人一次”，表示T2期间内每有三人小便后，信号处理模块发送指令给驱动模块，控制执行模块的动作及动作时间，以“长”的时间冲水一次，冲洗量维持为2L～2.5L；若T2期间有小便，但未超过三次，T2时间结束时按冲水模式II的冲水量冲洗一次；

冲水模式IV：冲水方式为“五人一次”，表示T2期间内每有五人小便后，信号处理模块发送指令给驱动模块，控制执行模块的动作及动作时间，以“较长”的时间冲水一次，冲洗量维持为2.5L～3.5L；若T2期间有小便，但未超过五次，T2时间结束时按模式III的冲水量冲洗一次。

当小便池长期超过12小时未使用时，将进行12小时自动冲水一次，以防存水弯中存水干涸，导致臭气回窜，有效防止臭气回窜。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、人体接近便池或小便时，系统能严格做到不冲水，当系统完全确定人体离开时才冲水，避免了传统的“一次小便，前后冲洗”的模式，减少了小便过程中冲洗带来的溅水、噪音给小便者带来的情绪上的不安等，这种仅在小便后冲洗方式能初步节水达50％以上；

2、能够有效排除人体在小便时抖动或习惯性的晃动给传感系统带来的误判断信号所引起的冲水，即能确保人体小便时无论如何抖动、晃动系统都不发生冲水行为，只有当人体离开时系统才有可能动作；

3、将小便池前期使用的频繁程度纳入到后续冲水行为中，据此设计独特的冲水预测算法，采用模糊数学创新性地设计了四种不同的大幅度节水的冲水模式，并设计了良好的动作程序，能够自适应地在四种模式中做出选择，达到智能冲水的目的；

4、基本没改变常用的小便池控制系统结构组成和元器件，本发明核心在于控制思路和控制功能的改变，对企业来说产品升级的成本较低；

5、减少数据量存储的负担，系统隔一段时间对存储空间中较早的数据覆盖，保证信息处理和存储用足够大的空间；

6、系统可采用交、直流两种供电方式，当使用4节5号碱性电池，每天使用300次，两年内无须更换电池。

附图说明

图1为本发明的控制系统结构示意图；

图2为本发明的控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1所示，为本发明实施系统组成框图，所述控制系统包括红外传感模块1、预处理模块2、信号处理模块3、数据存储模块4、驱动模块5、执行模块6和供电模块7。其功能说明如下：

红外传感模块1：发射的红外线，接收被小便人反射后的红外信号。

预处理模块2：对接收的信号进行去抖、放大、滤波、整形等预处理。

信号处理模块3：含有模糊推理算法和系统控制，对前事数据进行处理和存储，并根据不同的情况下达不同的执行指令到驱动模块。

数据存储模块4：存储前段时间小便池使用情况的数据、模糊控制查询表等。

驱动模块5：接收控制系统指令，为执行模块提供合适的驱动电流。

执行模块6：电磁压水阀动作，实现对小便池的冲洗。

供电模块7：为系统提供稳定的5V直流电源。

进一步，以下为本发明的核心算法设计。

系统能计算并自动保存了前一段时间(假设为10min)内该便池的使用情况(使用次数、冲水次数、间隔时间)，将该小便池的使用频率采用模糊数学处理，分为“较少”、“少”、“多”、“较多”四类，将便池冲水模式分为四类，分别为模式I、模式II、模式III、模式IV。将电磁压水阀的动作时间分为“短”、“较短”、“长”、“较长”四类，冲水量随着不同的动作时间而改变。最后，根据前段时间使用情况信息处理得到的模糊值来规划下一段时间内(假设为5min)小便池冲洗行为。

模糊分类的简要算法思想归结如下：

如设所述前一段时间长度为T1，假定T1＝10min，

其第一个5min内，小便池使用次数为A次，

其第二个5min内，小便池使用次数为B次，

设α、β为不同的加权系数，假定α＝0.35，β＝0.65，

X＝α×A+β×B 表示相邻前段单位时间长度内小便池平均使用次数。

Y＝round(X)+1 采用进位取整法，获得整数值，便于模糊处理。

采用模糊数学，将小便池使用次数Y模糊化处理，分类表如下：

设T2为下一段时间长度，假定T2＝5min，这段时间内小便池使用后的冲洗的方式取决于前一段时间得到的冲水次数的Y模糊值。设T2时间内冲水模式分别为模式I、模式II、模式III、模式IV。

四种模式的解释如下：

模式I：冲水方式为“一人一次”，表示T2期间内每有一人小便后，信号处理模块就发送指令给驱动模块，控制电磁压水阀的动作及动作时间，以“较短”的时间冲水一次，冲洗量维持为1L～1.5L。

模式II：冲水方式为“二人一次”，表示T2期间内每有两人小便后，信号处理模块就发送指令给驱动模块，控制电磁压水阀的动作及动作时间，以“短”的时间冲水一次，冲洗量维持为1.5L～2L。若T2期间有小便，但未超过2次，T2时间结束时会模式I的冲水量冲洗一次。

模式III：冲水方式为“三人一次”，表示T2期间内每有三人小便后，信号处理模块就发送指令给驱动模块，控制电磁压水阀的动作及动作时间，以“长”的时间冲水一次，冲洗量维持为2L～2.5L。若T2期间有小便，但未超过三次，T2时间结束时按模式II的冲水量冲洗一次。

模式IV：冲水方式为“五人一次”，表示T2期间内每有五人小便后，信号处理模块就发送指令给驱动模块，控制电磁压水阀的动作及动作时间，以“较长”的时间冲水一次，冲洗量维持为2.5L～3.5L。若T2期间有小便，但未超过五次，T2时间结束时按模式III的冲水量冲洗一次。

由于我们的设计思想是利用前一段时间小便池的使用的频繁情况等信息规划下一段时间内小便池冲水的行为，于是建立Y模糊值与冲水模式的关系表，如下所示：

Y模糊值	较少	少	多	较多
					冲洗模式	I	II	III	IV

更进一步，参见图2，为本发明软件示意流程图。通过红外传感模块，系统进行红外检测，对接收到的人体靠近产生的信号预处理(去抖、放大、滤波、整形)，预处理信号传输给信号处理模块判断是否有人体靠近；

当检测到人体靠近时，系统根据累计使用时间t，能够自动识别是否为首次工作，在总使用时间小于10min的情况下，由于存储空间还没有经验数据，因此前几回使用期间，程序按照虚线框A中的流程工作，即检测人体是否小便结束、离开，通过冲水前延时3秒，然后确定人体是否真的离开，而不是由于人体晃动或移动导致的，最后信号处理模块发出信号驱使电磁压水阀工作。也就是说，系统在检测到人体靠近或者排尿时、或者在排尿时抖动或晃动都不冲水，确定人体离开后，系统按照模式I冲水，即小便后冲洗一次，冲洗量维持为1L～1.5L。

当系统启动后，随着该小便池使用次数的增加，总使用时间超过10min后，系统将按照左边虚线框B对应的程序流程工作。信号处理模块的模糊推理根据T1时间段内的前事信息和设计的算法，计算出Y模糊值，根据表1、表2、表3中的规则，系统控制决定电磁压水阀的动作方式。虚线框B中“模式X”对应的程序流程与虚线框A的工作流程一致。若处理前段时间T1内便池使用情况信息，得到的Y模糊值为“较少”，下一段时间T2内，小便池每次使用后，按照模式I冲水，即控制单元发送指令给驱动模块，控制电磁压水阀的动作及动作时间，以“较短”的时间冲水一次，冲洗量维持为1L～1.5L。这样，与一般的控制系统每次小便冲洗两次的模式相比，节水高达50％。

若Y模糊值为“少”，下一段时间T2内，小便池按照模式II冲水。

若Y模糊值为“多”，下一段时间T2内，小便池按照模式III冲水。

若Y模糊值为“较多”，下一段时间T2内，小便池按照模式IV冲水。

此外，当小便池长期处于不使用状态，将12小时自动冲水一次，以防存水弯中存水干涸，导致臭气回窜，有效防止臭气回窜。

一般而言，对于小便池使用不是很频繁的场所，该系统常常在模式I和模式II下工作；对于人流量很大，如车站，剧院，公厕等场所，系统在繁忙的时刻会工作在模式III和模式IV下。在冲洗模式方面更加智能，在功能方面更加多样，既在较大程度上做到了卫生方便，又大幅度地达到了节约用水，给政府和其他企事业单位节省了大量的财政开支。

综上所述仅为发明的一种实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本发明的技术范畴。

Claims

1.一种节水的小便池冲洗控制系统，其特征在于，包括红外传感模块、预处理模块、信号处理模块、数据存储模块、驱动模块、执行模块和供电模块，所述的红外传感模块、预处理模块、信号处理模块、驱动模块、执行模块依次连接，所述的信号处理模块分别与数据存储模块、供电模块连接。

2.根据权利要求1所述的一种节水的小便池冲洗控制系统，其特征在于，所述的红外传感模块包括红外发射单元和红外接收单元，所述的红外发射单元发射红外线，红外接收单元接收被小便人反射后的红外信号。

3.根据权利要求1所述的一种节水的小便池冲洗控制系统，其特征在于，所述的预处理模块包括依次连接的去抖单元、放大单元、滤波单元和整形单元。

4.一种如权利要求1所述的节水的小便池冲洗控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

5)系统在确定人体离开后，按照冲水模式I冲水；

表1

Y模糊值较少少多较多冲洗模式 I II III IV

表2

冲水模式 I II III IV 冲水方式一人一次二人一次三人一次五人一次冲水量 1L～1.5L 1.5L～2L 2L～2.5L 2.5L～3.5L

5.根据权利要求4所述的节水的小便池冲洗控制系统的控制方法，其特征在于，所述的信号处理模块计算并自动保存前一段使用时间T1内小便池的使用情况，将小便池的使用情况采用模糊数学处理，计算出小便池使用次数Y的模糊值具体为：

其第一个T1/2内，小便池使用次数为A次，

其第二个T1/2内，小便池使用次数为B次，

设α、β为不同的加权系数，假定α＝0.35，β＝0.65，

X＝α×A+β×B 表示前期单位时间长度内小便池平均使用次数；

Y＝round(X)+1采用进位取整法，获得整数值，便于模糊处理；

根据表3得到Y模糊值；

表3

标号 1 2 3 4 Y [0，1] [2，3] [4，5] [6，∞) Y模糊值较少少多较多

6.根据权利要求4所述的节水的小便池冲洗控制系统的控制方法，其特征在于，所述的冲水模式I、II、III、IV分别为：

7.根据权利要求4所述的节水的小便池冲洗控制系统的控制方法，其特征在于，当小便池长期超过12小时未使用时，将进行12小时自动冲水一次。