CN105736802B - 感应水龙头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种感应水龙头，包括水龙头本体，水龙头本体内设置有脉冲电磁阀和控制机构，水龙头本体的外表面上设置有操作按钮，所述控制机构包括直流电源、中央控制模块、物体感应模块和电磁阀驱动模块；其中，操作按钮用于设定控制机构的工作模式，物体感应模块用于感应水口下方特定范围内是否有物体靠近并将信息发送给中央控制模块，中央控制模块根据采集的信息向电磁阀驱动模块发送指令，电磁阀驱动模块根据指令控制脉冲电磁阀打开或关闭。本发明通过反射光强度的大小标定最大感应距离，采用自动调节物体感应模块发射光强度的方式使得光接收单元接收到强度适中的光信号，并保持该光信号在较大的变化动态范围内，同时对应着较大的感应距离变化动态范围。为能够准确控制水流的接通与关断提供了可靠保证。

Description

感应水龙头

技术领域

本发明涉及生活用品技术领域，特别是一种感应式水龙头。

背景技术

传统的水龙头开关水操作都是由人手扳动水孔头的开关把手，使水龙头的阀门动作来控制水龙头的打开与关闭。传统的水龙头在使用过程中存在以下缺陷：1）频繁开关会对水龙头造成不可逆的磨损，降低水龙头的使用寿命；2）不同人操作水龙头开关把手时，容易造成交叉感染；3）人双手被占用时，不方便操作水龙头的开关把手。

随着科技的进步，感应式水龙头得到了快速发展，感应式水龙头的应用克服了传统水龙头的缺陷，还起到了节水作用。然而目前市场上的感应式水龙头均采用220V交流电源供电，使得其体积过大，安装非常不方便；并且现有的感应水龙头都存在感应距离不准和打开关闭不及时的问题，给使用者带来极大不便。另外由于感应式水龙头大多结构复杂，一旦内部电子线路出现故障，必然导致其不能工作，甚至连最基本的关闭水流或开通水流这样机械式水龙头的功能都不能实现，只能进行维修或更换，不仅影响人们的正常使用，而且成本也较高。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种感应距离能够根据使用情况进行调节、且能够精确控制启闭的感应水龙头。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

感应水龙头，包括水龙头本体，所述水龙头本体内设置有脉冲电磁阀和用于控制脉冲电磁阀打开与关闭的控制机构，水龙头本体的外表面上设置有操作按钮，所述控制机构包括直流电源、中央控制模块、物体感应模块和电磁阀驱动模块；其中，操作按钮用于设定控制机构的工作模式，物体感应模块用于感应水口下方特定范围内是否有物体靠近并将信息发送给中央控制模块，中央控制模块根据采集的信息向电磁阀驱动模块发送指令，电磁阀驱动模块根据指令控制脉冲电磁阀打开或关闭。

上述感应水龙头，所述物体感应模块包括信息处理单元以及与信息处理单元分别连接的光发射单元和光接收单元。

上述感应水龙头，所述控制机构在对脉冲电磁阀进行控制时，首先需要确定被感应物体，并对物体感应模块中光发射单元的光强度、最大感应距离以及最大感应距离时被该特定感应物体反射的光强度对应的电信号值进行标定；然后再对被感应物体至物体感应模块的距离进行监测，当被感应物体与物体感应模块的透红外光窗口之间的距离小于最大感应距离时，光接收单元接收到的该被感应物体反射的光强度和对应的电信号值就会大于标定值，中央控制模块通过电磁阀驱动模块控制脉冲电磁阀打开；当被感应物体与物体感应模块的透红外光窗口之间的距离大于最大感应距离时，光接收单元接收到的该被感应物体反射的光强度和对应的电信号值就会小于标定值，中央控制模块通过电磁阀驱动模块控制脉冲电磁阀关闭。

上述感应水龙头，所述信息处理单元通过调整光发射单元的光驱动电流来改变发射光的光强度，使中央控制模块的最大感应距离对应发射光强度的电信号值与中央控制模块内部预设的电信号值接近，完成对光发射单元反射光强度的标定。

上述感应水龙头，所述信息处理单元在标定过程中，针对某一特定的被感应物体，被感应物体被放置在位于物体感应模块的透红外光窗口正对面某一特定距离处，当中央控制模块感应到的对应该特定的被感应物体反射光强度的电信号值和中央控制模块内部预设置的电信号值相接近，中央控制模块记录下该反射光强度和电信号值；当中央控制模块感应到的对应该特定的被感应物体反射光强度的电信号值和中央控制模块内部预设置的电信号值相差很大时，中央控制模块通过物体感应模块中的信息处理单元对光发射单元的光驱动电流加以调整，通过减小或增大驱动电流来减小或增加发射光的光强度，从而确定合适的光发射单元的反射光强度和电信号值。

上述感应水龙头，所述控制机构还包括与中央控制模块输出端连接的LED显示模块。

上述感应水龙头，所述水龙头本体上还设置有内部直接与脉冲电磁阀的控制电极连接、外接控制电源的外接端口。

由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步如下。

本发明通过反射光强度的大小标定最大感应距离，采用自动调节物体感应模块发射光强度的方式，使得光接收单元接收到强度适中的光信号，并保持该光信号在较大变化动态范围的同时，对应着较大的感应距离变化动态范围。为能够准确控制水流的接通与关断提供了可靠保证。本发明通过外设端口来直接控制脉冲电磁阀，防止因内部故障而无法使用的情况发生。

附图说明

图1为本发明的结构框图；

图2为本发明所述物体感应模块的结构框图；

图3为物体感应模块中反射光强度和感应距离的关系曲线图；

图4为三种不同发光强度的发光单元-被同一被感应物体反射后的光强度和感应距离的关系曲线图。

其中：1.水龙头本体，11.脉冲电磁阀，12.电磁阀驱动模块，13.物体感应模块，131.光发射单元，132.光接收单元，133.信息处理单元，14.LED显示模块，15.中央控制模块，16.直流电源。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明进行进一步详细说明。

一种感应水龙头，其结构如图1所示，包括水龙头本体1，水龙头本体内设置有脉冲电磁阀和控制机构，水龙头本体外表面上设置有的操作按钮；操作按钮用于设定控制机构的工作模式，控制机构用于控制脉冲电磁阀的打开与关闭，脉冲电磁阀用于控制水流的释放。水流流入水龙头本体的进水口后，流经由控制机构控制的脉冲电磁阀11，最后通过水龙头本体的出水口流出。

控制机构包括直流电源模块、中央控制模块、物体感应模块、电磁阀驱动模块以及LED显示模块14。其中，中央控制模块15是以微处理器为核心嵌入式软硬件结合的智能控制模块，中央控制模块15通过通讯和其他三个模块交换信息，发出控制指令给其他三个模块；物体感应模块用于感应水口下方特定范围内是否有物体靠近并将信息发送给中央控制模块；中央控制模块根据采集的信息向电磁阀驱动模块发送指令，电磁阀驱动模块根据指令控制脉冲电磁阀打开或关闭；LED显示模块用于根据中央控制模块的指令对相应信息进行显示。

物体感应模块为一个红外光电感应器，其内部结构如图2所示，包括信息处理单元以及、光发射单元和光接收单元，物体感应模块的外壳上设置有一个允许红外光透过的透红外光窗口，发射光和被反射的接收光都由此窗口透过。

感应水龙头的工作模式分为：标定模式、自动模式和手动模式。其中，标定模式是为自动模式确定其工作时所需要的最大感应距离；自动模式为默认模式，退出标定模式或手动模式后，感应水龙头都会自动进入自动模式。感应水龙头通过标定模式确定最大感应距离做为自动模式下判断被感应物体存在位置的远近，被感应物体的位置远近是通过被感应物体反射回来的光强度大小来判断的，接收到的反射光强度大，其对应的电信号值也大，被认为是距离近；接收到的反射光强度小，其对应的电信号值也小，被认为是距离远。

本发明在接通直流电源后，自动进入自动模式，此时的最大感应距离为中央控制模块15内部预设的最大感应距离参考值；在标定模式执行完成后，所得到的最大感应距离就会被中央控制模块15记录，取代这个预设的参考值，直到下一次新的标定模式执行完成后，被新的最大感应距离取代，或者通过断电、重新上电后被预设的参考值取代。

对感应水龙头进行标定时，通过操作水龙头本体外表面上的操作按钮进入标定模式。在标定模式下，将某一特定的被感应物体放置于物体感应模块13的透红外光窗口正对面一特定距离，成功标定后，中央控制模块15记录下此时的被感应物体与物体感应模块13的透红外光窗口之间的距离，标定为最大感应距离。如果没有标定成功，重新将被感应物体放置于物体感应模块13的透红外光窗口正对面另一特定距离，如此过程重复执行，直到标定成功。标定成功后，LED显示模块14在中央控制模块15的控制下发出标定成功并完成的指示，同时退出标定模式进入自动模式。

标定模式下物体感应模块的工作原理为：光发射单元131发出的脉冲光投射到位于物体感应模块13的透红外光窗口正对面某一定距离处的某一特定的被感应物体上，经由被感应物体反射后，该反射光被光接收单元132接收，水龙头本体内部的信号转换电路将接收到的光强度信息转换和放大成相应的电信号被中央控制模块15采集，中央控制模块15将该电信号值的大小和预设理想的电信号值（假设：0.5V）加以比较，会出现以下三种情况：

第一种情况：该电信号值和理想的电信号值相近（假设：0.3V~0.7V）；

第二种情况：该电信号值远大于理想的电信号值（假设：>0.7V）；

第三种情况：该电信号值远小于理想的电信号值（假设：<0.3V）。

当第一种情况发生时，中央控制模块15记录下该电信号值；此时，这一特定被感应物体到物体感应模块13的透红外光窗口之间的距离就被中央控制模块15记录为最大感应距离。同时，中央控制模块15还保存产生该电信号值时对应的当前光发射单元131的发射光强度，供自动模式使用。完成标定过程，退出标定模式，进入自动模式。

当第二种情况发生时，中央控制模块15通过物体感应模块13中的信息处理单元133对光发射单元131的光驱动电流加以调整，减小此时驱动电流，达到减小发射光的光强度的目的。经过调整后，中央控制模块15感应到的对应这一特定的被感应物体反射光强度的电信号值就会和理想的电信号值相接近，中央控制模块15记录下该电信号值。此时，这一特定的被感应物体到物体感应模块13的透红外光窗口之间的距离就被中央控制模块15记录为最大感应距离。同时，中央控制模块15还保存产生该电信号值时对应的当前光发射单元131的发射光强度，供自动模式使用。完成标定过程，退出标定模式，进入自动模式。

当第三种情况发生时，中央控制模块15通过物体感应模块13中的信息处理单元133对光发射单元131的光驱动电流加以调整，增大此时驱动电流，达到增大发射光的光强度的目的。经过调整后，中央控制模块15感知到的对应这一特定的被感应物体反射光强度的电信号值就会和理想的电信号值相接近，中央控制模块15记录下该电信号值。此时，这一特定的被感应物体到物体感应模块13的透红外光窗口之间的距离就被中央控制模块15记录为最大感应距离。同时，中央控制模块15还保存产生该电信号值时对应的当前光发射单元131的发射光强度，供自动模式使用。完成标定过程，退出标定模式，进入自动模式。

在第二种情况和第三种情况发生时，信息处理单元对光发射单元的光驱动电流进行调整，目的是为了使光接收单元接收到强度适中的光信号，并保持该光信号在较大变化动态范围的同时，对应着较大的感应距离变化动态范围。本发明控制机构中的中央控制模块根据物体感应模块中光接收单元132接收反射光强度的大小来判定被感应物体的距离，即通过反射光强度的强和弱来判断被感应物体是位于最大感应距离以内还是以外。

图3为反射光强度和感应距离的关系曲线。从图3中看出有三个区域：A区域、B区域和C区域。在A区域，感应距离的动态范围较小，相应的反射光强度的变化动态范围过大；C区域则正相反。因此当本发明工作在A或C区域都会产生一定的误动作，故而不是理想的工作区域。B区域有着较大感应距离变化动态范围的同时，保持着较大的反射光强度变化动态范围，是理想的工作区域。因此物体感应模块中的信息处理单元通过调整光发射单元131发出的光强度到合适值，使得感应距离变化的动态范围保持较大的同时，使光接收单元132接收的反射光强度变化有较大的动态范围。

图4为三种不同发光强度的发光射单元131被同一被感应物体反射后的光强度和感应距离的关系曲线，▲代表发光强度强的发光单元，●代表发光强度弱的发光单元，■代表发光强度适中的发光单元。从图4可以看出，当被感应物体位于感应距离P处，光发射单元131发出强光得到的反射光强度X落在A区域（对应▲曲线）；光发射单元131发出弱光得到的反射光强度Z落在C区域（对应●曲线），都不是理想的工作区域。

本发明通过信息处理单元调整光发射单元131发出的光强度，使得被感应物体位于感应距离P处的反射光强度Y落在B区域（对应■曲线），即落在理想的工作区域内。

感应水龙头在标定状态下确定了特定的被感应物体、光发射单元131的光强度、最大感应距离以及对应最大感应距离时被该特定感应物体反射的光强度对应的电信号值，这些参数均保存在了中央控制模块中，供自动模式参照。

感应水龙头标定完成后进入自动模式。在此模式下，当标定模式下确定的被感应物体再次出现在物体感应模块13的透红外光窗口正对面，并且其与物体感应模块13的透红外光窗口之间的距离小于最大感应距离时，即当物体感应模块13感应到被感应物体存在于最大感应距离以内的位置时，光接收单元132接收到的该被感应物体反射的光强度和对应的电信号值就会大于标定模式时中央控制模块15记录下的最大感应距离对应的反射光强度和电信号值，此时中央控制模块15就会通过电磁阀驱动模块12驱动脉冲电磁阀11打开，出水口就会有水流流出。反之，如果标定模式下确定的被感应物体再次出现在物体感应模块13的透红外光窗口正对面，并且其与物体感应模块13的透红外光窗口之间的距离大于最大感应距离时，即当物体感应模块13感应到被感应物体存在于最大感应距离之外的位置时，光接收单元132接收到的该被感应物体反射的光强度和对应的电信号值就会小于标定模式时中央控制模块15记录下的最大感应距离对应的反射光强度和电信号值，中央控制模块15就会通过电磁阀驱动模块12控制脉冲电磁阀11关闭，出水口便不会有水流流出。

本发明还可以通过操作水龙头本体外表面上的操作按钮进入手动模式，此时通过操作开启按钮，无论物体感应模块13是否感应到被感应的物体存在，中央控制模块15都会通过电磁阀驱动模块12打开脉冲电磁阀11，出水口就会有水流流出。通过操作关闭按钮，无论物体感应模块13是否感应到被感应的物体存在，中央控制模块15都会通过电磁阀驱动模块12关闭脉冲电磁阀11，出水口不会有水流流出。手动模式关闭后，感应水龙头自动进入自动模式。

在手动模式下，为确保不造成水资源浪费，在进入手动模式开状态的同时，中央控制模块15在内部预设的定时器开始计时，定时时间到的时刻，中央控制模块15通过电磁阀驱动模块12关闭脉冲电磁阀11，这样即使人为遗忘通过操作关闭按钮进入手动模式关状态，脉冲电磁阀11也会在预设的定时时间后自动被关闭，关断出水口水流流出。

本发明的中央控制模块15还能够实时监测直流电源16的电压值；当电压值低于设定阈值时，中央控制模块15向LED显示模块14发出指令，显示电压过低信息，提醒及时更换电源。

为防止内部电路故障或直流电源亏电时无法操控水龙头的情况发生，本发明在水龙头本体上还设置了外接端口，外接端口的内部直接与脉冲电磁阀的控制电极连接，外接控制电源，用于通过外部的控制电源来直接控制脉冲电磁阀11的打开或闭合。

Claims (5)

1.感应水龙头，包括水龙头本体（1），其特征在于：所述水龙头本体内设置有脉冲电磁阀（11）和用于控制脉冲电磁阀打开与关闭的控制机构，水龙头本体的外表面上设置有操作按钮，所述控制机构包括直流电源、中央控制模块、物体感应模块和电磁阀驱动模块；其中，操作按钮用于设定控制机构的工作模式，物体感应模块用于感应水口下方特定范围内是否有物体靠近并将信息发送给中央控制模块，中央控制模块根据采集的信息向电磁阀驱动模块发送指令，电磁阀驱动模块根据指令控制脉冲电磁阀打开或关闭；

所述物体感应模块（13）包括信息处理单元（133）以及与信息处理单元分别连接的光发射单元（131）和光接收单元（132）；

所述控制机构在对脉冲电磁阀进行控制时，首先需要确定被感应物体，并对物体感应模块中光发射单元的光强度、最大感应距离以及最大感应距离时被该感应物体反射的光强度对应的电信号值进行标定；然后再对被感应物体至物体感应模块的距离进行监测，当被感应物体与物体感应模块的透红外光窗口之间的距离小于最大感应距离时，光接收单元接收到的该被感应物体反射的光强度和对应的电信号值就会大于标定值，中央控制模块通过电磁阀驱动模块控制脉冲电磁阀打开；当被感应物体与物体感应模块的透红外光窗口之间的距离大于最大感应距离时，光接收单元接收到的该被感应物体反射的光强度和对应的电信号值就会小于标定值，中央控制模块通过电磁阀驱动模块控制脉冲电磁阀关闭。

2.根据权利要求1所述的感应水龙头，其特征在于：所述信息处理单元通过调整光发射单元的光驱动电流来改变发射光的光强度，使中央控制模块的最大感应距离对应发射光强度的电信号值与中央控制模块内部预设的电信号值接近，完成对光发射单元反射光强度的标定。

3.根据权利要求2所述的感应水龙头，其特征在于：所述信息处理单元在标定过程中，针对某一特定的被感应物体，被感应物体被放置在位于物体感应模块的透红外光窗口正对面某一特定距离处，当中央控制模块感应到的对应该特定的被感应物体反射光强度的电信号值和中央控制模块内部预设置的电信号值相接近，中央控制模块记录下该反射光强度和电信号值；当中央控制模块感应到的对应该特定的被感应物体反射光强度的电信号值和中央控制模块内部预设置的电信号值相差太大或者太小时，中央控制模块通过物体感应模块中的信息处理单元对光发射单元的光驱动电流加以调整，通过减小或增大驱动电流来减小或增加发射光的光强度，从而确定合适的光发射单元的反射光强度和电信号值。

4.根据权利要求1所述的感应水龙头，其特征在于：所述控制机构还包括与中央控制模块输出端连接的LED显示模块。

5.根据权利要求1所述的感应水龙头，其特征在于：所述水龙头本体上还设置有内部直接与脉冲电磁阀的控制电极连接、外接控制电源的外接端口。