CN111971438A - 包括无线控制模块的水龙头 - Google Patents

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Abstract

一种包括无线模块的电子水龙头，该无线模块促进对电动可操作阀的远程控制。说明性地，该无线模块包括：限定与该电动可操作阀流体连通的流体通道的主体、以及被配置为从远程发射器接收无线信号的接收器。该远程发射器可以包括语音识别和转换设备，以促进对该电动可操作阀的语音控制。

Description

包括无线控制模块的水龙头
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年11月21日提交的美国临时专利申请序列号62/589,540的优先权，该临时专利申请的披露内容通过援引而明确地并入本文。
背景技术和发明内容
本披露总体上涉及一种流体输送装置，并且更具体地，涉及一种包括无线控制模块的水龙头，该无线控制模块促进对电动可操作阀的语音控制操作。
电子水龙头通常包括电动可操作阀，该电动可操作阀耦合到用于控制流过出水口的流体流的电子控制器。一些电子水龙头包括接近度传感器(诸如有源红外(“IR”)接近度检测器或电容式接近度传感器)以控制电动可操作阀的操作。这种接近度传感器可以用于检测位于水龙头附近的用户的手，并且响应于检测到用户的手而自动地开始流过水龙头流体流。其他电子水龙头可以使用触摸传感器(诸如电容式触摸传感器)来控制水龙头。在Thomas等人的美国专利申请公开号2016/0362877中详细描述了说明性电子水龙头，该专利申请的披露内容通过援引而明确地并入本文。
可以由语音命令控制的电子水龙头在本领域中是已知的。这种语音控制的水龙头可以包括麦克风，以接收用于控制电动可操作阀的操作的声音输入。
本披露涉及一种模块附件，该模块附件可以被添加到现有的电子水龙头以允许对水龙头进行无线控制。用于这种无线控制的输入可以源自各种设备，包括例如语音识别和转换设备、专用远程用户接口和/或智能手机。
本披露的说明性无线控制模块向现有的电子水龙头添加了功能，诸如免手动操作和对水流的编程控制(例如洗手模式，在该模式下，水流被定时)。无线控制模块还可以包含传感器，以测量水参数(诸如水温和/或流速)。这些传感器的使用允许实现添加的功能，诸如从热水管线中清除冷水(加热)、分配规定量的水和/或监测用水量。
由于说明性的无线控制模块是可释放地联接的附件，并且并未被集成到电子水龙头中，因此其可以仅由那些期望获得添加的功能的消费者进行添加，而不包括不必要的复杂性并且不会对电子水龙头的基础成本造成负担。
根据本披露的说明性实施例，一种电子水龙头包括喷管、由该喷管支撑的流体供应导管以及阀组件。该阀组件包括被定位成用于控制流过该流体供应导管的流体流的电动可操作阀。阀控制器可操作以控制该电动可操作阀。无线控制模块与该阀控制器通信。该无线控制模块包括被配置为从远程发射器发送和/或接收无线信号并与该阀控制器通信以控制该电动可操作阀的操作的接收器。
根据本披露的另一个说明性实施例，一种用于电子水龙头的无线控制模块包括：限定在入口与出口之间延伸的流体通道的主体、被配置为从远程发射器接收无线信号的接收器、以及可操作地耦合到该接收器的无线控制器。电缆耦合到该接收器并与阀控制器进行通信，以控制电动可操作阀的操作。可释放的联接器被配置为将该流体通道的入口联接到该电动可操作阀的出口。
在考虑了以下对如目前所理解的用于实施本发明的最佳模式进行举例说明的说明性实施例的详细描述之后，本发明的附加特征和优点对本领域的技术人员来说将变得清楚。
附图说明
附图的详细说明具体针对所附的图，在附图中：
图1是展示了本披露的示例性电子水龙头的框图；
图2是展示了图1的电子水龙头的示例性控制器和无线控制模块的框图；
图3是图1的说明性电子水龙头的阀组件和无线控制模块的透视图；
图4是图3的阀组件和无线控制模块的透视图，其中阀组件被局部分解地示出；
图5是沿图3的线5-5截取的截面视图；
图6是图3的说明性无线控制模块的透视图；
图7是图6的说明性无线控制模块的分解透视图；
图7A是图7的印刷电路板的平面视图；
图8是沿图6的线8-8截取的截面视图；
图9是与本披露的无线控制模块进行的互联网通信的图解表示；
图10是与本披露的无线控制模块一起使用的说明性互联网协议的图解表示；以及
图11是展示了图1的电子水龙头的示例性操作的状态图。
具体实施方式
出于促进对本披露原理的理解的目的，现在将参照附图中展示的实施例，这些实施例将在本文中进行描述。本文所披露的实施例并非旨在穷举或将本发明限制于所披露的精确形式。相反，选择这些实施例并且对其加以描述来使其传授内容可以为本领域的其他技术人员所用。因此，并不旨在对要求保护的发明的范围进行限制。本发明包括对本发明所属领域的技术人员通常会想到的所展示的设备和所描述的方法的任何改变和进一步的修改、以及对本发明的原理的进一步应用。
首先参考图1，根据本披露的一些说明性实施例示出了电子水龙头10的框图。例如，电子水龙头10包括喷管12，该喷管支撑通道或水路(例如，流体管道)用于输送诸如水等流体。在所展示的实施例中，喷管12的通道包括在热水源16和冷水源18与喷管12的水出口19之间的流体通路。参见例如图1的通路28a、28b、28c、28d、28e。电子水龙头10说明性地包括与热水源16和冷水源18流体连通的电动可操作阀(诸如电磁阀22)。电磁阀22说明性地由阀控制器24以电子方式进行控制。应当注意，控制器24可以与电磁阀22成一体或分离开。
在所展示的实施例中，阀控制器24被配置为打开和关闭电磁阀22以打开和关闭流到喷管12的出口19的流体流。在另一个说明性实施例中，阀控制器24进一步被配置为按比例控制阀22以调节流过喷管12到达出口19的流体的流速和/或温度。在本文描述的说明性实施例中，电磁阀22包括先导式操作的电磁阀，但是也可以提供另一种合适的电动可操作阀或致动器驱动阀，诸如电子比例阀(EPV)。
在所展示的实施例中，阀控制器24基于来自至少一个激活传感器(诸如接近度传感器和/或触摸传感器)的输出来控制电磁阀22，以例如打开和关闭流过喷管12的流体流。在说明性实施例中，激活传感器包括电容式传感器26，该电容式传感器与阀控制器24进行通信，以向阀控制器24提供指示在喷管12上或附近检测到物体(例如，用户的手)的信号。可以提供其他合适的激活传感器用于检测水龙头10附近的物体。如所展示的，电容式传感器26的电极25耦合到喷管12(或为喷管12的一部分)以检测接触喷管12的物体。电极25可以定位在水龙头10的其他合适区域中，以检测用户的手的存在。
在说明性实施例中，电容式传感器26和电极25用于触摸操作模式和免手动操作模式中的至少一种。在免手动操作模式中，电容式传感器26和阀控制器24在喷管12附近的检测区域或检测区内检测用户的手或其他物体。在一个实施例中，检测区域包括水流和水槽盆中紧邻水流的区域。取决于电容式传感器26的位置和灵敏度，检测区域可以扩展到其他区域。在触摸操作模式中，电容式传感器26和阀控制器24在用户的手或其他物体与喷管12的表面接触时检测用户的手或其他物体。为了以任一模式打开电子水龙头10，在检测到物体(例如，用户的手)时，由阀控制器24激活电磁阀22以打开和关闭水流。
在一些说明性实施例中，通过利用电容式传感器26感测电容变化，阀控制器24被配置为做出逻辑决定以控制水龙头10的不同操作模式，如在手动操作模式与免手动操作模式之间切换，如美国专利号7,537,023；美国专利号7,690,395；美国专利号7,150,293；美国专利号7,997,301；和PCT国际专利申请公开号WO 2008/094651和WO 2009/075858中所描述的，这些专利申请的披露内容均通过援引而明确地并入本文。
在一个说明性实施例中，可以在通过操纵手动阀手柄14打开电磁阀22之后提供水温和流速的手动调节。手柄14可以由支撑喷管12的套筒15来支撑。更具体地，套筒15被说明性地定位在喷管12与安装平台17(例如，水槽平台)之间。特别地，手动阀手柄14可以用于操纵被定位在喷管12的通道中的手动阀组件20，以调节从热水源16和冷水源18到电磁阀22的流体的温度和/或流量。可以为热水源16和冷水源18中的每一个提供单独的手动阀手柄14和相关联的手动阀组件20。可替代地，电子水龙头10是无需任何手动控制(即，无手动阀组件20)的全自动水龙头。美国专利号7,753,074中详细描述了说明性手动阀组件20，该专利的披露内容通过援引而明确地并入本文。
在说明性实施例中，阀控制器24可以进一步地以电子方式控制阀组件20。特别地，阀组件20可以包括电子比例阀或混合阀，该阀由阀控制器24调节以控制热水和冷水的混合并且因此控制流过喷管12到达出口19的水的温度。这种电子混合阀20可以是电磁阀22的补充或替代。另外，混合阀20可以由单独的热水比例阀和冷水比例阀替代。
在美国专利号7,458,520和PCT国际专利申请公开号WO 2007/082301中描述了示例性的电子控制混合阀，该专利申请的披露内容通过援引而明确地并入本文。从热水源16和冷水源18流出的流体的量可以由阀控制器24基于一个或多个用户输入来进行控制，这些用户输入诸如期望的流体温度、期望的流体流速、期望的流体体积、基于各种任务的输入、各种认可的演示和/或其组合。例如，水龙头10可以包括温度传感器(例如，本文描述的温度传感器54)，该温度传感器与比例阀的输出流体连通，以向阀控制器24提供反馈从而用于控制水温。在一个实施例中，阀控制器24经由本文描述的辅助端口56(图2)控制比例阀。
在一个说明性实施例中，水龙头10包括由阀控制器24控制的一个或多个指示器29，以提供电子水龙头10的操作模式(例如，免手动模式和/或触摸模式)和/或水温的视觉或音频指示。示例性指示器29包括定位在水龙头10附近的发光二极管(LED)或其他光源、或声音设备。其他示例性指示器29包括液晶显示器(LCD)和磁性闭锁机械指示器。在一个实施例中，指示器29可操作以基于不同颜色的LED或单个多色LED的选择性点亮来指示流过水龙头10的水的操作模式和/或温度。
在所展示的实施例中，除了电子水龙头10之外，阀控制器24还可以与远程设备通信，该远程设备说明性地为辅助设备30。示例性辅助设备30可以包括例如另一个水龙头喷管30a(图2)、肥皂分配器、饮料分配器或另一合适的分配设备。辅助设备30还可以包括垃圾处理装置、洗碗机、即时热设备、远程开关(例如，脚踏开关)或与管道设备相关联或在管道设备附近的其他设备中的任何一种设备。如本文中进一步详细描述的，辅助设备30b(图2)可以包括无线通信设备(例如，无线控制模块)。辅助设备30可以定位在与喷管12相同的水槽盆的附近。可替代地，例如，辅助设备30可以被定位以分配到不同的水槽盆(诸如浴室或厨房中或另一个房间中的另一个水槽盆)中。
如在本文中详细描述的，阀控制器24说明性地包括辅助端口56(参见图2和图3)，该辅助端口用于经由电子电缆55(图3)远程地控制辅助设备30和/或为该辅助设备供电。电子电缆55可以是常规设计的，并且说明性地包括串行电缆，该串行电缆包括相反的第一端部连接器57a和第二端部连接器57b，并提供双向通信，如本文中进一步详细描述的。多于一个辅助设备30a、30b等可以通过多个电子电缆55a、55b耦合到不同的辅助端口56。虽然说明性辅助设备30可以完全由阀控制器24控制，但是设备30也可以包括用于对自身进行操作、同时从控制器24接收电力和/或通信信号的单独的控制器(例如，微处理器)。
进一步参考图2，展示了图1的示例性阀控制器24的框图。阀控制器24说明性地包括印刷电路板40以及安装到印刷电路板40的多个电路部件。说明性地，处理器42、流量传感器52、温度传感器54、(多个)辅助端口56和光连接器58耦合到电路板40。连接插头46说明性地耦合到电路板40，以用于耦合来自外部电源21的电力线。在一个说明性实施例中，电源21是电池电源或在插头46处连接的其他直流(DC)电源。处理器42的内部或外部存储器44可以包括软件和/或固件，该软件和/或固件包含由处理器42执行的用于控制电磁阀22、水龙头10的其他部件以及其他设备(例如，辅助设备30)的指令。处理器42说明性地基于来自电容式传感器26、流量传感器52和/或温度传感器54的输出来控制电磁阀22。
光连接器58被配置为将电流路由到诸如LED等光设备59，以例如点亮光设备59。在一个说明性实施例中，光设备59是不同颜色的，并且处理器42基于水龙头10的操作模式和/或流过水龙头10的水的温度来选择性地控制光设备59以点亮不同的颜色。示例性的光连接器58包括音频插孔连接器。在一个实施例中，图1的指示器29包括图2的光设备59。在示例性实施例中，阀控制器24还包括电源连接器48，该电源连接器用于将阀控制器24耦合到壁装插座或其他建筑物电源以向阀控制器24供电。电源连接器48说明性地包括整流器，以将交流(AC)电力转换成适合于阀控制器24的DC电力水平。
参考图3至图5，展示了包括电磁阀22的示例性电磁阀组件50，该电磁阀组件与无线控制模块200流体连通并且电通信。流体经由流体导管28c进入电磁阀组件50的阀壳体70(图4)，并经由流体导管28d离开阀壳体70，然后流过无线控制模块200并经由流体导管28e(图1)到达喷管12。流体导管28d和28e可以包括密封件31(图3)，这些密封件分别提供到流体导管28e的配合部件和喷管12的流体导管的密封连接。摆动连接器或联接器7la和71b被说明性地枢转地支撑，以将流体导管28c与来自手动阀组件20的入口管73联接在一起，并且将流体导管28d与无线控制模块200的主体202联接在一起。
电磁阀组件50说明性地包括外部壳体60，该外部壳体用于包围和保护定位在壳体60内的阀控制器24和电磁阀22。外部壳体60被配置为在阀壳体70(图4)的顶部上滑动并安装到组件50的基部61。基部61的相对端上的卡夹72被配置为接合外部壳体60，但是也可以使用其他合适的紧固件将外部壳体60联接到基部61。外部壳体60包括用于接纳流体导管28d的开口62。外部壳体60进一步包括提供到辅助端口56的通路的开口64、提供到DC电源连接器48的通路的开口66、以及提供到光连接器58的通路的开口68。
如图4所展示的，阀控制器24安装到组件50的阀壳体70。电力电缆74将电力从电源21路由到阀控制器24，以便为阀控制器24的电子部件供电。电力电缆74包括电线，该电线在被配置为耦合到阀控制器24的插头46(图5)的连接器端部76与被配置为耦合到电源21的相反连接器端部78之间路由。附加的电缆线75可以被提供用于将传感器信号诸如从电容式传感器26路由到阀控制器24。在说明性的电容式感测实施例中，接触夹79可以电耦合到喷管12的安装柄。
如图4所展示的，电磁阀22的电磁线圈80包括缠绕在线轴84上的线圈线82。在所展示的实施例中，电磁线圈80直接安装到电路板40。U形金属支架90的尺寸被确定为装配在电磁线圈80上。金属支架90用作用于路由利用电磁线圈80生成的磁通量的部件。特别地，当控制器24使电磁线圈80被通电时，支架90为所生成的磁通量提供流动路径。在Thomas等人的美国专利申请公开号2016/0362877中提供了电磁阀22的附加细节，该专利申请的披露内容通过援引而明确地并入本文。
进一步参考图4，处理器42、插头46、温度传感器54、端口56、DC连接器48和光连接器58被说明性地安装到印刷电路板40。端口56、DC连接器48和光连接器58被说明性地安装在电路板40的边缘处，以便与外部壳体60的开口64、66、68对准。电路板40包括用于控制电磁阀22的其他合适的电子装置。插头46说明性地包括电引脚，该电引脚被配置为接纳电力电缆74的连接器端部76。
辅助端口56被配置为接纳连接器电缆55，该连接器电缆被路由到辅助设备30(图2)，该辅助设备可以与阀控制器24进行通信并由其供电。说明性地，辅助设备30a可以包括无线控制模块200。连接器电缆55包括第一端部连接器57a，该第一端部连接器可释放地耦合到(多个)辅助端口56。因此，即插即用配置设置有(多个)辅助端口56，这些辅助端口促进对可利用水龙头10的阀控制器24进行控制的次级设备(例如，辅助设备30)的快速耦合和去耦合。在一个说明性实施例中，多于一个辅助设备30耦合到辅助端口56并由阀控制器24控制。
再次参考图2，阀控制器24的控制和功率管理软件/固件以及控制开关说明性地用于控制(多个)辅助设备30的操作。辅助设备30可以包括例如肥皂分配器、另一水龙头、饮料分配器、过滤水分配器、热水分配器或另一合适的分配设备。如图2所展示的，辅助分配设备30a可以包括支撑流体供应导管的喷管38。分配设备30a说明性地包括与阀控制器24进行通信的电子装置32，这些电子装置包括定位在流体供应导管中的用于控制流过喷管38的流体流的电动可操作阀34，诸如电磁阀或电子比例阀(EPV)。电子装置32经由在水龙头10与设备30a之间路由的快速耦合连接器电缆55a可释放地耦合到辅助端口56。在一个实施例中，类似于水龙头10的基于电容的控制，由处理器42基于经由端口56从辅助设备30(例如，从传感器36)接收到的串行通信来控制流过辅助设备30a的流体流。如本文中进一步详细描述的，辅助设备30a还可以包括与阀34和/或传感器36进行通信的单独的控制器(未示出)，以控制阀和/或传感器的操作。
阀控制器24说明性地将从电源21(图2)或DC连接器48接收到的电力经由端口56路由到辅助设备30的电子装置32，以便为设备30供电。因此，在一个说明性实施例中，水龙头10和辅助设备30两者都如由阀控制器24所管理地在同一电源下操作。阀控制器24可操作以从辅助设备30接收输入、处理输入、并基于接收到的输入而输出用于控制设备30的电子装置32(例如，螺线管、电动机、灯等)的电信号。在一个实施例中，辅助设备30包括至少一个接近度传感器36(诸如电容式传感器或红外传感器)，该接近度传感器可操作以在设备30上或附近检测用户的手，如类似地在本文中关于电子水龙头10的电容式传感器26描述的。可替代地，辅助设备30可以包括开关设备，该开关设备被配置为在由用户致动开关设备时指示阀控制器24激活设备30。阀控制器24可以基于从接近度传感器36或开关设备接收到的信号来控制流过辅助设备30的流体流(例如，水、肥皂、饮料等)。阀控制器24也可操作以为辅助设备30上的与设备30的各种操作模式或状态相对应的显示灯(诸如LED)供电。
因此，辅助设备30可以包括有限控制或不主动控制的无源电接口或哑电接口，其中，该接口的电子装置32由水龙头10的阀控制器24经由辅助端口56远程控制。在一个说明性实施例中，辅助设备30的电路系统包括用于将设备30连接到阀控制器24、用于检测并向阀控制器24发送激活请求、以及用于基于来自阀控制器24的控制来致动流体阀所需的电路系统。在其他说明性实施例中，辅助设备30可以包括用于对自身进行操作的控制器(例如，微处理器)，其中，辅助设备30仅从控制器24接收电力和/或通信。
在一个说明性示例中，辅助端口56包括多引脚(例如，8引脚)注册插孔(RJ)插座，但是任何合适的电连接器都可以用于端口56。在一个说明性实施例中，辅助端口56的多引脚连接包括开关电源、接地线、串行数据传输线、串行数据接收线、中断线、3.3伏电力线和复位线，该开关电源连接到电池电压(例如，电源21)以便为辅助设备30的电子装置供电。
温度传感器54可以直接安装(例如，焊接)到电路板40。如此，传感器54说明性地定位在阀壳体70的外部。在一个说明性实施例中，温度传感器54包括焊接到电路板40的表面安装型NTC热敏电阻，但是也可以使用其他合适的温度传感器。热传递设备从温度传感器54延伸到阀壳体70的内部区域或水路130(图5)的内部。如本文所述，热传递设备可操作以将热量从阀壳体70的内部区域130内的流体传递到温度传感器54。
说明性地，处理器42可操作以基于利用温度传感器54测得的水温来控制水龙头10。在一个说明性实施例中，处理器42可操作以选择性地控制光设备59(图2)来点亮不同颜色的设备59，从而向用户指示水温。例如，蓝色指示冷水，红色指示热水，红色与蓝色之间的色调指示在冷与热之间的温度。可替代地，处理器42说明性地在数字或模拟显示器(例如，指示器29的LCD显示器)上用数字显示水温。在一个说明性实施例中，阀控制器24被编程为在检测到的水温超过阈值温度时自动切断水流，即，关闭电磁阀22。示例性阈值温度为大约120华氏度，但是也可以设置其他合适的阈值。在一个实施例中，控制器42使用来自传感器54的温度信息来控制与电磁阀22串联的电动可操作混合阀(例如，阀20)。该混合阀被控制用于按比例混合来自热源16和冷源18的水以达到期望的温度。期望的温度可以由用户选择或者可以在处理器42的存储器中预先确定并且编程。如此，可以利用温度传感器54来提供对流过水龙头10的水的闭环温度控制。也可以实施基于水温的其他合适的控制。
参考图6至图8，说明性无线控制模块200包括主体或水路管202，该主体或水路管包括限定在入口208与出口210之间延伸的水路或流体通道206的管204。主体202可以由诸如玻璃纤维增强的热塑性材料等聚合物形成。壳体或盖212联接到主体202。更具体地，主体202的端壁214联接到壳体212的开口端216。壳体212可以由诸如共聚甲醛等聚合物形成。管204的入口部分218在第一方向上从端壁214延伸，并且管204的出口部分220在与第一方向相反的第二方向上从端壁214延伸。腔室222被限定在壳体212内并接纳无线控制器224。管204的出口部分220延伸穿过腔室222并经由端壁228中的开口226延伸出壳体212。
入口208流体联接到电磁阀组件22的出口28d，并且出口210流体联接到喷管12的水出口19。更具体地，管204的入口部分218接纳电磁阀组件22的出口管28d。摆动夹71b说明性地将电磁阀组件22的出口管28d固定到无线控制模块200的管204。更具体地，摆动夹71b的第一端部230可枢转地联接到管204的入口部分218上的销232。摆动夹7lb的第二端部234包括弓形保持器236，该弓形保持器被配置为接合出口管28d上的环形凹部238。管204的出口部分220被说明性地接纳在联接到喷管12的流体导管28e的端部内。O形环31可以定位在管204与流体导管28e中间以在这两者之间提供流体密封。
无线控制器224说明性地包括印刷电路板240，该印刷电路板接纳在壳体212的腔室222内。印刷电路板240说明性地支撑常规的微处理器242。辅助端口244也可以由印刷电路板240支撑并且与无线控制器224电通信。辅助端口244可通过壳体212的侧壁248中的开口246来接近。
无线通信设备(诸如无线收发器250)说明性地由印刷电路板240支撑并且与无线控制器224电通信。无线收发器250被配置为与远程设备252无线通信(例如，直接地或间接地接收和/或发射无线信号)。这样的无线通信可以经由已知技术，诸如2.4GHz频带中的无线通信，包括例如Wi-Fi、ZigBee和蓝牙。无线收发器250说明性地包括无线无线电和天线，诸如Wi-Fi模块或芯片、ZigBee模块或蓝牙模块。在一个说明性实施例中，无线收发器250包括被配置为与Wi-Fi网络254通信的Wi-Fi芯片。如本文详细描述的，无线通信设备说明性地包括用于接收和发射无线信号两者的收发器250。换句话说，收发器250应被理解为既包括接收器又包括发射器。如此，接收器可以由收发器限定，并且更具体地，由嵌有印刷电路板240的收发器250限定。术语“接收器”的使用不限于仅接收信号的设备，并且可以包括还发射信号的设备(例如，收发器)。
远程设备252可以包括与收发器250无线通信的语音识别和转换设备。可替代地，远程设备252可以包括智能手机、平板计算机、计算机和/或专用远程用户接口(即，远程控制装置)。如本文中进一步详细描述的，远程设备252可以在互联网上通过云与无线控制模块200通信。在另外的其他说明性实施例中，远程设备252可以既包括语音识别和转换设备，又包括智能手机、平板计算机、计算机和/或远程控制装置中的至少一个。
流量传感器256说明性地由主体202的管204支撑，以检测流体通道206内的水流，并且与无线控制器224和/或阀控制器24电通信。更具体地，流量传感器256说明性地包括流动涡轮机组件257，该流动涡轮机组件包括被流动涡轮机保持架260支撑以进行旋转的流动涡轮机258。流动涡轮机保持架260可以被接纳在管204内，使得流过流体通道206的水能够使流动涡轮机258旋转。流动涡轮机256可以是磁流涡轮机，该磁流涡轮机包括由转子262支撑的磁体和支撑在印刷电路板240上的传感器或检测器263，检测器263被配置为检测转子262的旋转。通过无线控制器224和/或阀控制器24将由传感器检测到的转数与流速和/或流量相关联。阀控制器24可以基于来自流量传感器256的输入来控制电动可操作阀22，以分配预定量的水。另外地，流量传感器256可以用于监测水的使用并将这种信息提供给用户。更具体地，来自流量传感器256的用水量信息可以被提供给控制器224，并且从嵌入式收发器250传输到处理器42，以例如在显示屏(未示出)上向用户显示关于水龙头10随时间推移的耗水量的信息。
在某些说明性实施例中，温度传感器264可以由主体202的管204支撑，以检测流过流体通道206的水的温度，并且与无线控制器224和/或阀控制器24电通信。温度传感器264可以对阀组件20的温度传感器54进行补充或替换。如本文中进一步详细描述的，温度传感器54可以与无线控制器224和/或阀控制器24一起使用，以向用户提供温度指示、提供高温限制和/或提供加热特征。
无线控制器224说明性地提供用于读取流量传感器256、温度传感器264和无线通信设备250的装置，诸如用于接收和/或发射数据的Wi-Fi芯片、ZigBee模块或蓝牙模块。电子电缆55经由阀控制器24在无线控制模块200与电子控制阀20之间传送命令(例如，信号)。说明性地，电子电缆55是包括相反的第一端部连接器57a和第二端部连接器57b的串行电缆。第一连接器57a耦合到阀控制器24的端口56，而第二连接器57b耦合到无线控制模块200的端口244。
本文详细描述的模块化水路设计允许无线控制模块200插入在电子控制阀20的出口与延伸穿过水龙头喷管12的水路之间。
说明性地，在无线控制模块200的无线控制器224与阀控制器24的处理器42之间存在串行通信协议。无线控制器224与处理器42之间的串行通信被配置为双向地发生。除了发射和接收数据信号之外，还可以使用中断信号来向接收者指示数据传输即将开始。中断信号允许无线控制模块200和阀控制器24的处理器42两者进入低功率睡眠模式，直到一个使用中断信号唤醒或激活另一个。该方案或协议允许这两个设备200、42在电池供电的情况下持续较长时间地操作；因为他们并不总是完全加电地等待或搜索数据。用于发送数据的串行协议可以被唯一地限定并且基于寄存器。例如，为了设置水状态，辅助设备或智能喷管可以将值‘1’写入寄存器0x02以打开(例如，开启)阀22。作为另一示例，辅助设备30可以通过请求当前存储在阀控制器24中的寄存器0x05中的值来请求当前水温。说明性地，所有串行消息包都使用起始字节、停止字节、消息长度字节和双字节循环冗余校验(CRC)来确保数据完整性。
图9是与无线控制模块200的说明性互联网通信的图解表示。更具体地，语音识别和转换设备252和无线控制模块200可以是家庭网络270的一部分，该家庭网络经由web接口274与存储在互联网272(例如，互联网云)中的软件无线通信。web接口274可以具有常规设计，诸如无线路由器或集线器，用于促进互联网云272与家庭网络270之间的通信。web门户276说明性地提供语音识别服务278和命令解析例程280与物联网(IoT)集线器282之间的通信。另外地，专用远程使用接口(诸如智能手机或平板计算机284)可以与web门户276通信。在另一个说明性实施例中，智能手机或平板计算机284可以例如经由软AP Wi-Fi配置直接与无线控制模块200通信。
图10是与无线控制模块200一起使用的说明性互联网协议的图解表示。例如，语音识别和转换设备252a可以包括例如诸如在可从美国华盛顿州西雅图市的亚马逊获得的设备(例如，Echo)上使用的Alexa的语音或虚拟助手。在这种说明性实施例中，设备252a与Alexa语音识别服务278a和Alexa语音适配器280a(例如，AWS Lambda计算平台)通信。在另一个说明性实施例中，语音识别和转换设备252b可以包括例如诸如可从美国加利福尼亚州山景城的谷歌获得的谷歌助手的语音或虚拟助手。在这种说明性实施例中，设备252b与谷歌语音识别服务278b和谷歌语音适配器280b(例如，谷歌云功能)通信。
进一步参考图9和图10，说明性地通过使用仅来自远程计算设备(诸如智能手机或平板计算机284)的网页来提供用于与无线控制模块200的控制器224通信的物联网(IoT)集线器282的设置。更具体地，说明性地使用标准的互联网协议在Wi-Fi网络270和互联网272上提供无线控制模块200与语音识别和转换设备252之间的通信。提供设置机制用于将设备200连接到互联网272，而无需用户从专用的应用程序商店(例如，苹果应用商店或谷歌应用商店)下载独立的应用程序。
下面详细描述设置设备(例如，无线控制模块200)的说明性步骤。该设置系统的优点在于，用户可以使用他或她的智能手机或平板计算机284中的web浏览器来设置设备200，而不必为该一次性设置下载独立的“app”。除了设备200的简化的设置之外，设备200的未来配置和控制还可以通过web门户进行，此外使用用户的智能手机或平板计算机284中的内置web浏览器。
说明性的Wi-Fi web设置过程包括以下步骤：
1.设备200将托管其自身的web服务器和软件接入点(软AP)。
2.用户将通过在他或她的智能手机或平板计算机284上选择该开放的Wi-Fi网络来连接到该软AP。
3.用户将打开他或她的web浏览器，然后输入本地托管网页的IP地址或URL。
4.在软AP网页中，将要求用户选择他或她的家庭Wi-Fi SSID并输入他或她的密码。
5.此时，软AP将关闭，并且设备将尝试使用用户输入的凭证连接到家庭Wi-Fi网络270。当这种情况发生时，用户的智能手机或平板计算机284上的网页将使用异步JavaScript(AJAX)延迟大约20秒(允许用户的智能手机或平板计算机284恢复到Wi-Fi或蜂窝网络上的稳定互联网连接)，然后重定向到全局可解析的web门户。
6.一旦处于公共web门户中，用户就将创建账户以将他或她的物理设备(例如，Wi-Fi语音水龙头10)链接到他或她在云中的账户。
7.设置完成。用户现在可以在任何时间返回公共web门户来改变其设备的设置或远程地控制其设备(例如，电子水龙头10)。
图11是示出了本披露的电子水龙头10的说明性操作的状态图。框302、304、306和308表示说明性电子水龙头10的不同操作状态或模式。更具体地，框302表示第一操作状态或模式，其中，手动阀20和电动可操作阀22关闭，使得没有水流过喷管12的出口19。框304表示第二操作状态或模式，其中，手动阀20关闭而电动可操作阀22打开。在第二操作模式下，没有水流过喷管12的出口19。框306表示第三操作状态或模式，其中，手动阀20和电动可操作阀22都打开，使得水流过喷管12的出口19。框308表示第四操作状态或模式，其中，手动阀20打开而电动可操作阀22关闭。在第四操作模式下，没有水流过喷管12的出口19。
在图11中，用于控制电动可操作阀22的操作的各种说明性命令是由与数字1至12的各种组合相关联的线来表示。如本文中进一步详细描述的，阀控制器24可以从不同的输入装置(诸如(多个)电容式传感器26和/或语音识别和转换设备252)接收命令。阀控制器24还可以根据从(多个)电容式传感器26接收到的信号而在对电子水龙头10的不同部件的“轻击”与“抓握”之间进行区分。更具体地，阀控制器24可以基于电容信号的正斜率与负斜率之间的时间量做出这种区分。较长的持续时间指示“抓握”，而较短的持续时间指示“轻击”。说明性地，抓握是持续至少300毫秒的接触或触摸，而轻击是持续不超过300毫秒的接触或触摸。在Sawaski等人的美国专利号8,776,817、Rodenbeck等人的美国专利号8,613,419、Sawaski等人的美国专利号8,561,626中披露了关于在对喷管12和/或手柄14的触摸之间进行区分以定义轻击和抓握、识别不同的触摸模式并由此实施不同的功能的附加说明性细节，这些专利的披露内容均通过援引而明确地并入本文。
进一步参考图11的状态图，命令1是无新输入。命令2是喷管轻击，其中，用户触摸水龙头10的喷管12持续定义轻击的预定时间。命令3是套筒轻击，其中，用户触摸水龙头10的套筒15持续定义轻击的预定时间。命令4是喷管抓握，其中，用户触摸喷管12持续定义抓握的预定时间。命令5是套筒抓握，其中，用户触摸套筒15持续定义抓握的预定时间。命令6是语音打开命令，其中，用户向语音识别和转换设备252发出可听的“打开”语音。命令7是语音关闭命令，其中，用户向语音识别和转换设备252发出可听的“关闭”语音。命令8是语音分配命令，其中，用户向语音识别和转换设备252发出可听的“分配”语音。命令9是语音加热命令，其中，用户向语音识别和转换设备252发出可听的“加热”语音。命令10是语音分配完成命令，该命令在语音分配命令(命令8)之后发起，其中，在由流量传感器256测得分配了预定量的水之后，控制器24将电动可操作阀22移动到关闭位置。命令11是加热完成命令，该命令在语音加热命令(命令9)之后发起，其中，在由温度传感器264测得水温超过预定值之后，控制器24将电动可操作阀22移动到关闭位置。命令12是超时命令，其中，在电动可操作阀22已经打开持续预定时间之后，控制器24将电动可操作阀22移动到关闭位置。
进一步参考图11，对手动阀20的手柄14的说明性手动输入是由与字母A和B相关联的线来表示。手动输入A是将手动阀20的手柄14置于关闭位置，使得没有水流过手动阀20。手动输入B是将手动阀20的手柄14置于打开位置，使得水流过手动阀20。
用于控制电动可操作阀22的操作的命令可以通过与电子水龙头10相关联的各种输入来发起。此类输入可以包括语音识别、电容式感测、红外(IR)感测、接近度感测等中的一种或多种。一旦发出命令，就说明性地通过使用控制器24来跟踪经过的时间并读取传感器(例如，流量传感器52、256、温度传感器54、264等)来控制水流，以进行该命令的执行。对于电容式感测，用户可以在电子水龙头10的一个部件上执行触摸序列(例如，在水龙头12上轻击两次)，或者在电子水龙头10的不同部件上执行组合触摸(例如，抓握喷管12并且将手动手柄14移动到热，抓握喷管12并轻击手动手柄14两次等)。
在图11的状态图中所展示的操作中，可以通过从(多个)电容式传感器26输入的命令和提供到无线控制模块200的语音识别来控制电子水龙头10。从状态302开始，命令2(喷管轻击)、命令3(套筒轻击)、命令5(套筒抓握)、命令6(语音打开)、命令8(语音分配)和命令9(语音加热EIP)将使控制器24打开电动可操作阀22，同时手动阀20保持关闭。如此，电子水龙头10处于状态304。电子水龙头10响应于命令1(无新输入)、命令4(喷管抓握)和命令7(语音关闭)而保持处于状态302。
电子水龙头10响应于命令1(无新输入)、命令4(喷管抓握)、命令5(套筒抓握)、命令6(语音打开)、命令8(语音分配)和命令9(语音加热FTP)而保持处于状态304。命令2(喷管轻击)、命令3(套筒轻击)、命令7(语音关闭)、命令10(语音分配)、命令11(语音加热完成)和命令12(超时)使电子水龙头10返回状态302。从状态302开始，将手动手柄14移动到打开位置(手动输入B)使电子水龙头10移动到状态308。
从状态304，将手动手柄14移动到打开位置(手动输入B)使电子水龙头10移动到状态306。通过将手动手柄14移回到“关闭”位置(手动输入A)，电子水龙头10返回到状态304。在状态306下，命令2(喷管轻击)、命令3(套筒轻击)、命令7(语音关闭)、命令10(语音分配)、命令11(语音加热完成)和命令12(超时)将使控制器24关闭电动可操作阀22，同时手动阀20保持打开。如此，电子水龙头10处于状态308。电子水龙头10通过命令1(无新输入)、命令4(喷管抓握)、命令5(套筒抓握)、命令6(语音打开)、命令8(语音分配)和命令9(语音加热)而保持在状态306。命令2(喷管轻击)、命令3(套筒轻击)、命令5(套筒抓握)、命令6(语音打开)、命令8(语音分配)和命令9(语音加热)将使电子水龙头10从状态308返回到状态306。
电子水龙头10通过命令1(无新输入)、命令4(喷管抓握)和命令7(语音关闭)保持在状态308。从状态308，将手动手柄14移动到关闭位置(手动输入A)使电子水龙头10移动到状态302。在状态302下，通过将手动手柄14移回到“打开”位置(手动输入B)，电子水龙头10返回到状态308。
应当理解，可以编程出针对控制器24的操作的各种不同的命令。例如，响应于“洗手”命令，控制器24可以(1)打开电动可操作阀22持续较短的预设持续时间以使用户弄湿其手，(2)关闭电动可操作阀22持续较短的预设持续时间以使用户涂肥皂，并且(3)再次打开电动可操作阀22以使用户冲洗其手。控制器24可以在较短的预设持续时间之后、或者仅在来自用户的附加命令输入之后，再次关闭阀22。在该操作中，所分配的水可以被设置成处于预定的温暖温度(例如，如由温度传感器54检测到的)。
响应于“刷牙”命令，控制器24可以(1)打开电动可操作阀22持续较短的预设持续时间以使用户弄湿其牙齿，(2)关闭电动可操作阀22持续较短的预设持续时间以使用户将牙膏涂到牙刷上，并且(3)再次打开电动可操作阀22以使用户漱口。控制器24可以在较短的预设持续时间之后、或者仅在来自用户的附加命令输入之后，再次关闭阀22。在该操作中，所分配的水可以被设置成处于预定的较冷温度(例如，如由温度传感器54检测到的)。尽管刷牙模式类似于洗手模式，但是说明性地，所编程的操作时间和水温是不同的。
在另一个说明性示例中，“填充对象”命令可以使控制器24打开电动可操作阀22持续预设的持续时间、或者直到达到如流量传感器256测得的预设体积以分配足以填充容器的设定量的水，并且然后关闭电动可操作阀22。可以使用不同的命令来分配不同设定量的水以填充不同的容器。说明性的命令可以包括例如“填充杯”、“填充壶”、“填充加仑”等。
“加热”命令可以使控制器24打开电动可操作阀22，直到所分配的水的温度(例如，由温度传感器54检测到的)达到或超过预定值。
可以通过在水龙头10上的各种不同的输入(包括例如语音输入、电容式传感器、红外传感器等)来发起各种命令。对于电容式传感器26，例如，用户可以执行触摸序列(例如，轻击两次)或组合触摸(例如，抓握喷管12并转动手柄14至加热、抓握喷管12、以及轻击手柄14两次)。一旦发出命令，就说明性地可以使用微处理器42来跟踪经过的时间并读取传感器(例如，流量传感器、温度传感器等)来控制水流，以进行该命令的执行。
如果通过语音识别来控制电子水龙头10，则有利的是减少提供到语音识别和转换设备252的背景噪声。如此，可以在阀22与喷管12的出口之间的流动路径中设置层流稳流器。在一个说明性实施例中，层流稳流器可以是联接到喷管12的出口19的曝气器。更具体地，可以迫使充气水通过分散盘中的洞或孔，并然后流过至少一个筛网，这会在充气水从曝气器出来时产生层流的充气水。可以理解，可以在流动路径中的各种位置处使用其他类型的稳流器。
可以在无线控制模块200与语音识别和转换设备252之间双向地传输数据。更具体地，设备200和/或语音识别和转换设备252说明性地包括扬声器，以通过语言将信息传达给用户。例如，设备200和/或语音识别和转换设备252可以提供关于单元的电池寿命、水温、加热特征、流量使用、水质、水压、所分配的水的体积、期望的温度设置、针对可分配的体积的定制对象命名(例如，杯、壶等)、针对其他功能的定制对象命名(温度、品质等)的信息，并且设置计时器，使得其在指定时间打开/关闭。
虽然以上描述展示了用于结合电子水龙头10(诸如厨房水龙头)使用的阀组件和无线控制模块，但是应当理解，它们可以与其他设备(诸如淋浴阀、浴缸阀、马桶等)结合使用。
虽然已经参考某些优选实施例详细地说明了本发明，但在如以下权利要求中说明和限定的本发明的精神和范围内存在变体和修改。

Claims (32)

1.一种电子水龙头，包括：
喷管；
流体通道，该流体通道由该喷管支撑；
阀组件，该阀组件包括被定位成用于控制流过该流体通道的流体流的电动可操作阀；
阀控制器，该阀控制器可操作以控制该电动可操作阀；以及
无线控制模块，该无线控制模块与该阀控制器通信，该无线控制模块包括被配置为从远程发射器接收无线信号并与该阀控制器通信以控制该电动可操作阀的操作的接收器。
2.如权利要求1所述的电子水龙头，其中，该电动可操作阀包括电磁阀，该电磁阀包括电磁线圈和可操作地联接到该可移动阀构件的可移动阀构件。
3.如权利要求2所述的电子水龙头，其中，该阀控制器包括耦合到该阀组件的电路板和安装到该电路板上的处理器，以控制该电磁阀。
4.如权利要求1所述的电子水龙头，其中，该接收器包括被配置为与Wi-Fi网络通信的Wi-Fi芯片。
5.如权利要求1所述的电子水龙头，其中，该远程发射器包括与该接收器无线通信的语音识别和转换设备。
6.如权利要求1所述的电子水龙头，其中，该远程发射器包括与该接收器无线通信的智能手机、平板计算机或专用远程用户接口中的至少一个。
7.如权利要求1所述的电子水龙头，其中，该无线控制模块包括限定与该阀组件流体连通的水路的主体。
8.如权利要求7所述的电子水龙头，其中，该无线控制模块进一步包括被接纳在该水路内的流量传感器。
9.如权利要求8所述的电子水龙头，其中，该阀控制器基于来自该流量传感器的输入来控制该电动可操作阀，以分配预定量的水。
10.如权利要求8所述的电子水龙头，其中，该阀控制器基于来自该流量传感器的输入来监测用水量。
11.如权利要求8所述的电子水龙头，其中，该流量传感器包括磁流涡轮机。
12.如权利要求7所述的电子水龙头，其中，该无线控制模块进一步包括温度传感器，该温度传感器被接纳在该流动通道内并与该无线控制器通信。
13.如权利要求7所述的电子水龙头，其中，该无线控制模块的主体可释放地联接在该阀组件的出口与该喷管之间。
14.如权利要求1所述的电子水龙头，其中，电缆将该无线控制模块与该控制器电连接。
15.如权利要求1所述的电子水龙头，其中，该接收器是被支撑在印刷电路板上的收发器。
16.一种无线控制模块，该无线控制模块被配置为耦合到电子水龙头，该无线控制模块包括：
主体，该主体限定在入口与出口之间延伸的流体通道；
接收器，该接收器被配置为从远程发射器接收无线信号；
无线控制器，该无线控制器可操作地耦合到该接收器；
电缆，该电缆耦合到该无线控制器并与阀控制器通信，以控制电动可操作阀的操作；以及
可释放的联接器，该联接器用于将该流体通道的入口联接到该电动可操作阀的出口。
17.如权利要求16所述的无线控制模块，其中，该接收器包括被配置为与Wi-Fi网络通信的Wi-Fi芯片。
18.如权利要求16所述的无线控制模块，其中，该远程发射器包括与该接收器无线通信的语音识别和转换设备。
19.如权利要求16所述的无线控制模块，其中，该远程发射器包括与该接收器进行无线通信的智能手机或专用远程用户接口中的至少一个。
20.如权利要求16所述的无线控制模块，进一步包括：被接纳在该流体通道内的流量传感器。
21.如权利要求20所述的无线控制模块，其中，该阀控制器基于来自该流量传感器的输入来控制该电动可操作阀，以分配预定量的水。
22.如权利要求20所述的无线控制模块，其中，该阀控制器基于来自该流量传感器的输入来监测用水量。
23.如权利要求20所述的无线控制模块，其中，该流量传感器包括磁流涡轮机。
24.如权利要求16所述的无线控制模块，进一步包括：被接纳在该流体通道内并与该无线控制器通信的温度传感器。
25.一种电子水龙头，包括：
喷管；
流体通道，该流体通道由该喷管支撑；
阀组件，该阀组件包括被定位成用于控制流过该流体通道的流体流的电动可操作阀；
阀控制器，该阀控制器可操作以控制该电动可操作阀；以及
具有不同的命令的库，其中，不同的命令使该阀控制器控制从该喷管分配的流体的流速和温度。
26.如权利要求25所述的电子水龙头，其中，这些命令包括加热命令、洗手命令、填充对象命令和刷牙命令中的至少一个。
27.如权利要求26所述的电子水龙头，其中，该加热命令使该阀控制器激活流体流，直到流体温度超过预定值为止。
28.如权利要求26所述的电子水龙头，其中，该洗手命令使该阀控制器激活流体流持续第一时间、暂停流体流持续第二时间、并且然后激活流体流。
29.如权利要求25所述的电子水龙头，其中，这些命令是可听命令。
30.如权利要求25所述的电子水龙头，进一步包括：无线控制模块，该无线控制模块与该阀控制器通信，该无线控制模块包括被配置为从远程发射器接收无线信号并与该阀控制器通信以控制该电动可操作阀的操作的接收器。
31.如权利要求30所述的电子水龙头，其中，该远程发射器包括与该接收器无线通信的语音识别和转换设备。
32.如权利要求30所述的电子水龙头，其中，该远程发射器包括与该接收器无线通信的智能手机、平板计算机或专用远程用户接口中的至少一个。
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