CN1329876C - 超声波传感型智能冲水控制器及双防误触发信号处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超声波传感型智能冲水控制器及双防误触发信号处理方法，该控制器通过发射超声波对设定的有效距离内经人体反射的信号分类并采取双防误触发的方式进行处理，能够对使用小便池、蹲便池和座便器的人们进行其大小便行为的准确识别，并且自动实施不同水量的冲水过程，解决了以往采用反射红外传感器识别存在可靠性差的问题，使自动冲水控制器能够充分适用复杂的应用环境，包括宾馆、饭店、商厦以及家庭卫生间，不仅大大改善了公共场所的环境卫生状况，还大量节约了水资源。
Description
技术领域：
本发明涉及卫生间自动化控制技术领域，特别涉及用于小便池、蹲便池或座便器的自动冲水控制设备技术领域。
背景技术：
目前应用在卫生间的感应式小便池、蹲便池或座便器自动冲水控制设备均采用反射红外传感器，或为了节省电能消耗采用热释电红外传感器与反射红外传感器配合使用两种感应方式，而出水控制器件均为电磁阀或水阀门马达。前者的工作方式为：当站立在小便池前的一定距离时，即触发红外传感器，红外传感器发出电平信号给后端控制系统。当小便结束离开后，红外传感器停止发出电平信号，恢复到待机探测状态，控制系统发出电平或脉冲信号吸和电磁阀或驱动开启水阀门马达并维持一定时间进行冲水操作。而热释电红外信号与反射红外信号配合使用的工作方式为热释电红外信号负责监测控制器附近活动人体的出现，然后启动反射红外信号并对人便溺行为的时间进行计数，便溺行为结束后控制后端设备冲水。但是，由于反射红外传感器对不同材质、不同颜色物体的反射效果存在显著差异，对于光洁表面及浅色物体可以实现较长距离的识别，而对于粗糙表面和深色物体则只能进行近距离的识别，因此对于同一套冲水设备根本无法适应负载的使用环境并实现对人的有效识别。所以采用红外传感器进行反射识别的自动冲水设备在实际应用中表现的便后不冲水的现象非常普遍。另外，由于目前反射红外传感器自动冲水设备都是对连续的反射信号进行时间计数，一旦人体在使用便厕时由于晃动远离有效的反射范围而造成的反射信号瞬间消失，也会造成自动冲水设备误判导致无端冲水。特别是采用电磁阀作为出水控制器件的座便器存在水量小且易受供水管路流量和水压变化的影响，冲水效果差；采用电磁衔铁拉动水箱拍盖的座便器同样由于衔铁动作行程短而存在冲水效果差的弊病。因此，该类红外感应设备特别是反射红外信号型蹲便池和座便器自动冲水控制设备在实际生活中缺乏实用性。
发明内容：
本发明的目的在于解决上述问题，提供一种以超声波传感器作为主要感应方式，采用超声波测距的方法将设定距离以内的人体触发信号输出给中央微处理器，由中央微处理器对触发信号进行误触发模式、小便信号模式和大便信号模式的分类并且对触发信号采用双防误触发的方式进行处理，然后根据人实际使用便厕的行为向后端设备输出控制信号，从而驱动电机转动以模拟人手的方式拉动座便器拍盖或控制蹲便电磁阀进行小水量和大水量两种方式自动冲水。该种使用超声波传感器对人体反射信号进行测距并对触发信号采用双防误触发处理方法的设备克服了反射红外信号对不同材质、不同颜色物体的反射效果存在显著差异的弊病，能够准确检测各种材质和颜色物体的位置；同时对人体在便池前经过和使用蹲便和座便时身体晃动等偶然行为进行合理的处理，从根本上解决了卫生间现有红外传感器自动冲水产品存在的问题，完善了自动冲水产品的可靠性及提高了设备的人性化，使自动冲水设备可以在现实生活中广泛地推广使用。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种超声波传感型智能冲水控制器包括超声波传感头、超声波发射接收电路、有效探测距离设定按钮、中央微处理器、主控电路、电源供应电路、拍盖、水箱、水箱拉索、水箱盖、光电检测器支架、光电检测器、电机、电机支架、传动套管、拉线、鳄鱼夹、连为一体的左右两个转轮即第一转轮和第二转轮、控制器盒体、长孔、电磁阀和冲水管路；所述控制器盒体固定安装在水箱上方的墙上或暗装在墙壁内，或者固定安装在冲水管路上，超声波传感头和有效探测距离设定按钮位于控制器盒体的前面板上，光电检测器支架、光电检测器、电机、电机支架及两个转轮安装在控制器盒体内的一侧，电机固定在电机支架上，光电检测器支架的上端固定有光电检测器，转轮固定在电机轴上，在第二转轮的右侧边缘部位开有一个长孔，该长孔穿过光电检测器的检测口，传动套管位于第一转轮的下方，该传动套管从控制器盒体的下方穿出，并沿水箱与水箱盖之间或水箱后壁的孔中穿过进入水箱内，所述拉线上端固定在第一转轮上，拉线中间部分穿过传动套管，拉线的下端通过鳄鱼夹与水箱内连接拍盖的水箱拉索相连，电源供应电路、超声波发射接收电路及主控电路均安装在控制器盒体内，电源供应电路的输出端分别与主控电路及电机连接，中央微处理器设置在主控电路的电路板上，超声波传感头与超声波发射接收电路的输入端连接，其输出端与中央微处理器的输入端连接，该中央微处理器的两个信号端口与光电检测器连接，中央微处理器的输出控制端与电机连接。
当便池没有水箱而只有冲水管路时，所述控制器盒体还可以设置在便池冲水管路上，与此相应的控制器件电磁阀直接安装在冲水管路中，电磁阀与中央微处理器的输出控制端连接。
本发明所提出的超声波传感型智能冲水控制器的双防误触发信号处理方法是中央微处理器对超声波发射接收电路发送来的有效距离内的低电平连续信号和夹杂其间的无效高电平信号共同构成的触发信号分别表示误触发信号模式t1(人体从便厕前走过的误触发时间t1，例如小于10秒)、小便信号模式t2(人体在便厕上小便的时间t2，例如10秒-120秒)和大便信号模式t3(人体在便厕上大便的时间t3，例如大于120秒)，同时分别对应于中央微处理器程序存储器中预设的后端设备的误触发行为冲水时间T1(例如T1＝0秒)，小便行为冲水时间T2(例如T2＝2-5秒)及大便行为冲水时间T3(例如T3＝5-10秒)，在误触发信号模式时间以外，中央微处理器对超声波发射接收电路发送来的触发信号中小于设定的允许间断时间参数ΔT的无效高电平信号进行忽略处理，即第二防误触发处理方法，直到触发信号中无效高电平信号出现即触发信号中低电平连续信号实际间断的时间Δt大于设定的允许间断时间参数ΔT时，才向后端设备发出冲水指令，在设定的误触发信号模式时间t1内，中央微处理器只对低电平连续信号进行计时，触发信号中即使偶尔短暂出现高电平信号，中央微处理器也将重新开始计时，如果低电平连续信号从发送开始到消失没有达到中央微处理器预设的误触发信号模式时间t1定时，则中央微处理器对后端设备发出执行T1冲水指令；如果低电平连续信号从发送开始到消失达到了中央微处理器设定的误触发信号模式时间t1定时，则中央微处理器继续对触发信号进行计时，并且开始对触发信号中实际间断的时间Δt采用第二防误触发方法进行处理，中央微处理器启动定时器B对触发信号中实际间断的时间Δt进行计时，同时不断将触发信号中实际间断的时间Δt与程序存储器中设定的允许间断时间参数ΔT进行比较，如果当触发信号实际间断的时间Δt大于程序存储器中设定的允许间断时间参数ΔT时，中央微处理器开始将定时器A内的时间读数同预设的小便信号模式时间t2和大便信号模式时间t3进行比对归类，然后读取相应的冲水时间参数T2或T3向后端设备发出冲水指令，如果反复出现触发信号实际间断的时间Δt小于程序存储器中设定的间断时间参数ΔT时，中央微处理器都会不断将触发信号实际间断的时间Δt同样计入定时器A，直到重置后的定时器B中触发信号实际间断的时间Δt超过程序存储器中设定的间断时间参数ΔT后，中央微处理器才将定时器A内的时间读数同预设的小便信号模式t2和大便信号模式t3进行比对归类，然后读取相应的冲水时间参数T2或T3向后端设备发出冲水指令。
本发明超声波传感型智能冲水控制器的工作原理：由电源供应电路提供控制器内部各电路所需的电力，超声波发射接收电路的输入输出端通过超声波传感头发射和接收经人体反射的信号，然后将预先设定的特定距离内的反射信号处理后经输出端连接至中央微处理器内，而中央微处理器的控制输出端通过主控电路与电机连接或电磁阀连接，以便中央微处理器将定时器A记录的误触发时间内的连续触发信号和误触发时间外的间断触发信号的时间读数同程序中预设的参数比对归类后，读取相应的冲水时间参数向后端设备发出冲水指令，座便器自动冲水控制器的工作模式为控制电机正向转动一定时间停止，停止一定时间后控制电机反向转动然后根据光电检测器连接并传到中央微处理器另一信号输入端的光电信号控制电机停止，通过电机正向转动后停止的不同时间来实现短时小便冲水或长时大便冲水；蹲便池和小便池自动冲水控制器的工作模式为控制电磁阀开启不同时间后关闭来实现小便冲水或大便冲水。
通过选用适当的中央微处理器，超声波信号的发射接收与冲水设备的控制可以由一个中央微处理器实现。
本发明的详细电路具体组成，超声波发射接收电路电源接口与电源供应电路连接以获得电力，超声波发射接收电路连接到超声波传感头接口，由超声波微处理器与中周电感配合经超声波传感头间歇发射一定频率的超声波，然后由超声波传感头接收经人体反射回的超声波，再经Q1/Q2/Q3三级放大后发送给超声波微处理器的信号输入端口，超声波微处理器将此信号与有效探测距离设定按钮设定好的参数比对后，将符合条件的信号经超声波信号输出接口输出到中央微处理器，中央微处理器启动定时器A对信号进行时间计数，待此输入信号中断超过设定的时间后中央微处理器将实际时间计数与预先程序设置的参数比较归类后，经OP1和OP2两个端口控制后端设备接口后的电机两端的电位变化以实现电机的正反向转动，当电机开始反转时，中央微处理器经OPI端口控制光电检测器发射，同时经OPT端口检测由光电检测器返回的信号，一旦有信号传输过来，立即控制电机停止转动，至此完成一个冲水控制过程，中央微处理器控制电机正向转动后停止时间的不同实现误触发判断或小便冲水和大便冲水；
小便池和蹲便池的电路图中除没有光电检测器与中央微处理器的连接以外，其余电路基本相同，只是经后端设备接口连接的电机改为电磁阀即可。
本发明提供的超声波传感型智能冲水控制器及双防误触发信号处理方法与现有的便池自动冲水控制器相比，具有如下有益效果：
本发明通过采用超声波传感器与中央微处理器的配合，无论人们穿着什么材质和颜色的衣服，本控制器都能够准确感知人体在便池前的位置，对人们的便溺行为给予有效及节能的冲水反应，触发信号的双防误触发的处理方法防止了人在便池前的偶然走动和人们便溺行为时的晃动造成的误冲水现象，使自动冲水在蹲便池和座便器上的应用成为可能，同时座便器上通过电机的转动拉起水箱拍盖的方法较现有采用电磁衔铁拉动水箱拍盖及管路电磁阀直接控制冲水能够提供稳定的大流量的冲水效果。本智能冲水控制器从根本上解决了卫生间自动冲水产品存在的问题。不仅大大改善了公共场所卫生间的环境卫生，还大量节约了水资源。
附图说明：
图1为本发明超声波传感型智能冲水控制器的双防误触发信号处理方法的电路原理方框图；
图2为本发明超声波传感型智能冲水控制器的双防误触发信号处理方法的详细电路图；
图3为本发明超声波传感型座便器智能冲水控制器结构示意图；
图4为图3中转轮A-A方向侧视图；
图5为本发明超声波传感型蹲便池智能冲水控制器结构示意图。
具体实施方式1：
如图1、2、3、4所示：以座便器为例：
超声波传感型智能冲水控制器盒体16固定在座便器水箱18上方一定高度(以掀起的座便器盖不触发传感器为准)的墙上或暗装在墙壁内，固定在电机第一转轮11a上的拉线8穿过传动套管6进入水箱18，由连接到尾端的鳄鱼夹9固定在水箱拉索19的适当位置。传动套管6从控制器盒体的下方穿出并经水箱18和水箱盖20之间或水箱后壁上的孔穿过进入水箱18。超声波传感头1和有效探测距离设定按钮13位于控制器盒体16的前面板上，分别通过连线与超声波发射接收电路12连接，当设备安装好通电后，根据座便器的安装位置调整位于控制器盒体16的前面板上的有效探测距离设定按钮13设定距离参数。当人在座便器前方设定的有效距离以内时，超声波发射接收电路12的输出端输出触发信号给主控电路15上的中央微处理器14的输入端，中央微处理器14开始进行定时器A操作。设定误触发模式时间参数t1为9秒，小便信号模式时间参数t2为10-120秒，大便信号模式时间参数t3为大于120秒。设定冲水时间T1＝0秒，T2＝2秒，T3＝6秒。设定可间断的时间参数ΔT＝3秒。当人触发传感器并离开后，中央微处理器14对定时器A记录的误触发时间内的连续触发信号和误触发时间外的间断触发信号的时间读数同程序中预设的参数比对归类后，读取相应的冲水时间参数，然后控制电机执行以下三种操作。在误触发时间t19秒以内，中央微处理器14的定时器A只对连续的触发信号进行计时，当触发信号偶尔消失，中央微处理器14的定时器A即重新计时，此时定时器A的时间读数t为5秒小于设定的误触发时间t19秒时，安装在电机支架5上的电机4不转动，即T1＝0秒；在误触发时间t19秒以外，则中央微处理器14继续对触发信号进行计时，并且开始对触发信号中实际间断的时间Δt进行忽略处理，即当触发信号消失时，中央微处理器14开始启动定时器B对触发信号消失的时间Δt进行计时，同时不断将触发信号实际间断的时间Δt2秒与程序存储器中设定的间断时间参数ΔT3秒进行比较，Δt2秒小于ΔT3秒，中央微处理器14将定时器B中的时间读数计入定时器A，并且定时器A继续对触发信号进行计时，直到下一次重置的定时器B的实际间断时间Δt3.1秒大于程序存储器中设定的间断时间参数ΔT3秒时，中央微处理器14开始将定时器A内的时间读数同预设的小便信号模式t2和大便信号模式t3进行比对归类，然后读取相应的冲水时间参数向后端设备发出冲水指令，此时定时器A的时间读数t为连续的触发信号时间58秒与实际间断的时间2秒的总和60秒大于误触发时间t19秒，但小于大便信号模式的t3120秒，属于小便信号模式t2，电机4正向转动200毫秒后停止，拍盖10被拉线8拉起开始冲水，电机4停转T2为2秒然后开始反转，当电机第二转轮11b的长孔17(参见图4)转动到光电检测器2时，光电检测器2输出信号到中央微处理器14的输入端，中央微处理器14发出信号控制电机4停止反转结束冲水；定时器A的时间读数t为300秒时，大于大便信号模式t3120秒，中央微处理器14对触发信号的处理方法与以上的小便模式相同，电机4执行以上相同的转动操作，只是电机4正向转动后停止的时间T3为6秒。此外，有时为了清洗座便器的需要，还可以按动手动冲水手柄7进行冲水。
该发明提供的超声波传感型智能冲水控制器及双防误触发信号处理方法与现有的便池自动冲水控制器相比，具有如下有益效果：
本发明通过采用超声波传感器与中央微处理器的配合，无论人们穿着什么材质和颜色的衣服，本控制器都能够准确感知人体在便池前的位置，对人们的便溺行为给予有效及节能的冲水反应，触发信号的双防误触发的处理方法防止了入在便池前的偶然走动和人们便溺行为时的晃动造成的误冲水现象，使自动冲水在座便器上的应用成为可能，同时座便器上通过电机的转动拉起水箱拍盖的方法较现有采用电磁衔铁拉动水箱拍盖及管路电磁阀直接控制冲水能够提供稳定的大流量的冲水效果。本智能冲水控制器从根本上解决了卫生间自动冲水产品存在的问题。不仅大大改善了公共场所卫生间的环境卫生，还节约了60％水资源。
具体实施方式2：
如图1、2、3、5所示：超声波传感型蹲便池智能冲水控制器，控制器盒体16安装在冲水管路22上，安装高度以超声波传感头不受地面反射的超声波信号的干扰为准。电磁阀21直接安装在冲水管路22中，与主控电路15上中央微处理器14的输出控制端相连接，冲水控制器其余电子控制机构与上述超声波传感型座便器智能冲水控制器相同，工作原理也相同。
该发明提供的超声波传感型智能冲水控制器及双防误触发信号处理方法与现有的便池自动冲水控制器相比，具有如下有益效果：
本发明通过采用超声波传感器与中央微处理器的配合，无论人们穿着什么材质和颜色的衣服，本控制器都能够准确感知人体在便池前的位置，对人们的便溺行为给予有效及节能的冲水反应，触发信号的双防误触发的处理方法防止了人在便池前的偶然走动和人们便溺行为时的晃动造成的误冲水现象，使自动冲水在蹲便池上的应用成为可能。本智能冲水控制器从根本上解决了卫生间自动冲水产品存在的问题。不仅大大改善了公共场所卫生间的环境卫生，还节约了50％水资源。
Claims (4)
1、一种超声波传感型智能冲水控制器的双防误触发信号处理方法，其特征在于：中央微处理器对超声波发射接收电路发送来的有效距离内的低电平连续信号和夹杂其间的无效高电平信号共同构成的触发信号以时间参数t1、t2、t3分别表示误触发信号模式、小便信号模式、大便信号模式的分类，同时分别对应于中央微处理器程序存储器中预设的后端设备的误触发行为冲水时间T1、小便行为冲水时间T2和大便行为冲水时间T3，在误触发信号模式时间以外，中央微处理器对超声波发射接收电路发送来的触发信号中小于设定的允许间断时间参数ΔT的无效高电平信号进行忽略处理，即第二防误触发处理方法，直到触发信号中无效高电平信号出现即触发信号中低电平连续信号实际间断的时间Δt大于设定的允许间断时间参数ΔT时，才向后端设备发出冲水指令，在设定的误触发信号模式时间t1内，中央微处理器只对低电平连续信号进行计时，触发信号中即使偶尔短暂出现高电平信号，中央微处理器也将重新开始计时，如果低电平连续信号从发送开始到消失没有达到中央微处理器预设的误触发信号模式时间t1定时，则中央微处理器对后端设备发出执行T1冲水指令；如果低电平连续信号从发送开始到消失达到了中央微处理器设定的误触发信号模式时间t1定时，则中央微处理器继续对触发信号进行计时，并且开始对触发信号中实际间断的时间Δt采用第二防误触发方法进行处理，中央微处理器启动定时器B对触发信号中实际间断的时间Δt进行计时，同时不断将触发信号中实际间断的时间Δt与程序存储器中设定的允许间断时间参数ΔT进行比较，如果当触发信号实际间断的时间Δt大于程序存储器中设定的允许间断时间参数ΔT时，中央微处理器开始将定时器A内的时间读数同预设的小便信号模式时间t2和大便信号模式时间t3进行比对归类，然后读取相应的冲水时间参数T2或T3向后端设备发出冲水指令，如果反复出现触发信号实际间断的时间Δt小于程序存储器中设定的间断时间参数ΔT时，中央微处理器都会不断将触发信号实际间断的时间Δt同样计入定时器A，直到重置后的定时器B中触发信号实际间断的时间Δt超过程序存储器中设定的间断时间参数ΔT后，中央微处理器才将定时器A内的时间读数同预设的小便信号模式t2和大便信号模式t3进行比对归类，然后读取相应的冲水时间参数T2或T3向后端设备发出冲水指令。
2、根据权利要求1所述的一种超声波传感型智能冲水控制器的双防误触发信号处理方法，其特征在于：所述误触发模式时间参数t1＜10秒，小便信号模式时间参数t2为10-120秒，大便信号模式时间参数t3＞120秒，预设的冲水时间T1为0秒，T2为2-5秒，T3为5-10秒。
3、一种实施权利要求1方法的超声波传感型智能冲水控制器，包括电源供应电路(3)、拍盖(10)、水箱(18)、水箱拉索(19)、水箱盖(20)、冲水管路(22)，其特征在于：该超声波传感型智能冲水控制器还包括超声波传感头(1)、光电检测器支架(23)、光电检测器(2)、电机(4)、电机支架(5)、传动套管(6)、拉线(8)、鳄鱼夹(9)、第一转轮(11a)、第二转轮(11b)、超声波发射接收电路(12)、有效探测距离设定按钮(13)、中央微处理器(14)、主控电路(15)、控制器盒体(16)和长孔(17)；所述控制器盒体(16)固定安装在水箱(18)上方的墙上或暗装在墙壁内，或者固定安装在冲水管路(22)上，所述超声波传感头(1)位于控制器盒体(16)的前面板上，所述光电检测器(2)、电机(4)、电机支架(5)、第一转轮(11a)和第二转轮(11b)安装在控制器盒体(16)内的一侧，电机(4)固定在电机支架(5)上，第一转轮(11a)和第二转轮(11b)固定在电机轴上，在第二转轮(11b)右侧的边缘部位开有一个长孔(17)，该长孔(17)穿过光电检测器(2)的检测口，光电检测器(2)固定在第二转轮(11b)上方的光电检测器支架(23)上，所述传动套管(6)位于第一转轮(11a)的下方，该传动套管(6)从控制器盒体(16)的下方穿出，并沿水箱(18)与水箱盖(20)之间或水箱(18)后壁的孔中穿过进入水箱(18)内，所述拉线(8)上端固定在第一转轮(11a)上，拉线(8)中间部分穿过传动套管(6)，拉线(8)的下端通过鳄鱼夹(9)与水箱(18)内连接拍盖(10)的水箱拉索(19)相连，所述电源供应电路(3)、超声波发射接收电路(12)及主控电路(15)均安装在控制器盒体(16)内，电源供应电路(3)的输出端分别与主控电路(15)及电机(4)连接，所述有效探测距离设定按钮(13)设置在控制器盒体(16)的前面板上，所述中央微处理器(14)设置在主控电路(15)的电路板上，所述超声波传感头(1)与超声波发射接收电路(12)的输入端连接，其输出端与中央微处理器(14)的输入端连接，该中央微处理器(14)的两个信号端口与光电检测器(2)连接，中央微处理器(14)的输出控制端与电机(4)连接。
4、根据权利要求3所述的超声波传感型智能冲水控制器，其特征在于：当便池没有水箱(18)而只有冲水管路(22)时，所述控制器盒体(16)还可以设置在便池冲水管路(22)上，相应的控制器件电磁阀(21)直接安装在冲水管路(22)中，电磁阀(21)与中央微处理器(14)的输出控制端连接。
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