CN107913018B - 智能厕纸盒系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能厕纸盒系统，包括自发电及电能储存模块，厕纸余量检测模块，单次纸用量检测模块，报警模块，低功耗信号收发模块，集总控制模块及移动终端。本发明解决厕纸盒电路供电问题，无需电池及外接其它电源，工作稳定可靠，功耗低，成本低廉，节能环保，方便使用。利用当前应用广泛的移动支付人性化的解决公用厕纸的浪费问题。整个厕纸盒系统结构简单，易于使用。可在厕纸盒及手机APP中进行缺纸提醒，可满足普通家庭及公共厕所的需要，使用环境宽泛。

Description

智能厕纸盒系统

技术领域

本发明涉及日常生活和电子信息技术领域，具体为一种智能厕纸盒系统。

背景技术

日常生活中，经常会遇到这样窘迫的事情，上完厕所才发现厕所里没纸了，这时需要去叫人帮忙，非常的不便。现在虽然有许多能够检测厕纸数量并提前预警的技术，但是还存在以下问题：1、电池供电，电池电量耗尽或电压过低导致装置无法工作，同时废旧电池会污染环境；2、无法解决公共场所免费公用厕纸大量浪费的问题。3、当前基于局域网的厕纸盒有效通讯距离短，单个协调器无法在多个楼层间收发报警信息；单个采用无线收发模块的厕纸盒无法组成网络，功能单一。

仲成军等人的申请号为201620913769.7的实用新型专利中，虽有通过拉线带动滑轮工作的自发电装置，但其内部依然采用蓄电池存储产生的电能，蓄电池寿命有限，内部含有有害物质，电解液泄露会造成环境污染且对人的生命安全造成危害；此外，自发电结构复杂不易使用。

郑虔斌的申请号为201410682503.1的发明专利中，其具备通过无线方式发送缺纸信号，但厕纸盒独立工作，无法形成网络，只适用于独立卫生间的家庭环境。

孙维根等人的申请号为201420057986.1的实用新型专利中的厕纸盒电路具备显示厕纸余量的功能，但采用电池组供电，电量低会造成电路工作不稳定出现误报，电量耗尽出现漏报，同时废旧电池处理不当会污染环境。因此使用电池存在工作不可靠，增加后期成本，可能污染环境的问题。

董林莲的申请号为201510779054.7的发明专利中，提供了一种基于低功耗局域网协议的厕纸纸尽报警方法。该局域网络存在的问题为：单个协调器作用距离有限，接收端只能在楼宇内部使用；协调器与厕纸盒之间信息只能单向传输。

朱叙昌等人的申请号为201520917292.5的实用新型专利，其具备通过无线方式发送缺纸信号。但其采用220V交流供电，在卫生间这种潮湿的环境下存在漏电的安全隐患，也不具备解决单次过量用纸问题。

王佳的申请号为201320084219.5的实用新型专利，卷纸长度可调，利用锯齿纸刀切断设置长度的卷纸，从而达到卷纸定量使用的目的。存在的问题为：虽然每次定量输出，但对每人抽取的次数和可调节的长度却没有进行限制，不能达到节约厕纸的目的。

李伟波等人的申请号为201420260186.X的实用新型专利中，当发现抽出纸的长度超出限值时，需要如厕者打开厕所门，才能再次抽纸。当如厕者真正需要较大量的纸时，还需再次开门，给使用者带来极大的不便，不够人性化。

发明内容

本发明为解决上述问题，提供了一种新的智能厕纸盒，包括自发电装置，具有节能环保及人性化解决厕纸浪费的功能。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种智能厕纸盒系统，包括自发电及电能储存模块，厕纸余量检测模块，单次纸用量检测模块，报警模块，低功耗信号收发模块，集总控制模块及移动终端。

自发电及电能储存模块包括外壳Ⅱ和位于外壳Ⅱ内的外壳Ⅰ；所述外壳Ⅰ内一侧壁通过固定支架活动安装转动杆一端，所述转动杆通过径向设置的弹簧结构安装厕纸筒；所述转动杆另一端穿出外壳Ⅰ另一侧壁后连接齿轮Ⅱ，所述齿轮Ⅱ与齿轮Ⅲ啮合，所述齿轮Ⅲ和齿轮Ⅳ同轴安装于传动杆上，所述齿轮Ⅳ与齿轮Ⅰ啮合；所述传动杆驱动发电机动作，所述发电机通过导线及稳压整流电路连接超级电容；所述外壳Ⅱ上通过铰链安装按压键，所述按压键上设有驱动杆，当按压键被按下后驱动杆驱动齿轮Ⅰ转动；所述按压键和外壳Ⅱ之间设有复位弹簧Ⅱ。

单次纸用量检测模块结构如下：所述转动杆另一端外套装电磁铁、其端部通过键连接齿轮Ⅱ的轮轴一端，所述齿轮Ⅱ的轮轴另一端连接复位弹簧Ⅰ，所述复位弹簧Ⅰ固定于外壳Ⅱ内；所述转动杆安装旋转编码器，所述旋转编码器输出信号至出纸控制模块，或者，所述齿轮Ⅱ的侧面设有一圈宽度渐变的反光材料，外壳Ⅰ上设置与反光材料正对的光电收发二极管，所述光电收发二极管输出信号至出纸控制模块；所述出纸控制模块控制电磁铁的电流通断，所述电磁铁由超级电容供电。

厕纸余量检测模块结构如下：所述外壳Ⅰ内一侧壁安装多个红外发射接收装置、另一侧壁为反射面（既可以是镜面，也可以是反射油漆），常态下，红外发射接收装置发出的光信号被厕纸筒上具有相应厚度的卫生纸阻挡；所述出纸控制模块控制红外发射接收装置的启动和停止。

所述出纸控制模块连接报警模块和无线通信模块；所述无线通信模块无线连接集总控制模块，所述集总控制模块无线连接移动终端。

超级电容向出纸控制模块、厕纸余量检测模块、单次纸用量检测模块、报警模块、无线通信模块供电。

工作时，使用者按下按压键，按压键通过驱动杆带动齿轮Ⅰ转动，齿轮Ⅰ通过齿轮Ⅳ及传动杆使发电机产生感应电流，经过稳压整流电路为超级电容充电，将电能存储到超级电容中去。该电能将用于厕纸余量检测模块、单次纸用量检测模块、报警模块、低功耗信号收发模块等电路模块供电。同时，齿轮Ⅲ驱动齿轮Ⅱ转动，带动转动杆转动，将卫生纸输出。适当调节齿轮Ⅰ和齿轮Ⅳ的传动比，实现按压一至两次即可完成出纸量。

设置单次纸用量检测模块，可以通过两种方式来计算单次出纸量。一是转动杆在转动的同时，通过旋转编码器记录旋转圈数，输入至出纸控制模块后结合厕纸余量检测模块获得的剩余纸量的厚度，出纸控制模块进而计算出单次抽出厕纸的长度；二是转动杆在转动的同时，通过光电收发二极管检测光强判断转轴的旋转位置和周数，输入至出纸控制模块后结合厕纸余量检测模块获得的剩余纸量的厚度，出纸控制模块进而计算出单次抽出厕纸的长度；出纸控制模块根据不同纸厚调整允许的转动周数，当单次出纸量超过预先设计时，出纸控制模块控制电磁铁得电，产生磁力，将齿轮Ⅱ吸向电磁铁，使得齿轮Ⅱ与和齿轮Ⅲ不再咬合，同时齿轮Ⅱ被位于外壳Ⅱ上的卡槽卡合后无法转动，达到锁止转动杆的目的，此时厕纸盒不再出纸。经过一定时间后，出纸控制模块控制电磁铁失电，不再吸合齿轮Ⅱ，齿轮Ⅱ在复位弹簧Ⅰ作用下重新与齿轮Ⅲ咬合，转动杆不再锁止。同时，并将此消息通过低功耗信号收发模块发送到集总控制模块，如果如厕者情况特殊，纸不够用，可以通过微信或者支付宝扫码等方式获取权限后再次解锁。

设置厕纸余量检测模块，每次当有抽纸动作发生时，出纸控制模块控制红外线发射接收装置开关打开，当纸量充足（卷筒外卫生纸厚度较厚）的时候，纸就会挡住光信号，而在没有纸或量少（卷筒外卫生纸厚度较薄）的时候，相应接收器就会收到光信号，并传输信号至出纸控制模块，之后将纸余量不足的信号通过无线通信模块（低功耗信号收发模块）发送到集总控制模块，同时，出纸控制模块控制报警模块的报警灯亮起。

与现有技术相比，本发明专利的优点有：

1、解决厕纸盒电路供电问题，无需电池及外接其它电源，工作稳定可靠，功耗低，成本低廉，节能环保，方便使用。

2、通过集总控制模块完成厕纸盒与用户之间的信息交换，一方面，集总控制模块与WiFi连接，可远距离传输信息，另一方面，集总控制模块通过低功耗信号收发模块与厕纸盒连接，达到盒体部分低功耗的效果。整个厕纸盒系统结构简单，易于使用。

3、具有控制转轴连杆锁住纸张的功能，出纸量不能满足需求时，可以通过微信或者支付宝扫码等方式获取权限解锁，或者等待自动解锁。本发明利用当前应用广泛的移动支付人性化的解决公用厕纸的浪费问题。

4、可在厕纸盒及手机APP中进行缺纸提醒，可满足普通家庭及公共厕所的需要，使用环境宽泛。

附图说明

图1表示厕纸盒结构示意图。

图2表示厕纸盒驱动示意图。

图3表示厕纸盒系统结构框图。

图4表示厕纸盒系统网络拓扑图。

图中：1-发电机，2-齿轮Ⅰ，3-复位弹簧Ⅰ，4-齿轮Ⅱ，5-电磁铁，6-卫生纸，7-弹簧结构，8-转动杆，9-固定支架，10-外壳Ⅰ，11-外壳Ⅱ，12-齿轮Ⅲ，13-齿轮Ⅳ，14-传动杆，15-导线，16-铰链，17-复位弹簧Ⅱ，18-按压键，19-驱动杆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。

一种智能厕纸盒系统，如图3所示，包括自发电及电能储存模块，厕纸余量检测模块，单次纸用量检测模块，报警模块，低功耗信号收发模块，集总控制模块及移动终端。

如图1所示，自发电及电能储存模块包括外壳Ⅱ11和位于外壳Ⅱ11内的外壳Ⅰ10。

外壳Ⅰ10内一侧壁通过固定支架9利用轴承等活动安装转动杆8一端，转动杆8通过径向设置的弹簧结构7安装厕纸筒，实现厕纸筒和转动杆8的同步旋转；转动杆8另一端穿出外壳Ⅰ10另一侧壁后连接齿轮Ⅱ4（具体连接结构如下表述），齿轮Ⅱ4与齿轮Ⅲ12啮合，齿轮Ⅲ12和齿轮Ⅳ13同轴安装于传动杆14上，齿轮Ⅳ13与齿轮Ⅰ2啮合；传动杆14驱动发电机1动作，发电机1通过导线15及稳压整流电路连接超级电容。超级电容向出纸控制模块、厕纸余量检测模块、单次纸用量检测模块、报警模块、无线通信模块供电。

由于厕纸盒电路中采用WiFi收发数据会造成功耗高，电池电量有限，需要频繁更换造成不便，电池电量低会造成电路工作不稳定出现误报，电量耗尽出现漏报，同时废旧电池处理不当会污染环境。本系统包含有自发电装置，产生的电能供自身电路使用，无需电池，节能环保。

如图2所示，外壳Ⅱ11上通过铰链16安装按压键18，按压键18上设有驱动杆19，当按压键18被按下后驱动杆19驱动齿轮Ⅰ2转动，齿轮Ⅰ和齿轮Ⅳ的传动比根据实际情况确定；按压键18和外壳Ⅱ11之间设有复位弹簧Ⅱ17。

自发电及电能储存模块：使用者按下按压键，按压键带动齿轮转动，带动发电机内线圈切割磁感线产生感应电流，经过稳压整流电路为超级电容充电，将电能存储到超级电容中去。该电能将用于厕纸余量检测模块，单次纸用量检测模块，报警模块，低功耗信号收发模块等电路模块供电。同时，驱动转动杆转动，实现出纸的基本功能。

单次纸用量检测模块结构如下：转动杆8另一端外套装电磁铁5、其端部通过键连接齿轮Ⅱ4的轮轴一端，齿轮Ⅱ4可以沿转动杆8端部左右移动，齿轮Ⅱ4的轮轴另一端连接复位弹簧Ⅰ3，复位弹簧Ⅰ3固定于外壳Ⅱ11内，常态下，复位弹簧Ⅰ3处于自然状态并将齿轮II4与齿轮III12啮合；转动杆8安装旋转编码器，旋转编码器输出信号至出纸控制模块，或者，齿轮Ⅱ4的侧面设有一圈宽度渐变的反光材料，外壳Ⅰ10上设置与反光材料正对的光电收发二极管，所述光电收发二极管输出信号至出纸控制模块；出纸控制模块控制电磁铁5的电流通断，电磁铁5由超级电容供电。

单次纸用量检测模块：通过两种方式来计算单次出纸量，一是旋转编码器可记录滚筒的旋转圈数，出纸控制模块结合余量检测模块提供的剩余厕纸厚度进而可以计算出抽出厕纸的长度；二是，通过光电收发二极管检测光强判断转轴的旋转位置和周数，出纸控制模块结合余量检测模块提供的剩余厕纸厚度进而可以计算出抽出厕纸的长度；出纸控制模块根据厕纸余量检测模块获得转动杆上厕纸的厚度，调整单次转动杆的最大允许旋转圈数。电磁铁可以控制齿轮Ⅱ与齿轮Ⅲ咬合，当发现单次抽出纸的长度超出限定值时，通过电磁铁控制，使得齿轮Ⅱ与Ⅲ不再咬合，同时与齿轮II卡入外壳Ⅰ上设定好的卡槽，锁止转动杆，此时厕纸盒不再出纸。并将此消息通过低功耗信号收发模块发送到集总控制模块，如果如厕者情况特殊，纸不够用，可以通过微信或者支付宝扫码付款或者免费再次解锁。另外，出纸口在关闭后经过一定时间（通过管理人员手机APP设定）会自动打开，即出纸控制模块控制电磁铁失电，齿轮Ⅱ在复位弹簧Ⅰ作用下与齿轮Ⅲ重新咬合，同时转动杆不再锁止。

厕纸余量检测模块结构如下：外壳Ⅰ10内一侧壁安装多个红外发射接收装置、另一侧壁为反射面（既可以是镜面，也可以是反射油漆），常态下，红外发射接收装置发出的光信号被厕纸筒上具有相应厚度的卫生纸6阻挡；出纸控制模块控制红外发射接收装置的启动和停止。

厕纸余量检测模块：在一个卷纸盒的一侧装有多个红外线发射接收装置，另一侧为反射面。每次当有抽纸动作发生时，出纸控制模块控制红外线发射接收装置开关打开，当有纸量充足（表现为卫生纸的厚度较高）的时候，纸就会挡住光信号，在纸量减少时相应的接收器就可以接收到光信号进而得到厕纸余量，并传递至出纸控制模块，当在没有纸或量少（表现为卫生纸的厚度接近零）的时候，将纸余量不足的信号通过低功耗信号收发模块发送到集总控制模块，同时，报警模块的报警灯亮起。

出纸控制模块连接报警模块和无线通信模块；无线通信模块通过低功耗短距离的无线方式连接集总控制模块，所述集总控制模块通过大功率远距离的无线方式连接到万维网。移动终端（例如手机）登录万维网即可操作。

报警模块：采用低功耗的LED灯，扬声器等进行提醒，使用光控开关，当其接收到光信号时电路导通，报警。

低功耗信号收发模块：由低功耗的信号发送接收器件组成，负责盒体与集总控制模块的信息交换。

如图4所示，m个厕纸盒通过集总控制模块连接n(m>>n)个移动终端。

集总控制模块：此部分为整个智能厕纸盒系统的信息枢纽，用于完成厕纸盒与管理人员之间的信息交换，可接收多个厕纸盒传来的信息并信息进行解码分析，如果收到的是厕纸余量不足的信号则将此信息通过WiFi传送到手机APP，提醒工作人员换纸；若收到的是单次纸用量超限，出纸口关闭的消息，则等待接收从云端传来的信号，如若如厕者通过扫码信息获取权限后，则向厕纸盒发送消息，解锁出纸功能。由于采用局域网络存在的问题是单个协调器作用距离有限，接收端只能在楼宇内部使用；协调器与厕纸盒之间信息只能单向传输。厕纸盒单独采用WiFi功耗大，单独使用蓝牙或ZigBee等低功耗方式传输距离有限。而本发明的集总控制模块采用WiFi与因特网连接实现远程连接，集总控制模块与厕纸盒采用蓝牙等低功耗模式连接实现低功耗，可以完成厕纸盒与管理人员之间的信息交换，还可以对厕纸盒用纸量控制。

手机APP主要功能有：1、接收集总控制模块传来的缺纸信号，提醒工作人员换纸；2、设置单次厕纸用量超额后出纸口再次解锁的时间。

以上实施例仅用以说明本发明而非限制，本领域技术人员应当理解，对本发明内容进行修改或者等同替换，都不脱离本发明范围。

Claims (5)

1.一种智能厕纸盒系统，其特征在于：包括自发电及电能储存模块，厕纸余量检测模块，单次纸用量检测模块，报警模块，无线通信模块，集总控制模块及移动终端；

自发电及电能储存模块包括外壳Ⅱ（11）和位于外壳Ⅱ（11）内的外壳Ⅰ（10）；

所述外壳Ⅰ（10）内一侧壁通过固定支架（9）活动安装转动杆（8）一端，所述转动杆（8）通过径向设置的弹簧结构（7）安装厕纸筒；所述转动杆（8）另一端穿出外壳Ⅰ（10）另一侧壁后连接齿轮Ⅱ（4），所述齿轮Ⅱ（4）与齿轮Ⅲ（12）啮合，所述齿轮Ⅲ（12）和齿轮Ⅳ（13）同轴安装于传动杆（14）上，所述齿轮Ⅳ（13）与齿轮Ⅰ（2）啮合；所述传动杆（14）驱动发电机（1）动作，所述发电机（1）通过导线（15）及稳压整流电路连接超级电容；

所述外壳Ⅱ（11）上通过铰链（16）安装按压键（18），所述按压键（18）上设有驱动杆（19），当按压键（18）被按下后驱动杆（19）驱动齿轮Ⅰ（2）转动；所述按压键（18）和外壳Ⅱ（11）之间设有复位弹簧Ⅱ（17）；

单次纸用量检测模块结构如下：所述转动杆（8）另一端外套装电磁铁（5）、其端部通过键连接齿轮Ⅱ（4）的轮轴一端，所述齿轮Ⅱ（4）的轮轴另一端连接复位弹簧Ⅰ（3），所述复位弹簧Ⅰ（3）固定于外壳Ⅱ（11）内；所述转动杆（8）安装旋转编码器，所述旋转编码器输出信号至出纸控制模块，或者，所述齿轮Ⅱ（4）的侧面设有一圈宽度渐变的反光材料，外壳Ⅰ（10）上设置与反光材料正对的光电收发二极管，所述光电收发二极管输出信号至出纸控制模块；所述出纸控制模块控制电磁铁（5）的电流通断，所述电磁铁（5）由超级电容供电；

厕纸余量检测模块结构如下：所述外壳Ⅰ（10）内一侧壁安装多个红外发射接收装置、另一侧壁为反射面，常态下，红外发射接收装置发出的光信号被厕纸筒上具有相应厚度的卫生纸（6）阻挡；所述出纸控制模块控制红外发射接收装置的启动和停止；

所述出纸控制模块连接报警模块和无线通信模块；所述无线通信模块无线连接集总控制模块，所述集总控制模块无线连接万维网；

超级电容向出纸控制模块、厕纸余量检测模块、单次纸用量检测模块、报警模块、无线通信模块供电。

2.根据权利要求1所述的智能厕纸盒系统，其特征在于：所述无线通信模块通过低功耗短距离的无线方式连接集总控制模块，所述集总控制模块通过大功率远距离的无线方式连接到万维网。

3.根据权利要求2所述的智能厕纸盒系统，其特征在于：m个厕纸盒通过集总控制模块连接n个移动终端。

4.根据权利要求1或2或3所述的智能厕纸盒系统，其特征在于：通过手机扫码或APP发送指令控制厕纸盒的出纸控制模块解锁。

5.根据权利要求1所述的智能厕纸盒系统，其特征在于：所述出纸控制模块根据厕纸余量检测模块获得转动杆上厕纸的厚度，调整单次转动杆的最大允许旋转圈数。