CN1224099A - 控制和监视用水的控制板 - Google Patents

Abstract

用于控制管道设备的一种装置和方法包括一个带有一接受四个输入和产生四个输出的微处理器的电子控制板。此外除了微处理器的操作电压外的输入电压被转换。具有不同电压的输出被自锁继电器控制。控制板能被用于要求一顺序洗手的一个智能洗涤盆。控制板能在网络上产生一个节点来监视和控制整个装置中多个控制板的功能。

Description

控制和监视用水的控制板

本发明涉及一种监视和控制用水的装置和方法。管道设备的各种电气控制在技术上已可以实现。一些例子表示在美国专利5,060,323和美国专利5,031,258中。这些控制典型地采用由螺线电磁控制的水阀门，以及在预定时间启动螺线管线圈的各种开关。这些开关包括按钮开关，用以确定何时用户在场和何时需要供水的反射式或断开射线(break-beam)式红外传感器。

现有控制技术的一个问题是它们先天缺乏灵活性。这些控制只能用一种设备完成一个功能。然而有多种管道设备需要被控制。例如洗涤盆(温度由预先设定的冷热水混合或用户可选择的混合来控制)，淋浴器，小便池和盥洗室(water closet)。有时侯也希望控制相关的设备例如肥皂分配器和擦手纸分配器。现有的控制不能用于所有这些不同的设备，至少不能完全改造这些控制装置以适合一个不同的设备而本质上不改变它们的基本功能。更复杂的情况产生于一些被控设备(洗涤盆，淋浴器，肥皂分配器)需要反应用户的到达或在场，而另一些设备(小便池，盥洗室)需要感知用户的在场但直到用户离开一个目标区才运行。现有控制技术简单地未设置以各种所需的型式来控制多种设备。

在许多公共场所希望允许设备操作者选择一个具体特殊的操作特征。例如，在宿舍和营房中限制一个淋浴器运行时间的长度是有用的。惩戒机构也许希望限制一个盥洗室在一给定时限内被冲洗的次数。卫生部门或饮食服务行业为了减少污染机会，也许倾向于能确保饭店雇员或医院员工正确洗手过程的一个洗手装置。在这些和其它场所能选择这些限制将非常有用，但现有控制设备缺乏灵活性阻碍了它。

用水控制设备的另一个期望特征是具有远程监控在一个建筑物或公共场所中一个具体设备或所有设备的运行情况的能力。更进一步的期望特征将是远程改变一个特殊设备的运行状况。这需要在现有控制中没有的通讯能力。

本发明是针对能用于多个设备的管道设备的一个控制板。该控制板含有一个通过一个存储的程序，或下载的指令，或两者的结合可编程的微处理器。该微处理器以按期望预定或分别设定的任何期望方式运行。这些设定为被控设备，即洗涤盆，淋浴器，盥洗室或它们的组合，建立一个定时控制。该定时控制包括起动前延时，运行时间，起动后延时，在选择的时间范围内循环的次数，以及如果循环次数限制被超出，一个强制闭锁或禁止时间。

控制板能作为一个单独的设备运行，或在一个计算机网络中运行，在这种情况时板与用于监视和控制的中央计算机通过双绞线或电力线通讯。该板能直接或通过厂用配电板控制电磁阀或类似物。控制板上的输入管脚能接受1.3 VAC至120 VAC和1.3 VDC至100 VDC的信号。如果需要，可以使用一个光隔离器来转换除微处理器所使用的之外的输入电压。控制板的输出部分使用自锁继电器来保存能量。根据被控设备的需要可以提供三种不同的输出。这些输出包括两个不同的板上电压(on-board voltage)或一个脱板电压(off-board voltage)。还能提供控制一个自供电的被控设备运行的一个开关闭锁。

图1-7一起组成控制板4IO的电路图。具体地图1为该板的电源部分。

图2表示输入和输出部分的代表实例，为了清楚每部分只表示了一个。

图3表示微处理器和一些辅助功能及输出地址芯片。图2和3中的电路在接点V,W,X,Y和Z处连接。

图4表示微处理器，EPROM和快速选项(flash option)的一部分。

图5表示脱板电压接线端子和选择输出的跳线片中的一个。

图6表示PLT-21通讯选项。

图7表示FTT-10A通讯选项。

图8是用于启动管道设备的一个按钮开关的纵断面。

图9是一个自锁继电器的电路图。

图10和11组成4IO软件的流程图。

图12是智能洗涤盆的方框图。

图13至26组成编程的水技术网络软件的流程图。

图27是网络软件的主菜单屏幕。

图28是显示在一个特定房间内设备的网络软件的详细表格。

本发明包含能与管道设备如洗涤盆，淋浴器，盥洗室，小便池及这些的组合一起使用的一个新控制板。该板能提供一个编程的洗涤盆，此处称为智能洗涤盆的中央控制。该板还能提供与一个中央计算机的网络通讯，该中央计算机用于监视和数据记录在一个被称为程序用水技术的系统内的整个一个设备的管道设备。本发明将涉及这三个主要部分：4IO控制板，智能洗涤盆及其软件，和编程的水技术网络软件。

I．4IO控制板

本发明的控制板10的简图表示在图1-7中。这个特定的实施例能够接受来自四个传感器或开关的输入并直接输出至四个被控设备。由于其处理四个输入和输出的能力，它在此被称为4IO控制板。应该理解输入和输出的不同数目将在本发明的范围内使用。下面叙述4IO控制板的主要内容。

A．电源部分

控制板的电源部分概括地表示在图1中的12处。一个脱板变压器(未示出)将提供24 VAC给接线端子TB1。该变压器在4IO控制板外上端某处。一般地它连至建筑物的120 VAC主电源。有可能是一个变压器供电给一个控制板或一个变压器供电给多个控制板。来自TB1的线13连至一个保险丝座的一边FH3。该保险丝座的另一边FH1连至输出电源线14，它标为24 VAC。这个输出电源线14连至电路图上同样标为24 VAC的任何其它位置。在座FH1,FH3中的保险丝F2是一个限制线14上的电源输出的缓慢熔断，2安培的保险丝。

线13带有表示在电感L5，电容C33和电阻R40，电感L1和电阻R12的滤波器。还有另一个在微型保险丝座FH2中的保险丝F1来保护5伏的逻辑电路。保险丝F1是一个快速熔断额定电流2安培的保险丝。24 VAC穿过第二个保险丝F1至在线16上将24 VAC转变为大约30 VDC的一个桥式整流器D1。一个发光二极管(LED)D5显示出现30 VDC。电容C6充电以保持一个稳定的输入。它被用做备用，这样如果有小的降低电压，或者如果线16断开，有一个小的电能储备。控制板能够支持一小段时间用完这个储备。

线16供电30 VDC给一个允许达到9伏的直流的电压通过至线18的9伏开关U6。当至线18的电压开始超过9 VDC时开关断开。当电压回落低于9伏时开关又接通。因此开关在线18上产生一个9伏脉动直流。包含电感L2和电阻R18,R19的一个滤波器调节这个电压。9伏开关U6的目的是减少流至5伏调节器U7的电压。如果电流直接由24 VAC穿过桥式整流器至5伏调节器，那么5伏调节器将会过热。既然无论如何需要9伏开关，则9伏电源在输出线20上供给。电路中其它标为+9V的地方与线20相连。其它的9 VDC被用于起动在输出部分的自锁继电器，这将在以下解释。一个自锁继电器只需要一个10毫秒的脉冲来锁定或解锁。开关U6在大部分时间接通，因此通常当需要9 VDC时可以得到。还有一个连至线18的电容C7用来储存一些能量。当需要起动继电器而开关U6恰巧断开时，电容C7能够提供锁定继电器所需的短暂脉冲。

9 VDC供给5伏调节器U7。5伏调节器接收到这个9 VDC并使它降低至5 VDC，这是微处理器和逻辑电路的其它部分的操作电压。5 VDC在输出线22上供给。电路中标有VCC的地方与线22相连。电容C21是一个高通滤波器。

综合起来电源部分能够提供线14上的24 VAC，线20上的9 VDC和线22上的5 VDC。

B．微处理器

4IO控制板的功能被一个微处理器U12(图3和4)控制。微处理器最好是神经元型3150，例如Palo Alto,Canifornia的Echelon公司的TMPN3150 B1AF，但其它的也能满足要求。它被设计运行在一个特定的操作电压，此处是5 VDC。微处理器有一个电可擦的，可重新编程的内存储器，此处它被称为微处理器的EE部分。EE部分是非易失存储器，即EE部分里的信息甚至在电源断开时也不会丢失。微处理器有三个内部处理程序。其中一个运行下面叙述的4IO软件。另一个运行芯片装备的通讯软件。第三个处理程序运行在头两个处理程序之间编译信息的软件。

第一个处理程序运行存储在一个EPROM U3(图4)中的一个4IO程序。该程序被烧进芯片并因此固定。EPROM通过线A0至A15和D0至D7与微处理器通讯。

4IO控制板中建有端板或连接器来提供一个允许被称为快速选项(flash option)的替代实施例的填充选项。填充选项能接受一般表示在24处的逻辑芯片。当装配了这些芯片，常规的EPROM U3被一个快速EPROM，也称为EEPROM(电可擦可编程只读存储器)所代替。当使用了快速EPROM，操作者可以下载新的软件并把它存储在快速EPROM中。因此，整个程序能够被重写。常规EPROM改变软件需要插入一个新的芯片。4IO软件的详情将在以下叙述。

可以注意到几个清理电容被用于清理改善被分配给全部芯片的5伏电压。电容C8和C17(图4)构成一个高通和一个低通滤波器。电容C15,C22,C26,C25,C27用作高通滤波器。在逆流的电源输出(powerdrain upstream)限制电压的情况下，电容C8也将用作一个小的5 VDC的电池。

C．输入部分

输入部分的详细叙述将得益于初步讨论在一个被控装置上，即在洗涤盆，淋浴器或盥洗室，的各种远程开关和传感器。

一个通常使用的开关是一个感应式按钮开关，如图8中19处所示。开关19有一个圆柱形外壳21，它带有用于连接固定螺母23和侧壁上法兰25的外部螺纹。外壳通过螺母23和侧壁上法兰25被卡紧至一合适的固定安装表面27。通常安装表面27会有一侧壁靠近洗涤盆，盥洗室或淋浴器或它自己是该设备的一部分。垫圈28和定位距件29辅助这一固定作用。侧壁法兰25支持一个通过法兰25中心的孔可滑动的按钮30。该按钮与一个带法兰的漏斗管31的一端相接。漏斗管31的另一端联接一个由铁类金属制成的T形活塞32。活塞32，漏斗管31和按钮30通过弹簧33偏置在图8的左侧。弹簧33压在套管37所夹持的衬垫34上。套管被通过螺纹拧在外壳21上。接近(proximity)传感器35固定在衬垫34内。分别提供5伏直流，一个返回信号和一个接地的三根导线36A,B,C，被连至接近传感器35并引回4IO控制板。当被控设备的一个用户按下按钮开关30，它推动活塞32靠近传感器35并改变与传感器相邻的磁场。改变的磁场触发接通线36A和36B之间一个回路的传感器35内部的一个电路，因此产生一个5VDC的返回信号。传感器是容易得到的，它自身不构成本发明的一部分。

可以理解的是虽然按钮开关通常用于向4IO控制板指示一个用户运行管道设备的要求，但其它类型的装置也可以被使用。例如，红外线光传感器能被用于检测用户的在场。一个红外线发送器和探测器相互相邻放置，从如水笼头下用户的手的反射回的红外线将触发探测器。或者发生器和探测器可以分开放置，发生器的焦点对着探测器。当用户断开发生器和探测器之间的红外线束，产生一个信号。如果4IO控制板和开关之间需要更长的距离，就要使用一个舌簧开关和24 VAC，而不是5 VDC的电源及信号。或者可以使用5伏接入，返回线回来的继电器开关。在这里，外壳内不仅是一片铁质金属，而是一块磁铁。当磁铁接近继电器开关时，继电器开关产生一个接触，然后给出一个5伏返回信号。

微处理器的其它输入涉及监视各种元件的活动，而不是寻找远程的开关闭合。例如，需要监视一个16 VDC电机或一个24 VAC螺线管线圈来找出它们何时起动，因而采取一些相应的行动。

上述内容说明4IO控制板必须具有接受多种输入信号的能力。现在叙述提供这种能力的输入部分。4IO控制板通过四个RJ-11型输入插座，其中之一表示在图2中的J4，与被控设备的多个开关或传感器通讯。插座J4通过跳线片JP9和JP10，直接或通过一个光隔离器U1A，与一个反相施密特触发器U2A相连。施密特触发器通过所示的线26A与微处理器的一个I/O(输入/输出)口连接。跳线片带有分路卡夹，简单地将所选的管脚对彼此连接。

J4的管脚1连至所示的24 VAC电源。如果与J4相连的特定的远程开关或传感器需要24 VAC,J4的管脚1供给它。自然地如果开关不使用24VAC(或有它自己的供电)，插入插座J4的电缆不与管脚1连接。

类似地，J4的管脚2连至所示的5 VDC电源。在按钮开关的例子中，导线36A将连至管脚2，提供5 VDC电源给按钮开关。如果远程开关不需要5 VDC，插入插座J4的电缆不与管脚2连接。

J4的管脚3是第一个传感器返回信号。在按钮开关的例子中，管脚3将连至导线36B，提供5 VDC返回信号。线39连接J4的管脚3至跳线片JP10的管脚2。

J4的管脚4与来自微处理器的IO9的一个时钟信号相连接。在按钮开关的例子中，不使用时钟信号。但有一些类型的远程传感器需要一个时钟脉冲来告诉它何时运行，或当它运行时它也许需要时钟脉冲。管脚4将提供这些脉冲。

J4的管脚5是一个DC(直流)接地。在按钮开关的例子中，管脚5将连至导线36C。

J4的管脚6是第二个传感器返回信号。再一次，在按钮开关的例子中，5伏返回信号可能接入管脚3而管脚6不使用。管脚6可用于一个AC(交流)返回信号。线41连接管脚6至跳线片JP9的管脚2。

跳线片JP9和JP10的分路卡夹根据远程开关或与插座J4相连的设备的类型来设置。如果连至J4的远程开关提供一个5 VDC返回信号在J4的管脚3上，JP10的管脚1和2被短接，如JP9的管脚1和2一样。在这一例子中，J4的管脚3上的返回信号直接送至施密特触发器U2A的输入端，绕过光隔离器U1A。同样地，在一个5 VDC返回信号的例子中，光隔离器输入管脚K,A通过JP9管脚2和1被接地。这样做的原因是如果光隔离器的一边被留成断开的，因为它具有检查交流电流的能力而会吸收一些干扰，并且触发它需要消耗很少的能量。JP9强迫地将它箝制使它不能运行。同时光隔离器U1A的输入A,K是自由地未接地的。所以没有什么进入光隔离器。因此也没有什么输出并弄乱来自JP10围绕它的信号。

如果连至J4的远程开关提供一个除了5 VDC以外的返回信号在J4的管脚3上，跳线片JP10的管脚2和3被短接，发送返回信号至光隔离器U1A的输入A,K。跳线片JP9的设置依靠远程开关或设备的电源。如果远程设备有它自己的电源则跳线片JP9的分路卡夹完全被留成断开的。如果远程设备使用来自J4的管脚2的5 VDC电源，则跳线片JP9被设为管脚1和2提供一个DC(直流)接地。如果远程设备使用来自J4的管脚1的24 VAC电源，则跳线片JP9被设为管脚2和3通过线43提供一个AC(交流)中性点。

当光隔离器在它的端口A,K和K,A接受一个输入时，它发出一个设备内部的红外线信号。这个红外线信号闭合端口C和E之间的电气连接。因为红外线信号在光隔离器内部用于触发输出，所以在输入侧(端口A,K和K,A)与输出侧(端口C和E)之间没有物理的电气连接。因此，无论管脚C与什么钩住，都将作为一个输出信号发出，不管什么输入触发输出。在本发明中管脚C被连接到5 VDC。因此现在，不管什么信号到达U1A的输入侧，电路的其它部分视其为一个线38上的5 VDC信号。

当4IO控制板在检查除了5 VDC的一个电压或在检查不是从该板供给的一个电压时，需要使用光隔离器。例如，举监视一个在24 VAC运行的螺线管线圈的例子。跳线片JP10设备管脚2和3及跳线片JP9设置管脚2和3，这样相同的信号可以被返回。因此，控制板监视J4的管脚3而不给它任何电源。这个安排没有考虑有一个共用接地或共同的电源；控制板只是接入来了解特定螺线管线圈发生的情况。当它起动或未起动时，信号无论是什么，都能被修正为一个5 VDC信号，并且处理器输出这个新信号。然后，当然，在软件中这个信号能被控制为开或关，或者什么时候它应该起动取决于什么时候那个信号进入，或当信号进入时它应当起动。

现在在线38上有一个5 VDC信号进入施密特触发器U2A，不管该信号是来自光隔离器还是穿过跳线片JP10。因为光隔离器在吸收AC(交流)，它有在线上产生AC(交流)干扰的能力。为了尽可能地整理5V信号，有一个滤波器C4,R11用来帮助降低高频干扰。被滤波后的5伏信号被送到作为普通电路一部分的施密特触发器U2A。

在大多数电子逻辑电路中，4IO控制板使用反相逻辑。即，一般的输出状态是一个逻辑高。在电子线路中当一根线断开时，那儿没有任何东西。逻辑上正常其被固体电路和一个微处理器认为是一个高。因为在这根线的其余部分，总是有少许小电流从元件流回，它将使一根线为高。为了有一个好的，确定的信号，你确实想让这根线变为低。对于一根低的线已知一个信号确实在那儿；而不管某电压是一个信号还是干扰。相应地，施密特触发器U2A是一个反相器。施密特触发器所做的是接受进来的由于干扰和线上的电容而可变的一个信号，并且当输入信号达到一个确定的点，施密特触发器变为开并产生一个方形波形式的清除信号输出。在这个情况中，U2A是一个反相的施密特触发器，因此当输入信号变为高，输出是一个良好的，带有逻辑低的方形波。无论什么信号输入，施密特触发器整理它并为微处理器在线26A上产生相反信号。

放大器U5C涉及驱动LED(发光二极管)D5。LED不能被与送至微处理器的相同的信号所驱动，因为这样做会消耗太多的电能并产生一个非常古怪的信号。在这个情况中一个低的信号被用于指示发生了某事。希望LED D5变为接通来指示一个信号的出现。因此，LED按与微处理器所使用的逻辑相反的逻辑工作。一个放大器U5C被用于增加电能以至于足够驱动LED D5，这样当一根逻辑线变为低时它变为接通。

LED D5的电源来自所示的VCC。当线38变为高(指示一个信号的出现)，线40变为低。放大器U5C使线42为低。放大器U5C只接受线40上的任何信号并给它更多的电能。因此，在这个情况中，放大器在放大一个逻辑低，所以它在迫使线42为低。电源VCC穿过LED D5和一个限流电阻R17来设法使线42变为高。但是U5C想使它变为低，因此现在有一场电子战将由U5C赢得，因为R17是一个限流电阻U5C能够比电阻R17所能提供的使降低更多。所以有一个电流路径流向U5C的接地并且这使LED D5变为接通。

当线38为低(指示返回信号空缺)，线40为高。则放大器U5C迫使线42变为高。现在在LED D5的两边都有一个高电压，没有电流通路，LED D5断开。

可以理解的是为了清楚只有一个输入插座J4被示出和叙述。实际上控制板有多个与J4相同的输入插座。在最佳的例子中有四个，虽然它可能是一个不同的数目。每个输入插座都有与为插座J1所示的相同的相关电路元件，即，一对跳线片，一个光隔离器，一个施密特触发器，一个LED驱动器和相关元件。因此，在图3中标为J1,J2,J3的输入线每一个均连至为输入线26A所示的相同的电路。

D．输出部分

4IO控制板的输出部分面临与输入部分相同的一般问题，即，多个不同的被控设备需要被调节。一个普通的被控设备将是一个为了起动在洗涤盆或淋浴器上的一个水阀的螺线管线圈。但是被控设备也可能是一个螺线驱动的冲洗阀，一个肥皂或擦手纸分配器的电动机，或是用于其一的一个辅助控制板。这些不同的设备需要不同的输出，因此必须采取措施供电和控制这些输出。

如在输入部分的情形一样，4IO控制板有四个RJ-11型插座用来连接被控设备。这些插座之一表示在J10，其它是相似的。简单地，每个输出插座的管脚1连接到一个转换的5 VDC。管脚2可连接至一个可选择的电源。管脚3提供一个转换的可选电源。管脚4不使用。管脚5是可选电源的返回处。管脚6是一个DC(直流)接地。现在叙述这些连接如何形成。

一个自锁继电器与每一个输出插座相关。连至插座J10的这些继电器之一表示在K4。自锁继电器的内部电路表示在图9中。继电器是一个双极，双切换，带有第一和第二个触点44-1和44-2的设备。在继电器中还有两个线圈。每个线圈在标着SET和RESET的接线端子处连至一个电源，并在为SET线圈标为GND1及为RESET线圈标为GND2处连至一个接地。触点44-1和44-2可旋转地和电动地连至标为COM1和COM2的公共管脚。在标志为“正常”或锁定的条件，RESET线圈被认为是最近起动的线圈并且触点44-1,44-2分别接合管脚NC1和NC2，因而在NC1-COM1和NC2-COM2之间产生电气通道。当SET线圈被起动时，它把触点44-1,44-2分别拉入与管脚NO1和NO2的接合，因而在NO1-COM1和NO2-COM2之间产生电气通道。没有弹簧或其它设备使触点44偏置到一边或另一边，所以触点仍然处在它们最近的起动状态直到相反的线圈起动以移动触点至另一个极组。

现在回到图2，叙述至自锁继电器K1之一的连接，它被理解为其它继电器有相同的元件连至那里。SET和RESET管脚分别连至在线46和48上的9 VDC电源。管脚NC1和NC2不使用。COM1通过线50连至输出插座J10的管脚3。线50也连至可选电源线AC4A。COM2通过线52连至输出插座J10的管脚1。线52也分接连至一个在线52是工作的时就接通的LED D10。NO1通过线54连至插座J10的管脚3。NO2连至5伏电源VCC。GND1通过线56连至放大器U9B。线56通过二极管D26分接至9 VDC电源。GN2类似地通过线58连至放大器U9A，并通过二极管D25分接至9 VDC供电电源。

二极管D25和D26在那儿帮助感应尖峰脉冲。当有一个继电器线圈并且它是接通的时，5伏的线通过U9A如此快地漏电，它现在将放出尽可能多的能量。这使线58如此降低以致于它实际上可能比地还要低。在此，将会有一个电流通路，但是由于二极管D25不允许能量由+9 VDC流至U9A，因此不会有任何电流。但是当再一次断开继电器时，有一个感应的尖峰脉冲走另外的路。一个降低不会损坏控制板，但是一个高的感应尖峰脉冲会。在一个高的感应尖峰脉冲情况下，产生一个高冲击电流。因此在这种情况，电流被漏电至地下以消除它。这有助于由继电器自锁/解锁产生感应尖峰脉冲的情况。

微处理器的输出来自它的端口IO0至IO3(图3)。这些端口出来的四根线连接到一个寻址芯片U10。根据线IO0,IO1和IO2的组合，U10只允许一个输出接通。IO3是一个使能端。它告诉芯片何时工作和何时不工作。IO0,IO1和IO2将代表一个二进制数。这个二进制数当芯片U10被IO3启动后，规定哪一个输出接通。只有一个来自U10的输出将被在一个时刻被起动。因此八个放大器U9A至U9H(只表示了三个)之一将放大来自U10的信号以准备一个更大的电流路径。

典型地，来自U10，一个变为“接通”的输出将是一个逻辑0。被起动时它是一个逻辑0。则它是一个逻辑高。放大器U9将放大它。因此除了一个以外在所有的放大器上将有一个出自该放大器的5伏。一个放大器将具有逻辑低或逻辑零。例如，如果放大器U9是低，线58被拉为低，完成一个穿过复位(reset)线圈和管脚GND2的电流通路并引起触点44在NC1和NC2管脚上接通。触点将保持这样甚至在U9A和GND2变为高并切断复位线圈时也是这样。继电器触点将不会移动，直到放大器U9B变为低，引起线56和GND1为低并且构成一个穿过启动(set)线圈的电流通路。随着启动线圈运行继电器触点44将被掷向管脚NC1和NC2。NO1连至COM1时，在AC4A和线50上的可选电压被提供给线54和插座J10的管脚3。同时NO2至COM2的连接在线52和插座J10的管脚1上置5 VDC电源。继电器触点将再一次保持这个位置甚至在U9B变为高并从起动线圈中移走电流时也是这样。

由于在一个时刻只有一个继电器一个线圈被起动，并且没有必要保持这个能量，因此4IO控制板的电能消耗被大大降低。例如，如果控制板在控制一个淋浴器并且这个淋浴器将被开10分钟，微处理器发送一个10微秒脉冲来解锁继电器并打开淋浴器。继电器被停在该位置。处理器10分钟后回来，查看它的时钟并显示何时10分钟结束，去另一个地址解锁(复位)这个继电器并关闭淋浴器。

AC4A处可选的电压由两个在跳线片JP6(图5)上的分路卡夹决定。记住四个输出插座中的每一个有一个这样的跳线片，并且每一个跳线片和输出插座有它自己的可选电压线ACxA，其中“x”可以是1,2,3或4。每一个跳线片，例如图5中的JP6，在管脚1上有来自供电部分12的线14的一个24 VAC。管脚2在线50处连接至线AC4A。管脚3连接至一个外部电源。管脚4为空。管脚5连接至外部电源的接地。管脚6是来自插座J10的管脚5上的AC4B的返回线(图2)。管脚7是一个AC(交流)中性线。

外部电源，也称作一个脱板(off-board)电源，在图5中插座J5处进入4IO控制板。J5仅为四个外部电源和因此相关的接地提供管脚。这些连接至每一个输出跳线片JP6的管脚3和5。因此，如果一个被控设备需要一个除了在4IO控制板的电源部分可得到的24 VAC或5 VDC以外的电压，那个脱板电压可以被供给插座J5。JP6上的一个跳线片分路卡夹将被设置到管脚2和3，所以外部电源将被供到AC4A上并从而供到输出插座J10的管脚2上。而且，一个转换的外部电源将在J10的管脚3上可以得到。另一个跳线片分路卡夹将被放置到JP6的管脚5和6上来连接来自J10的管脚5的AC4B至在JP6管脚5的外部接地。

如果被控设备需要24 VAC，跳线片JP6分路卡夹被设置到管脚1和2，及管脚6和7上。这将24 VAC置于在AC4A和AC4B上，它们又连接至输出插座J10的管脚2和5。并且，24 VAC电源的一个转换形式通过COM1-NO1，线54和J10的管脚5可以得到。如果被控设备需要5VDC，那将总可以在J10的管脚1得到(当K4被解锁)，不管跳线片JP6的设置。

也可以注意到如果被控设备有它自己的供电电源但它希望开关这个电源(控制何时设备开和关)，J10的管脚2和3可能被接进被控设备的电源回路。当继电器K4的起动线圈被起动时NO1和COM1管脚处的触点44-1将闭合电源回路。因此继电器能够简单地提供一个开关闭合。在这个例子中跳线片分路卡夹将被从JP6移开，因此没有什么供给AC4A或AC4B。

从前面的内容可以了解到微处理器能够控制不同的板上电压，或一个脱板电压的供给，或仅提供一个开关闭合给被控设备。

E．通讯和公共设备

4IO控制板具有通过双绞线或一根电源线通讯的能力。双绞线通讯模块已知为如图7中所示的FTT-10A。电源线模块表示为在图6中的PLT-21。这两者是填充任选的，无论希望哪一个都能使用。FTT-10A可以是总线或星形拓朴结构。这只是一个所期望的通讯包类型的问题。其它选择例如RS485也可以使用。FTT-10A模块和PLT-21无线电收发机都能从PaloAlto,California的Echelon公司得到。FTT-10A选择和PLT-21选择的通讯线CP1,CP0和CLK2从微处理器延伸至通讯模块。微处理器在每一条线上发出一系列的1和0。无线电收发机实际上是一个大的变压器，一个隔离变压器，它以连续的方式在数据线A或数据线B(图7)上发出相同的时钟信号。无线电收发机在另一端检查这两根线，当检测到一个差异则一定有通讯。然后接收机开始检查1和0的组合以确定是否是一个有效信息。这种传输类型已知为差分曼彻斯特编码。由于信号在数据线A或数据线B上传送极性不需要考虑。即，这两根线能以任一种方式布线(hookup)。

电源线通讯的唯一区别是有更多被布线的通讯线和在存储一些信息的芯片中有一些信号，然后以较慢的速率把它发出去。但是本质上相同类型的差分曼彻斯特编码应用于电源线无线电收发机。传输有一点被减慢下来，并且它也有信号来查看电源线以了解是否线上有业务。

所示的其它元件产生被无线电收发机用于比较的电压。一个电感有助于减少干扰尖峰电流和其它类似物，它仅清理净化在线上的通讯。

回到图3,4IO控制板有一个复位开关SW1。如果有严重的错误或希望从已知的起点开始，则按下复位开关。它告诉处理器忘记你正在做的，从刻标记处开始。从你的程序的起点开始。它不影响微处理器的EE部分。它只是告诉处理器终止你正在做的并从你的程序的第一步开始。作为安全措施第一步也许会关闭所有的继电器。

U11是一个确认电压被保持的芯片。U11是一个象是5 VDC电源的看门狗的芯片。它确保5 VDC不被下降至低于4.3伏。这是一个安全措施以保证处理器不会由于低电压而产生的错误。当5 VDC线下降至低于4.3伏时，U11会自动地告诉处理器复位。U11将继续发送那个信号直到5 VDC线回到4.3伏以上。这个芯片复位与按钮复位SW1做相同的事。它只是告诉处理器从起点开始。只要复位被保持为低，处理器就不工作。它将处于持续的复位。如果当电源下降至低于3.8或3.7伏时，处理器被允许自由运转或自己工作，它没有足够的能量来锁住信息到存储器中，因此也许会有一些旧信息，一些新信息，或旧信息和新信息的组合。处理器试图运行但数据完全不可靠。你只是不知道什么在处理器的存储器中。U11防止不让那些发生。

维护(service)开关SW2是一个典型地用于通讯格式的特殊开关。当维护开关被按下时它调用处理器中的一个专门程序。它告诉处理器发出它唯一的神经元ID(识别)码并用那个唯一的神经元ID码识别它自己。因此它产生一个信号说这是我的唯一的神经元ID码并且它将在通讯线上发出它。这就是维护开关所做的。在这个软件中也嵌入了通过复位和维护开关的组合而进入称为未配置状态的能力。通常当出现一些非常错误的事，或者一些事需要很大修改，或者你因为某些原因需要这个控制板不工作时，使用它。你能通过进入一个未配置状态而强迫控制板不工作。这通常用作一个诊断工具或如果新的信息将要被下载这将持续一个很长时间。

在图3中的J6提供一些备用的输入输出点能通过程序被配置来做很多需要的事。由于它们不在电路中使用，它们被引出至带5 VDC电源和5 VDC接地的一个端板，这样可以在将来被使用。在大多数情况它不被使用。这是为了将来的扩展。在智能洗涤盆的例子中有另一个附在J6上的带有三个按钮的板。这三个按钮与软件相互作用来与另一个显示屏对话改变参数，就象将要通过一个个人计算机要做的。

4IO控制板有一个接地屏蔽来消除进入和输出控制板的无线电辐射。内部的有金属薄片包围除了轨迹穿过的整个控制板。它作为一个屏蔽来帮助防止无线电辐射影响外部的数据线，因为我们有所有的1和0来回传送。自然地，那要引起干扰。为了防止干扰辐射出去，一个接地屏蔽嵌入控制板。那个干扰趋向接地屏蔽。所以，从我们的控制板产生的干扰将被排到大地，并且来自外界的干扰将通过同样的屏蔽被排到大地。

F.4IO软件

在4IO控制板上使用的软件存储在EPROM U3中并在微处理器U12中运行。图10和11说明一个用于多个管道设备的最佳的一般程序的流程图。该流程图只表示一个单一输入和输出通道的程序步骤；可以理解其它通道的步骤是相似的。

程序通过为每一个具体的输入和输出通道初始化一组参数开始于55。这些参数包括：

有效目标时间-这是一个输入信号在计算机确认它是一个有效输入之前必须存在的时间的长度。当术语“目标”想象一个红外线传感器作为设备上的起动设备，它也意味着包含一个按钮开关或类似物的起动。

起动类型-它告诉计算机当信号出现或信号消失后是否它应该执行一个有效目标信号。这是为了适应例如盥洗室的设备，它们不会被起动直到一个目标，即用户，离开该设备。

接通前延迟时间-这是计算机在一个有效目标被发现并且准备了合适的起动方式后，起动一个输出之前应该等待的时间的长度。

接通时间-计算机允许设备起动的时间长度。如上面所解释的，由于自锁继电器被用于控制输出，接通时间与来自计算机的非常短的实际脉冲长度是不同步的。但是如果保持不闭锁，继电器能够被允许提供一个长时间的输出。

接通后延迟时间-这是起动设备后的时间长度，其中进一步的输入被忽略。这是给设备时间来执行它的运行。最通常地这被用于一个盥洗室，其中为了完成一次冲水大约要花十秒钟左右。在那段期间中你不希望一个新的冲水要求来打断一次未完成的先前的冲水。所以接通后延迟时间用于抑制随后的新输入与前一个太近。

目标计数限制-在特定的场合有必要限制在一定时间窗口内设备运行的次数。例如，如果在一个监狱的小间内冲洗盥洗室的要求在五分钟的时段被收到超过两次，很可能一个犯人通过反复提出冲水要求在胡闹，即一次又一次敲打冲水按钮。目标计数限制设置在时间窗口内一个要求会被接受的次数的最大值。

窗口时间-这是与刚才所述的计数限制相关的时间的长度。当第一个要求被接受时一个窗口计时器起动，并且目标计数被保留和检查来看它是否超过规定的限制。在所示的实施例中只有一个窗口计时器，并且它直到计时超出才重新起动。另一方面可能有多个窗口计时器，每一个目标起动一个另外的窗口，这样目标限制在任何时间框(frame)内，不只是第一个计时器所保留的时间框内而从不会超出。处理多个目标跨越第一个窗口末端的问题的另一个方法是随机化接通延迟和关闭延迟时间。一个更长的关闭延迟与多时间窗口有一些相同的效应。

闭锁时间-如果目标计数限制被破坏一个输出被切断的时间的长度。在闭锁时间期间计算机将不应答输入和不提供输出。如果4IO控制板是一个PWT网络的一部分，破坏被报表给中央计算机。

用户切断允许-这个参数控制或者第二个开关，或者传感器被一个用户起动将在设备运行时间限制前关闭设备。例如，用户可以在十分钟限制前关闭淋浴器。

随机延时-它告诉计算机或者它应该使用固定的开/关延时，或者产生随机长度的延时。

目标计数-这是一个设备上按钮开关或红外线传感器被一个用户起动的次数。它将被忽略如果不使用连锁。它初始化为零，被每一个有效目标增加，并且当窗口计时器时间超出时回复到1，并当锁定计时器时间超出时回复到零。

现在回到图10和11，初始化和连接点A后，计算机继续监视在57的一个目标的输入线。当一个目标被发现(即，一个按钮被按下或一个红外线传感器被断开)，计算机在确定目标有效之前等待在步骤59来了解是否目标在规定的有效目标时间内保持。一旦有效目标被发现计算机在60检查来了解是否目标计数限制被加到这一通道。如果没有它继续连接点B，随后的行动很快地解释。如果计数限制起作用，目标计数在62被增加和在64被检查。如果这是第一个目标(即，我们现在不在窗口期)，窗口计时器开始，66，并且计算机至接点B。如果这不是第一个目标，计算机在68检查来了解是否先前设置的窗口已终止。如果已终止，开始一个新的窗口，并且目标计数回复到1，如在70。如果窗口依然有效，在72处目标计数与限制相比较。如果限制没有超出我们至接点B。但是如果目标计数限制被超出了，计算机停止这个通道上输入和输出操作，启动一个闭锁计时器，回复窗口计时器并回复目标计数，74。操作只有在锁定计时器计时超出后才重新恢复。

跟随接点B，计算机检查是否它可以对用户的出现起动设备或者它要等待直到用户离开设备，76。如果这个参数设为“离开”，计算机在78等待直到目标不再被发现。下面计算机检查是否有一个接通延时，80。如果有一个接通延时，计算机检查它是否是一个随机延时，82。如果是计算机在84确定一个随机延时，否则它使用规定的固定延时来等待，86，在起动输出之前。在步骤88的起动涉及至合适的自锁继电器的一个脉冲和启动一个接通计时器。在运行或接通时间期间，计算机在90检查是否用户有切断允许。如果有，计算机将寻找一个有效目标或开关起动，92，并且如果它找到一个就断开输出。否则计算机在94只简单地观察接通计时器。或者接通计时器期满，或者有一个有效的关闭要求，计算机都将断开输出并回复接通计时器，96。

计算机下一步确定是否有一个断开延时，98。如果有，在断开延时时间里，任何新的按钮或传感器被用户起动都被忽略，99。断开延时如前面所决定的可以或者是固定的，或者是随机的。最终，计算机回到接点A并开始观察下一个目标。

可以看出一个输出的基本控制逻辑是在施加的循环限制中的延时-起动-延时。这个基本逻辑满足各种应用，但显然通过EPROM中的新软件它可能被改变。只是为了举例说明的目的，一个参数设置的专门例子表示在下面的表格中。这个例子假设4IO控制板连接至包括在IO通道1和2上带冷热水的洗涤盆，在IO通道3上的盥洗室和在IO通道4上的淋浴器的组合设备。

	热水	冷水	盥洗室	淋浴
					参数	1	2	3	4
有效目标时间(微秒)	100	100	100	1000
					按在场或离开起动	P	P	L	P
接通前延时(秒)	0	0	2	0
					接通时间(秒)	20	10	3	600
接通后延时(秒)	0	0	120	0
					循环计数限制	否	否	2	否
窗口时间(秒)	0	0	300	0
					闭锁时间(秒)	0	0	1800	0
用户断开允许？	是	是	否	是
					随机延时？	否	否	是	否

从以上设置可以看出热，冷和淋浴水将无延时或无循环限制地供给，并且用户能够切断它们。但是，盥洗室只能在五分钟内起动两次，并且在起动前和后随机延时将被提供，以便给冲水阀时间来运行。

Ⅱ．智能洗涤盆

传统的洗手装置不能总是确信已经进行了一个正确的洗手过程。为了开启传统装置，用户需要在每一个设备场所物理接触设备，例如水笼头手柄，肥皂分配器拉杆或擦手纸分配器手柄。这些设备也许有能传播给用户手的污染物。而且，粗心的用户也许会在洗手过程中省略一个步骤或为了获得适当的卫生而采取了不正确的一个步骤，例如取很少或不取肥皂，或允许不充足的擦洗时间。

一个编程的洗涤设备的使用是被Griffin的美国专利号3,639,920所讨论。Griffin传授一个连续地按顺序的洗涤设备的使用，其中水被排放一个预定的时间段，然后水将被关闭并且肥皂将被按另一个时间段分配。接着有一个预定的暂停，其中既没有肥皂也没有水被分配。然后，水流恢复并且继续直到用户离开管道设备。

虽然一个连续地按顺序的洗涤设备确定洗涤循环的每一步被实施，连续地按顺序的洗涤设备的不灵活性产生一些额外的问题。用户在每个场所只被允许使用一个预定的时间段。一个希望更长的洗手过程的用户不被允许有在任何一个场所停留比预定时间更长的时间的灵活性。因此，一个在擦洗期需要更多肥皂以实施完全的洗手的用户将不被允许这样做。这个不灵活性妨碍确保一个正确的擦洗过程的实施。另外，一个连续地按顺序的洗涤设备不允许用户只使用一个特定的场所或改变时间间隔以更好地适应这个特定的场所。

本发明通过为设备的三个单元，即水笼头，肥皂分配器和擦手纸分配器，中的每一个使用一个单独的传感器而克服了上述问题。这些传感器的每一个连接至4IO控制板。4IO控制板能以智能方式或随机方式运行。用户可以通过使用一个菜单选择开关而被提供选择运行方式的机会。用户也可以使用一个人工代用装置开关来绕过4IO控制板和打开水笼头。

智能方式允许一个灵活的，按顺序的洗手循环。在智能方式中，一个正确的洗手过程包括一个湿手时间间隔，然后是肥皂分配并跟着一个擦洗时间间隔，然后是一个冲洗时间间隔并跟有一个干燥器起动，以及可选择地，一个输出证实一个正确洗手过程的完成。擦洗时间间隔的时间能被编程来适应获得正确洗涤所需的特殊场合。在这个擦洗时间内，用户将不能得到用于冲掉肥皂的水，因此，确保用户在没有实施正确擦洗时不能继续。由于单独的传感器用于每一个场所，用户能够控制湿手和冲洗时间间隔的长度，以及干燥器起动的数目。所以，如果用户想要额外的水，肥皂或擦手纸，用户能够得到额外的水(只在湿手和冲洗时)，肥皂或擦手纸。用户所不能做的是缩短擦洗时间并仍然得到一个正确洗手过程的证实。

在智能方式中擦手纸分配器传感器总是接通的，这样擦手纸总是可以得到的。还有，如果可以得到，人工代用装置开关能被用来强迫水笼头打开来清洗。如果用户有紧急需要而中断洗手过程，智能方式允许用户立即烘干他或她的手。不按顺序取擦手纸或起动人工代用装置开关将阻止发出一个正确洗手过程的证实，但它将允许用户面对紧急情况而没有满手肥皂。

为了帮助用户按被顺序得到正确的洗手过程，一个显示屏被用于指导用户正确操作洗涤盆。显示屏通过一个通讯连线接至4IO控制板。

当用户希望独立于其它场所地使用洗涤场所中的一个时，用户可以选择随机方式。在随机方式中，每一个传感器被接通来允许每一个单元单独被使用，各场所之间没有相互作用。

4IO控制板还具有监视水笼头，肥皂分配器和擦手纸分配器被启动的次数，以及，如果需要，被谁启动的能力。这个数据能被修正和记录至中央计算机。可以理解被连接至智能洗涤盆的4IO控制板所使用的软件与图10和11中所示的不同。

现在转向智能洗涤盆洗手装置的详细情况，它包括一个带有水笼头安装在上面的洗涤盆(未表示出)。洗涤盆旁边是一个肥皂分配器和一个擦手纸分配器，都是马达驱动以在合适的时间提供肥皂和擦手纸。每一个水笼头，肥皂分配器和擦手纸分配器都有一个与它们相连的传感器。一个VFD/LCD显示屏被放在靠近洗涤盆的一个易于被读到的高度。

参考图12，一个机电电磁阀152被安装在供水管内，在一个预先混合设备或返回校验阀门后，用来控制至水笼头的水流量。阀门152在没有电源它时是断开(关闭)的，在有电源它时是接通(打开)的。一个水笼头传感器150被安装在水笼头的附近。通常的布置是有一个红外线发射器安装在水笼头的颈部或底部，并指向水笼头出口下面的一点。一个红外线探测器放在发射器的附近。

一个水笼头控制板148包括一个供电电源，IR滤波器，信号调节器，和输出驱动器。板148也有一个来自供电电源140的24 VAC输入。供电电源140是一个转换电源线120 VAC至24 VAC的变压器。水笼头控制板148产生一个连续的脉冲信号并把它送至水笼头传感器150。发射器接收来自水笼头控制板148的脉冲信号，并发送出一个红外线信号至它的目标区。当一个用户把他或她的手放到水笼头下，并因此处于发射器的目标区时，红外线被反射离开手至探测器，因此触发一个返回信号至水笼头控制板，它处理信号来确定他是否是一个有效目标。如果是，该目标通过插座122被报表给4IO控制板。4IO控制板接着可以使水笼头打开，这取决于4IO软件的状态。

洗涤盆旁边安装着一个肥皂分配器，它带有一个电机驱动泵158用来分配液体肥皂。一个肥皂分配器传感器156被布置，这样当一个用户把他或她的手放到分配器喷嘴下时，肥皂被泵到用户的手上。肥皂分配器控制板154包括一个供电电源输入，定时设置，可变计时器，可变电机驱动器和肥皂加注电路。这个电路被4IO控制板110控制。当电路接收来自4IO控制板的一个指令时是接通的，否则电路是断开的。当肥皂分配器接通时，它将供电给肥皂分配器传感器156并等待返回信号。当目标是有效时，它将接通肥皂泵，并在一个预定时间段内分配肥皂。电路也提供一个主开关输入。

肥皂分配器传感器156包括一个IR发射器，IR探测器，和支持滤波器元件。这个传感器在断开射束法布置。螺状的机动泵158当电源它时将分配肥皂。当主开关160被按下时，泵158起动。这个功能在一个安装者需要使液体肥皂快速进入喷嘴时被使用。它通常用在灌注肥皂储液容器时。

洗涤盆旁边还安装着一个擦手纸分配器，它在分配器中的滚轴被一个电动马达166驱动时分配擦手纸或类似物。一个擦手纸分配器传感器164能够驱动滚轴电机166。擦手纸分配器控制板162包括一个供电电源和一个电机驱动器。供电电源提供电能给擦手纸分配器传感器164并等待返回信号来接通电动滚轴166。

擦手纸分配器传感器164包括IR发射器和探测器，滤波器，定时设置，和输出驱动器。这个传感器有一个输入管脚，它接收来自4IO控制板的输出插座132的信号并且驱动滚轴来分配擦手纸。一个吹风干燥器可能代替这个擦手纸分配器。

VFD/LCD显示屏138有一个驱动器板134，它包括一个供电电源(未示出)和一个用来与4IO控制板110对话的FTT通讯连接136。显示驱动器板134将接收来自4IO控制板110的数据，然后发送这个数据给显示屏板138以显示这个信息，并为了确认返回信息给4IO控制板110。

智能洗涤盆的所有控制由4IO控制板控制。图12概略地表示它的主控制回路112(首先包括微处理器U12和EPROM U3)，双绞(FTT)通讯连线114，和一个辅助I/O116(在4IO控制板上的接插件J6)。辅助I/O116总共有三个能被置为输入或输出的辅助管脚。

辅助I/O116能被连接至一个菜单选择开关142，一个增量开关144和一个减量开关146。这三个开关一起构成一个现场输入设备，它允许改变4IO控制板所使用的定时参数。例如，菜单选择开关能被用于显示所需的擦洗时间，而增量和减量开关能被用于增加或减低那个时间。现场输入设备只适用于洗涤盆的拥有者，而不是用户。

每次菜单选择开关142被按下，一个脉冲被送至4IO控制板110。然后它发出一个信息至显示屏138，并且通过卷屏一个信息每一次被显示在显示屏上。在通过菜单选择开关选择所期望的可改变的功能后，改变这个功能是通过增量和减量开关来实现的。每次增量开关144被按下，增量开关144发送一个脉冲给辅助I/O116。4IO控制板110将增加定时计数值并且发送这个值给显示屏。相似地每次减量开关146被按下，减量开关146发送一个脉冲给辅助I/O。4IO控制板110将减少定时计数值并且发送这个值给显示屏。例如，为了改变擦洗时间从10秒到15秒，业主的技术人员将首先按菜单开关142直到擦洗时间被显示出来。然后技术人员会按增量开关144直到15秒被显示在显示屏138上。最后技术人员将按菜单开关。

如上所述4IO控制板110还包括四个输入接插件和四个输出插座。输入插座118连至肥皂机动泵158并从该机动泵158接收一个关于是否它被起动的反馈信号。相似地，输入插座120连至擦手纸分配器电动滚轴166并从该擦手纸分配器接收一个关于是否它被起动的反馈信号。输入插座122连至水笼头控制板148并从该控制板接收一个信号。这个信号将传送到决定何时打开水笼头的微处理器。输入插座124这时不使用，虽然它可能被用于检测来自一个用户的装备有一个无线电收发机的标志的输入。

输出插座126连至起动肥皂分配器机动泵158的肥皂分配器控制板154。输出插座128通过手动人工代用装置119连至电磁阀152。输出插座130连至智能标志电子接口153。输出插座132连至擦手纸分配器控制板162。

智能标志是一个由用户显出的装置，它有一个无线电接收器或收发机和数据记录器。当一个有效洗手过程被完成时，输出插座130被起动足够长时间使得智能标志电子接口153发送一个无线电信号至智能标志来证实一个有效洗手过程。智能标志将记录接收验证信号的情况并使它自己允许一个用户通过该装置中的其它天线或检查点。

图12表示输出插座132自4IO控制板至擦手纸分配器控制板162和擦手纸分配器传感器164。这样做是为了系统接线方便。来自传感器164的导线在被连至4IO控制板110之前连至擦手纸分配器控制板162。另一方面，自4IO控制板至擦手纸分配器传感器164的连接可以被直接系在一起。

手动人工代用装置119包括一个摇杆开关和一个电源输入。这个摇杆开关能被设为使4IO控制板承担电磁阀152的控制或接通电磁阀152而不考虑4IO控制板的输出。在正常运行中，人工代用装置开关119被设为让4IO控制板来控制电磁阀。但是这个摇杆开关也能被设为接通电磁阀而不考虑4IO控制板的输出。

智能洗涤盆的拥有者能够选择是否给用户使用手动人工代用装置119的机会。同样地，拥有者也能够选择是否给用户使用允许选择智能方式或随机方式的菜单开关的机会。估计大多数设备将提供使用人工代用装置而不是菜单开关的机会。但是这取决于拥有者对某个特殊设备的意愿。

当智能方式在起作用时，在一个洗涤循环的开始，信息板138将显示“欢迎使用Sloan智能洗涤盆…请淋湿您的手”。当手被检测到在水龙头下时，水被打开持续只要手仍然在目标区内。随后，信息板上的信息被改为“请用肥皂”。此时，肥皂分配器156被接通。用户然后选择取更多的水或肥皂。如果手未被水龙头或肥皂分配器检测到至45秒，智能洗涤盆将重新回到洗涤循环的起点。如果手不再被检测到在水龙头下后45秒内被检测到在肥皂分配器下，肥皂分配器泵156将被打开来分配预定量的肥皂。然后4IO控制板将关断供水螺线电磁线圈的电源并不考虑水龙头传感器。

擦洗时间段被预编程以适应特殊环境。为了确保用户正确擦洗，在擦洗时间段内水龙头传感器150将被忽略并且供水螺线电磁线圈将被释放，这样在这个时期没有水可以得到。但是，肥皂分配器传感器156和擦手纸分配器传感器164仍然接通。在擦洗期间，信息板138将显示“请擦洗手持续：…”编程的擦洗时间的剩余时间，按倒计时。如果在擦洗期间手被又一次检测到在肥皂分配器时，额外的预定量的肥皂将被分配并且计时器将复位为整个编程的擦洗时间。信息板将相应地改变以反应这个复位的擦洗时间。

擦洗阶段结束后，水龙头将以半秒的喷射开，关，开，然后关。这发出结束擦洗阶段的信号。然后显示屏上的信息变为“请冲洗手”。此时用户可以再次取肥皂(将引起擦洗过程重新开始)或取水。如果在45秒之内没有选择，智能洗涤盆将从洗手循环的起点开始。如果在擦洗阶段结束后45秒之内手被水龙头传感器检测到，水被持续打开只要手被检测到那么久。

当手不再被检测到在水龙头下时，一个完整的洗手过程已经发生了。这个完整的洗手过程被记录在4IO控制板110上。4IO控制板通过擦手纸分配器控制板162发送一个信号给擦手纸分配器传感器164。这产生一个自动的擦手纸分配，一个完成正确的洗手过程的结果。同时4IO控制板110发送一个完整的洗手过程已经发生的信号给智能标志电子接口153(如果有)。然后智能标志电子接口将会发送一个完整的洗手过程的确认给用户正配带的智能标志。同时一个信息送给显示屏134，“请取一张擦手纸”。如果在10秒内擦手纸分配未被4IO检测到，智能洗涤盆将从洗手循环的起点开始。如果擦手纸分配被4IO控制板检测到，在这个分配过程中，显示屏将显示信息，“谢谢，祝你愉快”。最后的擦手纸分配5秒之后，智能洗涤盆将复位到洗手循环的起点。

在整个智能方式洗手运行中用户可以在任何时间得到擦手纸。如果用户在他或她被指示之外的任何时间取一张擦手纸，一个无效的洗手发生了并因此被4IO控制板所注意。

用户被允许选择的其它操作方式是随机方式。当智能洗涤盆以随机方式运行时，所有的控制板在它们自己的运行参数中相互独立地工作，并且所有的用于检测在它们相应的控制检测区内的传感器都是接通的。当选择了随机方式时，显示屏显示“欢迎使用Sloan智能洗涤盆…随机方式”。用户能够以任何次序，任意长时间得到水，肥皂或擦手纸。

Ⅲ．编程水技术

PWT网络管理程序的目的是在一个Lonmark顺从性(compliant)控制板和一个计算机之间提供一种通讯方式。这个软件用于监视和/或改变任何可变的Lonmark顺从性网络。PWT网络管理程序允许一个计算机在Lonmark顺从性控制板上远程安装，替代，监视，控制，收集和打印数据。4IO控制板是一个Lonmark顺从性控制板。

PWT网络管理程序软件的一个特殊应用在于惩戒机构。这样的机构通常有多个建筑，每个有多层和/或侧厅。多个房间或小室通常位于每一侧厅或每层。小室也许有例如洗涤盆，盥洗室和可能有淋浴等设备。这些能被一个4IO控制板如上所述地控制。PWT软件通过允许一个远程PC(个人计算机)监视，记录和控制在整个现场的任何或全部装置，而领先一步采用这个概念。每个4IO控制板成为一个被PWT前端软件所管理的网络上的一个节点。PWT软件与Lonmark顺从性控制板相互作用。Lonmark是Echelon公司的一个商标，代表那个公司的以一种已知方式打包变量和信息的方法，因此它可以通过一个网络被发送和被一个接收节点阅读。

PWT网络管理程序是独特的，因为它允许Lonmark顺从性控制板发送将要被显示在一个计算机显示屏上的信息。它还允许Lonmark顺从性控制板安装在一个通讯网络上。这个网络可以有多达64,535个Lonmark顺从性控制板。信息能从一个控制板至另一个或一组控制板至另一组被捆绑或发送。PWT软件能与使用TCP/IP协议收发机和PWT网络管理程序软件的计算机相互作用。

该软件能被设为三种运行方式之一：独立运用，服务器，或客户机运行。在独立运行中，一个个人计算机(以下称“PC”)能够通过一个电话调制解调器连接与Lonmark顺从性控制板和另一个PC交互作用。在服务器方式运行中，中央PC假设至少有一个网卡能支持TCP/IP协议。服务器方式中的PC能够与在客户机方式中运行PWT网络管理程序并连接到相同的网络的其它PC交互作用。一个服务器PC也能通过一个电话调制解调器连接与一个PC交互作用，并且它能够与多个Lonmark顺从性控制板交互作用。客户机运行方式中的PC假设有一个网卡支持TCP/IP协议。这个PC能够与在服务器方式中运行PWT网络管理程序并连接到相同的PC网络的另一个PC交互作用。

PWT网络管理程序软件在图13-26中表示的流程图中描述。首先看图13，该软件开始于200，并且一开始系统管理者应向系统202请求联机并建立任意用户帐户。一旦系统管理者建立了用户帐户，每个用户能够跟随相同的注册程序来进入系统。与每个用户帐户相关的特权将决定对那个用户哪一个系统特征是可以得到的。用户将被询问他或她的口令，204，并且用户的名字和口令被检查来看是否它们有效，206。可以允许对一个有效的用户名字和口令进行几次试探。一旦发现一个有效用户，软件和通讯卡被初始化，208和210。

以下步骤在初始化过程中进行：打开双象服务器数据库(一个代表设备的图形数据库)；打开和建立网络；安装本地网络变量；连接至NSI(中央PC中的网络接口卡)；设置NSS(与NSI通讯的软件)；为应用设备建立一个超级节点(超级节点是一个包含超过一个神经元芯片的节点，例如智能洗涤盆有两个神经元ID’s-一个在4IO控制板上，一个在显示屏上)；阅读程序模板；和完成初始化。网络包括一个Paradox数据库和一个Lonworks数据库。Lonworks是Echelon公司的一个商标，用于一个提供确认，测量，通讯或控制的网络的电子电路，集成电路，电子电路板，和电力电路元件。Paradox是Scotts Valley,CA的国际Borland公司的一个商标，用于在数据库，数据库应用开发，报表生成程序和数据库查询领域的计算机程序。

初始化被检查是否失败，212。如果初始化失败，显示一个信息214并且用户被提示退出或继续216。如果用户继续，任何配置变化将被存进Paradox数据库而不是Lonworks数据库。Paradox数据库包括关于在一个特殊现场的建筑物，楼层，侧厅和房间的数目的信息。Lonworks数据库有一个将特定的4IO控制板(或其它Lonmark顺从性控制板)的神经元ID’s与特定的房间相关联的一个地址表。这在安装前配置现场时是有用的。在这个情况时，用户能够配置现场而不用Lonworks网络，并随后使用输入/输出部件拷贝Paradox数据库至磁盘，然后在安装时输入新现场的系统。如果用户选择退出，应用将被终止，218。如果初始化成功，程序继续标为A的接线盒(小的五边形)，表示图13连接图14上相似的标为A的接线盒。220处的软件设置程序来反映当前用户的权利。

在系统上登记后，PWT主菜单表格被显示，222。这个表的简图表示在图27中。该表包括一个主菜单条201和被称为表面视图的主要部分203。表面视图包括网络上所有节点的一个可见的表示。表面视图的右边是表面视图过滤器205。这个过滤器允许用户只看到配置现场的一部分。

不同的菜单选择基于用户的特权而可以得到。文件菜单，网络菜单，报表菜单，选择菜单和帮助菜单将在下面进一步叙述。

表面视图的每一个房间将按完全白，灰或红来显示。一个灰房间表示没有设备分配给那个房间。一个红房间表示至少有一个分配给那个房间的设备处于扰乱状态。一个白房间表示与那个房间相关的设备没有一个处于扰乱状态。表面视图过滤器正下方是处于扰乱状态的房间的一个下拉式列表。一旦一个设备进入扰乱状态，与那个设备相关的房间被增加给这一列表。通过选择在这一列表的一个房间或在主表面视图中击一个白或红房间，那个房间的详表将被显示出来。图28中表示了一个例子。通过从详表中选择OK，这个房间将被从这一列表中移走，直到另一次扰乱发生在该房间内。通过从详表中选择取消(cancel)，这个房间将仍在这一列表中。

详表提供分配给所显示房间的每个设备的详细信息。每个设备的每个配置的输出都被显示，多达八个输出。用户可以击一个设备的输出来选择它。一个蓝色的框围绕当前所选的设备输出。

如果当前设备输出能被接通，一个项目符图标被显示在设备输出旁边。击这个项目符图标送一个起动通知给设备。提供起动和禁止按钮能起动或禁止当前所选的设备输出。当前所选设备的状态显示在表格的左下角。

用户能打印在表格的右下角框中的房间信息。这个信息为每一个房间储存并在用户进入详表的每一次重新显示。这些注释通过选择打印说明按钮可以被打印。为了打印包括注释的整个表，可以选择打印按钮。选择参数按钮显示定时参数表来修正设备输出定时参数。

定时参数包括显示在上面表格中的接通前延迟时间，接通时间和接通后延迟时间。也可以选择锁定时间，循环计时限制和窗口时间。一旦在时间参数表中作了选择了，它们被存起来成为具体节点的新值。

再看图27，在表格底部右角的接通所有节点和断开所有节点的按钮234,236，允许有特权的用户具有接通或断开当前显示在表面视图中的所有房间内所有设备的能力。详情将在下面叙述。

现在回到图14，菜单选项表示为文件224，网络226，报表228，选项230和帮助232。如果这些都未被选择，程序也寻找在234的接通所有节点按钮或在236的断开所有节点按钮和表面视图过滤器238。处于扰乱状态的房间的下拉列表示在240，进入一个房间的选择在242。

如果文件菜单被选择，程序跳到图15所示的接点B。这个菜单中的选项包括注销244。这允许用户从系统注销246。没有用户特权将被允许直到用户通过选择文件注册选择248而注册回系统。改变口令选择250将显示一个改变口令表格252，它询问当前口令，新口令并确认新口令，并包括一个存储按钮来允许新口令起作用。

输入/输出选项254允许Paradox表格被输入Lonworks数据库，反之亦然，256。输入/输出表格具有删除所有来自Paradox表格和Lonworks数据库的数据的能力。你也可以输入来自Paradox数据库的数据给Lonworks数据库，并且数据能被从Lonworks数据库输出至Paradox数据库。两个数据库在新数据被输入前将被删除。数据包括建筑物，楼层，侧厅，房间的数目和在每个房间内可得到的设备的详情。

用户设置选项258提出用户设置表格260并允许定义一个用户在系统中将要被允许使用的特征。也允许用户被增加或删除或使他们的权利被修改。

每日口令设置选项262允许在一年的每一天一个每日口令被指定。这个表格也允许每日口令特征被接通和断开。

备份数据表格选项266允许数据表格被拷贝至或自一个磁盘或自另一个目录，268。这对不在现场配置一个系统和后来输入Paradox信息进入Lonworks数据库是有益的。

文件菜单还提供一个退出选项270，它检查是否用户具有退出程序的权利，272。如果用户有那个权利程序关闭所有的数据库，中断与控制板的通讯，从程序移走所有的个人权利，关闭程序并返回PC操作系统，274因而结束程序276。如果程序不退出它返回至图14上的接点A。

网络选项表示在图16中的接点C处。第一个选项是一个变量监视器278。这允许用户为一个特殊节点来选择和监视特定的网络变量，280。还有，用户为了报表的目的能够选择记录这些变量中的改变。变量监视器建立起一个监视器网格，它包括用于一个收集数据区域，需要被监视的变量，变量的类型，变量的值，和方向的列。增加给监视器网格的变量继续被监视直到它们被从监视器网格中删除。为了报表的目的只有显示在监视器网格中带有一个收集数据区域YES的变量被记录在数据记录中。数据只有在变量监视器表格被打开时才被刷新和记录。数据基于一个计时器自动刷新。计时器的间隔速率在选项/刷新周期选项下可以被改变。被记录的数据基于在选项/清除数据记录和报警记录选项下所提供的信息而被自动清除。按钮可以得到用于在监视器网格中增加一个新变量给监视器。也有按钮用于从监视器网格中删除一个网络变量和修改变量以改变网络变量的值。一个修改按钮只为输入型变量接通。一个刷新按钮初始化监视器网格中的网络变量的刷新。换句话说，这为监视器网格中的每个变量得到网络变量值。变量监视器表格在时间变量不再被刷新或记录时能被关闭。

现场设置选项282提供在系统中建筑物，楼层，侧厅和房间的数目的配置，284。现场设置表格包括栏目用于现场名，现场建筑物数目，当前被配置的建筑的建筑号，一个与所选的建筑号相关的建筑名，被建筑名和建筑号所识别的建筑物的层数，当前配置的楼层的层数，楼层名，侧厅数，当前被配置的侧厅的侧厅数，以及与所选的侧厅数相关的侧厅名的区域。也有错误来指示是否系统中有超过一个的建筑，楼层或侧厅被产生。现场设置表格也包括单个的房间的区域。一个房间可以通过键入房间名称而被加上。房间范围可以通过选择范围的起点和终点，房间名称的前缀和按下增加按钮而被加上。房间可以通过从列表框中选择一个房间和按下删除键而被移走。房间范围可以通过选择范围的起点和终点和按下与命名的前缀相邻的删除按钮而被删除。现场设置表格能被清除以用数据输入开始更新。可以重新恢复来阅读和显示上次存至Paradox表格的现场配置。一个存储按钮如同一个取消按钮被提供。

网络菜单上的下一个选项是节点维护286，它分配专门的节点或控制板给一个房间288。设备在安装前可以被指定给一个房间而不需要提供一个神经元ID。在安装期间发现节点特征能被用于在网络上得到设备的神经元ID并然后下拉和拖曳这些神经元ID到合适的设备上去。因此现场设置定义在一个现场的建筑，楼层，侧厅和房间。节点维护指定一个专门的网络卡，或在这个例子中一个4IO卡给规定的房间。节点维护表格包括一个等待在4IO控制板中的服务开关SW2被按下的发现按钮。当那个开关被按下4IO卡发出它唯一的神经元ID码并告诉PWT软件哪一个ID码在哪一个房间内。一旦一个设备被委任(被指定一个神经元ID)它能被复原，检测或被带至在线或离线。

网络菜单中的下一个选项是变量连接器290。这允许专门的网络变量从一个节点至另一个的连接。即，它识别哪个信息将被从一个控制板至下一个被传送，292。一个变量连接表格允许用户去增加一个集线器节点和网络变量至连接表。它也能从连接列表删除一个集线器节点和网络变量。连接性质允许在从连接列表选择集线器节点和网络变量，及选择连接过滤器和要连接的网络变量后，每一个连接单独配置。一个连接按钮用于在这两个节点和网络变量之间产生一个连接。一个不连接按钮被用于从两个节点和变量之间移走连接。网络菜单选项返回在图14上的接点A1。

报表选项表示在图17上的接点D。变量监视器报表294将显示一种表格，允许用户选择哪个被监视/记录的网络变量将产生一个报表表格。期望的报表变量被下拉在一栏中。如果希望，专栏的一个新标签和报表标题可以被键入。用户选择打印或视图来生成包含所选变量296的一个Reportsmith报表。

警报报表298提供系统300的所有警报。该报表通过计算机日期和节点分类。

现场报表302描述现场布置304。节点报表306描述节点布置308。变量连接报表310描述在节点之间的连接312。在314任何选择的报表都被打印至屏幕并且/或硬拷贝。PWT管理者然后返回图14上的接点A1。

选项菜单230的选择引起网络管理程序转移至图18中的接线点E。选项菜单将显示一个设备设置表格316，它将允许一个设备被增加，描述和与一个Lonworks配置文件相关。它将描述控制板类型，变量列表，控制板有多少输入和输出及哪个位图分配给每一个输出。选项菜单返回图14中的接线点A1。设备设置表格允许一个用户修改，增加或删除一个设备类型。为了删除一个已存在的设备类型，选择要被删除设备的行并按下删除键。为了增加一个新的设备类型，在表格底部的空白行简单地输入合适的信息。对于每一个设备类型创建一个唯一的ID码，并给予一个唯一的名称。这个名称被用于在创建一个新节点时选择设备类型。规定与这个设备类型相关的程序临时文件。然后标志这个设备类型为一个超节点(父)，一个超节点的子节点(设备ID的子)，或普通的。在IO计数栏目下，指示多少输出设备与这个节点相关(多达4个)。然后识别每个输出类型(盥洗室，淋浴器，洗涤盆，擦手纸，肥皂，洗涤盆的热水笼头，洗涤盆的冷水笼头)。如果程序变量需要被连接至PC，在连接栏规定为“是”，否则规定为“否”。

帮助菜单选项232转移至图19中的接线盒F。这将显示帮助屏幕来描述不同的窗口和控制，318。帮助菜单的选项将包括内容，怎样使用帮助和一个菜单选项，它将显示一个指示PWT网络管理程序软件版本的表。帮助选项返回图14中的接点A1。

接通所有供水节点按钮234转移至图20中的接线盒G。这将询问用户是否用户真的希望接通表面视图中显示的每一个房间内控制板的所有输出，320。用户回答是或否，程序返回接点A1。

在图21，接线点H为了断开所有供水节点选项，一个类似的问题被提出。这个在322处的选项将断开主表面视图上显示的所有控制板。再一次，程序控制返回接点A1。

表面视图过滤器238转移控制至图22的接点I。表面视图过滤器允许用户选择配置现场的一个子集。过滤器被每个计算机存储并且每次应用开始时将被重新初始化。表面视图过滤器只能被有特权改变建筑，楼层，侧厅和/或房间过滤器的用户所改变。过滤器包括通过从一个列表中拾取一个建筑或选择所有建筑，326，来改变建筑的选项324。用户也能通过拾取一个楼层或所有楼层，330，来选择一个楼层328。在每一个楼层内，一个侧厅能通过从一个列表中拾取一个侧厅，332或所有侧厅，334，来选择一个侧厅。控制返回至图14中的接点A1。

新的扰乱表格240转移至图23的接线盒J。如果一个扰乱在表面视图过滤器上显示的任一个房间内发生，房间号将出现在主屏幕中并且留在窗口内直到操作者移走扰乱，336。从这个列表，一个用户能进入一个房间查看它的详细情况，338。一个房间的详细情况能从图23步骤338或在主表面视图中进入一个房间选择242而得到。这两个路径都连至图24的接线盒K。图24中所示的步骤基本上产生图28的详细表格中所示的输出。在步骤340控制板的情况通过位图和接线情况被显示。在342，一个蓝框置于输出的周围来操作。在344和346可以得到选项来断开或接通所有分配给那个房间的控制板，在348和350。选项352允许用户只断开被蓝框环绕的那个设备的输出，354。

程序在图25上的接点K1继续执行。在356用户能接通被蓝框围绕的输出，358。一个按钮360被用来改变蓝框围绕的输出的参数。如362处所示，接通前延时，接通时间延时，接通后延时，闭锁时间，目标限制和闭锁时间长度，全部可以在此处被改变。一个打印按钮364允许打印所有信息366。一个打印注释按钮368只打印备注部分。

程序在图26上的接点K2继续执行。详细表格允许一个用户改变在注释或备注区域的信息372。任何文本信息都能被键入注释窗口374。在376信息被存储至硬板中的数据库。用户在378也被给予选择回到图14上的接点A1的主屏幕或回到图24中的接点K。

虽然本发明的一个最佳形式已经被显示和描述，应该认识到在不偏离下面的权利要求书的范围的情况下可以进行变型和改进。

Claims (15)

1．一种电子控制板，用于根据由一个传感器产生的检测信号来向一个被控设备提供一个控制信号，包括：

一个响应逻辑高和逻辑低输入的微处理器，逻辑高输入是在一个指定的操作电压；

一个可与传感器连接用于接收来自上述传感器的一个检测信号的输入插座，

连接至微处理器的转换装置，用于转换检测信号至操作电压；和

在输入插座和转换装置和微处理器之间连接的开关装置，用于提供检测信号给微处理器或转换装置之一。如果检测信号位于或接近操作电压，所述开关装置提供检测信号给微处理器，否则给转换装置。

2．根据权利要求1所述的控制板另外包括一个位于转换装置和开关装置和微处理器之间的反相器。

3．根据权利要求2所述的控制板，其中反相器包括一个反相的施密特触发器。

4．根据权利要求1所述的控制板，其中开关装置包括一个连至输入插座和微处理器的第一跳线片。

5．根据权利要求4所述的控制板，其中开关装置包括一个连至输入插座和转换装置的第二跳线片。

6．根据权利要求1所述的控制板，其中转换装置包括一个被提供操作电压的光隔离器。

7．根据权利要求1所述的控制板另外包括一个用于提供至少一个板上电压的电源部分，和一个可连接至一个外部电源用于从所述外部电源接收至少一个脱板电压的电源连接器。

8．根据权利要求7所述的控制板另外包括一个可连接至一个被控设备的输出插座，微处理器能够控制提供一个板上电压，一个脱板电压或一个开-关电流路径至输出插座。

9．根据权利要求8所述的控制板另外包括一个被连接在微处理器和输出插座之间的自锁继电器。

10．一种电子控制板，用于反应于由一个传感器产生的检测信号来向一个被控设备提供一个控制信号，包括：

一个微处理器；

一个提供至少一个板上电压的电源部分，和一个可连接至一个外部电源的电源连接器，用于从上述外部电源接收至少一个脱板电压；

一个可连接至一个被控设备的输出插座；

被连接在输出插座和微处理器之间的开关装置，微处理器能够控制该开关装置来有选择地提供一个板上电压，一个脱板电压或一个开-关电流路径至输出插座。

11．根据权利要求10所述的控制板，其中开关装置包括一个被连接在微处理器和输出插座之间的自锁继电器。

12．根据权利要求11所述的控制板，其中开关装置另外包括一个跳线片，用于有选择地提供一个板上电压或一个脱板电压至自锁继电器。

13．一种电子控制板，用于提供包括根据由一个传感器产生的检测信号向一个被控设备提供的一个起动信号的控制信号，包括：

一个接通延时计时器，它必须在一个起动信号被发送给被控设备前计时完毕；

一个运行计时器，它允许在一个运行时间段内起动被控设备；和

一个关断延时计时器，它必须在一个后来的检测信号将被允许产生一个起动信号之前计时完毕。

14．根据权利要求13所述的控制板另外包括一个窗口计时器，一个在运行时禁止产生一个起动信号的闭锁计时器，一个循环限制和一个用于计数在窗口计时器定义的一个时间窗口期间起动的次数的循环计数器，如果起动的次数超过循环限制，循环计时器起动闭锁计时器。

15．根据权利要求13所述的控制板另外包括如果在运行时间段内出现一个第二检测信号，用于关闭被控设备的装置。

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