CN1720377A - 用于自动水龙头和盥洗室冲水器的无源传感器 - Google Patents

Abstract

一种无源光传感器，包括一个对环境(房间)光灵敏的光检测器，用于控制例如自动水龙头(10、10A、10B、10C)或自动盥洗室冲水器(100，100A)的操作。把信号提供到水流控制器的无源光传感器，包括电子控制器(400)和水流阀门(38，140)，并且只需要很小电量来感测盥洗室设施的使用者，并因此使电池能够工作多年。为了根据环境光来控制自动龙头或自动盥洗室冲水器的操作，该控制器执行了新颖的算法(600，900)。

Description

用于自动水龙头和盥洗室冲水器的无源传感器

本申请要求2003年10月22日提交的申请号为60/513722、题为″具有新颖流量控制检测器自动龙头″的美国申请、2002年12月4日提交的PCT申请序列号为PCT/US02/38757、题为″用于长期操作的电子水龙头″的美国申请、2002年12月4日提交的PCT申请序列号为PCT/US02/38758、题为″自动盥洗室冲水器″的美国申请、和2002年12月26日提交的PCT申请序列号为PCT/US02/41576、题为″自动盥洗室冲水器″的美国申请的优先权，全部这些申请被并入在本申请中作为参考。

技术领域

本发明涉及新颖的光传感器。尤其涉及用于控制自动水龙头和盥洗室冲水器的操作的新颖光传感器，特别是用于提供被电子地使用在这种水龙头和冲水器中的控制信号的新颖流量控制传感器。

技术背景

自动水龙头和盥洗室冲水器已被使用了多年。自动水龙头通常包括检测一个目标的出现的光或其它检测器，以及根据来自传感器的信号打开和关闭水流的自动阀门。自动水龙头可以包括一个连接到冷热水源的混水阀门，用于在水的致动之后提供的一个适当冷热水输送混合比。使用自动龙头既节水又便于洗手，并因此很卫生。类似地，自动盥洗室冲水器包括一个传感器和连接到水源的中水阀们，以便在致动之后冲洗卫生间或小便池。自动盥洗室冲水器的使用通常改进了公共设施的清洁性。

在一个自动龙头中，光学或其它传感器提供一个控制信号，并且在检测到位于一个目标区域中的目标时，提供开启水流的一个信号。在一个自动盥洗室冲水器中，在使用者离开该目标区域之后，光学或其它传感器把控制信号提供到一个控制器。如果该目标传感器合理地进行识别，则这种系统操作得很好。例如，自动龙头将响应一个使用者的手，而将不会响应安装该水龙头的洗手盆或扔进该洗手盆的纸巾。在使得系统在这两者之间进行区别的方法当中，已经知道的方法是限制该目标区域，以此方式来排除该洗手盆的位置。然而，人穿的外套或其它物体仍然能够提供对该水龙头的错误触发。类似地，由于盥洗室门或者是别的类似物的移动，也能够引发自动冲水器的错误启动。

光传感器包括一个光源(通常是红外发射器)和对该光源的IR波长敏感的光检测器。对于水龙头来说，该发射器和该检测器(即一个接收器)能够安装在靠近流出水口、或靠近基座的该水龙头的喷口上。对于冲水器来说，该发射器和该检测器可被安装在该冲水器主体或盥洗室墙壁上。另外，在这些部件上只能安装光学透镜(而不是发射器和接收器)。透镜与一个或几个光纤耦合，用于把光从光源提供到该光检测器。光纤把光在发射器和安装在水龙头下面的接收器之间来回传送。

在该光传感器中，限制该发射器的功率和/或该接收器灵敏度，以便局限传感器的范围来消除来自该洗手盆、盥洗室墙壁或其它安装物体的反射。具体地说，发射光束将投射在一个有效目标上，通常是人的衣服、或手的皮肤，随后由该接收器检测一个反射光束。这种传感器依靠的是一个目标表面的反射性，及其发射/接收能力。时常引起问题的原因是高反射性的门和墙壁、镜面、高反射性的洗手盆、洗手盆的不同形状、洗手盆中的水、结构的颜色和粗/细表面、走路经过而非使用该设施的使用者的移动。虽然镜面、门、墙壁和洗手盆可以把比直角入射的粗糙表面更多的能量反射回到该接收器，但它们不是有效目标。例如各种结构的有效目标的反射会随着其彩色和表面光洁度而变。某些种类的结构吸收和散射太多的入射光束的能量，使得很少的反射被送回到该接收器。

大量的光学或其它类型的传感器是由电池供电。根据这种设计，发射器(或接收器)会消费大量电能并因此随着时间而耗尽该电池(即需要大量电池)。替换电池的代价不只是电池的成本，而更重要的是人工费用，对于有经验的人员来说该费用是相当高的。

仍然存在对于供自动龙头或自动盥洗室冲水器使用的能够长期操作而不替换一般电池的一种光传感器的需求。仍然存在供自动龙头或自动盥洗室冲水器使用的可靠传感器的需求。

发明内容

本发明涉及新颖的光传感器和用于感测光辐射的新颖方法。该新颖光传感器和新颖光传感方法被使用例如控制自动水龙头和冲水器的操作。该新颖传感器和流量控制器(包括电子控制器(control electronics)和阀门)仅需要小量电能来感测盥洗室设施的使用者，并因此实现电池的多年操作。一个无源光传感器包括对周围环境(房间)光线敏感的一个光检测器，用于控制自动龙头或自动盥洗室冲水器的操作。

根据本发明的一个方面，用于控制一个电子龙头或盥洗室冲水器的阀门的光传感器包括一个光学部件，定位在一个光输入端口并用于局部限定一个检测场。该光传感器还包括一个光检测器和一个控制电路。该光检测器被光耦合到该光学部件和该输入端口，其中该光检测器被构成来检测环境光。该控制电路被用于控制一个水流阀门的开关。该控制电路还被用于接收来自对应该被检测光的光检测器的信号。

该控制电路被用于周期地采样该检测器。该控制电路被用于根据先前检测的光量而周期地采样该检测器。该控制电路被用于根据该环境光的背景水平和该环境光的当前水平而确定该水流阀门的开关。该控制电路被用于根据首先检测一个使用者的到达然后检测该使用者的离开而开关该水流阀门。另外，该控制电路被用于根据检测一个使用者的出现而开关该水流阀门。

该光学部件包括光纤、透镜、针孔、狭缝或滤光器。该光输入端口定位在水龙头的一个曝气咀(aerator)内部或紧靠该水龙头的曝气咀放置。

根据本发明的另一方面，用于电子水龙头的光传感器包括光输入端口、光检测器和控制电路。该光输入端口用于接收光。该光检测器与该输入端口光耦合，并且用于检测该接收的光。该控制电路控制一个水龙头阀门或盥洗室冲水阀门的开关。

此方面的优选实施例包括一个或多个下列特征：该控制电路被用于根据检测的光量而周期地采样该检测器。该控制电路被用于在确定设施是否在使用中之后来根据检测的光量调节一个采样周期。通过使用一个光纤把该检测器光耦合到该输入端口。该输入端口可被定位在该电子水龙头的曝气咀中。该系统包括为该电子水龙头供电的电池。

附图说明

图1是用于控制包括控制电路、阀门和无源光传感器的自动龙头系统的水流的示意图。

图1A是使用光纤耦合到该无源光传感器的图1的自动龙头系统的喷口和洗手台的截面图。

图1B是使用电耦合而耦合到该无源光传感器的图1的自动龙头系统的喷口和洗手台的截面图。

图1C是图1的自动龙头系统中使用的一个曝气咀的截面图。

图1D是使用在图1的自动龙头系统中的曝气咀的另一实施例的截面图。

图1E是使用在图1的自动龙头系统中的曝气咀的另一实施例的透视图。

图1F是图1D所示曝气咀的截面图。

图2和图2A示意地示出自动水龙头系统的其它实施例，包括另一实施例的用于控制水流的阀门和无源光传感器。

图3、3A、3B、3C和3D示意地表示相对于由采用在图1、1B、2、和2A的自动水龙头系统中的无源光传感器使用的不同光检测方案的水龙头和洗手台。

图4示出包括一个自动冲水器的一个卫生间的示意侧视图。

图4A示出包括一个自动冲水器的一个小便池的示意侧视图。

图5、5A、5B、5C、5D、5E、5F、和5G示出由采用在图4的自动卫生间冲水器中的无源光传感器使用的不同光检测方案的示意侧视图和顶视图。

图5H、5I、5J、5K和5L示出由采用在图4A的自动小便池冲水器中的无源光传感器使用的不同光检测方案的示意侧视图和示意顶视图。

图6、6A、6B、6C、6D和6E示出用于形成图3至3D和图5至5L中示出的不同光检测方案的光学部件的示意图。

图7是用于冲洗卫生间或小便池的一个自动冲水器的一个实施例的截面图。

图8是使用在图1、1A或1B的自动水龙头系统中的一个阀门装置的透视分解图。

图8A是图8示出的该阀门装置的扩大的截面图。

图8B是被局部地拆解用于维护的该图8A示出的该阀门装置的扩大的截面图。

图8C是包括在一个自动水龙头系统中的用于检测漏水的漏泄检测器的图4的阀门装置的透视图。

图9是使用在图7示出的阀门装置或图8、8A和8B示出的阀门装置中的一个移动柱塞状部件的扩大的截面图。

图9A是图9示出的该移动柱塞状部件的一详细透视图。

图10是用于控制一个阀门来操作图1至2A的自动水龙头系统、或图4和4A的盥洗室冲水器的控制系统的框图。

图10A是用于控制一个阀门来操作图1至2A的自动水龙头系统、或图4和4A的盥洗室冲水器的另一控制系统的框图。

图10B是使用在自动水龙头系统或自动冲水器系统中的无源光传感器使用的检测电路的示意图。

图11是说明影响该无源光学系统的操作和校准的各种因素的框图。

图12、12A、12B、12C、12D、12E、12F、12G、12H和12I示出用于处理由操作该自动冲水器系统的无源传感器检测的光学数据的一个算法的流程图。

图13、13A和13B示出用于处理由操作该自动水龙头系统的无源传感器检测的光学数据的一个算法的流程图。

具体实施方式

图1示出一个由传感器控制的自动水龙头系统10，该传感器把信号提供到构成并用于控制一个自动阀门的操作的控制电路。该自动阀门接着控制在混合之前或之后的热水和凉水的流量。

自动水龙头系统10包括一个水龙头主体12和一个曝气咀30，该水龙头主体12和曝气咀30包括一个传感器端口34。自动水龙头系统10还包含一个水龙头基座14和用于把该水龙头连接到台面(deck)18的螺丝16A和16B。冷水管20A和热水管20B连接到提供冷热水混合比的混水阀门22(能根据期望的水温度改变该冷热水的混合比)。水管道24把混水阀门22连接到电磁阀38。流量控制阀38控制在水管道24和水导管25之间的水流。如图所示，水管道25把阀门38连接到局部在水龙头主体12内部的水管道26。水管道26把水提供到曝气咀30。自动水龙头系统10还包括一个由放置在电池盒39中的电池供电的控制模块50，用于控制水龙头传感器和电磁阀38。

参考图1和1A，在第一优选实施例，自动水龙头系统10包括一个光传感器，该光传感器该放置在控制模块50中并且由光纤电缆52光耦合到放置在曝气咀30中的传感器端口34。传感器端口34接收光纤电缆52的末端，这将可以耦合到放置在传感器端口34的一个光学透镜。该光学透镜用于获得一个观察的选择区域，当打开水龙头时，该光学透镜最好是在从曝气咀30释放的水流中同轴。

另外，光纤电缆52的末端被抛光并且直接取向发射或接收光线(即不用光学透镜)。同样，光纤电缆52的末端的放置具有直接朝向洗手盆11的视场(例如图1A的视场A)，一定程度在从曝气咀30释放的水流中同轴。另外，传感器端口34包括其它光学元件，比如具有一个选定尺寸、几何结构和取向的针孔阵列或狭缝阵列。该针孔阵列或狭缝阵列的尺寸、几何形状和取向的设计是要提供一个选择的检测方案(在图3-3D中示出，用于图5-5L的一个冲水器的水龙头)。

仍然参考图1和1A，光纤电缆52最好置于水管道26之内与水接触。另外，光纤电缆52可被置于水管道26外部，但在水龙头主体12之内。图1C、1D和1E示出在曝气咀30之内提供传感器端口34的可选方式以及把光纤52耦合到光学透镜54的设计的可选方式。在其它实施例中，光学透镜54由一个针孔阵列或狭缝阵列所替代。

图1B示出这种自动水龙头系统的第二优选实施例。自动水龙头系统10A包括水龙头主体12和含有耦合到传感器端口35的一个光传感器37的曝气咀30。光传感器37通过导线53电连接到放置在该水龙头主体之内的一个电子控制模块50。在另一个实施例中，电子控制模块50放置在紧靠控制阀38的该水龙头主体的外部(图1)。

在另一个实施例中，传感器端口35容纳一个光学透镜，在该传感器端口35中远距光传感器37放置，用于限定检测图案(即光视场)。当打开水龙头时，该光学透镜最好提供在从曝气咀30释放的水流中一定程度同轴的一个视场。然而在另一实施例中，传感器端口35包括其它光学元件，例如具有一个选定尺寸、几何结构和取向的一个针孔阵列或狭缝阵列。该针孔阵列或狭缝阵列的尺寸、几何形状和取向的设计要提供一个选定的检测图案(图3-3D所示用于水龙头，图5-5L所示用于冲水器)。

光传感器是一个无源光传感器，包括光耦合到传感器端口34或传感器端口35的一个可见即红外光检测器。其中不存在与光传感器相关的光源(即没有光发射器)。该可见或近红外区(NIR)光检测器检测达到传感器端口34或传感器端口35的光，并且把对应的电信号提供到放置在控制单元50或控制单元55中的一个控制器。该光检测器(即光接收器)可以是一个光电二极管或光敏电阻器(或具有电输出的其它光强度部件，因此该感测部件将有期望的光敏感性)。使用发光二极管的该光传感器还包括一个放大电路。该光检测器最好检测范围从大约400-500纳米到大约950-1000纳米的光线。该光检测器主要对环境光敏感而对体热(例如红外或远红外光)不很敏感。

图2和2A示出该自动水龙头系统的可选实施例。参考图2，自动水龙头系统10B包括从一个双流水龙头阀门60接收水、并且从曝气咀31提供水的一个水龙头。自动水龙头12包括由手柄59控制的一个混水阀门58，还可以耦合到用于阀门60的一个手动超控装置(override)。双水流阀门60连接到冷水管20A和热水管20B，并且控制流到冷水管21A和热水管21B的分别的水流。

在由单一致动器201(参见图8A)致动时，双水流阀门60被构成和用于同时控制在两个管道21A和21B中的水流。具体地说，阀门60包括用于控制在分别水管管路中的冷热水的流动。螺线管致动器201(图8A)耦合到对于控制器两个水流阀门的一个引导机构。这两个水流阀门最好是隔膜操作的阀门(但也可以是活塞阀门，或结合图9和9A描述的大流率″层迭式(fram)″阀门)。双水流阀门60包括一种压力释放机构，构成来改变在每一个隔膜操作的阀门的隔膜腔中的压力，并因此打开或关闭用于控制水流的每一个隔膜阀门。双水流阀门60在2001年11月20日提交的PCT申请PCT/US01/43277中有详细描述，该申请被结合在此参考。

仍然参考图2，一个传感器端口35与水龙头主体12耦合，用于容纳光纤(例如光纤电缆52)的末端，或用于接纳一个光检测器。该光缆把光从传感器端口35提供到光检测器。在一个优选实施例中，水龙头主体12包括一个控制模块，具有光检测器和结合图10和10A描述的一个控制器。该控制器经由电布线56把控制信号提供到螺线管致动器201。传感器端口35具有定位在从曝气咀31发出的水流之外的一个检测视场(在图3A和3B中示出)。

参考图2A，自动水龙头系统10C包括也从双流水龙头阀门60接收水、并且从曝气咀31提供水的水龙头主体12。自动水龙头10C还包括由手柄59控制的混水阀门58。双水流阀门60连接到冷水管20A和热水管20B，并且控制流到冷水管21A和热水管21B的分别的水流。

传感器端口33耦合到水龙头主体12，并且设计为具有图3C和3D所示的一个视场。传感器端口33容纳光纤56A的末端。光纤56A的近端把光提供到定位在耦合到双水流阀门60的控制模块55A中的一个光传感器。控制模块55A还包括电子控制器和电池。光传感器检测一个目标(例如人手)的出现，或检测在该洗手盆区域中存在的目标中的改变(即移动)。电子控制器控制该光检测器的读出和操作。电子控制器还包括一个功率驱动器，控制与阀门60相关的螺线管的操作。根据来自该光检测器的信号，该电子控制器指令该功率驱动器打开或关闭电磁阀60(即启动或停止水流)。致动器201(图8A)的设计和操作在PCT申请PCT/US02/38757、PCT/US02/38758、和PCT/US02/41576中详细描述，全部这些申请结合在此作为参考，其内容以引用方式并入本申请中。

图1C示出放置在水龙头12喷口水流释放末端的一个曝气咀30A的垂直剖面图。曝气咀30A包括一个套管62，可使用螺纹63连接到水龙头主体12。套管62支撑一个套环64，该套环64又支撑丝网栅65。套管62还支撑一个环形部件70、一个喷射形成部件72、和一个上垫圈74。喷射形成部件72包括若干细长缝隙76，用于提供水通道。喷射形成部件72和网栅65包括用于光纤52的一个通道36。水流自上而下地通过曝气咀30A。在曝气咀30A中，水流从水管道26流过(图1A)并且由水喷射形成部件72的垂直细长缝隙76打散。随后水流通过由套环64支撑的丝网栅65。套环64还使空气能够经过缝隙67(在其自身和套管62之间形成)进到(吸入)一个容腔66之内。恰在容腔66中的丝网栅65上方，空气与水混合，使得空气和水的混合体穿过网栅65。光纤52放置在一个管状部件36之内的上述单元的中心，该管状部件36保持着透镜54。

图1D示出用于无源传感器的具有中心放置的一个曝气咀的第二实施例。在本实施例中，该曝气咀30B包括至少两个双凸放置的丝网部件86A和86B，具有用于通道88的中心开口。曝气咀30B还包括一个插入部件90，包括几个孔92和一个用于容纳管状部件52的中心孔88。使用螺纹83将曝气咀30B连接到水龙头12。水流从水管道26到上部腔91，然后通过孔92。空气通过孔84进入容腔93。水和空气的混合体随后流经以双凸设计装配的两个网栅86A和86B。外壳82具有一个朝内定向的环绕支撑部件，支撑两个网栅86A和86B。光纤52在水管26之内延伸(图1A)，从顶部通过曝气咀30B，并且通过该丝网栅86A和86B。随着由孔92形成的分别的水注进入下部容腔93，空气被经过开口84吸入容腔93。在容腔93之内，水与空气混合，并且该混合物被强制通过网栅86A和86B。

图1E和1F示出了提供与该水流对准的光场的可选方式(即一个曝气咀和在其中放置传感器端口的可选实施例)。图1E是曝气咀30C的一个透视图，而图1F是使用在图1的自动水龙头系统中的曝气咀30C的截面图。使用螺纹83将曝气咀30C耦合到水龙头主体12和水管道26。光纤52放置在水管道之外并且经过一个适配器97引入。另外，适配器97能够包括使用电缆而不是使用光缆52耦合到一个控制模块的光检测器。(为了简化起见，该丝网部件和空气开口没有在图1E和1F中示出)

图3示出用于安装在自动水龙头12中的该无源光传感器的第一最佳检测图案(A)的示意截面图。检测图案A与传感器端口34相关并且由一个透镜或从图6-6E示出的光学元件中选择的一个部件定形。检测图案A被选择来主要从洗手盆11接收反映的环境光。图案的宽度被控制，但射程范围很少控制(即，图3示出的图案A只是示意图，因为探测距离实际没有限制)。

站在水龙头前面的一个使用者将影响到达该洗手盆的环境光量，因此将影响到达该光检测器的光量。另一方面，仅在房间中移动的人将不显著影响检测的光量。使用者将其手伸到水龙头之下将改变由该光检测器检测的环境(房间)光量。因此，该无源光传感器能够检测该使用者的手并且提供相应的控制信号。其中，检测的光不显著地取决于目标表面的反射性(不象既使用光发射器又使用光接收器的光传感器)。在洗手之后，该使用者将其手从水龙头之下移开，将再次改变由该光检测器检测的环境光量。然后，该无源光传感器把该对应的控制信号提供到控制器(将结合图10、10A和10B解释)。

图3A和3B示意地示出用于安装在自动水龙头10B中的无源光传感器的一个第二最佳检测图案(B)。检测图案B与传感器端口35相关并且同样可以由一个透镜或从图6-6E示出的光学元件中选择的一个部件定形。使用者将其手伸到水龙头10B之下将改变由该光检测器检测的环境(房间)光量。如上所述，检测的光不显著地取决于该使用者的手的反射性(不象既使用光发射器又使用光接收器的光传感器)。因此，该无源光传感器能够检测该使用者的手并且把相应的控制信号提供到该控制器。图13、13A、和13B示出用于该检测图案A和B的检测算法。

图3C和3D示意地示出用于安装在自动水龙头10C中的该无源光传感器的另一检测图案(C)。该检测图案C与传感器端口33相关，并且由一个选择的光学元件定形。该选择的光学元件获得该检测图案的一个期望的宽度和取向，同时该射程更难于控制。在本实施例中，站在水龙头10C前面的一个使用者改变检测的环境光的量将在一定程度上多于一个经过的使用者。在本实施例中，来自洗手盆11的光反射将只极小地影响该检测的光。

图4示出包括自动冲水器100的一个卫生间的示意侧视图，并且图4A示出包括一个自动冲水器100A的一个小便池的示意侧视图。冲水器100从供水管112接收增压水，并且采用一个无源光传感器来响应在一个目标区域103之内的一个目标的动作。在一个使用者离开该目标区域之后，控制器将指令打开冲洗阀门102，使得水流从供水管112到冲水管道113，并且到抽水马桶116。

图4A示出用于自动地冲水一个小便池120的盥洗室冲水器100A。冲水器100A从供水管112接收的增压水。由一个无源光传感器控制的冲洗阀门102响应在一个目标区域103之内的一个目标的动作。在一个使用者离开该目标区域之后，控制器将指令打开冲洗阀门102，使得水流从供水管112到冲水管道113。

盥洗室冲水器100和100A可以具有一个模块式设计，其中它们盖件能被局部地打开以便替换电池或电子模块。具有这种模块式设计的盥洗室冲水器在2003年2月20日提交的美国专利申请60/448,995中有描述，该专利申请被结合在此用于各种目的的参考。

图5和5A示出了由安装在图4的自动卫生间冲水器中的无源光传感器使用的光检测图案的示意侧视图和顶视图。这一检测图案与传感器端口108相关并且由一个透镜或从图6-6E示出的光学元件中选择的一个部件定形。该图案被成角度到低于水平方向(H)，并且相对于卫生间116对称指向。该射程被一定程度地限制，不受墙壁(W)的影响；这一点能够通过限制该检测灵敏度来实现。

图5B和5C示出了由安装在图4的自动卫生间冲水器中的无源光传感器使用的第二个光检测图案的示意侧视图和顶视图。这一检测图案由一个透镜、或其它光学部件定形。该图案被成角度既低于水平方向(H)又高于水平方向(H)。而且如图5C所示，该图案相对于卫生间116非对称定向。

图5D和5E示出了由安装在图4的自动卫生间冲水器中的无源光传感器使用的第三个光检测图案的示意侧视图和顶视图。这一检测图案同样由一个透镜、或其它光学部件定形。该图案被成角度高于水平方向(H)。而且如图5E所示，该图案相对于卫生间116非对称定向。

图5F和5G示出了由安装在图4的自动卫生间冲水器中的无源光传感器使用的第四个光检测图案的示意侧视图和顶视图。这检测图案被成角度低于水平方向(H)并且如图5G所示，被跨越卫生间116非对称定向。这种检测图案对于在2001年7月27日提交的美国申请09/916,468、或2001年10月6日提交的美国申请09/972,496中描述的″卫生间侧面冲水器″尤其有用，这两个申请被结合在此作为参考。

图5H和5I示出了由安装在图4A的自动小便池冲水器中的无源光传感器使用的光检测图案的示意侧视图和顶视图。这一检测图案由一个透镜、或其它光学部件定形。该图案被成角度为既低于水平方向(H)又高于水平方向(H)，以便瞄准由站在小便池120前面的一个人引起的环境光改变。例如，这一图案相对于小便池120非对称定向(如图5I所示)，以便消除或至少降低由站在一个相邻小便池的一个人引起的光改变。

图5J、5K和5L示出了由安装在图4A的自动小便池冲水器中的无源光传感器使用的另一光检测图案的示意侧视图和顶视图。如上所述，这一检测图案由一个透镜、或其它光学部件定形。该图案被成角度低于水平方向(H)，以便消除由吊灯引起的影响。这一图案可相对于小便池120非对称地向左或向右定向(如图5K或5L所示)。这些种检测图案对于在2001年7月27日提交的美国申请09/916,468、或2001年10月6日提交的美国申请09/972,496中描述的″小便池侧面冲水器″尤其有用。

通常，一个无源光传感器的视场能够使用具有选定几何形状的光学部件形成，这些光学部件例如：成束管、镜片、光导管、反射镜、针孔阵列、缝隙阵列。这些光学元件可以提供一个下观(down-looking)视场，消除诸如镜面、门和墙壁的无效目标。针对目标检测到水平视场的各种比例提供了针对目标检测的不同选择。例如，该水平视场可以被1.2倍垂直视场的宽度，反之亦然。正确选择的视场能够消除来自相邻水龙头或小便池的干扰信号。该检测算法包括考虑了含有场的大小和方向的查看选择区域的一个校准程序。

图6至6E示出了用于产生无源传感器的期望的检测图案的不同的光学部件。图6和6B示出了不同针孔阵列。板的厚度、针孔的大小和方向(在图6A和6C中示出剖面图)限定了视场的特性。图6D和6E示出了一个用于产生图5B和5H所示一个检测图案的狭缝阵列。这种板还可包括用于遮避该顶部或底部检测场的遮光器。

图7详细地示出适于自动盥洗室冲水器100或自动盥洗室冲水器100A使用的一个自动冲水器阀门。其它冲洗阀门在上述参考的PCT申请中描述。然而其它适当的冲洗阀门在美国专利6,382,586和5,244,179中描述，这两个美国专利均被结合在本申请中参考。在每种情况下，冲洗阀门都由在此描述的无源光传感器控制。

参考图7，自动冲水阀门140是一高性能、电控或人控无液仓冲水阀门。自动冲水阀门140使用一个无源光传感器130(图7所示)。无源光传感器130包括一个透镜134，用于限定检测场并将环境光提供到一个光接收器132。塑料壳135包括一个光窗口136，也可以包括结合图6-6E描述的光学部件。控制器设置在电路板138上。塑料壳135也封装了用于整个冲水系统供电的电池。

还参考图7，冲水阀门140包括一个输入连接器112，最好是由适用的塑料树脂制成。连接器112通过螺纹连接到与建筑给水系统相互作用的一个输入适配器。而且，在没有水存在时，连接器12被设计成在其自己的轴上转动，以便实现与引入水管的对准。连接器112通过紧固件144和径向密封器146连接到入水管142，使得连接器112能够沿着入水管142移入或移出。这种移动能够把入水口对准到该供水管。然而，随着紧固件144的固定，有由连接器112的连合施加的一个水压到达入水口142。这将通过密封器146形成一个严格密封的单元。该供水穿过连接器112而到达入水口142，并且通过进水阀组件150的入水口网栅过滤器152，该入水口网栅过滤器152处于由部件178形成的通道中并且与主阀门座156连通。整个主阀门的操作能够通过参考图9和9A更好地理解。

如结合图8、9和9A描述的那样，电磁致动器201控制该主阀门的操作，该主阀门是一个″层迭式柱塞阀门″270。在打开状态中，水流经过通道152和通道158进入通道159A和159B，进入主出水口114。在关闭状态中，该层迭式单元278(图9和9A)密封该阀门主座156，从而关闭通过通道158的水流。自动冲水器140包括一个可调入水阀门150，由与阀门部件162和164螺纹拧接在一起的一个阀门部件174的旋转所控制。阀门部件162和164通过一个或几个O型环163与主体170密封。而且，在部件174被全程螺纹拧接时，阀门部件162和164由螺纹拧接部件160所抑制。这一强制力被传输到部件154和178。产生的强制力下压了单元180。

当阀门部件160被全程松扣时，由于设置在可调入水阀门中的引导部件186上的弹簧184的力，阀门组件150和151上移。与来自管道142的入水口流体压力结合的弹簧力强制该单元151顶压该阀门座与O型182环接触，实现O型环182的密封操作。O型环182(或其它密封部件)阻挡水流进152的内部通道，这又使得包括在关闭阀门150之后的全部内部阀门元件能够在不需要关闭入水口112的供水的条件下得以维护。这是本实施例的一个主要优点。

根据可调阀门140的另一功能，该螺纹拧接的护圈被半程(part way)紧固，导致阀门主体单元162和164仅部分地下该推阀门座。一个部分打开将提供一个水流的限制，降低了经过阀门150输入的水流动。这一新颖功能被设计来满足应用的特定需求。为了提供对于安装者的流量限制，阀门主体的内表面包括应用说明标记，例如1.6W.C 1.0GPF小便池等，用于定标该输入水流。

自动冲水阀门140配备了基于上述传感器的设置在外壳135中的电子系统。而且，基于传感器的电子冲洗系统可以由一个全机械启动按钮或杠杆所替代。另外，该冲水阀门可由作用于一个水力延迟装置的一个水压定时的机械致动器所控制，如在PCT申请PCT/US01/43273中描述的那样，该PCT申请PCT/US01/43273被结合在此参考。该水压系统能够对应于例如1.6GPFW.C给出的设备冲水量的要求而被调整到一个延迟期。该水压延迟机构能够把该引导部分而不是电磁致动器201的出口孔打开等于该安装者预置值的持续期。

再次参考图7，根据该无源光传感器的信号，微控制器执行一个控制算法，并且把接通和断开信号提供到阀门传动器201，反过来又打开或关闭水的传递。该微控制器还可以根据使用模式(例如卫生间、小便池、如棒球场中频繁使用的小便池)执行一个半冲水或延迟冲水。该微控制器还可以执行一个定时冲水(例如夏季中的滑雪渡假胜地，每天或每周设施的冲水)以便避免水闸门的干燥。

图8、8A和8B示出构成并设计用于控制自动龙头10中的水流的一个自动阀门38。具体地说，自动阀门38在开启状态中以阀门输入口202接收水并且从阀门输出口204提供水。自动阀门38包括由耐用塑料或金属制成的主体206。最好是，阀门主体206是由塑料材料制成，但包括金属输入耦合器210和金属输出耦合器230。输入和输出耦合器210和230是由金属制成(例如黄铜、铜或钢)，以使它们能够提供为扳手所用的啮合表面，以将耦合器210和230分别连接到水管线路24和25。阀门主体206包括一个阀门输入端口240和一个阀门输出端口244，以及用于接收图8所示不同阀门部件的一个空腔207。

使用滑入在输入耦合器210之内的隙缝214、以及在输入端口240的主体内部的隙缝242中的一个金属C形夹环212，把金属的输入耦合器210可旋转地连接到输入端口240。使用滑入在输出耦合器230之内的隙缝234、以及在输出端口244的主体内部的隙缝246中的一个金属C形夹环232，把金属输入耦合器230可旋转地连接到输出端口244。除了把该扳手连接到耦合器210和230的指定表面之外，当维护该水龙头12时，这种可旋转的设计避免把该水管线路紧固连接到两个阀门耦合器的任何之一。(即，一个维修人员不能通过在阀门主体206上的卡合来紧固该入水管和出水管)这种设计保护了自动阀门38的相对较软的塑料主体206。然而，主体206能够由金属制成，在此情况中则就不需要上述的可旋转耦合。一个密封O型环216把输入耦合器210密封到输入口240，并且一个密封O型环238把输出耦合器230密封到输出口244。

参考图8、8A和8B，金属输入耦合器210包括与一个流控机构310协调放置的一个入水口水流调节器220(图8)。入水口水流调节器220包括一个调节器柱塞222、一个围绕调节器栓销226并顶压一个栓销护圈218放置的关闭弹簧224。输入水流调节器220还包括一个调节器杆228，与调节器柱塞222耦合并且移位该调节器柱塞222。流控机构310包括由螺丝314耦合到与一个流量控制凸轮320连通的一个调节帽316的一个旋帽312。在旋转调节帽316时，流量控制凸轮320在主体206之内直线滑动。流量控制凸轮320包括入水口水流开口321、锁定机构323和倒角的表面324。倒角的表面324与调节器杆228的末端229协调放置。流量控制凸轮320在阀门主体206之内的直线移动将会移动倒角的表面324，并因此移动调节器杆228。调节器柱塞222还包括与输入耦合器210的一个入水口底座211协调放置的内表面223。调节器杆228的直线移动把调节器柱塞222在关闭位置和开启位置之间移动。在该关闭位置中，密封表面223利用关闭弹簧224的力来密封内侧底座211。在开启位置，调节器杆228移位调节器栓销222顶压关闭弹簧224，因此在入水口底座211和密封表面223之间提供了一个选择性尺寸的开口。因此，通过旋动调节帽316，调节器杆228开关入水口调节器220。入水口调节器220控制或完全关闭来自水管线路24的水流。上述人工调节能够由微控制器控制的自动机械调节机构所替代。

仍然参考图8、8A和8B，自动阀门38还包括可以动地放置在入水口过滤器保持器332的上方的一个可移动入水口过滤器330，该入水口过滤器保持器332是下部阀门外壳的一部分。入水口过滤器保持器332还包括一个O型环和一套图8所示的出水孔267。该″层迭式柱塞″270在图9和9A中详细示出。再次参考图8A，来自输入耦合器210的输入端口202的水流经入水口水流调节器220然后流经入水口水流开口321，再通过在入水口过滤器保持器332中的入水口过滤器330。随后水流到达提供顶压一个柔韧部件278的压力的一个圆筒输入单元276之内的一个输入容腔268(图9)。

自动阀门38还包括一个维修环340(或一个维修杆)，设计来在拿掉插塞316之后将包括连接的致动器200的整个阀门组件拉出主体206。整个阀门组件的移除也去除了连接的致动器200(或致动器201)以及在PCT申请PCT/US02/38757和PCT申请PCT/US02/38757中描述的引导按钮，这两个PCT申请被结合在本申请中参考。为了实现容易的安装和维修，在调节器200的末端的PCB上设置了转动电接点。具体地说，致动器200在其末端上包括提供用于对应栓销的一个接触面的两个环形接触区，所有的都能够被镀金来实现高质量的接触。另外，一个静止PCB能够包括该两个环形接触区，并且该致动器可被连接到可移动的接触栓销。这种末端、致动器接触仅通过滑动设置在阀门主体206中的致动器200就组合地实现容易的转动接触。

图8C示出自动阀门38，包括用于指示漏水或通过阀门装置38的水流的漏泄检测器。漏泄检测器包括一个电子测量电路350和分别耦合到输入耦合器210和输出耦合器230的至少两个电极348和349。(该漏泄检测器也可能包括四个电极，用于一个四点电阻率测量)。阀门主体206由塑料或其它非导电材料制成。在该关闭状态中，当在输入耦合器210和输出耦合器230之间没有水流时，电子电路350测量在这两个电极之间的很高的电阻值。在开启状态中，由于该水流提供了一个导电路径，所以在输入耦合器210和输出耦合器230之间的电阻值显著地下降。

有各种电子装置350的实施例能够提供直流测量、包括使用同步放大器(如本专业公知的那样)的噪声消除的交流测量。另外，电子装置350可以包括一个桥接器或其它测量电路，用于电阻率的精确测量。电子电路350把该电阻值提供到一个微控制器，并从而指示阀门38在开启状态的时间。而且，该漏泄检测器指示在输入耦合器210和输出耦合器230之间出现一个不希望漏水的时间。整个阀门38被放置在一个绝缘外壳中来防止影响该导电性测量的任何不希望的接地路径。而且，在有水从阀门38泄露到外壳中时，该漏泄检测器能够指示某些其它的阀门故障。因此，该漏泄检测器能够感测原本难于观测的不希望的漏水。该漏泄检测器被构成来检测该自动水龙头系统的打开状态以便确认致动器200的正确操作。

自动阀门38可以包括一个普通隔膜阀门、普通活塞阀门、或结合图9和9A详细说明的新颖的″层迭式柱塞″阀门270。参见图9，阀门270包括一个末端主体276，末端主体276包括与柔韧部件278一起放置的一个环形唇缘密封器275，以便提供在输入端口容腔268和输出端口容腔269之间的一个密封。末端主体276还包括一个或几个流动通道267(也在图8中示出)，提供在输入容腔268和输出容腔269之间的连通。(在开启状态中)。柔韧部件278还包括用于在引导容腔292和输出容腔271之间提供相对于阀门主体272的一个滑动封闭的密封部件279A和279B。有密封279A和279B(图9)的各种可能的实施例。如图9所示的279A和279B，这种密封可以是单侧密封或双侧密封。而且，有包括O型环等滑动密封的各种附加实施例。

本发明预想了阀门装置270具有各种尺寸。例如，该″完整″尺寸实施例具有的栓销直径A＝0.070″，弹簧直径B＝0.310″，柔韧部件直径C＝0.730″，整个层迭和密封的直径D＝0.412″，栓销长度E＝0.450″，主体高度F＝0.380″，引导容腔高度G＝0.220″，层迭部件尺寸H＝0.160″，以及层迭游程I＝0.100″。阀门的总高度大约是1.35″而直径大约是1.174″。

该″层迭式柱塞″阀门的″半尺寸″实施例具有以相同参考字母提供的下列尺寸。在该″半尺寸″阀门中，A＝0.070″，B＝0.30″，C＝0.560″，D＝0.650″，E＝0.34″，F＝0.310″，G＝0.215″，H＝0.125″以及I＝0.60″。该1/2尺寸实施例的全长度大约是1.350″而直径大约是0.455″。该″层迭式柱塞″阀门装置的不同实施例可以具有各种更大或更小的尺寸。

参考图9和9A，该层迭式柱塞阀门270在输入端口268接收流体，在一个关闭状态中，该流体对与唇缘部件275共同提供的密封的隔膜状部件278上施加压力。在栓销286之内的凹槽通道288提供了与引导腔292连通的压力，通过连通通道294A和294B，引导腔292与致动器空腔300连通。一个致动器(PCT申请PCT/US02/38757中描述)以表面298提供一个密封，从而密封了通道294A和294B，并因此密封引导腔300。当致动器200的柱塞从表面298移开时，流体流经通道294A和294B，以便控制通道296并且到达输出端口269。这将引起引导容腔292中的压力降低。因此，隔膜状部件278和柱塞状部件288在空腔292之内直线移动，从而以唇缘密封275提供相对大的流体开口。大量流体能够从输入端口268流至输出端口269。

在致动器200的柱塞密封控制通道294A和294B时，由于来自输入端口268的流体穿过在引导栓销286中的″渗流″凹槽288的流动，在引导容腔292中建立压力。引导容腔292中增加的压力与弹簧290的力一起在导引栓销286之上以一个滑动移动朝着密封唇缘275的方向线性移动层迭部件270。当引导容腔292中有足够的压力时，隔膜状柔韧部件278将以唇缘密封275密封输入端口容腔268。该软部件278包括一个内侧的开口，设计来利用导引栓销286以便在滑动移动过程中清理凹槽288。即，导引栓销286的凹槽288被周期地清理。

图9的实施例示出具有相对于排放通道294A和294B(以及致动器200的柱塞的位置)对称放置的一个中心输入容腔268(以及导引栓销286)的阀门。然而，该阀门装置可以具有相对于通道294A、294B和输出排放通道296非对称放置的输入容腔268(以及导引栓销286)。即，在这样的一个设计中，这一阀门具有的输入容腔268和导向销钉286相对于致动器200的栓塞的位置是非对称放置的。该对称和非对称的实施例是等效的。

自动阀门38具有与长期操作和易于维护相关的许多优点。自动阀门38包括入水口调节器220，这将实现不在其它位置切断供水的条件下该阀门的维修。包括空腔207的内侧尺寸和致动器200的阀门38的结构使得该内部零件易于更换。维修人员能够去除螺丝314和旋帽312，随后去除调节帽316来打开阀门38。阀门38还包括维修环340(或一个维修杆)，设计来将包括连接的致动器200的整个阀门组件拉出主体206。维修人员因此能替换包括致动器200在内的任何有缺陷的零件，或替换整个组件，并且把修复的组件插回阀门主体206中。由于该阀门的设计，这样修复将只要几分钟，并且不需要从该水管线路断开阀门38或关闭供水。有益的是，这种″层迭式柱塞″设计270提供一个大冲程，并因此相对于其尺寸来说提供了一个大速率水流。

该″层迭式柱塞″阀门装置的另一实施例在2002年12月4日提交的PCT申请PCT/US02/34757和2003年6月24日提交的PCT申请PCT/US03/20117中被描述，这两个PCT申请均全文并入本申请参考。同样，此阀门装置的整个操作由单一螺线管致动器控制，该单一螺线管致动器可以是在2001年10月25日提交的PCT申请PCT/US01/51054中描述的一个闩锁螺线管致动器或一个绝缘致动器，该PCT申请被全文并入本申请参考。

图10示意地示出由电池420供电的电子控制器400。电子控制器400包括电池调节单元422、无电或低电的电池检测单元425、无源传感器和信号处理单元402、以及微控制器405。电池调节单元422为整个控制系统供电。它它提供6.0V电力到″无电池″检测器；提供6.0V电力到低电池检测器；还提供6.0V电力到电力驱动器408。它提供一个调节的3.0V的电力到微控制器405。

″无电池″检测器产生到微控制器405的脉冲，以″无电池″信号的形式通知微控制器405。低电池检测器耦合到该电池/电力调节至6.0V电力。当功率下降到低于4.2V时，该检测器产生对该微控制器的一个脉冲(即低电池信号)。当接收该″低电池″信号时，微控制器将以1Hz的频率闪烁指示器430(例如一个LED)，或可以提供一个声音告警。在低电池状态下冲水2000次之后，微控制器将停止冲水，但仍然闪烁该LED。

如结合图10B描述的那样，无源传感器和信号处理模块402把一个光敏电阻器的电阻转换为一个脉冲，通过充电脉冲信号将该脉冲送到微控制器。该脉冲宽度的改变表示电阻的改变，又对应于该光照的改变。该控制电路还包括一个时钟/复位单元，提供时钟脉冲的产生，并且复位该脉冲的产生。它以4Hz频率产生一个复位脉冲，根据同一个频率产生时钟脉冲。复位信号被送到微控制器405，通过″复位″信号计数器微控制器或从静止模式唤醒该微控制器。

可以由一个舌簧开关和一个磁铁形成一个手动按键开关。当使用者下推按钮时，电路通过手动信号IRQ发送一个信号到时钟/复位单元，随后强制该时钟/复位单元产生一个复位信号。同时，改变该手动信号电平来应答微控制器405，其是一个有效的手动冲水信号。

仍然参考图10，电子控制器400从光传感器单元402接收信号，并且控制一个致动器412、一个控制器或微控制器405、一个输入单元(例如光传感器)，螺线管驱动器408(电源驱动器)从由调压器422调节的电池420接收电力。微控制器405被设计用于高效功率操作。为了省电，微控制器405最初在一低频静止模式，并且周期地寻址该光传感器以便查看是否其被触发。在触发之后，微控制器把一个控制信号提供到功耗控制器418，该功耗控制器418是为调压器422(即一个升压器422)、光传感器单元402和信号调节器416供电的一个开关。(为了简化该框图，没有示出从功耗控制器418到光传感器单元402以及信号调节器416的连接。)

微控制器405能够从被设计用于手动致动或用于致动器410的控制输入的一个外部输入单元(例如一个按钮开关)接收一个输入信号。具体地说，微控制器405把控制信号406A和406B提供到电源驱动器408，该电源驱动器408驱动致动器410的螺线管。电源驱动器408从电池接收DC电力而调压器422调整这电池功率，以便把实质恒定的电压提供到电源驱动器408。一个致动器传感器412寄存或监视该致动器410的电枢位置，并且把一个控制信号415提供到信号调节器423。一个低电池检测单元425检测电池电力，并且能够把一个中断信号提供到微控制器405。

致动器传感器412把关于该致动器的电枢的移动或位置的数据提供到微控制器405(经过信号调节器423)，并将此数据用于控制器电源驱动器408。致动器传感器412可以是电磁传感器(例如一个提取线圈)、容性传感器、霍尔效应传感器、光传感器、压力变换器、或任何其它类型的传感器。

微控制器405最好是东芝公司(Toshiba)制造的一个8比特CMOS微控制器TMP86P807M。该微控制器具有一个8千字节的程序存储器以及一个256字节的数据存储器。使用一个东芝公司的适配器插口，利用通用PROM程序编制器实现编程。该微控制器以3个频率操作(f_c＝16MHz，f_c＝8MHz和f_s＝332.768kHz)，其中前两个时钟频率使用于正常模，而第三个频率使用在低电力模式(即一个静止模式)。微控制器405以该静止模式操作在各种致动之间。为了节省电池功率，微控制器405周期地取样用于一个输入信号的光传感器402，并且随后触发功耗控制器418。功耗控制器418供电信号调节器423和其它单元。另外，光传感器402、调压器422(即升压器422)以及一个信号调节器423不被供电，以便节省电池电源。在操作过程中，微控制器405还把指示数据提供到一个指示器430。电子控制器400可以从无源光传感器或上述的有源光传感器接收信号。该无源光传感器仅包括一个把一个检测信号提供到微控制器405的光检测器。

低电池检测单元425可以是型号为TC54VN4202EMB的低电池检测器，可从集成电路芯片技术公司(Microchip Technology)得到。调压器422可以是型号为TC55RP3502EMB的调压器部件，也可从集成电路芯片技术公司得到(http：//www.microchip.com)。微控制器405可以选择微控制器部件MCUCOP8SAB728M9，可从松下半导体公司(National Semiconductor)得到。

图10A示意地示出电子控制器400的另一实施例。电子控制器400从光传感器单元402接收信号并且控制致动器411。如上所述，该电子控制器也包括微控制器405、螺线管驱动器408(即电源驱动器)、调压器422和电池420。螺线管致动器411包括两个线圈传感器411A和411B。线圈传感器411A和411B把信号提供到分别的前置放大器416A和416B以及低通滤波器417A和417B。微分器419把差分信号提供到在一个反馈环路装置中的微控制器405。

为了打开一个流体通道，微控制器405把打开(OPEN)信号406B发送到电源驱动器408，这在回缩该电枢的方向上把一个驱动电流提供到致动器410的激励线圈。同时，线圈411A和411B把感应信号提供到调整反馈环路，它包括该前置放大器和该低通滤波器。如果一个微分电路419的输出指示小于用于该缩进电枢的一个选择的门限定标(即该电枢达不到选择的位置)，则微控制器405将保持OPEN信号406B。如果没有检测到插棒式衔铁的移动，则微控制器405能够施加不同(更高)电平的OPEN信号406B，以便增加由电源驱动器408提供的驱动电流(直到正常驱动电流的几倍)。用这种方法，系统就能够移动由于矿物淀积或其它问题而停止的电枢。

微控制器405能够使用提供到调整反馈环路的在线圈411A和411B中的感应信号来检测电枢的位移(甚至监视电枢的移动)。随着微分器419的输出响应电枢的位移而改变，微控制器405能够施加不同的(更低)水平的OPEN信号406B，即能够关断OPEN信号406B，这又将指令电源驱动器408来应用驱动电流的不同电平。该结果通常是，驱动电流已经被降低，或该驱动电流的持续时间已经比在最坏情况条件下为打开流体通道所需求的时间(即在不使用一个电枢检测器条件下必须被使用的)短得多。因此，该系统节省了可观的能量并因此延长电池420的寿命。

有益的是，线圈传感器411A和411B的该设计能够以很大精度来检测该致动器电枢的闩锁和非闩锁移动。(但是，单个线圈传感器，或多个线圈传感器，或电容传感器也可以被用于检测该电枢的移动。)微控制器405能够指令由电源驱动器408施加的驱动电流的一个选择的配置文件。各种配置文件可被存储在微控制器405中，并且如果由于安装或最后的维护、电池水平、来自外部传感器(例如一个移动传感器或出现传感器)的输入、或其它因素而使得致动器410已经在运行中，则微控制器405可以根据该液体类型、液体压力(水压)、流体温度(水温)而被起动。根据该水压和该已知的管口的尺寸，该自动冲水阀门能够提供一个已知量的冲洗。

图10B提供了用于该无源光传感器50的一个检测电路的示意图。无源光传感器不包括光源(没有灯发射出现)并且只包括检测到达光线的一个光检测器。与有源光传感器比较，由于全部相关该IR发射器的功耗都是消除，所以该无源传感器实现了功耗降低。该光检测器可以是光电二极管、光-阻器或其它提供取决于该接收光的强度或波长的电输出的光学部件。光接收器的选择要使得其在350到1500纳米的范围中被启动，并且优选是400到1000纳米，更好是500到950纳米。因此，该光检测器对由水龙头10、10A、10B或10C的使用者发射的体热不敏感，或对于在冲水器100或100A前面定位的使用者发射的体热不敏感。

图10B示出由无源传感器使用的检测电路的示意图，该检测电路实现了能量消耗的显著降低。该检测电路包括一个检测元件D(例如光电二极管或光-电阻)、两个连接的比较器(U_1A和U_1B)，当收到一个高脉冲之时从该检测元件提供一个读出。该检测元件最好是一个光-电阻。从该电源接收的电压V_CC是+5V(或+3V)。电阻R₂和R₃是在V_CC和接地之间的分压器。二极管D₁被连接在脉冲输入和输出线之间，以便使得能够读出在该光检测过程中充电的电容器C₁的电容量。

最好是，通过适当地设计图6至6E中示出的光学透镜54或光学部件，把该光-电阻被设计成接收强度在1lux到1000lux范围中的光。例如，光学透镜54可以包括一种光色材料或一种可变尺寸的孔径。通常，该光-电阻可以针对适当的检测接收强度在0.1lux到500lux范围中的光。对于低光强该光电二极管的电阻非常大，而随着光强的增加而减小(通常按指数规律地减小)。

仍然参考图10B，在以该输入接点接收一个″高″脉冲时，比较器U_1A接收该″高″脉冲，并且把该″高″脉冲提供到节点A。在此点，通过比较器U1B把对应的电容器充电读出到输出端7。该输出脉冲是具有取决于该光电流(即在光检测周期过程中的充电电容器C₁)的一个持续期。因此，微控制器34接收取决于该检测光的一个信号。

如果没有高信号，则比较器U_1A不对节点A提供信号，因此电容器C₁以在V_CC和地之间的电阻D激励的光电流充电。以由该控制输入提供一个高脉冲的控制方式重复该充电和读出(放电)处理。该输出接收一高输出，即具有持续时间正比于以该光电阻激励的光电流的矩形波。该检测信号是以微控制器405执行的一种检测算法。

由于消除了使用于有源光传感器中使用能耗的IR光源的需要，则该系统能够被配置成来实现一个长电池寿命(通常多个年的操作无需变更电池)。而且，该无源传感器实现了确定使用者的存在、使用者的移动、和使用者移动方向的一个更精确的装置。

在考虑本最佳实施例相关使用的光学传感器元件的是哪种类型时，取决于下列因素：光-电阻的响应时间是在20-50毫秒的数量级，因此发光二极管的响应时间是在几个微秒的数量级，因此一个需要显著长的时间形成的一个光-电阻将影响整体能量的使用。

而且，该无源光传感器可用于确定一个设施中的亮或暗，并且反过来又改变该感测频率(当在该水龙头检测算法中实施时)。即，在假定将不使用水龙头或冲水器的情况之下，在一个暗设施中该感测速率被降低。感测频率的降低还降低该整个能耗，并且因此将延长电池寿命。

图11是说明影响该无源光学系统的操作和校准的各种因素的框图。由于检测取决于该环境光的条件，所以该传感器环境是重要的。如果在该设施中的环境光是从正常到明亮地改变，则该检测算法必须换算该背景和该检测比例。如提供的算法所示的那样，当该光线条件变化时，检测处理随之改变(585)。对于每一设备来说存在一些固定条件(588)，例如墙壁、卫生间位置、以及它们的表面情况。提供的算法周期地校准该检测信号，以便考虑这些条件。上述的因素被结合在下列算法中。

参见图12-12I，该微控制器被程序来执行一个冲水算法600，用于以不同的照明程度冲水卫生间116或小便池120。在使用者接近该冲水器、使用该卫生间或小便池、以及离开该冲水器时，算法600将检测在该冲水器前面的不同使用者。根据这些活动，算法600使用不同的状态。为了以适当的间隔时间自动地冲水该卫生间，有在每一个状态之间的时间周期。算法600还以具体周期控制冲水，以便明确该卫生间尚未被使用而无需检测。用于算法600的该无源光检测器最好是耦合到图10B所示读出电路的一个光敏电阻器。

算法200具有三个光模式：明亮模式(模式1)，黑暗模式(模式3)，正常模式(模式2)。该明亮模式(模式1)被设置作为在电阻小于2kΩ(Pb)时对应于大量的光线检测的微控制器模式(图12)。在该电阻大于2MΩ(Pd)时，黑暗模式(模式3)被设置对应于很少光线检测的模式(图12)。正常模(模式2)被定义为电阻是在2kΩ和2MΩ之间时对应于当前习惯的光量的模式。该电阻值是依据一个脉冲宽度测量的(对应于图10B中的光敏电阻器的阻值)。上述的电阻阈值对于不同光敏电阻器来说是不同的，在此示出的情况将只用于说明的目的。

该微控制器不断地通过算法600循环，其中将(例如)每一秒钟唤醒一次，确定哪一模式是最后处在的模式(由于光量缘故它在前一循环所在的模式)。从该当前模式中，该微控制器将根据该当前脉宽(P)的测量来估算其将要转成的模式，该将要转成的模式对应于该光敏电阻器的电阻值。

微控制器在模式2中将经过6个状态。为了开始冲水，需要下列状态：一个 Idle状态，其中不发生光照的背景改变，并且其中微控制器测定该环境光；一个 TargetIn状态，其中一个目标开始进入传感器的传感范围；一个 In8Seconds状态，在该状态期间，目标朝着传感器的方向走进，测量的脉冲宽度被稳定8秒钟(如果该目标在8秒之后离开，则不冲水)；一个After8Seconds状态，其中该目标已经进入该传感器的传感范围，并且脉冲宽度被稳定大于8秒，意味着目标已经保持在传感器的前面的时间大于8秒钟(并且在此之后，如果目标离开，则警告冲水)；一个 TargetOut状态，其中该目标走远到该传感器的传感范围之外；一个 In2Seconds状态，其中在目标离开之后该背景是稳定的。在这最后状态之后，该微控制器将冲水，并且返回到 Idle状态。

当该目标移动靠近该传感器时，该目标能够阻挡光线，尤其是当穿着呈暗色、吸光的服装时。因此，该检测器将在该TargetIn状态期间检测透镜光，因此电阻将上升(引起随后称为 TargetInUp的状态)同时该微控制器将在该TargetOut状态期间检测更多的光，使得电阻将下降(后面称为TargetOutUp状态)。但是，如果该目标穿着浅色、反射的衣服，则随着该目标变得更靠近时，微控制器将以TargetIn状态(引起后面被描述为TargetInDown状态)、以及很少在该TargetOut状态(随后称为TargetOutDown状态)检测更多的光线。在目标离开卫生间两秒钟之后，该微控制器将使得该卫生间冲水，并且该微控制器将返回到Idle状态。

为了测试是否存在一个目标的出现，该微控制器检查脉冲宽度的 稳定 性，或在一个具体的周期中P值的可变方式，以及该脉冲宽度是否为可变的而不是常量、选择的背景水平、或该脉冲宽度变量的一个提供的阈值( 不 稳定)。在检查值的稳定性时，系统在算法600中使用两个其它常数预选值，以便将该状态设置为模式2。这两个预选值之一是 Stable1，它是脉冲宽度变量的一个常数阈值。低于该预选值则意味着在单元的前面没有动作，由于在被测量的周期中该P值没有改变。用于确定P值的稳定性的第二个预选值是 Stable2，它是该脉冲宽度变量的另一常数阈值。在此情况中，低于该预定值意味着在该被测量周期中一个使用者在该微控制器前已经不动了。

该微控制器还计算一个 目标(Target)值，或在该After8Sec状态中的脉冲宽度，然后检验该目标值是否高于(在TargetInUp情况下)或低于(在TargetInDown情况下)在该背景光强之上的一个特定水平：用于TargetInUp的BACKGROUND×(1+PERCENTAGEIN)，以及用于TargetInDown的BACKGROUND×(1-PERCENTAGEIN)。为了检验TargetOutUp和TargetOutDown，该微控制器使用第二组值：BACKGROUND×(1+PERCENTAGEOUT)和BACKGROUND×(1-PERCENTAGEOUT)。

参见图12，每一个1秒钟(601)，该微控制器都唤醒和测量脉冲宽度P(602)。然后该微控制器将确定此前所处在的模式：如果此前是在模式1中(604)，则现在将进入模式1(614)。如果在前一循环(606)中它已经在模式2中，则将类似地进入模式2(616)，或如果在前一循环(608)中它已经在模式3中，则将类似地进入模式3(618)。如果无法确定在前一循环中进入的哪一模式，则该微控制器将进入作为缺省模式的模式2(610)。一旦该模式子程序结束，该微控制器将进入静止模式(612)，直至以步骤601开始下一个循环600。

参考图12A(模式1-明亮模式)，如果该微控制器此前根据小于或等于2kΩ的P值而是在模式1中，并且现在的P值在由定时器1测量的大于8秒但小于60秒(628)的时间段保持为大于或等于2kΩ(620)，该微控制器将引起一次冲水(640)，全部模式1的定时器(定时器1和定时器2)将被复位(630)，并且该微控制器将转入休眠状态(612)，直至以步骤601开始下一个循环600。但是，如果在定时器1计数大于8秒或小于60秒的同时P改变(628)，则将没有冲洗(640)。此时只是简单地复位全部模式1定时器(630)，该微控制器将转入休眠状态(612)，并且模式1将继续被设置为微控制器模式，直到下一个循环600开始为止。

如果该微控制器此前是在模式1中，但P值目前大于2kΩ而小于2MΩ(622)的时间大于根据该定时器1(632)计数的60秒(634)，则将复位模式1的全部定时器(644)，该微控制器将设置模式2(646)作为系统模式，使得该微控制器在下一循环600中开始模式2，并且微控制器将转入休眠状态(612)。但是，如果在定时器1计数60秒的同时P改变(134到148)，则模1将保持该微控制器模式，并且该微控制器将转入休眠状态(612)，直至下一个循环600开始。

如果此前微控制器是在模式1中，并且在定时器2计数(636)大于8秒(638)的同时的P值目前大于或等于2MΩ(624)，则将复位全部模式1的定时器(650)，该微控制器将设置模式3(652)作为新的系统状态，并且微控制器将转入休眠状态(612)，直至下一循环600开始。但是，如果在定时器2计数8秒钟的同时该P值改变，则该微控制器将转入休眠状态(步骤638至612)，并且模式1将继续被设置为该微控制器模式，直到下一个循环600的开始。

参考图12B(模式3-黑暗模式)，如果该微控制器此前是在模式3中，根据该P值在由定时器3测量(812)的大于8秒钟(814)的一个周期已经大于或等于2MΩ但是该P值的目前值小于或等于2kΩ(810)，则该微控制器将复位定时器3和4，或全部模式3的定时器(816)，该微控制器将模式1设置为当前状态直至下一个循环600的开始，并且该微控制器将转入休眠状态(612)。但是，如果在定时器3计数8秒钟的同时P值改变，则微控制器将从步骤814转到612，使得微控制器将转入休眠状态，并且模式3将继续被设置为该微控制器模式，直到下一循环600开始。

如果该微控制器此前是在模式3中，根据该P值已经大于或等于2MΩ，并且该P值仍然大于或等于2MΩ(820)，该微控制器将复位定时器3和4(822)，该微控制器将转入休眠状态(612)，并且该微控制器模式将继续设置为模式3，直到下一个循环600的开始。

如果该微控制器此前是在模式3中，但对于由定时器4(826)测量的长于两秒钟(828)的一个周期，P值目前是在2kΩ和2MΩ之间(824)，则定时器3和4将被复位(830)，模式2将被设置作为该模式(832)直到下一循环600开始，并且该微控制器将转入休眠状态(612)。但是，如果在定时器4计数长于2秒的同时P改变，则模3将保持该微控制器模式，并且该微控制器将从步骤828转到步骤612而转入休眠状态，直至下一个循环600开始。如果出现P的异常值，则微控制器将转入休眠状态(612)，直到一个新的循环开始为止。

参考图12C(模式2-正常模式)，如果该微控制器模式此前被设置为模式2，并且对于由定时器5测量的大于8秒钟的一个周期(664)该目前P是小于或等于2kΩ(656)，则将复位全部模式2的定时器，模式1(明亮模式)将被设置为微控制器模式(676)，并且该微控制器将转入休眠状态(612)。但是，如果在定时器5计数长于8秒钟的同时该P值改变，则该微控制器将转入休眠状态(步骤664至612)，并且模式2将继续保持为该微控制器模式，直到下一个循环600的开始。

但是，如果对于由定时器6测量的比8秒长(670)的一个周期(668)该目前的P值大于或等于2MΩ(658)，则该卫生间不是在Idle状态(即存在背景改变，680)，并且在定时器6计数超过5分钟(688)的同时该P值保持大于或等于2MΩ，则系统将冲水(690)。冲水之后，定时器5和6将被复位(692)，模式3将是设置作为微控制器模式(694)，并且该微控制器将转入休眠状态(612)。否则，如果在定时器6计数长于5分钟的同时P改变，则该系统将从步骤688到612，并且转入休眠状态。

如果该微控制器模式此前被设置为模式2，对于由定时器6测量的(668)大于8秒的一个周期(670)，目前P值大于或等于2MΩ(658)，但是该卫生间是在Idle状态中(680)，则将复位定时器5和6(682)，模式3将被设置作为微控制器模式(684)，并且该微控制器将在步骤612转入休眠状态。

如果在定时器6计数(668)大于8秒(670)的同时，P的值大于或等于2MΩ但仍然改变，则微控制器将转入休眠状态(612)，并且模式2将保持作为该微控制器模式。如果P值是在一个不同值之内，则微控制器将转到步骤660(图12D所示)。

参考图12D，做为选择，如果该微控制器模式被此前设置为模式2，并且P值大于2kΩ而小于2MΩ(661)则将复位定时器5和6(666)，通过评估最后四个脉冲宽度值的变化量来检查脉冲宽度稳定性(667)，并且通过确定该脉冲宽度的平均值寻找该目标值(步骤669)。

在此时刻，当微控制器的状态被发现是Idle状态时(672)，该微控制器转到步骤675。在步骤675中，如果发现该稳定性值大于该恒定的不稳定值，则意味着有使用者出现于该单元的前面，并且该目标值大于该Background×(1+PercentageIn)值，意味着由微控制器检测的光已经降低，这将导致步骤680和一个TargetInUp状态(即由于一个使用者朝着该单元的方向进入，由于光线被阻挡或吸收而使得电阻增加)，并且该微控制器将转入休眠状态(612)，以模式2TargetInUp作为该微控制器模式以及状态。

当在步骤675中设置的条件不是真实条件时，微控制器将在步骤677中检测真实的条件。在步骤677中，如果由于一个使用者在该单元的前面而发现该稳定性大于该常数的不稳定值，但是由于该检测光线的增加该目标值小于该Background×(1-PercentageIn)值，则将导致步骤681中的一个″TargetInDown″状态(即使用者的到达，因光照其衣服的光被反射而使得电阻降低)，并且该微控制器将转入休眠状态(612)，以模式2TargetInDown作为该微控制器模式及状态。但是，如果该微控制器状态不是Idle状态(672)，则该微控制器将转到步骤673(图12E所示)。

参考图12E，如果该系统始于该TargetInUp状态(683)，则在步骤689该系统将检查该稳定性是否小于该常数Stable2，并且该目标值是否大于Background×(1+PercentageIn)(689)。如果这两个条件被同时满足，则将意味着一个使用者在该单元前面不动，阻挡了光线，该微控制器此时将进到In8SecUp状态(697)，并且转入休眠状态(612)。如果这两状态在步骤689中不被满足，则系统将同时检测稳定性是否小于Stable1以及目标是否小于Background×(1+PereentageIn)(691)，意味着在该单元的前面没有使用者，并且该单元检测大量的光线。如果是这种情况，则该系统状态将被设置为模式2Idle(699)，并且微控制器将转入休眠状态(612)。如果在步骤689和691中设置的条件没有一个被满足，则该系统将转入休眠状态(612)。

如果在此前循环中已经设置了该TargetInDown状态(686)，则系统将在步骤693同时检测稳定性是否小于Stable2，以及目标是否小于Background×(1-PercentageIn)。如果是这种情况，则将意味着一个使用者在该单元前面不动，随着更多的光线被检测，该微控制器将把状态进到In8SecDown(701)，并且随后转入休眠状态(612)。

如果在步骤693中的两个要求未被满足，则该微控制器将检测该稳定性是否小于Stable1，同时在步骤698中检测该目标是否大于Background×(1-PercentageIn)。如果两个条件都成立，由于这些条件表示在该单元的前面没有活动，而该状态将是设置为模式2Idle(703)，并且有大量的光线被该单元检测，以及该微控制器将转入休眠状态(612)。如果稳定性和目标不满足步骤693或698任何之一的设置，则该微控制器将转入休眠状态(612)，并且模式2将继续是该微控制器状态。如果状态不是Idle、TargetInUp或TargetInDown，则该微控制器继续按照步骤695(图12F所示)继续。

参考图12F，如果已经把In8SecUp设置作为状态(700)，则单元将检查该稳定性是否小于Stable2，并且在步骤702中同时检查目标是否大于Background×(1+PercentageIn)。如果这些条件被满足，则意味着在单元的前面有一个不动的使用者，并且仍然有很少光被检测，则用于该In8Sec状态的定时器将开始计数(708)。如果该两个状态继续维持不变，同时定时器计数长于8秒，则定时器7被复位(712)，该微控制器进到After8SecUp状态(714)，并且最终转入休眠状态(612)。如果这两个条件改变，同时这定时器计数超过8秒(710)，则微控制器将转入休眠状态(612)。如果在步骤702中的要求没有由稳定性和目标的值所满足，则该In8Sec定时器被复位(704)，在步骤706中，该微控制器状态被设置为TargetInUp，并且该微控制器将进到步骤673(图12E)。

参考图12E，如果该微控制器状态被设置为In8SecDown(716)，则微控制器检查稳定性是否小于Stable2，并且同时在步骤718中检查目标是否小于Background×(1-PercentageIn)，以便检查是否该使用者在单元前不动，以及是否继续检测大量的光。如果该两个值同时满足需求，则该In8Sec状态定时器将开始计数(724)。如果计数比8秒长同时满足了两个状态(726)，则将复位定时器7(728)，该状态将进到After8SecDown(730)，并且微控制器将转入休眠状态(612)。

如果该定时器计数不比8秒长，同时稳定性和目标保持在那些范围，则该微控制器将秒推进该状态，并且将转入休眠状态(612)。如果该稳定性和目标值并不满足步骤718的要求，则将复位In8SecTimer(720)，并且该微控制器状态将被设置为TargetInDown(722)，其中该微控制器将继续步骤673(图12E)。如果该模式2状态不是图12C-F的任何之一个，则系统通过步骤732继续(图12G所示)。

参考图12G，在步骤734中，如果系统是在After8SecUp状态中(734)，则将检查稳定性是否小于Stable1，即检查在单元前面是否没有活动。如果是，定时器7将开始计数(742)，并且如果直到定时器7的计数比15分钟长而该稳定性依然保持小于Stable1，则该微控制器将冲水(746)，该Idle状态将被设置(748)，并且微控制器将转入休眠状态(612)。如果稳定性不是直到定时器7计数比15分钟长依然保持小于Stable1值，则直到下一个循环为止，该微控制器将转入休眠状态(612)。

如果稳定性并不小于Stable1，则该微控制器将检查它是否大于Unstable，并且检查目标是否大于Background×(1+PercentageOut)(738)。如果两者同时满足这些判据，则意味着有使用者在该单元前面移动，但是因为使用者正在离去而有更多的光线被检测，该微控制器进到模式2TargetOutUp作为微控制器状态(740)，并且微控制器转入休眠状态(612)。如果在步骤738中的稳定性和目标不满足这两个判据，则该微控制器转入休眠状态(612)。

如果该微控制器是在After8SecDown(750)中，则它将以步骤752检查该稳定性是否小于Stable1。如果是，则定时器7将开始计数(754)，并且如果其计数比15分钟长(756)，则该微控制器将冲水(758)，该Idle状态将被设置(760)，并且微控制器将转入休眠状态(612)。如果稳定性不是直到定时器7计数长于15分钟依然保持小于Stable1值，则直到下一个循环为止，该微控制器将转入休眠状态(612)。

如果在步骤752未发现该稳定性小于Stable1，则这微控制器将检查是否该稳定性大于Unstable，同时以步骤762检查目标是否小于Background×(1-PercentageOut)。如果是，这意味着有使用者在单元的前面，并且因为使用者正在离去而检测很少的光，使得该微控制器以步骤764把状态进到TargetOutDown，并且将转入休眠状态(612)。否则，如果在步骤762的两者条件都不满足，则这微控制器将转入休眠状态(612)。如果该模式2状态不是图12C-G的任何之一个，则系统通过步骤770继续(图12H所示)。

参考图12H，如果已经把TargetOutUp设置作为状态(772)，则该微控制器将检查该稳定性是否小于Stable1，并且在步骤774中同时检查目标是否小于Background×(1+PercentageOut)。如果是，则将设置该状态作为In2Sec(776)，并且该微控制器将转入休眠状态(612)。但是，如果在步骤774中的稳定性和目标不同时地满足该判据，则微控制器将检测该稳定性是否大于Unstable，并且同时在步骤778中检测该目标是否大于Background×(1+PercentageOut)。如果是，则将状态设置为After8SecUp(780)，并且转到步骤732继续该处理(见图12)。如果774或步骤778中的稳定性和目标不满足该判据，则该微控制器将转入休眠状态(612)。

如果微控制器是在TargetOutDown状态(782)，则将检查该稳定性是否小于Stable1，并且同时地检查目标是否大于Background×(1-PercentageOut)(783)。如果是，则意味着在该单元的前面没有活动，并且达到该单元的光很少，使得该微控制器将状态进到In2Sec(784)，并且转入休眠状态(612)。但是，如果步骤783中的稳定性和目标不都满足两个判据，则微控制器将检查该稳定性是否大于Unstable，并且同时在步骤785中检测该目标是否小于Background×(1-PercentageOut)。如果是，该微控制器将把状态设置为After8SecDown(788)，并且转到步骤732来连续该处理(见图12G)如果783或步骤785中的稳定性和目标都不满足该判据，则该微控制器将转入休眠状态(612)。

参考图12I，如果该微控制器在前一循环中设置In2Sec状态(791)，则该微控制器将检查该稳定性是否小于Stable1(792)，该Stable1是监界条件：因为该使用者已经离开，在通过电阻检测的光线中没有波动。该微控制器还将在步骤792中检测该目标值是否大于Background×(1-PercentageIn)、或小于Background×(1+PercentageIn)。如果是这种情况，则在单元的前面没有活动，并且检测的光都不是表示使用者阻挡或反射该光的两个电平，其将指示在该单元的前面没有使用者。该系统将随后在步骤794中启动In2Sec状态定时器，并且如果该定时器计数比两秒长(796)而仍然在这些状态中，则在步骤800中把该状态设置回到Idle，并且该微控制器将转入休眠状态(612)。如果在该In2Sec定时器计数大于2秒而同时该稳定性并且目标值改变(796)，则该微控制器将转入休眠状态(612)，直到下一个循环600的开始为止。

如果稳定性和目标值不满足步骤792中设置的两个判据，则复位In2Sec的定时器(802)，以步骤804将状态改变回到TargetOutUp或TargetOutDown，并且该微控制器转到步骤770(图12H)。如果该微控制器也不在In2Sec状态，则该微控制器将转入休眠状态(612)，并且再次启动算法600。

图13、13A和13B示出了用于水龙头10、10A和10B的控制算法。算法900包括两个模式。在该无源传感器被设置在水流(水龙头10B)之外时使用模式1，而在该无源传感器的视场是在水流(水龙头10和10A)之内时使用模式2。在模式1中(算法920)，放置在该水流之外的传感器检测一个附近用户的手对光该阻挡，并且检测该低光线依然稳定了多长时间，将其解释为在该洗手盆处的该使用者，而且排除该房间的变暗该单元发出一个类似信号的情况。一旦该使用者已经离开水龙头，即一旦检测不到不稳定的、低水平的光，此传感器随后将直接关断水流。

在模式2中(算法1000)，该水流内部的光敏电阻器也使用上述变化，但是考虑进了一个附加因素：流动的水也可以反射光，使得该传感器可能无法完全地验证该使用者已经离开了该水龙头。在此情况中，该算法也利用一个定时器来关闭水流，同时随后有效地检查用户是否仍在那里。模式1或2可以通过例如一个浸渍开关选择。

参见图13，算法900在接通电力之后开始(901)，并且该单元以步骤902初始化该模块。随后微控制器检验该电池状态(904)，复位全部定时器和计数器(906)，并且以步骤908关闭该阀门(图1、2、4和4A所示)。校准全部电子装置(910)，并且该微控制器以步骤912建立一个背景光门限电平(BLTH)。然后该微控制器以步骤914确定使用哪一个模式：在模式1中，微控制器执行算法920(图13A到步骤922)，而在模式2中，微控制器执行算法1000(图13B到步骤1002)。

参见图13A，如果微控制器利用模式1，则该无源传感器每一1/8秒扫描一个目标(924)。对于不同的光传感器(光电二极管、光敏电阻器等，以及它们的读出电路)来说，该扫描和休眠时间可以不同。例如，该扫描频率可以是每1/4秒或每3/4秒。而且就象图12所示的算法那样，该微控制器将执行算法，然后在该执行周期之间转入休眠状态。扫描之后，该微控制器以步骤925测量该传感器电平(SL)，即对应于该光敏电阻器的电阻的值。然后把该传感器电平与该背景光门限电平(BLTH)比较：如果该SL是大于或等于该BLTH的25％(926)，则该微控制器将进一步确定其是否大于或等于该BLTH的85％(927)。这些比较将确定环境光的水平：如果该SL高于或等于在步骤912中计算的该BLTH的85％，则将意味着现在的室内突然很暗(947)，使得该微控制器将进入Idle模式，并且每5秒扫描一次(948)，直至该微控制器检测到该SL小于该BLTH的80％，意味着此时有更多的环境光(949)。一旦检测到这种情况，该微控制器将建立一个针对该房间的新BLTH(950)，并且循环回到步骤924，以该步骤924继续以该新的BLTH每1/8秒扫描一个目标。

如果SL小于此前建立的BLTH的25％，则意味着在室内的光已经突然显著增加(例如直接的日光)。当微控制器通过步骤924、925、926、928和929循环时，该扫描计数器开始计数来发现这种变化是否稳定(928)，直到达到五个循环为止(929)。一旦在同一个条件之下确实达到五个循环，则以步骤930建立一个新的BLTH用于目前明亮房间，并且重新利用此新的BLTH以步骤922开始一个循环。

但是，如果该SL是在大于或等于25％的BLTH但是不大于85％的BLTH之间(步骤926和927)，则光线不在一个极端范围，而是常规的环境光，并且该微控制器将以步骤932把扫描计数器设置为零，再一次测量SL以便检查一个使用者(934)，并且以步骤936评定该SL是否在大于20％的BLTH或小于25％的BLTH之间(20％BLTH＜SL＜25％BLTH)。如果否，这将意味着在该单元传感器的前面有一个使用者，随着该光线被降低到低于常规环境光，使得该微控制器移到步骤944，其中将为该使用者打开水流。一旦水流打开，微控制器将把扫描计数器设置为零(946)，以每1/8秒针对该目标扫描(948’)，并且继续检测一个高SL，即通过检测该SL是否低于该BLTH的20％，以步骤950’检测低光线。当SL降低到小于BLTH的20％之时(950’)，意味着检测的光线增加，该微控制器将移到步骤952，接通一个扫描计数器。该扫描计数器将使得该微控制器继续每1/8秒的扫描并且检测SL是否仍然小于BLTH的20％，直至经过步骤948’、950’、952和954的5个循环被通过为止(954)，这将意味着目前有的光线的增加已经持续了多于5次这些循环，并且该使用者不再出现。在此时刻，微控制器将关闭水流(956)。一旦水被关断，则该整个循环将被从开始重复。

参见图13B(用于水龙头10的算法1000)，微控制器每1/8秒扫描一次目标(1004)，同样，该扫描时间可以被改变到其它周期，例如每1/4秒。再一次，该微控制器将履行该算法，然后在循环之间转入休眠状态，就象图12所示的算法那样。在扫描之后，该微控制器将测量该传感器电平(1006)，并且把该SL对照BLTH比较。再一次，如果该SL是大于或等于该BLTH的25％，则该微控制器将进一步确定其是否大于或等于该BLTH的85％。如果是，则将意味着该房间必定是突然变暗(1040)。该微控制器将随即在步骤1042进入Idle模式，并且每5秒扫描一次，直到其检测到该SL小于该BLTH的80％，意味着检测到了更多的光(1044)。一旦如此，该微控制器将建立用于该新变亮的房间的BLTH(1046)，并且将循环回到步骤1004，重新以该新的BLTH开始针对该房间的循环。

如果该SL是在大于或等于25％BLTH或小于85％BLTH之间，该微控制器将继续进行步骤1015，并且把扫描计数器设置为零。该微控制器将以步骤1016测量该SL，并且在步骤1017评定该SL是否大于20％的BLTH、但小于25％的BLTH(20％BLTH＜SL＜25％BLTH)。如果否，则意味着有某物阻挡了到该传感器的光线，该微控制器将打开水流(1024)；这也接通了一关水定时器，即WOFF(1026)。随后，该微控制器将继续每1/8秒一次地针对一个目标扫描(1028)。该新的SL被对照该BLTH检测，并且如果该SL的值不在小于25％BLTH而大于20％BLTH之间(20％BLTH＜SL＜25％BLTH)，则该微控制器将返回步骤1028，并且在该水流出的同时继续针对该目标的扫描。如果该SL是在此范围之内(1030)，则WOFF定时器立刻开始计数(1032)，以步骤1028返回到该循环。该定时器的功能只不过是实现在当用户不再被检测时和在水被断开时之间通过一段时间，因为例如该使用者能够移动其手，或拿肥皂，而不在该传感器的传感范围中一段时间。能够根据使用单元的不同而设置该给定时间(2秒)。一旦经过了2秒，该微控制器将在步骤1036关水，并且将循环回到1002，其中将重复整个循环。

但是，如果在步骤1017的SL大于20％BLTH，但是小于25％BLTH(20％BLTH＜SL＜25％BLTH)，则扫描计数器将开始计数该微控制器循环通过步骤1016、1017、1018和1020的次数，直至达到多于五次循环为止。随后，循环将转到步骤1022，其中针对室内的光线建立一个新得BLTH，并且该微控制器将循环返回到步骤1002，其中将出现使用该新的BLTH值的通过算法1000的一个新的循环。

已经描述了本发明的实施例和实施方案，对于本专业的技术人员来说显见的是，上述内容只是以实例的方式进行说明而不是限制。在上述列出的出版物中描述有适合于上述实施例的其它实施例或元件，所有这些实施例或元件都结合在此作为参考。任何一个元件的功能可以用可选实施例中的各种方法实现。并且，在可选实施例中的几个元件的功能可以通过较少的或单一元件实现。

Claims (28)

1.用于控制一个电子龙头或盥洗室冲水器的阀门的光传感器，包括：

一个光学部件，定位在一个光输入端口，并用于局部地限定一个检测场；

一个光耦合光耦合所说的光学部件和所说的输入端口的光检测器，所说的光检测器被构成来检测环境光；和

一个控制电路，用于控制一个水流阀门的开关，所说的控制电路被构成用于从对应于该检测光的所说的光检测器接收信号。

2.权利要求1的光传感器，其中所说的控制电路被构成来周期地采样所说的检测器。

3.权利要求1或2的光传感器，其中所说的控制电路被构成来根据先前检测的光量而周期地采样所说的检测器。

4.权利要求1、2或3的光传感器，其中所说的控制电路被构成来根据所说的环境光的背景电平和所说的环境光的当前电平而确定所说的水流阀门的开关。

5.权利要求1、2、3或4的光传感器，其中所说的控制电路被构成来根据首先检测一个使用者的到达然后检测所说的使用者的离开而开关所说的水流阀门。

6.权利要求1、2、3或4的光传感器，其中所说的控制电路被构成来根据检测一个使用者的出现而开关所说的水流阀门。

7.权利要求1、2、3或4的光传感器，其中所说的光学部件包括一个光纤。

8.权利要求1、2、3或4的光传感器，其中所说的光学部件包括一个透镜。

9.权利要求1、2、3或4的光传感器，其中所说的光学部件包括一个针孔。

10.权利要求1、2、3或4的光传感器，其中所说的光学部件包括一个狭缝。

11.权利要求1、2、3或4的光传感器，其中所说的光学部件包括一个滤光器。

12.权利要求1、2、3或4的光传感器，其中所说的光输入端口被放置在一个水龙头的一个曝气咀之内。

13.权利要求1、2、3或4的光传感器，其中所说的光输入端口被紧靠一个水龙头的一个曝气咀放置。

14.利用一个光传感器控制一个电子龙头或盥洗室冲水器的阀门的方法，包括步骤：

提供一个光学部件，定位在一个光输入端口，并用于局部地限定一个检测场；

提供一个光检测器，所说的光学部件和所说的输入端口光耦合，

检测达到所说的光检测器的环境光；

把对应于来自所说的光检测器的所说的检测光的一个信号提供到一个控制电路；以及

利用所说的控制电路和对应于该检测光的所说的信号而控制一个水流阀门的开关。

15.根据权利要求14的控制一个阀门的方法，包括步骤：利用所说的控制电路周期地采样所说的光检测器。

16.根据权利要求14或15的控制一个阀门的方法，包括步骤：根据所说的环境光的背景水平和所说的环境光的当前水平而通过所说的控制电路确定所说的水流阀门的开关。

17.根据权利要求14或15的控制一个阀门的方法，其中所说的控制电路被构成来根据先前检测的光量而执行所说的检测器的周期采样。

18.根据权利要求14或15的控制一个阀门的方法，其中所说的控制电路被用于在确定设施是否在使用中之后来根据检测的光量而调节一个采样周期。

19.根据权利要求14或15的控制一个阀门的方法，其中所说的控制电路被构成来循环休眠和测量周期。

20.基于一个传感器的水龙头系统，包括：

包括一个水管道的一个水龙头主体，该水管道具有至少一个用于接收水的入水口和至少一个用于提供水的出水口；

一个光传感器，用于产生提供到一个电子控制电路的传感器输出信号；和

通过一个致动器控制的主阀门，构成来从所说的电子控制电路接收控制信号，以便在所说的阀门的开启状态和所说的阀门的关闭状态之间切换；所说的开启状态允许水从所说的出口流出，而所说的阀门的关闭状态阻止水从所说的出口流出。

21.权利要求20的基于传感器的水龙头系统，包括：用于从所说的出口接收水的一个曝气咀，所说的传感器与至少部分地定位在所说曝气咀中的一个传感器端口相关。

22.权利要求20或21的基于传感器的水龙头系统，其中所说的检测器被通过一个光纤光耦合到所说的传感器端口的一个光传感器。

23.基于一个传感器的自动水龙头系统，包括：

包括一个水管道的一个水龙头主体，该水管道具有至少一个用于接收水的入水口和至少一个用于把水提供到一个曝气咀的出水口；

一个光传感器；

一个电子控制电路，用于控制所说的光传感器的操作，和

由一个致动器控制的主阀门，从所说的电子控制电路接收控制信号，以便在所说的阀门的开启状态和所说的阀门的关闭状态之间切换；所说的开启状态允许水从所说的出口流出，而所说的阀门的关闭状态阻止水从所说的出口流出。

24.一个基于传感器的自动冲水器系统，包括：

包括一个水管道的一个冲水器主体，该水管道具有至少一个用于接收水的入水口和至少一个用于把水提供到一个卫生间的小便池的出水口；

一个光传感器；

一个电子控制电路，用于控制所说的光传感器的操作，和

由一个致动器控制的主阀门，从所说的电子控制电路接收控制信号，以便在所说的阀门的开启状态和所说的阀门的关闭状态之间切换；所说的开启状态允许水从所说的出口流出，而所说的阀门的关闭状态阻止水从所说的出口流出。

25.用于一个电子水龙头的光传感器，包括：

一个光输入端口，用于接收红外辐射；

一个光检测器，光耦合到所说的输入端口并且构成来检测红外辐射；和

一个控制电路，用于控制一个水龙头阀门的开关，所说的控制电路被构成来从所说的红外检测器接收检测器信号。

26.一种电磁致动器系统，包括：

一个致动器；

耦合到一个电源驱动器的控制器，构成来把一个驱动信号提供到所说的致动器，从而打开或关闭用于流体流动的一个阀门；和

一个光传感器，构成并且用于根据环境光把一个信号提供到所说的控制器。

27.权利要求26的电磁致动器系统，其中所说的阀门控制一个水龙头。

28.权利要求26的电磁致动器系统，其中所说的阀门控制一个盥洗室冲水器。

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