DE112007002378T5

DE112007002378T5 - Kapazitive Messung für Waschraum-Armaturen

Info

Publication number: DE112007002378T5
Application number: DE112007002378T
Authority: DE
Inventors: Graeme S. Brookfield Bayley; Kenneth A. Germantown Kreitzer; Nathaniel J. Milwaukee Kogler; Steven R. Estates Reckamp; Nick B. Edgerton Guzzardo
Original assignee: Bradley Fixtures Corp
Current assignee: Bradley Fixtures Corp
Priority date: 2006-10-24
Filing date: 2007-10-23
Publication date: 2009-09-03
Also published as: GB2456937B; US9328490B2; WO2008051973A1; US20080109956A1; GB2456937A; US20130219614A1; WO2008051973A8; US8381329B2; GB0906660D0

Abstract

Handwasch-Waschbeckensystem mit:
einem Aufnahmebecken, durch das ein Handwaschgebiet definiert ist;
einer Armatur, die ausgestaltet ist, um Wasser in das Handwaschgebiet zu liefern;
einem ersten Messelektrode, die mit dem Aufnahmebecken gekoppelt und ausgestaltet ist, um einen ersten kapazitiven Wert zu messen;
einer zweiten Messelektrode, die mit dem Aufnahmebecken beabstandet von der ersten Messelektrode angeordnet und ausgestaltet ist, um einen zweiten kapazitiven Wert zu messen; und
einer Schaltung, die ausgestaltet ist, um den Betrieb der Armatur in Reaktion auf eine Veränderung des ersten kapazitiven Wertes relativ zu dem zweiten kapazitiven Wert zu steuern.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Prioritäten (i) der vorläufigen Patentanmeldung Nr. 60/853,822 mit dem Titel "CAPACITIVE SENSING FOR WASHROOM FIXTURE", angemeldet am 24. Oktober 2006, deren vollständige Offenbarung hiermit durch Bezugnahme einbezogen wird, und (ii) der vorläufigen Patentanmeldung Nr. 60/927,084 mit dem Titel "CAPACITIVE SENSING FOR WASHROOM FIXTURE", angemeldet am 1. Mai 2007, deren vollständige Offenbarung hiermit durch Bezugnahme einbezogen wird.
HINTERGRUND
Die vorliegenden Erfindungen betreffen allgemein Waschraum-Armaturen. Die vorläufigen Erfindungen betreffen ferner eine Waschraum-Armatur, wie zum Beispiel ein Waschbeckensystem mit einem Steuerungssystem, das ausgestaltet ist, um einen "Freihand"-Betrieb von einer oder mehreren Armaturen (z. B. Sprühköpfe, Wasserhähne, Duschköpfe, Seifen- oder Lotionsspender, Handtrockner, Spülungen für Toiletten und/oder Urinale, Notfall-Waschbecken, etc.) in dem Waschbeckensystem zu ermöglichen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Waschbeckensystem mit einem Steuerungssystem, bei dem ein kapazitives Messsystem verwendet wird, um das Vorhandensein eines Objekts (z. B. die Hand eines Benutzers, etc.) zu erfassen und um eine oder mehrere Armaturen zu aktivieren. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner verschiedene Merkmale und Kombinationen von Merkmalen, die in den offenbarten Ausführungsbeispielen gezeigt und beschrieben sind. Andere Möglichkeiten, mit denen die Gegenstände und Merkmale der offenbarten Ausführungen realisiert werden, sind in der nachfolgenden Beschreibung erläutert und werden für den Fachmann besser verständlich, nachdem er diese Beschreibung gelesen hat. Diese anderen Möglichkeiten sollen in den Schutzbereich der offenbarten Ausführungen fallen, wenn sie in den Schutzbereich der nachfolgenden Ausführungen fallen.
Es ist allgemein bekannt, ein Waschbeckensystem mit zumindest einer Armatur zur Verfügung zu stellen, bei der üblicherweise eine manuelle Betätigung durch einen Benutzer erforderlich ist, um diese zu betätigen. Es ist ferner bekannt, ein elektrisches und/oder elektronisches Steuerungssystem zur Verfügung zu stellen, um einen "Freihand"-Betrieb der Armatur zu bewirken. Die Tatsache, dass es für einen Benutzer nicht erforderlich ist, mit der Armatur körperlich in Kontakt zu kommen oder diese für deren Betrieb zu berühren, kann für verschiedene Erfordernisse hinsichtlich Hygiene und/oder Zugänglichkeit gewünscht sein.
Es ist ferner allgemein gekannt, ein elektrisches und/oder elektronisches Steuerungssystem unter Verwendung eines Infrarot-Sensors (IR-Sensor) zur Verfügung zu stellen, um das Vorhandensein eines Objekts zu erfassen und um eine oder mehrere Armaturen des Waschbeckensystems zu betätigen. Solche Steuerungssysteme weisen allgemein einen Sender, der ausgestaltet ist, um Impulse aus Infrarot-Licht in eine Messregion zu emittieren (z. B. ein Gebiet in der Nähe der Armatur, etc.), und einen Empfänger, der ausgestaltet ist, um den Pegel des Infrarot-Lichts in der Messregion zu messen. Wenn ein Objekt in die Messregion eintritt, dann wird im Idealfall mindestens ein Teil des vom Sender emittieren Infrarot-Lichts von dem Objekt reflektiert, was vom Empfänger erfasst wird, der wiederum ein Signal erzeugt, das den Pegel des Infrarot-Lichts in der Messregion darstellt und das verwendet werden kann, um zu bestimmen, ob die Armatur aktiviert werden soll.
Im Fall von Steuerungssystemen unter Verwendung eines IR-Sensors können fehlerhafte Aktivierungen einer Armatur und/oder ein Fehler bei der Erfassung eines Objekts auftreten, und zwar aufgrund der Veränderungen hinsichtlich des Reflexionsvermögens von Objekten in der Nähe der Armatur und/oder durch Beschädigungen der Optiken des IR-Sensors (z. B. durch Verschmutzungen, etc.). Fehlerhafte Aktivierungen können schließlich zu einer Verschwendung von Ressourcen (z. B. Wasser, Seife, Handtücher, Energie, etc.) führen, was den eigentlichen Vorteilen einer "Freihand"- betätigten Armatur entgegensteht. Auf ähnliche Weise können fehlgeschlagene Erfassungen einen Benutzer verärgern, der den Versuch unternimmt, die Vorteile der Armatur zu realisieren.
Eine Alternative zu einem IR-Sensor ist ein kapazitives Messsystem. Kapazitive Messsysteme bewirken allgemein ein elektrisches Feld und basieren auf einer Veränderung in dem elektrischen Feld für Messzwecke. Obwohl kapazitive Messsysteme gegenüber IR-Sensoren vorteilhaft sein können, da kapazitive Messsysteme gegenüber fehlerhaften und/oder fehlgeschlagenen Erfassungen aufgrund von Variationen des Reflexionsvermögens und/oder aufgrund von Beschädigungen der Optik wenigen anfällig sind, erzeugt die Verwendung von kapazitiven Messsystemen zusätzliche Probleme. Beispielsweise können Veränderungen in der Umgebung störende Veränderungen der Kapazität erzeugen, was zu fehlerhaften und/oder fehlgeschlagenen Erfassungen führen kann. Solche Veränderungen können durch Verschmutzungen auf der Oberfläche der Elektroden oder durch andere Objekte in dem elektrischen Feld, durch Veränderungen der Umgebungsfeuchtigkeit, durch graduelle Veränderungen in der Nähe oder durch die Zusammensetzung von nahegelegenen Objekten oder durch Veränderungen hinsichtlich der Montagepositionen der Sensoren verursacht werden. All diese Veränderungen treten in der Umgebung von Waschbeckensystemen relativ häufig auf.
Es wäre daher vorteilhaft, ein Waschbeckensystem zur Verwendung bei Anwendungen im kommerziellen oder häuslichen Bereich bzw. bei Anwendungen im Bildungsbereich zur Verfügung zu stellen, die eine oder mehrere Armaturen und ein Steuerungssystem aufweisen, um einen "Freihand"-Betrieb der Armaturen zu ermöglichen, wobei das Steuerungssystem ein kapazitives Messsystem verwendet. Es wäre ferner vorteilhaft, ein Steuerungssystem zur Verfügung zu stellen, bei dem ein kapazitives Messsystem verwendet wird, das in der Lage ist, eine verbesserte Sensitivität und Zuverlässigkeit zu gewährleisten, insbesondere in der typischen Umgebung eines Waschbeckensystems. Es wäre ferner vorteilhaft, ein Steuerungssystem unter Verwendung eines kapazitiven Messsystems zur Verfügung zu stellen, mit Hilfe dessen die Anzahl von fehlgeschlagenen Erfassungen reduziert oder minimiert wird, indem eine verbesserte Elektrodenplatten-Konfiguration zur Verfügung gestellt wird. Es wäre außerdem vorteilhaft, ein Energieverwaltungssystem zur Verfügung zu stellen, mit Hilfe dessen eine effektive Verwendung der elektrischen Energie verbessert wird, die erforderlich ist, um ein Steuerungssystem bei Verwendung eines kapazitiven Messsystems zu betreiben, wie zum Beispiel die elektrische Energie, die durch eine oder mehrere photovoltaische Zellen erzeugt wird. Außerdem wäre es vorteilhaft, ein kapazitives Messsystem zur Verfügung zu stellen, das ein Objekt innerhalb einer Messregion erfasst, und zwar unabhängig von der Richtung, in der dieses Objekt in die Messregion eintritt, das die Verwendung einer großen Plattengröße ermöglicht, um das Erfassungssignal zu maximieren, das nicht die Verwendung einer Schutzplatte erforderlich macht, das in der Lage ist, das Erfassungsfenster weiter weg von einem Ausgang der Armatur vorzusehen, und/oder das eine geringere Differenz zwischen feuchten und trockenen Umgebungen bietet.
Folglich wäre es wünschenswert, ein Waschbeckensystem und/oder ein kapazitives Messsystem zur Verfügung zu stellen, das eines oder mehrere dieser oder anderer vorteilhafter Merkmale hat. Das Bereitstellen von einem preiswerten, zuverlässigen und vielfältig anwendbaren kapazitiven Messsystem für ein Waschbeckensystem, mit Hilfe dessen die vorstehend erläuterten und andere Probleme vermieden werden, würde einen signifikanten Fortschritt in der Technik bedeuten.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung betrifft ein Handwasch-Waschbeckensystem mit einem Aufnahme becken, durch das ein Handwaschgebiet definiert wird; einer Armatur, die ausgestaltet ist, um Wasser in das Handwaschgebiet zu liefern; eine erste Messelektrode, die mit dem Aufnahmebecken gekoppelt und ausgestaltet ist, um einen ersten kapazitiven Wert zu messen; eine zweite Messelektrode, die mit dem Aufnahmebecken beabstandet von der ersten Messelektrode gekoppelt und ausgestaltet ist, um einen zweiten kapazitiven Wert zu messen; und einer Schaltung, die ausgestaltet ist, um den Betrieb der Armatur in Reaktion auf eine Veränderung des ersten kapazitiven Wertes relativ zu dem zweiten kapazitiven Wert zu steuern.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung betrifft eine Handwasch-Waschbeckenstation mit einem Deck, das ein oder mehrere Aufnahmebecken beinhaltet, wodurch eine oder mehrere Handwaschstationen zur Verfügung gestellt werden, und einer Ablaufleitung (sink line), wodurch die Oberseite von einem oder mehreren Aufnahmebecken definiert wird. Die Handwasch-Waschbeckenstation umfasst ferner mindestens eine Armatur, die zumindest teilweise über der Ablaufleitung angeordnet und ausgestaltet ist, um Wasser zu einem oder mehreren der Handwaschgebieten zu liefern. Die Handwasch-Waschbeckenstation weist außerdem eine erste Messelektrode auf, die mit dem Deck integriert und unter der Ablaufleitung angeordnet ist, und die ausgestaltet ist, um einen ersten kapazitiven Wert in dem einen oder den mehreren Handwaschgebieten zu messen. Die Handwasch-Waschbeckenstation weist außerdem eine zweite Messelektrode auf, die mit dem Deck integriert und benachbart zur ersten Elektrode und unter der Ablaufleitung angeordnet ist, und die ausgestaltet ist, um einen zweiten kapazitiven Wert in dem einen oder den mehreren Handwaschgebieten zu messen. Die Handwasch-Waschbeckenstation beinhaltet außerdem ein Ventil, das zwischen einer offenen Position, in der Wasser durch die Armatur fließen kann, und einer geschlossenen Position bewegbar ist, in der Wasser daran gehindert wird, durch die Armatur zu fließen. Die Handwasch-Waschbeckenstation weist außerdem eine Schaltung auf, die mit der ersten Elektrode, der zweiten Elektrode sowie dem Ventil gekoppelt und ausgestaltet ist, um das Ventil zwischen der offenen Position und der geschlossenen Position zu verlagern, und zwar in Reaktion auf eine Veränderung des ersten kapazitiven Wertes relativ zu dem zweiten kapazitiven Wert.
Eine weitere Ausführung der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben der Handwasch-Waschbeckenstation. Die Handwasch-Waschbeckenstation kann ein Deck, eine erste Messelektrode und eine zweite Messelektrode aufweisen, wobei das Deck ein oder mehrere Handwasch-Aufnahmebecken und eine Ablaufleitung beinhaltet, wodurch die Oberseite des einen oder der mehreren Aufnahmebecken definiert wird, wobei die erste Messelektrode mit dem Deck integriert und unter der Ablaufleitung angeordnet und ausgestaltet ist, um einen ersten kapazitiven Wert in dem einen oder den mehreren Handwaschgebieten zu messen, wobei die zweite Messelektrode mit dem Deck integriert und benachbart der ersten Elektrode und unter der Ablaufleitung angeordnet und ausgestaltet ist, um einen zweiten kapazitiven Wert in dem einen oder den mehreren Handwaschgebieten zu messen. Das Verfahren umfasst: Betreiben in einer nicht-aktivierten Schleife, in der die Armatur darauf wartet, betrieben zu werden; Erfassen eines ersten kapazitiven Wertes mit einer ersten Messelektrode und eines zweiten kapazitiven Wertes mit einer zweiten Messelektrode; Berechnen einer Differenz zwischen dem ersten kapazitiven Wert und dem zweiten kapazitiven Wert innerhalb einer vorbestimmten Zeitperiode; Zurückkehren in die nicht-aktivierte Schleife, wenn kein Aktivierungsereignis stattgefunden hat; Betreiben in einer aktivierten Schleife und Aktivieren einer Armatur für einen Handwaschvorgang, wenn ein Aktivierungsereignis stattgefunden hat; Erfassen eines dritten kapazitiven Wertes mit der ersten Messelektrode und eines vierten kapazitiven Wertes mit der zweiten Messelektrode; Berechnen einer Differenz zwischen dem dritten kapazitiven Wert und dem vierten kapazitiven Wert innerhalb einer vorbestimmten Zeitperiode; Rücksetzen der Laufzeit, wenn ein Reaktivierungs-Aktivierungsereignis in dem System stattgefunden hat; Vermindern der Laufzeit, wenn das Reaktivierungsereignis nicht stattgefunden hat; und Deaktivieren der Armatur nach Ablauf der Laufzeit und Rückkehren zu der Verzögerungsperiode, um eine weitere Aktivierung des Systems zu überprüfen.
Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem verschiedene Merkmale und Kombinationen von Merkmalen, die in den offenbarten Ausführungen gezeigt und beschrieben sind. Andere Möglichkeiten, in denen die Gegenstände und Merkmale der offenbarten Ausführungen realisiert werden, sind in der nachfolgenden Beschreibung erläutert oder werden für den Fachmann besser verständlich, nachdem er diese Beschreibung gelesen hat. Diese anderen Möglichkeiten sollen in den Schutzbereich der offenbarten Ausführungen fallen, sofern sie in den Schutzbereich der folgenden Ansprüche fallen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm, das ein kapazitives Messsystem zur Verwendung in einem Handwasch-Waschbeckensystem gemäß einem Ausführungsbeispiel darstellt.
2 ist eine perspektivische Ansicht einer Konfiguration von seitlich nebeneinander angeordneten Sensorplatten in dem kapazitiven Messsystem aus 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
3 ist eine perspektivische Ansicht von einer U-förmigen Sensorplatten-Konfiguration in dem kapazitiven Messsystem aus 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
4 ist eine perspektivische Ansicht von einer Sensorplatten-Konfiguration mit einer einzelnen Metallplatte in dem kapazitiven Messsystem aus 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
5 ist eine perspektivische Ansicht von einer Sensorplatten-Konfiguration mit einer einzelnen leitfähigen Beschichtung in dem kapazitiven Messsystem aus 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
6 ist eine perspektivische Ansicht von einer Sensorplatten-Konfiguration mit geerdeten Schutzplatten in dem kapazitiven Messsystem aus 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
7 ist eine perspektivische Ansicht von einer einzelnen Sensorplatten-Konfiguration unter dem Waschgebiet in dem kapazitiven Messsystem aus 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
8 ist eine Messsteuerungs- und Erfassungsschaltung in dem kapazitiven Messsystem aus 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
9 zeigt eine interne Oszillator-Spannungskurve für die Schaltung aus 8 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
10 zeigt eine interne Sensor-Kurve vor dem Ausgangsfilter der Schaltung aus 8 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
11 ist ein Blockdiagramm von einem Energieverwaltungssystem in dem kapazitiven Messsystem aus 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
12 ist eine perspektivische Ansicht von einem Handwasch-Waschbeckensystem, das das kapazitive Messsystem aus 1 enthält, gemäß einem Ausführungsbeispiel.
13 ist eine perspektivische Ansicht der Sensorplatten, des Elektronikmoduls und der Schaltkreisplatine des kapazitiven Messsystems aus 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
14 ist ein Prozess-Flussdiagramm, das einen Prozess für die kapazitive Messung in dem kapazitiven Messsystem aus 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel zeigt.
DETAILIERTE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN UND BEISPIELHAFTEN AUSGESTALTUNGEN
1 zeigt ein kapazitives Messsystem 100 zur Verwendung in einem Handwasch-Waschbeckensystem 110 mit irgendeiner von einer Vielzahl von Waschraum-Armaturen (z. B. Sprühköpfe, Wasserhähne, Duschköpfe, Seifen- oder Lotionsspender, Handtrockner, Spülungen für Toiletten und/oder Urinale, Notfall-Armaturen, Handtuchspender, Waschfontänen, etc.). Das kapazitive System 100 beinhaltet eine Messschaltung 120 sowie eine Energieverwaltungs- und Ventilaktivierungsschaltung 130, die normalerweise durch Software gesteuert werden. Das kapazitive System 100 weist einen Sensor 140, eine Messsteuerungs- und Erfassungsschaltung 150 sowie einen Prozessor 160 auf (z. B. eine CPU, eine Standard-Steuerlogik, ein frei programmierbares Gate-Array (FPGA), etc.). Die Messschaltung 120 ist mit einem Paar Solenoid-Ventilen gekoppelt (z. B. ein DC haltendes Solenoid-Ventil, ein AC nicht-haltendes Solenoid-Ventil, etc.), die normalerweise durch einen Hardware-gesteuerten Solenoid-Antrieb angetrieben und/oder gesteuert werden.
Das System ist ausgestaltet, um das Vorhandensein eines Benutzers zu erfassen, der die Armatur aktivieren möchte. In den dargestellten Ausführungsbeispielen von 2–7 und 12 ist die Armatur als ein Sprühkopf an einem Waschbeckensystem oder einer Waschfontäne gezeigt. Gemäß anderer Ausführungsbeispiele kann die Armatur ein Wasserhahn, eine Dusche, ein Duschkopf, ein Seifen- oder Lotionsspender, ein Handtrockner, eine Spülung für Toiletten und/oder Urinale, eine Notfall-Armatur, ein Handtuchspender, eine Trinkfontäne oder ähnliches sein. Das System basiert auf dem internen Dielektrikum eines Benutzers – durch Erfassen einer gemessenen Kapazität und deren Bewertung über die Zeit. Der Wasserhahn/Sprühkopf kann irgendeines von einer Vielzahl von kommerziell erhältlichen Produkten sein, die ausgestaltet sind, um durch ein Eingangssignal elektronisch aktiviert zu werden. Gemäß einer alternativen Ausgestaltung arbeitet das System basierend auf der internen Erde eines Benutzers – durch Erfassen einer gemessenen Kapazität und Vergleichen mit einem Vergleichswert.
Der Sensor 140 (z. B. Messelektroden, Antennen, etc.) kann ein oder mehrere Plattenbauteile beinhalten, die eine Veränderung der Kapazität in einem Messgebiet erfassen (Feld, Raum, Region, etc.). Beispielsweise zeigen 4, 5 und 7 ein einzelnes Plattenbauteil; 2, 3 und 6 zeigen zwei Plattenbauteile; alternativ können drei oder mehr Plattenbauteile vorgesehen sein. Die Plattenbauteile sind so konfiguriert, dass die Hand eines Benutzers ein starkes Feld bewirkt, wenn sie das durch die Plattenbauteile bzw. das Plattenbauteil erzeugte Feld kreuzt. Alternativ ist der Sensor drahtförmig oder spulenförmig, um ein gewünschtes Feld zu erzeugen. Gemäß einer bevorzugten Ausführung weist der Sensor zwei oder mehr Plattenbauteile auf. Durch Verwendung von zwei oder mehr Plattenbauteilen wird der Effekt von Wasser, das durch das Messgebiet strömt (d. h. über oder oberhalb der Plattenbauteile), reduziert oder vermieden.
Jedes Plattenbauteil misst die Kapazität oder die Ladung relativ zu den anderen Platten. Da die Messung nicht absolut gegen Erde ist, wird durch die relative Messung der Plattenbauteile der Effekt des fließenden Wassers auf Null reduziert oder vermieden. Wenn beispielsweise eine Hand eines Benutzers in den Raum über den Plattenbauteilen eintritt, gibt es ein Ungleichgewicht oder eine Veränderung hinsichtlich der Kapazitätswerte, die durch die Plattenbauteile gemessen werden. Das System misst die Kapazität zwischen einer ersten Platte und deren Umgebung sowie die Kapazität zwischen einer zweiten Platte und deren Umgebung. Der Prozessor berechnet dann die Differenz zwischen den beiden gemessenen Kapazitätswerten und berechnet die Veränderung über die Zeit, um zu bestimmen, ob der Betriebszustand der Armatur verändert werden muss.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung misst jedes Plattenbauteil die Kapazität oder die Ladung relativ zu deren Umgebung (z. B. zu einer theoretischen oder tatsächliche Erde). Durch die Messung von jedem Plattenbauteil gegen Erde wird der Effekt des fließenden Wassers vermieden oder auf Null reduziert. Der Prozessor berechnet dann die Differenz zwischen den beiden gemessenen Kapazitätswerten und bestimmt, ob der Betriebszustand der Armatur verändert werden muss.
Gemäß einem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Sensor zwei (seitlich nebeneinander angeordnete) Plattenbauteile 200 unter einem Waschgebiet 210 auf. Das Anordnen der Sensorplattenbauteile 200 unter dem Waschgebiet 210 ermöglicht die Verwendung einer großen Plattengröße, maximiert das Erfassungssignal, erfordert nicht die Verwendung einer Schutzplatte, macht es möglich, das Erfassungsfenster weiter weg von der Wasserdüse anzuordnen, bewirkt eine geringere Differenz zwischen feuchten und trockenen Bedingungen, und vereinfacht die Installation. Die Plattenbauteile 200 sind nahe zueinander angeordnet, und der Benutzer wird durch Veränderungen der Kapazität der elektrischen Felder gemessen, die durch die Plattenbauteile aufgrund von dielektrischen oder konduktiven Effekten erzeugt werden.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, das in 3 gezeigt ist, beinhaltet der Sensor ein erstes und ein zweites Plattenbauteil 300 und 305 unter dem Waschgebiet in einer U-förmigen Konfiguration. Die Plattenbauteile 300 und 305 sind so ausgestaltet, dass die Hand eines Benutzers ein starkes Feld auf der äußeren Platte, wenn sie dieses kreuzt, und ein starkes Feld auf der inneren Platte bewirkt, wenn sie diese kreuzt. Die Plattenbauteile 300 und 305 sind geformt und konfiguriert, um eine gute Erfassung von irgendeiner Annäherung durch die Hand eines Benutzers zu bewirken, die in das Waschgebiet eintritt, um die Verwendung einer großen Plattengröße zu ermöglichen, um das Erfassungssignal zu maximieren, um die Verwendung einer Schutzplatte nicht erforderlich zu machen, um es zu ermöglichen, das Erfassungsfenster weiter entfernt von der Wasserdüse anzuordnen, und um eine geringere Differenz zwischen feuchten und trockenen Bedingungen zu bewirken.
Gemäß alternativer Ausführungsbeispiele, die in 4–6 gezeigt sind, umfasst der Sensor ein einzelnes Plattenbauteil, das über dem Waschgebiet angeordnet ist. Das Anordnen des Plattenbauteils über dem Waschgebiet dient der Minimierung des Effekts von Wasser. 4 zeigt eine Sensorplatten-Konfiguration, bei der eine einzelne Metallplatte 400 (z. B. ein Metallblech) über einem Waschgebiet 410 angeordnet ist. 5 zeigt eine Sensorplatten-Konfiguration, bei der eine einzelne Platte 500 über einem Waschgebiet 510 unter Verwendung einer konduktiven Beschichtung auf einem Düseneinsatz 520 verwendet wird. 6 zeigt eine Sensorplatten-Konfiguration, bei der eine einzelne Platte 600 über einem Waschgebiet 610 zusammen mit einer geerdeten Platte 620 vorgesehen ist, um dem kapazitiven Feld eine bestimmte Form zu verleihen.
Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel, das in 7 gezeigt ist, weist der Sensor ein einzelnes Plattenbauteil 700 unter einem Waschgebiet 710 auf. Das Anordnen des Sensorplattenbauteils 700 unter dem Waschgebiet 710 ermöglicht die Verwendung einer großen Plattengröße, wodurch das Erfassungssignal maximiert wird, macht keine Schutzplatte erforderlich und ermöglicht es, das Erfassungsfenster weiter weg von der Wasserdüse anzuordnen.
Gemäß weiteren alternativen Ausgestaltungen können die eine oder die mehreren Plattenbauteile in einer Vielzahl von Konfigurationen und Anordnungen bemessen und angeordnet sein.
Die Messsteuerungs- und Erfassungsschaltung 150 ist ausgestaltet, um den Mess- und Erfassungsbetrieb zu steuern und um ein Ausgangssignal zu liefern, durch das schließlich die Armatur aktiviert wird (z. B. der Wasserhahn wird ein- und ausgeschaltet). Die Messsteuerungs- und Erfassungsschaltung 150 kann ausgestaltet sein, um kontinuierlich zu arbeiten oder um nur so lang zu arbeiten, wie es erforderlich ist, um eine oder mehrerer Messungen durchzuführen. Gemäß einer bevorzugten Ausführung betreibt die Messsteuerungs- und Erfassungsschaltung 150 einen Sensor 140 als einen Näherungssensor, indem die Veränderung der relativen Kapazität zwischen den Platten über die Zeit berechnet wird. Gemäß einer alternativen Ausgestaltung betreibt die Messsteuerungs- und Erfassungsschaltung 150 den Sensor 140 als einen Näherungssensor, indem die Veränderung der Kapazität bezüglich eines Referenzpegels berechnet wird, der über eine Zeitperiode nicht oder nur langsam variiert, im Gegensatz zu einer Bewegungsmessung, bei der eine schnelle Veränderung der Kapazität gemessen wird.
Gemäß einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel, das in 8–10 gezeigt ist, ist die Messsteuerungs- und Erfassungsschaltung 150 durch einen "CAV424"-Chip oder -Schaltung 800 realisiert, die von Analog Microelectronics käuflich erworben werden kann und die eine Erfassungsfrequenz von bis zu etwa 2 kHz hat, einen Ausgangs-Operationsverstärker, um das Erfassungssignal zu maximieren, und einen DC-Pegelausgang aufweist. Ein beispielhafter Betrieb des CAV424-Chips macht es erforderlich, dass er hierfür etwa 3. msec. Eingeschaltet ist. 9 zeigt eine beispielhafte interne Oszillator-Spannungskurve 900 für den CAC424-Chip. 10 zeigt eine beispielhafte interne Sensor-Kurve 1000 vor dem Ausgangsfilter. Gemäß alternativer Ausgestaltungen kann die Verarbeitung durch eine Standard-Steuerlogik, ein frei programmierbares Gate-Array (FPGA), ein programmierbares Logik-Array (PLA) oder ähnliches durchgeführt werden.
Die Messsteuerung wird durchgeführt, indem nach einer Beschleunigung des kapazitiven Differenzsignals gesucht wird (d. h. eine Veränderung in der Rate der Veränderung der relativen Kapazität zwischen den verschiedenen Platten). Dies wird verwendet, um die Differenzen zwischen Rauschen, Benutzer-Aktivität und Wasser-Effekten zu erfassen (z. B. Spritzen, Ablaufen und stehendes Wasser). Beispielsweise kann die Schaltung Abtastmessungen alle viertel Sekunde durchführen, die Differenz gegenüber der zuletzt aufgezeichneten Abtastung berechnen und nach Mustern hinsichtlich des Anstiegs oder Abfalls eines Signals suchen (zum Beispiel ein ansteigendes Signal mit 3% gefolgt von einem abfallenden Signal mit 2% innerhalb von 3 Abtastungen), um anzugeben, dass eine Person seine oder ihre Hand in das Feld eingeführt hat, um die Vorrichtung zu aktivieren.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung ist die Messsteuerungs- und Erfassungsschaltung 150 programmiert, um so zu arbeiten, dass kontinuierlich ein Mittelwert von mehreren kapazitiven Messungen berechnet wird (d. h. ein progressiver oder ein gleitender Mittelwert), gemessen in regelmäßigen Intervallen. Beispielsweise kann die Schaltung Abtastmessungen alle viertel Sekunde durchführen und den Mittelwert über die vergangene Minute beibehalten. Alternativ kann irgendeine von einer Vielfalt von Abtastungen verwendet werden. Wenn ein Benutzer seine oder ihre Hand in das kapazitive Feld hält, dann wird der (augenblickliche) gemessene Wert mit dem Mittelwert verglichen. Wenn die Veränderung oder Differenz größer ist als ein vorbestimmter Pegel, dann wird der Wasserhahn angesteuert (eingeschaltet).
Die Energieversorgung kann durch irgendeine von einer Vielfalt von Energieversorgungen 170 bewirkt werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Energieversorgung ein 24 V AC-Transformator 180. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Energieversorgung eine 6 V DC-Batterie 190.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Energieversorgung ein "grünes" oder umweltfreundlicheres photovoltaisches Zellensystem. 11 zeigt ein Blockdiagramm von einem Energieverwaltungssystem 650 sowie Komponenten davon, mit Hilfe derer auf vorteilhafte Weise eine effiziente Verwendung der elektrischen Energie bewirkt wird, die durch ein photovoltaisches Zellensystem erzeugt wird, gezeigt als photovoltaische Zellen 602. Das Energieverwaltungssystem 650 ist so gezeigt, dass es allgemein ein Energiespeicherelement 660, das ausgestaltet ist, um elektrische Energie zu empfangen und zu speichern, die durch photovoltaische Zellen 602 erzeugt wird, einen Detektor 670, der ausgestaltet ist, um den Pegel (Intensität) des Umgebungslichts zu messen, einen Schalter 680, der ausgestaltet ist, um das Energiespeicherelement 660 von dem Steuerungssystem 50 zu trennen, wenn der Pegel des Umgebungslichts unter einem vorbestimmten Wert fällt, und einen Spannungsregler 690 aufweist, um die zu dem Steuerungssystem 50 ausgegebene Spannung einzustellen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Energiespeicherelement 660 einen oder mehrere Kondensatoren auf, die geeignet sind, um eine elektrische Ladung von den photovoltaischen Zellen 602 zu empfangen und um eine Ausgangsspannung zu einem Steuerungssystem 50 zu liefern, das ein kapazitives Messsystem verwendet. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung enthält das Energiespeicherelement 660 eine Mehrzahl von Kondensatoren, die in Reihe angeordnet sind, um eine gewünschte Kapazität zur Verfügung zu stellen. Irgendeine Anzahl und/oder irgendein Typ von Kondensatoren kann verwendet werden, und diese Kondensatoren können in Reihe und/oder parallel angeordnet sein.
Das Energiespeicherelement 660 kann mit Hilfe von photovoltaischen Zellen 602 vollständig oder teilweise geladen werden. Die Rate, mit der das Energiespeicherelement 660 geladen wird, hängt zumindest teilweise von der Intensität des Umgebungslichts und von der Effektivität (z. B. Anzahl, Größe, Effizienz, etc.) der photovoltaischen Zellen 602 ab. Während eines anfänglichen Startens (z. B. zu irgendeinem Zeitpunkt ist das Energiespeicherelement 660 vollständig geladen), kann die Zeit, die erforderlich ist, um das Energiespeicherelement 660 auf einen Pegel aufzuladen, der ausreichend ist, um die Komponenten des Steuerungssystems 50 zu betreiben, relativ lang sein. Die Ladezeit während des anfänglichen Startens kann reduziert werden, indem eine zusätzliche Energiequelle hinzugefügt wird (z. B. eine Batterie, etc.), um das Energiespeicherelement 660 aufzuladen. Die zusätzliche Energiequelle bewirkt einen "jump-start" für das Energiespeicherelement 660, wodurch die Ladezeit beträchtlich vermindert werden kann. Vorzugsweise wird eine zusätzliche Energiequelle entfernt, wenn das Energiespeicherelement 660 vollständig aufgeladen ist, aber alternativ kann es mit dem System gekoppelt bleiben, wird aber von dem Energiespeicherelement 660 elektrische getrennt.
Ein vollständig geladenes Energiespeicherelement 660 ist in der Lage, eine ausreichende Menge an elektrischer Energie zum Betreiben des Steuerungssystems 50 für dessen wahlweisen Betrieb von einer oder von mehreren Freihand-Armaturen zu liefern. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Energiespeicherelement 660 in der Lage, eine ausreichende Menge an elektrischer Energie zu liefern, um mehr als eine Aktivierung der Armaturen zu ermöglichen, bevor das Energiespeicherelement 660 wieder aufgeladen werden muss. Bei einer typischen Anwendung (z. B., eine Anwendung, bei der die photovoltaischen Zellen 602 Umgebungslicht ausgesetzt sind, während das Waschbeckensystem 10 verwendet wird) werden die photovoltaischen Zellen 602 das Energiespeicherelement 660 auch dann weiter aufgeladen, wenn elektrische Energie zur Aktivierung der Armaturen zur Verfügung gestellt wird.
Das Steuerungssystem 50 bildet für das Energiespeicherelement eine Last, die dann, wenn es mit diesem elektrisch gekoppelt ist, die elektrische Energie verbraucht, die in dem Energiespeicherelement 660 gespeichert ist. Das Abtrennen des Energiespeicherelements 660 von einer solchen Last trägt dazu bei, die Ladung in dem Energiespeicherelement 660 aufrechtzuerhalten. Um zu bestimmen, ob Energie konserviert werden muss, indem das Steuerungssystem 50 von dem Energiespeicherelement 660 getrennt wird, weist das Energieverwaltungssystem 650 außerdem einen Spannungsdetektor 670 auf. Der Spannungsdetektor 670 hat einen Eingang 672, der elektrisch mit einem Ausgang der photovoltaischen Zellen 602 gekoppelt ist. Der Spannungsdetektor 670 weist ferner einen Ausgang 674 auf, der elektrisch mit einem Schalter 680 gekoppelt ist.
Durch die photovoltaische Zellen 602 wird eine Ausgangsspannung zur Verfügung gestellt. Die Höhe der Ausgangsspannungen kann auf der Intensität des Umgebungslichts und der Effizienz der photovoltaischen Zellen 602 basieren. Der Spannungsdetektor 670 erfasst, ob die photovoltaischen Zellen 602 einem Pegel an Umgebungslicht ausgesetzt sind, der ausreichend ist, um die Energieanforderungen des Steuerungssystems 50 zu erfüllen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird ein Referenz-Spannungswert (ein Basislinienwert), der einen ausreichenden Pegel an Umgebungslicht darstellt, durch den Spannungsdetektor 670 beibehalten. Ein solcher Referenzwert kann abhängig von den Energieanforderungen des Steuerungssystems 50 verändert werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird, wenn die photovoltaischen Zellen 602 nicht einem ausreichenden Pegel an Umgebungslicht ausgesetzt sind, angenommen, dass das Waschbeckensystem 10 nicht verwendet wird (z. B. die Lampen wurden heruntergedimmt und/oder abgeschaltet) und das Steuersystem 50 nicht mit Energie versorgt werden muss. In einer solchen Situation kann das Steuerungssystem 50 von dem Energieverwaltungssystem 650 abgetrennt werden, um die elektrische Energie zu konservieren. Alternativ kann das Steuerungssystem eine Verzögerung erfordern, bevor es ein- oder ausgeschaltet wird oder es nicht ausgeschaltet werden darf, oder ähnliches. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung misst der Spannungsdetektor 670 die Ausgangsspannung der photovoltaischen Zellen 602 (empfangen am Eingang 672) und vergleicht die Ausgangsspannung mit dem Referenz-Spannungswert. Wenn der ausgegebene Spannungspegel unter dem Referenz-Spannungspegel liegt, sendet der Spannungsdetektor 670 ein Ausgangssignal (am Ausgang 674) an den Schalter 680, wodurch angegeben wird, dass das Steuerungssystem 50 elektrisch von dem Energieverwaltungssystem 650 getrennt wird. Gemäß verschiedener alternativer Ausgestaltungen kann der Spannungsdetektor 670 durch irgendeinen Detektor ersetzt werden, der geeignet ist, um die Intensität des Umgebungslichts an den photovoltaischen Zellen 602 zu erfassen, einschließlich, aber nicht auf diese begrenzt, eines Photodetektors, der ausgestaltet ist, um das Umgebungslicht zu überwachen und um ein entsprechendes Signal an den Schalter 680 zu senden. Gemäß einer alternativen Ausführung vergleicht das Steuerungssystem 50 die eingehende Energie mit der ausgehenden Energie, um so zu bestimmen, ob eine ausreichende Energie verfügbar ist, um den Betrieb des Steuerungssystems 50 aufrechtzuerhalten. Wenn keine ausreichende Energie vorhanden ist, wird das Steuerungssystem 50 von dem Energieverwaltungssystem 650 getrennt.
Vorzugsweise ist das Energiespeicherelement 660 in der Lage, eine Ladung mit minimalem Leckstrom zu halten, wenn es von der Last (Steuerungssystem 50) getrennt ist. Durch das Vorsehen eines Energiespeicherelements 660, das in der Lage ist, eine Ladung mit minimalem Leckstrom zu halten, kann ermöglicht werden, dass das Energiespeichersystem 660 die elektrischen Energieanforderungen des Steuerungssystems 50 erfüllt, auch wenn die photovoltaischen Zellen 602 für eine längere Zeitperiode keinem Umgebungslicht ausgesetzt waren (z. B. ein Wochenende, etc.). Dies vermeidet das Erfordernis, das Energiespeicherelement 660 erneut aufzuladen (z. B. durch eine zusätzliche Energiequelle und/oder durch photovoltaische Zellen 602, etc.), zumindest aber wird die Zeit reduziert, die erforderlich ist, um das Energiespeicherelement 602 wieder aufzuladen, wenn das Umgebungslicht wieder vorhanden ist und der Benutzer versucht, die Armaturen 14 des Waschbeckensystems 10 zu verwenden. Wenn der Spannungsdetektor 670 eine Spannung bei oder über der vorbestimmten Basislinien-Spannung misst, verbindet der Schalter 680 das Energieverwaltungssystem 650 wieder mit dem Steuerungssystem 50.
Das Energieverwaltungssystem 650 ist ferner so dargestellt, dass es einen Spannungsregler 690 beinhaltet, der ausgestaltet ist, um eine erste Spannung von den photovoltaischen Zellen 602 zu empfangen und um eine zweite Spannung an das Steuerungssystem 50 zu liefern. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Spannungsregler 690 in der Lage, eine relativ stabile Betriebsspannung an das Steuerungssystem 50 zu liefern. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Spannungsregler 690 schematisch als ein DC-DC-Wandler gezeigt. Es kann angenommen werden, dass die Eingangs- und Ausgangsspannungen in alternativen Ausführungen variieren können.
Wie für die Aktivierung des einen oder der mehreren Ventilen, die die Ausgabe von den Armaturen steuern, kann irgendein geeignetes Ventilsteuerungssystem vorgesehen sein. Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind ein oder mehrere Solenoid-Ventile vorgesehen, um die Ausgabe von den Armaturen zu steuern. Diese Solenoid-Ventile sind ausgestaltet, um ein Signal zu empfangen, das angibt, ob sich die Ventile in einer geöffneten oder geschlossenen Position befinden sollen. Eine solche Ventil-Konfiguration kann im Wesentlichen die Gleiche sein, wie in der U.S. Patentanmeldung Nr. 11/041,882 offenbart ist, angemeldet am 21. Januar 2005, mit dem Titel "Lavatory Systems", deren vollständige Offenbarung hiermit durch Bezugnahme eingebunden wird.
Der Prozessor 160 ist konfiguriert, um das gesamte System zu betreiben. Gemäß einiger Ausführungsbeispiele kann der Prozessor 160 irgendeiner von einer Vielfalt von Schaltungen sein, die konfiguriert sind, um den Betrieb zu steuern (z. B. eine CPU, eine Standard-Steuerlogik, ein frei programmierbares Gate-Array (FPGA), etc.). Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist der Prozessor 160 von Microchip als PIC16F886 kommerziell erhältlich. Gemäß einer alternativen Ausführung ist der Prozessor 160 als PIC16LF876 von Microchip kommerziell erhältlich. Alternativ kann eine Vielzahl von Prozessoren verwendet werden.
12 zeigt ein beispielhaftes Waschbeckensystem 1200 das konfiguriert ist, um mehreren Benutzern unabhängige Handwaschstationen zur Verfügung zu stellen, damit die Benutzer ihre Anforderungen hinsichtlich des Waschens erfüllen können. Das Waschbeckensystem 1200 beinhaltet ein Deck 1210 (z. B. ein Waschbecken-Deck, eine Arbeitsplatte, etc.), ein Ablaufsystem, das unter dem Deck angeordnet ist, eine Abdeckung, die konfiguriert ist, um ein Installationssystem zu umschließen, und ein kapazitives Messsystem 1230 (wobei die kapazitiven Messplatten/Elektroden/Antennen schematisch durch gestrichelte Linien dargestellt sind), das unter den Aufnahmebecken montiert ist. Die gestrichelten Linien stellen die Platten des Messsystems 1230 dar, die schematisch als eine, zwei, drei oder mehr Platten dargestellt sind, die für das Messsystem verwendet werden können. Das Waschbeckensystem 1200 kann ausgestaltet sein, um an einer Fläche angebracht zu werden, wie beispielsweise eine Wand von einem Toilettenraum oder von einem anderen Gebiet, wo es gewünscht sein kann, Waschmöglichkeiten anzubieten, oder es ist als eine freistehende Struktur ausgestaltet. Eine benachbarte Wand kann mit der Installationsquelle (einschließlich sowohl (beziehungsweise entweder oder) einer Versorgung für heißes als auch für kaltes Wasser, vorzugsweise kombiniert mit einem thermostatischen Mischventil oder einer temperaturgesteuerten Wasserversorgung, einer Ableitung, etc.) und einer optional vorhandenen Stromquelle versehen sein, wie zum Beispiel eine elektrische Steckdose (die vorzugsweise 110 Volt GFCI) liefert.
Die Handwaschstationen beinhalten allgemein jeweils ein Aufnahmebecken 1240 (z. B. eine Wanne, ein Becken, ein Bassin, etc.) und einen Sprühkopf 1250 (z. B. eine Wasserhahn-Baugruppe). Das Aufnahmebecken 1240 kann eine separate Komponente sein, die mit der Arbeitsplatte 1210 gekoppelt oder integriert geformt (z. B. gegossen, geformt, etc.) ist. Eine vordere Schürze 1260 erstreckt sich von der Arbeitsplatte nach unten und ist konfiguriert, um eine vordere Fläche zur Verfügung zu stellen, um verschiedene Komponenten des Waschbeckensystems zu verdecken, und kann eine Vielfalt von Konturen oder Formen haben. Ein Spritzschutz erstreckt sich von der Arbeitsplatte nach oben und ist ausgestaltet, um die Wand benachbart zur Arbeitsplatte 1210 zu schützen (z. B. gegen Wasser, das von den unteren oder oberen Stationen spritzt, oder gegen andere körperliche Beschädigung).
Das Deck 210 kann aus irgendeinem von einer Vielfalt von Materialien hergestellt sein, einschließlich massive Oberflächenmaterialien, Edelstahl, Laminate, Glasfaser und ähnliches. Wenn ein metallisches oder konduktives Material verwendet wird, dann muss das Deck gegenüber dem Sensor bzw. den Sensoren isoliert sein. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Deck aus einem verfestigten massiven Oberflächenmaterial hergestellt, das ANSI 2124.3 und 2124.6 erfüllt. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist das Oberflächenmaterial von dem Typ, der unter der Markenbezeichnung TERREON^® von Bradley Corporation in Menomonee Falls, Wisconsin, kommerziell erhältlich ist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel, das in 13 gezeigt ist, sind ein Sensor 1340 und eine Schaltung 1310 integriert auf einer gemeinsamen integrierten Schaltkreisplatine 1300 vorgesehen. Der Schaltkreis 1300 kann die (die) Messsteuerungs- und Erfassungsschaltung(en) 150, den (die) Energieverwaltungs- und Ventilaktivierungsschaltung(en) 130 und den Prozessor 160 beinhalten. Der (die) Sensor(en) 1340 und/oder die integrierte Schaltkreisplatine 1300 befinden sich vorzugsweise an oder unter dem Aufnahmebecken/Wanne des Waschbeckens (statt z. B. in dem Wasserhahn, Sprühkopf, etc.). Alternativ befinden sich der Sensor bzw. die Sensoren 1340 und/oder die integrierte Schaltkreisplatine 1300 an einer Vielfalt von Positionen unter der Ablaufleitung. Der (die) Sensor(en) 1340 und/oder die integrierte Schaltkreisplatine 1300 sind vorzugsweise an einer unteren Fläche des Waschbecken-Decks 1210 oder der Wanne 1240 vorgesehen (z. B. montiert an Abstandselementen oder Vorsprüngen mit Hilfe von Befestigungsmitteln oder Clips). Alternativ ist die Wanne 1240 oder das Waschbecken-Deck 1210 um den (die) Sensor(en) 1340 und/oder um die integrierte Schaltkreisplatine 1300 herum geformt oder gegossen (d. h. eingekapselt). Alternativ können die Plattenbauteile Drähte oder Streifen aus einem konduktiven Material sein (z. B. Kupfer), das in die Wanne oder in das Waschbecken-Deck eingeformt ist, statt auf der Schaltkreisplatine.
14 zeigt einen beispielhaften Prozess 1500 zum kapazitiven Messen bei dem Waschbeckensystem/Armatur. Nach der Aktivierung bei Schritt 1502 sucht das System nach gespeicherten Kalibrierungskonstanten (z. B. Magnetfeldwerte, Sensorkonfigurationsinformationen, etc.). Die Kalibrierungsschritte umfassen vorzugsweise eine Kalibrierung, wenn das Waschbecken trocken ist (z. B. es befindet sich kein Wasser in den Becken/Wannen) und wenn es feucht ist (z. B. in dem Beckengebiet befindet sich Wasser und/oder fließt durch dieses hindurch). Wenn keine Kalibrierungskonstanten vorhanden sind, dann kalibriert sich das System und speichert die Werte in Schritt 1504, gefolgt von einer Verzögerungsperiode bei Schritt 1506. Wenn Kalibrierungskonstanten vorhanden sind, dann ist das System kalibriert und zur Verzögerungsperiode 1506 weitergehen. Der Verzögerungsschritt bzw. die Verzögerungsperiode ist konfiguriert, um den Energieverbrauch zu minimieren und ermöglicht es dem Waschbeckensystem, auf Basis von Eingaben/Ausgaben betrieben zu werden und/oder auf diese zu reagieren. Nachdem das System kalibriert ist, arbeitet der Prozess 1500 allgemein in einer nicht-aktivierten Schleife (linke Seite unter den Kalibrierungsschritten, die Armatur wartet darauf, verwendet zu werden) oder in einer aktivierten Schleife (rechte Seite, die Armatur wurde für einen Handwaschvorgang aktiviert).
In Schritt 1508 liest das System in der nicht-aktivierten Schleife eine oder mehrere Sensorelektroden und/oder Platten. In Schritt 1510 bereitet das System eine Differenz der Sensorwerte, die in Schritt 1508 erhalten wurden, über eine vorbestimmte Zeitperiode (z. B. 1 Sekunde, 0,5 Sekunden, 100 Millisekunden, etc.). Wenn beispielsweise ein Benutzer seine oder ihre Hände nahe dem Sensor platziert hat, kann das System andere Sensorwerte messen als wenn keine Hände vorhanden wären. Gemäß einem Ausführungsbeispiel zählt das System die Anzahl von Zyklen, die ein oder mehrere Oszillatoren über eine vorbestimmte Zeitperiode oszillieren, und vergleicht die gezählten Zyklen mit einem Wert (z. B. der vorhergehende Zykluszählwert), um zu bestimmen, ob sich die Umgebung in dem Handwaschgebiet verändert hat (z. B. in der Wanne/Becken und dessen Umgebungsgebiet, etc.). Beispielsweise kann das System einen Oszillator verwenden, der mit 40 kHz oszilliert, um anderes elektrisches/elektronisches "Rauschen" in dem Raum zu vermeiden (z. B. erzeugt durch fluoreszierende Beleuchtung). Eine Hand, die sich den Platten nähert, bewirkt, dass die Oszillationsfrequenz des Oszillators abnimmt (z. B. von 40 kHz auf 37 kHz), da die Oszillationsfrequenz durch den Widerstand und die Kapazität bestimmt wird, die wiederum durch die Hand beeinflusst wird, die sich in der Nähe der Platten bewegt. Das System kann einen Oszillator pro Messplatte aufweisen. Um eine Aktivierung aufgrund des Vorhandenseins von Wasser in dem Becken zu unterbinden oder zu verhindern, verwendet das System zwei oder mehr Messplatten (z. B. 2, 3, 4, etc.).
Obwohl Wasser den Wert der gemessenen Kapazität beeinflusst, ist der Effekt auf die zwei oder mehr Oszillatoren etwa der Gleiche, als wenn Wasser auf den Boden des Beckens spritzt, wohingegen eine Hand, die in das Handwaschgebiet eintritt, einen anderen Effekt auf die gemessenen kapazitiven Werte hat (d. h. die Frequenz der Oszillatoren verändert sich unterschiedlich). Die Funktionalität der Oszillatoren kann durch einen Komparator bzw. Komparatoren, die in der CPU integriert sind, oder durch Operationsverstärker bewirkt werden (d. h. die Oszillationsfrequenz verändert sich durch die Umgebung). Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist Oszillator als ein RC-Oszillator realisiert (d. h. eine eingestellte Schaltung, die unter Verwendung von Widerständen und Kondensatoren aufgebaut ist). Alternativ kann die kapazitive Messfunktion durch den kommerziell verfügbaren CAV434 bewirkt werden, wie vorstehend erläutert (der einen Referenz-Oszillator bei einer einzelnen Frequenz hat und die empfangenen Signale integriert).
In Schritt 1512, wenn kein Aktivierungsereignis stattgefunden hat, kehrt das System zur Verzögerungsperiode 1506 zurück, um beispielsweise die Sensoren erneut zu lesen. Wenn ein Aktivierungsereignis stattgefunden hat, dann geht das System weiter zu Schritt 1514 oder prüft, ob der Wasserpegel in dem System unter einem Grenzwert liegt oder zu hoch ist. Die Wasserpegelhöhen-Abfrage bestimmt beispielsweise ob ein Ablauf verstopft ist. Wenn der Wasserpegel zu hoch ist, geht das System zur Verzögerungsperiode 1506 zurück und kann konfiguriert werden, um einen Alarm einzuleiten. Wenn der Wasserpegel unter dem Grenzwert liegt, geht das System zu Schritt 1516 in der aktivierten Schleife.
In Schritt 1516 wird die Armatur (z. B. der Wasserhahn, der Sprühkopf, etc.) aktiviert. In Schritt 1518 wird eine Laufzeit eingestellt, für die die Armatur aktiv sein soll. In Schritt 1520 ist eine Verzögerungsperiode konfiguriert, um den Energieverbrauch zu minimieren und um zu ermöglichen, dass das Waschbeckensystem auf Basis von Eingänge/Ausgänge betrieben wird und/oder reagiert. In Schritt 1522 liest das System ein oder mehrere Sensorelektroden und/oder -platten. In Schritt 1524 berechnet das System eine Differenz der Sensorwerte, die in Schritt 1522 erhalten werden, über eine vorbestimmte Zeitperiode (die z. B. von 2 Sekunden bis 50 Millisekunden reicht, wie zum Beispiel 2 Sekunden, 1 Sekunde, 0,5 Sekunden, 100 Millisekunden, 50 Millisekunden, etc.). Wenn beispielsweise die Hände eines Benutzers in einem Gebiet nahe dem Sensor verbleiben, kann das System nur eine geringe Differenz oder keine Differenz der Sensorwerte messen, als wenn das System inaktiv wäre. Wenn in Schritt 1526 ein Reaktivierungs-Aktivierungsereignis stattgefunden hat (z. B. die Hand eines Benutzers verbleibt nahe dem Sensor), kehrt das System zu Schritt 1518 zurück, um die Laufzeit zurückzusetzen. Wenn kein Aktivierungsereignis stattgefunden hat, dann geht das System weiter zu Schritt 1528, um die Laufzeit um einen vorbestimmten Wert zu vermindern. Wenn in Schritt 1530 die Zeitperiode nicht abgelaufen ist, dann kehrt das System zur Verzögerungsperiode 1520 zurück, um weiter zu messen und um zu vermindern, bis die Laufzeit abgelaufen ist. Wenn die Laufzeit abgelaufen ist, dann deaktiviert das System die Armatur in Schritt 1532 und kehrt zur Verzögerungsperiode 1506 zurück, um eine weitere Aktivierung des Systems zu überprüfen. Gemäß weiterer alternativer Ausgestaltungen kann der Prozess eine Vielfalt von weiteren Schritten und Abfolgen beinhalten.
Es ist ferner anzumerken, dass die Konstruktion und die Anordnung der Elemente des kapazitiven Systems, die in den bevorzugten Ausgestaltungen und in den weiteren Ausführungsbeispielen gezeigt sind, lediglich darstellender Natur sind. Obwohl nur wenige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung in dieser Offenbarung im Detail beschrieben wurden, erkennt der Fachmann, der diese Beschreibung studiert, auf sehr einfache Weise, dass viele weitere Modifikationen möglich sind (z. B. Änderungen hinsichtlich Größen, Dimensionen, Strukturen, Formen und Proportionen der verschiedenen Elemente, Werte von Parametern, Montageanordnungen, Materialien, Farben, Ausrichtungen, etc.), ohne wesentlich von den neuen Lehren und Vorteilen des Gegenstands abzuweichen, der in den Ausführungen erläutert ist. Beispielsweise kann zum Zweck dieser Offenbarung der Begriff "gekoppelt" auch bedeuten, dass zwei Bauteile direkt oder indirekt miteinander verbunden sind. Ein solches Verbinden kann stationärer oder beweglicher Natur sein. Eine solche Verbindung kann mit den beiden Bauteilen oder mit den beiden Bauteilen und irgendwelchen zusätzlichen Zwischenbauteilen erreicht werden, die als ein einzelner einheitlicher Körper integriert geformt sind, und zwar miteinander oder mit den beiden Bauteilen oder mit den beiden Bauteilen und irgendeinem Zwischenbauteil, die aneinander angebracht sind. Eine solche Verbindung kann permanenter Natur sein oder kann alternativ entfernbarer oder lösbarer Natur sein. Eine solche Verbindung kann sich auch auf eine mechanische, fluide oder elektrische Beziehung zwischen den beiden Komponenten beziehen. Folglich sollen alle diese Modifikationen in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung fallen, wie sie in den offenbarten Ausführungsbeispielen definiert ist. Die Reihenfolge oder die Sequenz von irgendwelchen Prozess- oder Verfahrensschritten kann entsprechend alternativer Ausführungen variiert oder neu geordnet werden. In den Ausführungsbeispielen ist eine "means-plus-function"-Formulierung dazu gedacht, die hier beschriebenen Strukturen abzudecken, und zwar als Durchführung der erläuterten Funktion, und nicht nur strukturelle Äquivalente, sondern auf äquivalente Strukturen. Andere Ersetzungen, Modifikationen, Veränderungen und/oder Weglassungen können hinsichtlich der Konstruktion, der Betriebsbedingungen und der Anordnung von bevorzugten oder weiteren beispielhaften Ausgestaltungen durchgeführt werden, ohne vom Sinngehalt der vorliegenden Erfindung abzuweichen, die in den beschriebenen Ausführungsbeispielen erläutert ist.
ZUSAMMENFASSUNG
Kapazitives Messsystem (100, 1230) und Verfahren für ein Handwasch-Waschbeckensystem. Das Waschbeckensystem beinhaltet ein Aufnahmebecken, durch das ein Handwaschgebiet definiert ist, eine Armatur, die ausgestaltet ist, um Wasser in das Aufnahmebecken zu liefern, und ein kapazitives Messsystem, das ausgestaltet ist, um das Vorhandensein eines Benutzers zu erfassen und um die Armatur zu aktivieren. Das kapazitive Messsystem (100, 1230) weist eine erste Messelektrode (300, 1342), die mit dem Aufnahmebecken gekoppelt und ausgestaltet ist, um einen ersten kapazitiven Wert zu messen, eine zweite Messelektrode (305, 1344), die mit dem Aufnahmebecken, beabstandet von der ersten Messelektrode, gekoppelt und ausgestaltet ist, um einen zweiten kapazitiven Wert zu messen, und eine Schaltung (150) auf, die ausgestaltet ist, um den Betrieb der Armatur in Reaktion auf eine Veränderung des ersten kapazitiven Wertes relativ zu dem zweiten kapazitiven Wert zu steuern.

Claims

Handwasch-Waschbeckensystem mit: einem Aufnahmebecken, durch das ein Handwaschgebiet definiert ist; einer Armatur, die ausgestaltet ist, um Wasser in das Handwaschgebiet zu liefern; einem ersten Messelektrode, die mit dem Aufnahmebecken gekoppelt und ausgestaltet ist, um einen ersten kapazitiven Wert zu messen; einer zweiten Messelektrode, die mit dem Aufnahmebecken beabstandet von der ersten Messelektrode angeordnet und ausgestaltet ist, um einen zweiten kapazitiven Wert zu messen; und einer Schaltung, die ausgestaltet ist, um den Betrieb der Armatur in Reaktion auf eine Veränderung des ersten kapazitiven Wertes relativ zu dem zweiten kapazitiven Wert zu steuern.
Handwasch-Waschbeckensystem nach Anspruch 1, bei dem die Schaltung eine Messsteuerungs- und Erfassungsschaltung beinhaltet, die ausgestaltet ist, um den Mess- und Erfassungsbetrieb zu steuern und um ein Ausgangssignal zu liefern, durch das die Armatur aktiviert wird.
Handwasch-Waschbeckensystem nach Anspruch 2, außerdem mit einer Energieverwaltungs- und Ventilaktivierungsschaltung, die ausgestaltet ist, um die Energiezufuhr zu verwalten und um ein Ventil zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position zu aktivieren.
Handwasch-Waschbeckensystem nach Anspruch 3, außerdem mit photovoltaischen Zellen, die ausgestaltet sind, um mindestens einen Teil der Energie zu liefern, die verwendet wird, um die Schaltungen und Ventile zu betreiben.
Handwasch-Waschbeckensystem nach Anspruch 1, bei dem die erste Sensorelektrode unter dem Waschgebiet angeordnet ist.
Handwasch-Waschbeckensystem nach Anspruch 5, bei dem die zweite Sensorelektrode unter dem Waschgebiet angeordnet ist.
Handwasch-Waschbeckensystem nach Anspruch 1, bei dem die erste Sensorelektrode U-förmig ist.
Handwasch-Waschbeckensystem nach Anspruch 1, bei dem die erste Sensorelektrode L-förmig ist und die zweite Sensorelektrode zumindest teilweise in der L-Form angeordnet ist.
Handwasch-Waschbeckensystem nach Anspruch 7, bei dem die zweite Sensorelektrode zumindest teilweise in der U-Form angeordnet ist.
Handwasch-Waschbeckensystem nach Anspruch 1, bei dem die erste Sensorelektrode über dem Waschgebiet angeordnet ist und die zweite Elektrode unter dem Waschgebiet angeordnet ist.
Handwasch-Waschbeckensystem nach Anspruch 1, bei dem die erste Sensorelektrode und die zweite Sensorelektrode beide über dem Waschgebiet angeordnet sind.
Handwasch-Waschbeckensystem nach Anspruch 1, bei dem zumindest eine von der ersten Sensorelektrode und der zweiten Sensorelektrode integriert mit mindestens einem von der Armatur, einem Ablauf oder Kombinationen daraus integriert ist.
Handwasch-Waschbeckensystem nach Anspruch 1, bei dem die erste Sensorelektrode und die zweite Sensorelektrode zumindest teilweise in dem Aufnahmebecken eingekapselt sind.
Handwasch-Waschbeckensystem nach Anspruch 1, bei dem die Armatur ein Sprühkopf ist.
Handwasch-Waschbeckensystem nach Anspruch 1, bei dem die Armatur eine Wasserhahn-Baugruppe ist.
Handwasch-Waschbeckensystem mit: einem Deck, das ein oder mehrere Aufnahmebecken, wodurch eine oder mehrere Handwaschstationen zur Verfügung gestellt werden, und eine Ablaufleitung (sink line) beinhaltet, die die Oberseite von dem einen oder den mehreren Aufnahmebecken definiert; mindestens einer Armatur, die zumindest teilweise über der Ablaufleitung angeordnet und ausgestaltet ist, um Wasser zu einem oder mehreren der Handwaschgebiete zu liefern; einer ersten Messelektrode, die mit dem Deck integriert und unter der Ablaufleitung angeordnet ist, wobei die erste Elektrode ausgestaltet ist, um einen ersten kapazitiven Wert in dem einem oder den mehreren Handwaschgebieten zu messen; einer zweiten Messelektrode, die mit dem Deck integriert und benachbart zu der ersten Elektrode und unter der Ablaufleitung angeordnet ist, wobei die zweite Elektrode ausgestaltet ist, um einen zweiten kapazitiven Wert in dem einen oder den mehreren Handwaschgebieten zu messen; einem Ventil, das zwischen einer offenen Position, in der Wasser durch die Armatur strömen kann, und einer geschlossenen Position bewegbar ist, in der Wasser daran gehindert ist, durch die Armatur zu strömen; einer Schaltung, die mit der ersten Elektrode, der zweiten Elektrode und dem Ventil gekoppelt und ausgestaltet ist, um das Ventil zwischen der offenen Position und der geschlossenen Position in Reaktion auf eine Veränderung des ersten kapazitiven Wertes relativ zu dem zweiten kapazitiven Wert zu bewegen.
Handwasch-Waschbeckensystem nach Anspruch 16, bei dem das Aufnahmebecken aus einem nicht-konduktiven Material hergestellt ist.
Handwasch-Waschbeckensystem nach Anspruch 17, bei dem die erste Messelektrode zumindest teilweise die zweite Messelektrode umgibt.
Handwasch-Waschbeckensystem nach Anspruch 18, bei dem die erste Messelektrode und die zweite Messelektrode als Teil einer Schaltkreisplatine, die die Schaltung beinhaltet, integriert gebildet sind.
Handwasch-Waschbeckensystem nach Anspruch 19, bei dem die erste Messelektrode ein erstes konduktives Gebiet auf der Schaltkreisplatine ist und die zweite Messelektrode ein zweites konduktives Gebiet auf der Schaltkreisplatine ist, das von dem konduktiven Gebiet der ersten Messelektrode beabstandet ist.
In einer Handwasch-Waschbeckenstation mit einem Deck, einer ersten Messelektrode und einer zweiten Messelektrode, wobei das Deck ein oder mehrere Handwasch-Aufnahmebecken und eine Ablaufleitung beinhaltet, durch die die Oberseite von dem einen oder den mehreren Aufnahmebecken definiert ist, wobei die erste Messelektrode integriert mit dem Deck und unter der Ablaufleitung angeordnet und ausgestaltet ist, um einen ersten kapazitiven Wert in dem einen oder den mehreren Handwaschgebieten zu messen, die zweite Messelektrode integriert mit dem Deck und benachbart zu der ersten Messelektrode und unter der Ablaufleitung angeordnet und ausgestaltet ist, um einen zweiten kapazitiven Wert in dem einen oder den mehreren Handwaschgebieten zu messen, und wobei ein Verfahren zum Betreiben der Handwasch-Waschbeckenstation umfasst: Betreiben in einer nicht-aktivierten Schleife, in der die Armatur darauf wartet, verwendet zu werden; Erfassen eines ersten kapazitiven Wertes mit der ersten Messelektrode und eines zweiten kapazitiven Wertes mit der zweiten Messelektrode; Berechnen einer Differenz zwischen dem ersten kapazitiven Wert und dem zweiten kapazitiven Wert über einer vorbestimmten Zeitperiode; Zurückkehren zu der nicht-aktivierten Schleife, wenn kein Aktivierungsereignis stattgefunden hat; Betreiben in einer aktivierten Schleife und Aktivieren einer Armatur für einen Handwaschvorgang, wenn ein Aktivierungsereignis stattgefunden hat; Erfassen eines dritten kapazitiven Wertes mit der ersten Messelektrode und eines vierten kapazitiven Wertes mit der zweiten Messelektrode; Berechnen einer Differenz zwischen dem dritten kapazitiven Wert und dem vierten kapazitiven Wert über einer vorbestimmten Zeitperiode; Zurücksetzen der Laufzeit, wenn ein Reaktivierungs-Aktivierungsereignis in dem System stattgefunden; Vermindern der Laufzeit, wenn das Reaktivierungsereignis nicht stattgefunden hat; Deaktivieren der Armatur nach Ablauf der Laufzeit und Zurückkehren zu der Verzögerungsperiode, um eine weitere Aktivierung des Systems zu überprüfen.
Verfahren nach Anspruch 21, außerdem mit dem Schritt: Prüfen, um zu bestimmen, ob der Wasserpegel in einem der Aufnahmebecken unter einem Grenzwert liegt, wobei dann, wenn der Wasserpegel zu hoch ist, das System in die Verzögerungsperiode zurückkehrt, und wobei dann, wenn der Wasserpegel unter dem Grenzwert liegt, das System in die aktivierte Schleife geht.
Verfahren nach Anspruch 22, außerdem mit dem Schritt: Prüfen, ob gespeicherte Kalibrierungskonstanten vorhanden sind, wobei dann, wenn keine Kalibrierungskonstanten existieren, das System kalibriert wird und die Werte gespeichert werden, wonach eine Verzögerungsperiode folgt, und wobei dann, wenn irgendwelche Kalibrierungskonstanten existieren, das System zur Verzögerungsperiode weitergeht, die dazu gedacht ist, um den Energieverbrauch zu minimieren und um es dem Waschbeckensystem zu ermöglichen, auf Basis von Eingaben oder Ausgaben betrieben zu werden und/oder zu reagieren.