DE3210985C2 - - Google Patents
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- DE3210985C2 DE3210985C2 DE3210985A DE3210985A DE3210985C2 DE 3210985 C2 DE3210985 C2 DE 3210985C2 DE 3210985 A DE3210985 A DE 3210985A DE 3210985 A DE3210985 A DE 3210985A DE 3210985 C2 DE3210985 C2 DE 3210985C2
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E03—WATER SUPPLY; SEWERAGE
- E03D—WATER-CLOSETS OR URINALS WITH FLUSHING DEVICES; FLUSHING VALVES THEREFOR
- E03D5/00—Special constructions of flushing devices, e.g. closed flushing system
- E03D5/10—Special constructions of flushing devices, e.g. closed flushing system operated electrically, e.g. by a photo-cell; also combined with devices for opening or closing shutters in the bowl outlet and/or with devices for raising/or lowering seat and cover and/or for swiveling the bowl
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
- G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
- G01S13/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
- G01S13/62—Sense-of-movement determination
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Description
Die Erfindung betrifft eine berührungslose elektronische
Steuerung für eine sanitäre Armatur, insbesondere ein Uri
nal, mit einem nach dem Doppler-Prinzip arbeitenden Mikro
wellenmodul, das eine Sendediode und eine Mischdiode ent
hält, und mit einer Empfangsschaltung, welche auf das Aus
gangssignal der Mischdiode anspricht und ein die Spülung
der Armatur auslösendes Signal erzeugt.
In jüngerer Zeit hat die berührungslose Steuerung sanitärer
Armaturen durch Radar- oder Mikrowellenstrahlen zunehmende
Bedeutung gewonnen. Ursache hierfür ist die Tatsache, daß
die Radar- oder Mikrowellenstrahlung (nachfolgend wird nur
noch von Mikrowellenstrahlung gesprochen) Kacheln und Kera
mikteile durchdringen kann. Sender und Empfänger können da
her dem Benutzer unsichtbar angebracht werden, was aus opti
schen und hygienischen Gründen aber auch zum Schutz gegen
Vandalentum wünschenswert ist.
Bekannte derartige Steuerungen weisen ein Mikrowellenmodul
auf, in dem eine Sendediode und eine Mischdiode integriert
sind. Die von der Sendediode ausgestrahlte Mikrowellenstrah
lung wird vom Benutzer reflektiert und gelangt auf die Misch
diode. Bewegt sich der Benutzer, so erzeugt die Mischdiode
aufgrund des Doppler-Effektes ein Ausgangssignal, welches
dann zur Auslösung der Wasserspülung logisch verarbeitet
wird. Steuerungen nach dem Stande der Technik arbeiten
nach einer reinen Bewegungsdetektion: solange die Misch
diode überhaupt Signale abgab, also Bewegungen einer Per
son vor dem Mikrowellenmodul stattfanden, blieb die Wasser
spülung unausgelöst. Wenn dann das Signal der Mischdiode
längere Zeit ausblieb, wurde dies von der Elektronik so
aufgefaßt, daß der Benutzer von dem Urinal weggetreten sei;
nach einer bestimmten zeitlichen Verzögerung wurde die
Wasserspülung ausgelöst.
Nun konnte es bei diesen bekannten Steuerungen vorkommen,
daß der Benutzer längere Zeit vor dem Urinal stand, ohne
sich zu bewegen. Die Elektronik zog dann hieraus den irri
gen Schluß, daß der Benutzer schon weggetreten sei, und
löste fälschlich eine Wasserspülung aus.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine berührungs
lose elektronische Steuerung der eingangs genannten Art der
art auszubilden, daß Fehlauslösungen, sei dies durch äußere
Störeinflüsse, sei dies durch falsche Interpretation der
eingehenden Information, zuverlässig vermieden werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgende Merkmale
gelöst:
- a) das Mikrowellenmodul ist ein Doppel-Modul mit zwei Misch dioden, die in einem bestimmten geometrishen Abstand voneinander angeordnet sind, wobei die Phasenbeziehung der Ausgangssignale S 1, S 2 der beiden Mischdioden bei An näherung und Entfernung des Benutzers vom Mikrowellen modul unterschiedlich ist;
- b) ein Phasendiskriminator ist vorgesehen, dem die Aus gangssignale S 1, S 2 der Mischdioden zugeführt werden und der ein Ausgangssignal E abgibt, wenn die Phasen beziehung zwischen den Signalen S 1, S 2 ein Entfernen des Benutzers vom Mikrowellenmodul anzeigt;
- c) eine Auswertschaltung ist vorgesehen, welche das die Spülung auslösende Signal E dann erzeugt, wenn ein be stimmtes, minimales zeitliches Integral des Signales E vorliegt.
Durch die erfindungsgemäße Verwendung eines Doppelmoduls
mit zwei Mischdioden steht erheblich mehr Information zur
Verarbeitung zur Verfügung als bei bekannten Steuerungen.
Während diese die Annäherung bzw. die Entfernung des Be
nutzers nicht unterscheiden konnten, wird dies mit der vor
liegenden Erfindung möglich. Die logische Bedingung, die
zum Auslösen der Wasserspülung gegeben sein muß, ist nun
nicht mehr das Ausbleiben eines Signales von den Mischdio
den, sondern das Vorliegen eines Signales E mit einem be
stimmten minimalen zeitlichen Integral. Die Elektronik er
kennt also das Wegtreten des Benutzers vom Urinal bzw. vom
Mikrowellenmodul daran, daß in diesem Falle ein besonders
lange andauerndes Signal E auftritt. Die Wasserspülung wird
dann in an und für sich bekannter Weise, ggfs. in bestimm
ter zeitlicher Verzögerung, ausgelöst.
Mikrowellen-Doppelmoduln sind an und für sich in der Weise
bekannt, daß innerhalb einer Einheit zwei den erforderli
chen Abstand aufweisende Mischdioden und eine Sendediode
vorgesehen sind. Vorzugsweise wird jedoch das Doppelmodul
so ausgestaltet, daß die Sendediode innerhalb des Mikrowel
lenmoduls die Funktion einer Mischdiode mit übernimmt, wozu
ihr ein niederohmiger Widerstand vorgeschaltet ist. Auf
diese Weise vereinfacht sich der mechanische Aufbau (Hohl
leiter) und der elektrische Schaltungsaufwand erheblich.
In einem einfachen Falle umfaßt die Auswertschaltung:
- a) einen ersten Integrator, dem das Signal E zugeführt wird;
- b) einen ersten Komparator, dem das Ausgangssignal des ersten Integrators und eine Referenzspannung zugeführt wird und der ein Ausgangssignal erzeugt, wenn das Aus gangssignal des Integrators die Referenzspannung über steigt;
- c) einen Rückstellkreis, der den Integrator nach Erzeugung eines Signales T auf die Ausgangsspannung 0 zurückstellt.
Der Integrator dient dabei zur Erfassung des minimalen, die
Auslösung der Wasserspülung bewirkenden zeitlichen Integrals
des Signales E, dessen Größe durch die ggfs. einstellbare
Referenzspannung vorgegeben wird. Es ist dabei nicht erfor
derlich, daß sich das Zeitintegral durch ein ununterbroche
nes Signal E aufbaut. Auch ein wiederholtes, kürzeres An
legen des Signales E kann zur Auslösung der Wasserspülung
führen. Dies entspricht durchaus der praktischen Situation,
da sich der Benutzer ja nicht unbedingt in einer zusammen
hängenden Bewegung, sondern möglicherweise "ruckartig" aus
dem Empfangsbereich des Mikrowellenmoduls entfernt.
Je nach der Art der das Signal T weiter verarbeitenden Schal
tung kann das Ausgangssignal des Komparators direkt verwen
det werden. Vorzugsweise ist jedoch der Ausgang des Kompara
tors mit dem Eingang eines Impulsformers verbunden, der das
Signal T erzeugt. Dieses Signal T kann dann in an und für
sich bekannter Weise als Triggersignal verwendet werden; in
besonders einfachen Fällen kann auch hierdurch direkt der
Verstärker angesteuert werden, der die Magnetspule des Was
serventils bestromt.
Der Rückstellkreis kann eine direkte Verbindung zwischen dem
Ausgang des Impulsformers und dem Rückstell-Eingang des In
tegrators umfassen. Dies bedeutet, daß bei jeder Auslösung
der Wasserspülung, also bei jedem Auftreten eines Signales T,
der Integrator wieder auf die Ausgangsspannung 0 zurückge
stellt wird und dann für einen neuen Spülzyklus bereitsteht.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung erzeugt der Pha
sendiskriminator ein Ausgangssignal A, wenn die Phasenbe
ziehung zwischen den Signalen S 1, S 2 eine Annäherung des Be
nutzers anzeigt. Auf diese Weise wird eine noch genauere
Information über die Bewegung des Benutzers verfügbar, die
in vielfältiger Weise verarbeitet werden kann.
Beispielsweise kann der Rückstellkreis eine direkte Verbin
dung zwischen dem das Signal A abgebenden Ausgang des Pha
sendiskriminators und dem Rückstell-Eingang des Integrators
umfassen. Der Integrator wird so nicht bereits beim Auftre
ten eines Signales T, also bei der Auslösung der Wasserspü
lung zurückgestellt, sondern erst dann, wenn ein neues An
näherungssignal A gemeldet wird. In der Zeit zwischen der
letzten Spülung und dem nächsten Annäherungssignal A ist die
Elektronik nicht "scharf", also nicht auslösebereit. Hier
durch wird der Einfluß von Störsignalen in den Ruhephasen
des Urinals ausgeschaltet.
Eine Alternative bei der Verarbeitung des Signales A besteht
darin, daß der Rückstellkreis ein ODER-Tor umfaßt, dessen
Ausgang mit dem Rückstell-Eingang des Integrators verbunden
ist, dessen einem Eingang das Signal A und dessen anderem
Eingang das Signal T zugeführt wird. Bei dieser Schaltungs
variante wird der Integrator also immer dann zurückgestellt,
wenn entweder ein Signal T vorliegt, die Wasserspülung also
ausgelöst wird, oder ein Annäherungssignal A erfaßt wird.
Der Sinn dieser Maßnahme ist folgender: ohne die Rückstellung
des Integrators bei jedem Signal A könnte sich das zum Aus
lösen erforderliche minimale zeitliche Integral des Signals
E auch dann ansammeln, wenn sich der Benutzer vor dem Mikro
wellenmodul längere Zeit hin- und herbewegt, ohne daß er
tatsächlich vollständig wegtreten würde. Dies wird dann aus
geschlossen, wenn die bei Hin- und Herbewegungen immer wie
der auftretenden Signale A den Integrator jeweils auf 0
zurückstellen, so daß die Bildung des zeitlichen Integrales
des Signales E neu beginnt.
Die oben bereits beschriebene "Schärfung" der Elektronik
durch die Rückstellung des Integrators mittels des Signals
A hat noch den Nachteil, daß möglicherweise bereits sehr
kleine Signale A, welche durch zufällig vorbeigehende Per
sonen erzeugt werden, unerwünscht die "Schärfung" bewirken.
Dies wird dann vermieden, wenn der Rückstellkreis umfaßt:
- a) einen zweiten Integrator, dessen Eingang das Signal A zugeführt wird;
- b) einen zweiten Komparator, dessen einem Eingang das Aus gangssignal des zweiten Integrators und dessen anderem Ausgang eine zweite Vergleichsspannung zugeführt wird;
- c) einen zweiten Impulsformer, dessen Ausgangssignal dem Rückstell-Eingang des ersten Integrators zugeführt wird;
- d) ein Rückstellkreis, der den zweiten Integrator nach Er zeugung eines Signales T auf die Ausgangsspannung 0 zu rückstellt.
Hier wird also für die Verarbeitung des Signales A eine
ganz ähnliche Logik verwendet wie bei der Verarbeitung des
Signales E: erst, wenn ein bestimmtes zeitliches Integral
des Signales A vorliegt, welches für ein tatsächliches Her
antreten eines Benutzers an das Urinal steht, wird das
Signal erzeugt, welches den ersten Integrator auf die Aus
gangsspannung 0 zurückstellt, und so die Elektronik
"schärft".
Eine andere, nicht auf der Rückstellung des das Signal E
verarbeitenden Integrators beruhende Schärfung kann so ge
staltet werden, daß die Auswertschaltung zusätzlich umfaßt:
- a) ein erstes Flip-Flop, dessen Ausgang mit einem ersten Eingang eines UND-Tores und dessen Eingang mit dem Aus gang des ersten Komparators verbunden ist;
- b) einen zweiten Integrator, dessen Eingang mit dem das Si gnal A abgebenden Ausgang des Phasendiskriminators verbun den ist;
- c) einen zweiten Komparator, dessen einem Eingang das Aus gangssignal des zweiten Integrators und dessen zweitem Eingang eine zweite Vergleichsspannung zugeführt wird;
- d) ein zweites Flip-Flop, dessen Eingang mit dem Ausgang des zweiten Komparators und dessen Ausgang mit einem zweiten Eingang des UND-Tores verbunden ist;
- e) einen dem UND-Tor nachgeschaltetem Impulsformer, dessen
Ausgangssignal das Signal T ist,
wobei die beiden Integratoren und die beiden Flip-Flops durch das Signal T zurückgestellt werden.
Die Logik dabei ist folgende: die Schärfung der Elektronik
erfolgt dadurch, daß ein Eingang des UND-Tores dann auf
eine logische Eins gestellt wird, wenn ein Annäherungssignal
bestimmten minimalen zeitlichen Integrales vorliegt, also
ein Benutzer tatsächlich an das Urinal herangetreten ist.
Die Wasserspülung wird jedoch erst dann ausgelöst, wenn
auch der zweite Eingang des UND-Tores mit einer logischen
Eins belegt ist. Dies geschieht dann, wenn sich das minima
le zeitliche Integral des Signales E angesammelt hat, wel
ches charakteristisch für das tatsächliche Wegtreten des
Benutzers ist.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung besitzt der erste
Integrator einen Plus- und einen Minus-Eingang, wobei die
dem Plus-Eingang zugeführten Signale als positive Signale
und die dem Minus-Eingang zugeführten Signale als negative
Signale verarbeitet werden;
daß dem Plus-Eingang des ersten Integrators das Signal E und dem Minus-Eingang das Signal A zugeführt werden;
wobei dafür gesorgt ist, daß das Ausgangssignal des ersten Integrators nicht negativ werden kann.
daß dem Plus-Eingang des ersten Integrators das Signal E und dem Minus-Eingang das Signal A zugeführt werden;
wobei dafür gesorgt ist, daß das Ausgangssignal des ersten Integrators nicht negativ werden kann.
Diese Schaltungsvariante beschäftigt sich wieder mit dem
Problem der Hin- und Herbewegung des Benutzers vor dem Uri
nal. Anstatt nun, wie oben beschrieben, bei jedem Annähe
rungssignal A den Integrator wieder vollständig auf 0 zu
rückzustellen, wird hier nur das bisher angefallene zeit
liche Integral des Signales E um das "zwischendurch" ange
fallene zeitliche Integral des Signales A vermindert. Die
Ausgangsspannung des ersten Integrators entspricht so auf
präzisere Weise der tatsächlichen Stellung des Benutzers
innerhalb des Wirkungsbereiches des Mikrowellenmoduls.
Die Ausgangsspannung des ersten Integrators darf nicht nega
tiv werden, weil sonst die erste Annäherung des Benutzers
an das Mikrowellenmodul zu einem entsprechend stark negati
ven Ausgangssignal des ersten Integrators führen würde, das
dann durch das Entfernungssignal E beim Wegtreten des Be
nutzers gerade wieder auf 0 zurückgeführt würde. Die
"Schaltschwelle" des ersten Komparators würde nicht erreicht.
Diese Bedingung kann beispielsweise dadurch erfüllt werden,
daß die Bauart des ersten Integrators negative Ausgangs
spannungen nicht zuläßt.
Alternativ kann dem Minus-Eingang des ersten Integrators
ein elektronischer Schalter vorgeschaltet sein, der vom
Signal T geöffnet und vom Ausgangssignal des Impulsformers
bzw. des zweiten Flip-Flop geschlossen wird. Auf diese Wei
se können die Signale A in der ersten Annäherungsphase, be
vor also die Elektronik "scharf" ist, nicht an den ersten
Integrator gelangen.
Auch der zweite Integrator kann einen Plus- und einen Minus-
Eingang besitzen, wobei die dem Plus-Eingang zugeführten
Signale als positive und die dem Minus-Eingang zugeführten
Signale als negative Signale verarbeitet werden, wobei dem
Plus-Eingang des zweiten Integrators das Signal A und dem
Minus-Eingang das Signal E zugeführt werden. Der Sinn dieser
Maßnahme ist der, daß ein Benutzer, der sich innerhalb des
Wirkungsbereiches des Mikrowellenmoduls nur hin- und herbe
wegt, nicht aber tatsächlich an das Urinal herantritt, die
Elektronik nicht "schärft". Wie bei der oben beschriebenen Verar
beitung des Signales E wird hier jeweils vom bereits aufge
bauten zeitlichen Integral des Signales A das zwischendurch
anfallende zeitliche Integral des Signales E abgezogen.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsfor des Phasendis
kriminators umfaßt:
- a) einen ersten Allpaß-Phasenschieber, dessen Eingang das eine Mischdioden-Ausgangssignal zugeführt wird;
- b) einen zweiten Allpaß-Phasenschieber, dessen Eingang das andere Mischdioden-Ausgangssignal zugeführt wird, wobei die vom zweiten Allpaß-Phasenschieber bewirkte Phasen verschiebung um 90° größer als diejenige des ersten All paß-Phasenschieber ist;
- c) einen ersten Addierer, dessen erster Eingang mit dem Ausgang des ersten Phasenverschiebers und dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang des zweiten Allpaß-Phasenschie bers verbunden ist.
Die Verwendung eines derartigen Phasendiskriminators setzt
voraus, daß die geometrische Anordnung der Mischdioden eine
Phasendifferenz der Ausgangssignale von 90° ergibt.
Ein derartiger Phasendiskriminator arbeitet unabhängig von
der jeweils auftretenden Dopplerfrequenz, die eine Funktion
der Bewegungsgeschwindigkeit des Benutzers ist, und auch un
abhängig von der Amplitude des Signales, die eine Funktion
des Abstandes zwischen Benutzer und Sensor ist. Ohne weite
re Komponenten erzeugt dieser Phasendiskriminator nur ein
Ausgangssignal E in den Zeiten, in denen sich der Benutzer
vom Urinal entfernt.
Zweckmäßigerweise umfaßt der Phasendiskriminator zusätzlich:
- d) einen Komparator, dessen einem Eingang das Ausgangssignal des ersten Addierers und dessen anderem Eingang eine Re ferenzspannung zugeführt wird. Dieser Komparator bestimmt die Ansprechschwelle des Phasendiskriminators und damit der gesamten Steuerungsschaltung.
Wenn sowohl ein Ausgangssignal E des Phasendiskriminators
bei Entfernung des Benutzers als auch ein Ausgangssignal A
bei Annäherung des Benutzers gewünscht wird, umfaßt der
Phasendiskriminator zusätzlich:
- e) einen Inverter, dessen Eingang mit dem Ausgang des ersten Allpaß-Phasenschiebers verbunden ist;
- f) einen zweiten Addierer, dessen erster Eingang mit dem Ausgang des Inverters und dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang des zweiten Allpaß-Phasenschiebers verbunden ist. In diesem Falle wird zweckmäßigerweise ein zweiter Kom parator vorgesehen, dessen einem Eingang das Ausgangs signal des zweiten Addierers und dessen zweitem Eingang eine Referenzspannung zugeführt wird. Dieser zweite Kom parator bestimmt die Schaltschwelle für das Auftreten eines Ausgangssignales A.
Die Messung der Wegstrecke, die der Benutzer auf das Urinal
zu bzw. von diesem Weg zurücklegt, kann auch auf digitalem
Wege erfolgen, wenn der Phasendiskriminator mit der Frequenz
der Mischdioden-Ausgangssignale getaktete Ausgangssignale
abgibt. In diesem Falle sind die in den oben erwähnten,
analog arbeitenden Schaltungen beschriebenen Integratoren
jeweils durch einen entsprechend arbeitenden Zähler zu er
setzen. Die digitale Wegstreckenmessung hat den Vorteil hö
herer Genauigkeit und ist insbesondere unabhängig von der
Amplitude der Mischdioden-Ausgangssignale (sobald die An
sprechschwelle der Schaltung überschritten ist).
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand
der Zeichnung näher erläutert; es zeigt
Fig. 1 schematisch das Blockschaltbild einer berührungs
losen Urinalsteuerung;
Fig. 2 schematisch die Schaltungsanordnung für ein erstes
Ausführungsbeispiel des Mikrowellenmoduls von
Fig. 1;
Fig. 3 die Schaltungsanordnung für ein zweites Ausführungs
beispiel eines Mikrowellenmoduls von Fig. 1;
Fig. 4-11 Ausführungsbeispiele für die Schaltungsan
ordnung von Phasendiskriminatoren und von Auswärts
schaltungen zur Verwendung im Blockschaltbild von
Fig. 1.
In Fig. 1 ist schematisch das Blockschaltbild einer berüh
rungslos arbeitenden Urinal-Steuerung dargestellt. Sie umfaßt
ein Mikrowellenmodul 1, in welchem eine Sendediode und
zwei Mischdioden untergebracht sind. Die von der Sendediode
ausgesandten Mikrowellenstrahlen werden von dem Benutzer der
Urinalanlage reflektiert und treffen auf die beiden Misch
dioden auf. Bewegt sich der Benutzer, so geben die beiden
Mischdioden jeweils ein Signal S 1, S 2 ab, dessen Frequenz
ein Maß für die Bewegungsgeschwindigkeit ist.
Die beiden Mischdioden sind innerhalb des Moduls 1 geome
trisch so angeordnet, daß die Phasenbeziehung ihrer Ausgangs
signale S 1, S 2 davon abhängt, ob sich der Benutzer annähert
oder entfernt. Vorzugsweise befinden sich die beiden Misch
dioden wirkungsmäßig im Abstand von λ/4. In diesem Falle
eilt das eine Mischdiodensignal S 1 dem anderen Mischdioden
signal S 2 bei Annäherung des Benutzers um 90° voraus und
bleibt hinter diesem bei Entfernung des Benutzers um 90° zu
rück.
Die Mischdiodensignale S 1 und S 2 werden jeweils auf einen
Verstärker 2 und 3 gegeben, deren Ausgänge mit den beiden
Eingängen eines Phasendiskriminators 4 verbunden sind.
Der Phasendiskriminator 4 weist zwei Ausgänge auf. Am einen
erscheint das Signal A, wenn die Phasenbeziehung zwischen
den Mischdiodensignalen S 1 und S 2 die Annäherung des Be
nutzers an das Mikrowellenmodul anzeigt. Am anderen Ausgang
des Phasendiskriminators 4 erscheint das Signal E, wenn die
Phasenbeziehung zwischen den Signalen S 1 und S 2 die Ent
fernung des Benutzers vom Mikrowellenmodul 1 anzeigt.
Die Ausgangssignale A und E des Phasendiskriminators 4 wer
den den beiden Eingängen einer Auswertschaltung 5 zugeführt
und dort logisch verarbeitet.
Der Grundgedanke der Logik, von welcher die Auswertschal
tung 5 Gebrauch macht, ist folgender:
Anzeichen dafür, daß der Benutzer tatsächlich von der Uri
nalanlage weggetreten ist und sich dort nicht mehr (still
oder mit Bewegungen kleiner Amplitude) aufhält, ist ein be
stimmtes minimales zeitliches Integral des Signales E. Im
allgemeinen ist dies gleichbedeutend mit einer bestimmten
Mindestdauer dieses Signales. Es ist jedoch nicht erforder
lich, daß das zeitliche Integral durch ein ununterbrochenes
Signal E aufgebaut wird. Das zur Auslösung erforderliche
minimale zeitliche Integral des Signales E wird beim darge
stellen Ausführungsbeispiel experimentell ermittelt und
voreingestellt. Die tatsächliche Bewegungsgeschwindigkeit
des Benutzers, die sich in der Frequenz der Mischdioden
signale S 1 und S 2 ausdrückt, wird der Einfachheit halber
nicht verarbeitet. Grundsätzlich wäre es aber möglich, das
minimale zeitliche Integral des Signales E zu einer Funk
tion der Frequenz der Mischdiodensignale S 1 und S 2 zu
machen, da ja die Zeit, die der Benutzer zum Wegtreten aus
dem Empfindlichkeitsbereih des Moduls 1 benötigt, eine
Funktion der Geschwindigkeit ist.
Die Auswertung des Signales E kann bei Bedarf durch das
Signal A modifiziert werden, wie weiter unten ausführlich
erläutert wird.
Hat die Auswertschaltung 5 durch ein entsprechend langes An
liegen des Signales E erkannt, daß der Benutzer von der
Urinalanlage weggetreten ist, gibt sie ein Ausgangssignal T
an die Ventiltreiberschaltung 6 ab. Diese enthält die zum
Betrieb der Magnetventile erforderlichen Verstärker, Zeit
glieder und ggfs. Impulsformer, wie dies an und für sich
bekannt ist.
In Fig. 2 ist die Schaltungsanordnung eines bekannten Mikro
wellenmoduls dargestellt. Sie enthält eine Sende-Gunn-
Diode G sowie zwei Mischdioden M 1 und M 2, die sich unter
den erforderlichen geometrischen Bedingungen in gestrichelt
dargestellten Hohlleitern befinden. Das Ausgangssignal S 1
wird an einer Parallelschaltung aus der Mischdiode M 1 und
einem Widerstand R 3 abgegriffen, die über einen Widerstand
R 1 an die stabilisierte Versorgungsspannung V stab ange
schlossen ist. In entsprechender Weise wird das Ausgangs
signal S 2 an einer Parallelschaltung aus den Mischdioden M 2
und einem Widerstand R 4 abgegriffen, die über einen Wider
stand R 2 an die stabilisierte Versorgungsspannung V stab an
geschlossen ist.
Das in Fig. 3 gezeigte, neuartige Doppel-Modul ist erheblich
einfacher aufgebaut als das Modul von Fig. 2 und erfüllt
denselben Zweck.
Es umfaßt neben der Sender-Gunn-Diode G nur eine Mischdiode
M; beide sind in gestrichelt dargestellten Hohlleitern un
tergebracht. Die Gunn-Diode G übernimmt dabei die Funktion
der Mishdiode M 1 von Fig. 2 mit. Hierzu ist sie über einen
Widerstand R′ 1 mit der Versorgungsspannung V stab verbunden.
Dieser muß so niederohmig sein, daß die Gunn-Diode G
schwingungsfähig bleibt. Die Ausgangsspannung S1 läßt sich
dann direkt an der Gunn-Diode G abgreifen.
Da - wie erwähnt - die Gunn-Diode G für diese Schaltung
gleichzeitig als Mischdiode dient, muß nun zwischen ihr und
der verbleibenden Mischdiode M für den erforderlichen Wirk
abstand von λ/4 gesorgt sein.
Die Signale S 1 und S 2 der Schaltungen nach den Fig. 2 und
3 enthalten noch unerwünschte Mischfrequenzanteile, die in
bekannter Weise entfernt werden.
In Fig. 4 ist ein einfaches Ausführungsbeispiel für die
Auswertschaltung 5 von Fig. 1 dargestellt.
Das Signal E, welches das Wegtreten des Benutzers anzeigt,
liegt am Eingang des Integrators 7. Das Ausgangssignal des
Integrators 7, welches linear mit der Zeitdauer des Signa
lesE wächst, liegt an einem ersten Eingang eines Kompara
tors 8. Am zweiten Eingang des Komparators 8 liegt eine ggfs.
einstellbare Referenzspannung V ref , welche ein Maß für das
gewünschte minimale zeitliche Integral des Signales E ist.
Übersteigt die Ausgangsspannung des Integrators 7 die Refe
renzspannung V ref , so gibt der Komparator 8 ein Signal an
den Impulsumformer 9 ab. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
handelt es sich um einen monostabilen Kreis, dessen Aus
gangssignal T im einfachsten Falle direkt auf den Magnet
ventilverstärker gegeben werden kann. Alternativ wird durch
das Signal T ein bekanntes System von Zeitgliedern getrig
gert.
Der Ausgang des Impulsformers 9 ist außerdem mit einem
Rückstell-Eingang R des Integrators 7 verbunden, so daß das
Ausgangssignal des Integrators 7 durch das Signal T auf 0
zurückgestellt wird.
Die Funktion der soeben beschriebenen berührungslosen
Steuerung (Auswertschaltung nach Fig. 4 im Blockschaltbild
von Fig. 1) ist wie folgt:
Der Benutzer tritt an das Urinal heran und damit auf den
Mikrowellenmodul 1 zu. Die Phasenlage der Modul-Ausgangs
signale S 1, S 2 ist so, daß der Phasendiskriminator 4 ein
Ausgangssignal A abgibt. Dieses Signal wird bei dieser
einfachsten Schaltungsvariante nicht weiter verwendet.
Kleinere Hin- und Herbewegungen des Benutzers vor dem Uri
nal führen dazu, daß der Phasendiskriminator 4 abwechselnd
kurzzeitige Signale A und E abgibt. Da die Ausgangsspannung
des Integrators 7 hierbei die Referenzspannung des Kompa
rators 8 nicht übersteigt, erscheint kein Signal T am Aus
gang des Impulsformers. Der Benutzer kann außerdem beliebig
lange ruhig vor dem Mikrowellenmodul stehen, ohne daß es zu
einer Fehlauslösung kommt. Tritt der Benutzer schließlich
vom Urinal weg, so erscheint ein längere Zeit anhaltendes
Signal E am Eingang des Integrators 7. Dieses wird zu einem
Ausgangssignal des Integrators 7 hochintegriert, welches
die Referenzspannung V ref übersteigt. Nun erscheint am Aus
gang des Komparators 8 ein Signal, welches den Impulsformer
9 anstößt. Das entstehende Ausgangssignal T wird zur Betä
tigung der Magnetventile in der Wasserspülung weiter verar
beitet und stellt gleichzeitig den Integrator 7 auf 0 zu
rück.
Bei diesem einfachsten Ausführungsbeispiel kann es unter
ungünstigen Umständen vorkommen, daß bei zu langen Hin- und
Herbewegungen des Benutzers vor dem Urinal schließlich doch
ein zum Auslösen ausreichend großes Ausgangssignal des In
tegrators 7 aufintegriert wird, bevor der Benutzer tatsäch
lich wegtritt. Dem kann dadurch entgegengewirkt werden, daß
man das Ausgangssignal des Integrators mit einer bestimmten
Zeitkonstante abklingen läßt, so daß Vorgänge, die sehr lange
Zeit zurückliegen, keine Berücksichtigung mehr finden. In
diesem Falle wäre es u. U. auch möglich, auf die Rückstel
lung des Integrators durch das Signal T zu verzichten. Bei
dieser Schaltungsart besteht die - allerdings mehr theore
tische - Möglichkeit, daß sich der Benutzer so langsam aus
dem Wirkungsbereich des Mikrowellenmoduls "schleicht", daß
das Ausgangssignal des Integrators 7 die Referenzspannung
V ref niemals erreicht und deshalb keine Wasserspülung aus
gelöst wird.
Eine elegantere Art zur Lösung des Problems, welches mit
längeren Hin- und Herbewegungen des Benutzers vor dem Uri
nal verbunden ist, ist in Fig. 5 dargestellt. Bei dieser
Schaltungsvariante wird nun auch das die Annäherung des Be
nutzers anzeigende Ausgangssignal A des Phasendiskriminators
4 verwendet. Es wird einem Eingang eines ODER-Gliedes 10 zu
geführt, dessen Ausgang mit dem Rückstell-Eingang R des In
tegrators 7 verbunden ist. Dem zweiten Eingang des ODER-
Gliedes 10 wird das Signal T zugeleitet.
Die Funktion dieser Schaltungsvariante ist wie folgt:
Bewegt sich der Benutzer vor dem Urinal hin und her, so
wird bei jeder Annäherung durch das dabei entstehende Si
gnal A der Integrator 7 auf 0 zurückgestellt. Die vor diesem
Zeitpunkt im Integrator 7 aufgebauten Signale E bleiben
also unberücksichtigt. Das Ausgangssignal T erscheint nur
dann, wenn seit dem letzten Annäherungssignal A das Entfer
nungssignal E so lange am Integrator 8 angelegen hat, daß
dessen Ausgangssignal die Referenzspannung V ref übersteigt.
Der Integrator 7 wird außerdem nach Auslösen des Impulsfor
mers 9 durch das Signal T zurückgestellt.
Auf diese Rückstellung durch das Signal T kann, wie Fig. 6
zeigt, auch verzichtet werden. Dabei wird von dem Gedanken
ausgegangen, daß vor jeder neuen Spülung des Urinals
selbstverständlich eine neue Annäherung erfolgt und damit
ein neues Signal A auftritt. Diese Schaltungsvariante be
sitzt den zusätzlichen Vorteil, daß die Elektronik zwischen
dem Auslösen des letzten Signales T und der nächsten Be
nutzerannäherung nicht "scharf" ist und deshalb durch Stör
einflüsse nicht ausgelöst werden kann.
Der Gedanke des "Schärfens" der Elektronik durch das Annä
herungssignal A ist bei der Schaltungsvariante nach Fig. 7
konsequent fortgeführt. Bei ihr soll verhindert werden,
daß bereits ein kleines Annäherungssignal, welches noch
nicht für ein vollständiges Herantreten eines Benutzers
steht, die Elektronik "schärft".
Der in Fig. 7 unten dargestellte Schaltungszweig, welcher
das Signal E verarbeitet, entspricht weitgehend demjenigen
nach Fig. 6. Er umfaßt wiederum einen Integrator 107, ei
nen Komparator 108 und einen monostabilen Kreis 109 als Im
pulsformer zur Erzeugung des Signales T.
Der Integrator 107 besitzt zwei Eingänge: einen Plus-Ein
gang, an welchem das Signal E anliegt, das vom Integrator
aufwärts integriert wird, und einen Minus-Eingang, an wel
chem das Signal A anliegt, wenn ein vorgeschalteter elek
tronischer Schalter 114 angeschlossen ist (hierauf wird wei
ter unten noch eingegangen).
Der in Fig. 7 obere Schaltungszweig dient der Verarbeitung
des Annäherungssignales A. Er umfaßt ebenfalls einen Inte
grator 111, dessen Ausgang mit einem Eingang eines Kompa
rators 112 verbunden ist. Am zweiten Eingang des Kompara
tors 112 liegt eine (ggfs. einstellbare) Vergleichsspan
nung V R 2. Der Ausgang des Komparators 112 ist mit einem Im
pulsformer 113 (z. B. einem monostabilen Kreis) verbunden,
dessen Ausgangssignal dem Integratoreingang R und dem das
Schließen bewirkenden Eingang des elektronischen Schalters
114 zugeführt wird. Der Schalter 114 wird durch das Aus
gangssignal T des monostabilen Kreises 109 geöffnet, das
außerdem auch den Integrator 111 auf 0 zurückstellt.
Zur Verdeutlichung der Funktion der Schaltung von Fig. 7
sei zunächst der Zustand nach Abschluß eines Spülzyklus
ses, also nach dem Auftreten des letzten Signales T be
trachtet: das Ausgangssignal des Integrators 107 ist grö
ßer als die Referenzspannung V R 1 des zugehörigen Kompara
tors; der monostabile Kreis 109 kann erst nach Rückstellung
des Integrators 107 erneut ausgelöst werden. Die Schaltung
ist also nicht "scharf". Der Integrator 111 wurde durch das
vorausgegangene Signal T zurückgestellt, welches auch den
Schalter 114 geöffnet hat.
Tritt nun ein Benutzer an das Urinal heran, so erscheint am
Plus-Eingang des Integrators 111 ein Signal A, nicht jedoch
am Minus-Eingang des Integrators 107. Dauert dieses lange
genug an, so übersteigt das Ausgangssignal des Integrators
111 die Referenzspannung V R 2. Der Komparator 112 stößt den
monostabilen Kreis 113 an, dessen Ausgangssignal den Schal
ter 114 schließt und den Integrator 107 zurückstellt. Die
Elektronik ist nun in ihrem "scharfen" Betriebszustand.
Wenn sich die Person nur zufällig und nicht ausreichend weit
dem Urinal genähert hat, so daß also der monostabile Kreis
113 nicht ausgelöst wird, wird die Ausgangsspannung des In
tegrators 111 durch das Signal E am Minus-Eingang, welches
beim Wegtreten der Person auftritt, wieder zurückgeführt.
Auf diese Weise wird verhindert, daß eine Mehrzahl von auf
einander folgenden flüchtigen Annäherungen, die jede für
sich nicht zum Auslösen des monostabilen Kreises 113 führen
könnten, zur ungewollten "Schärfung" der Elektronik führt.
Ist die Elektronik nun durch Rückstellen des Integrators
107 und durch Schließen des Schalters 114 nach Herantreten
eines Benutzers an das Urinal geschärft, so geschieht fol
gendes:
Das Ausgangssignal des Integrators 107 ist die integrierte
Differenz zwischen den Signalen E und A. Bei aufeinander
folgenden Hin- und Herbewegungen des Benutzers ist diese
integrierte Differenz 0 bzw. klein; auch bei längerem An
dauern dieser mit kleinen Amplituden durchgeführten Bewe
gungen löst die Elektronik nicht aus (selbstverständlich
auch nicht bei vollständigem Stillstehen des Benutzers vor
dem Urinal). Erst wenn ein solcher "Überschuß" des Signales
E gegenüber dem Signal A vorliegt, daß das Ausgangssignal
des Integrators 107 größer als die Referenzspannung V R 1 ist,
erzeugt der monostabile Kreis 109 ein Signal T. Dieses löst
die Wasserspülung aus, stellt den Integrator 111 zurück und
öffnet den Schalter 114. Die Elektronik ist jetzt zum näch
sten Spülzyklus bereit.
Bei den Schaltungsbeispielen nach den Fig. 6 und 7 beruht
die "Schärfung" der Elektronik auf der Rückstellung des In
tegrators 7 bzw. 107 durch ein Signal A, ohne welches der
Impulsformer 109 nicht erneut angestoßen werden kann. Eine
andere Art der "Schärfung" ist in Fig. 8 dargestellt.
Der untere, das Signal E verarbeitende Schaltungszweig ent
hält wieder einen Integrator 207 mit zwei Eingängen und ei
nen Komparator 208. Am Plus-Eingang des Integrators 207
liegt das Signal E, am Minus-Eingang das Signal A. Der Aus
gang des Integrators 207 ist mit einem Eingang des Kompara
tors 208 verbunden, dessen zweiten Eingang eine erste Refe
renzspannung V R 1 zugeführt wird. Das Ausgangssignal des
Komparators 208 setzt ein Flip-Flop 215, dessen Ausgang mit
einem Eingang eines UND-Tores 216 verbunden ist. Dessen Aus
gang wiederum ist mit einem Impulsformer 209, beispiels
weise einem monostabilen Kreis, verbunden, der - vergleich
bar den Kreises 9 und 109 in den Fig. 4-7 - das Signal T
liefert.
Der obere, das Signal A verarbeitende Kreis umfaßt eben
falls einen Integrator 211, einen Komparator 212 und ein
Flip-Flop 217. Diese Bauteile sind ebenso geschaltet wie
ihre "Gegenstücke" im unteren Schaltungszweig, mit der Aus
nahme, daß nun am Plus-Eingang des Integrators 211 das Si
gnal A und am Minus-Eingang das Signal E liegt. Der Aus
gang des Flip-Flops 217 ist mit dem zweiten Eingang des
UND-Tores 216 verbunden.
Das Signal T wird den Rückstell-Eingängen R der Integrato
ren 207, 211 und der Flip-Flops 215, 217 zugeführt.
Zur Erläuterung der Funktionsweise dieser Schaltung sei wie
derum zunächst der Zustand nach Abschluß eines Spülzyklusses
betrachtet. Hier sind die Integratoren 207, 211 und die Flip-
Flops 215 und 217 durch das vorausgegangene Signal T zurück
gestellt. Beide Eingänge des UND-Tores 216 liegen "tief",
also auf einer logischen "0".
Wenn sich nun ein Benutzer dem Urinal nähert, liegt ein
Signal A am Plus-Eingang des Integrators 211 an. Entfernt
er sich wieder, bevor das Ausgangssignal des Integrators
211 die Schaltschwelle V R 2 des Komparators 211 erreicht, so
wird das Ausgangssignal des Integrators 211 durch das am
Minus-Eingang liegende Signal E wieder abgebaut.
Der Komparator 212 schaltet erst dann durch, wenn ein ent
sprechend großer "Überschuß" des Annäherungssignals A über
das Entfernungssignal E aufintegriert ist. Das Flip-Flop
217 wird in diesem Falle gesetzt. Am in der Zeichnung obe
ren Eingang des UND-Tores 216 erscheint nun eine logische
"1". Da der untere Eingang des UND-Tores "tief" liegt,
schaltet dieses noch nicht durch. Die Elektronik ist je
doch nunmehr "scharf" und wartet auf ein ausreichend gro
ßes Entfernungssignal E.
Das während der oben beschriebenen "Schärfungsphase" am
Minus-Eingang des Integrators 207 anliegende Signal A
darf zu keinen negativen Ausgangsspannungen des Integra
tors 207 führen. Dies kann beispielsweise durch eine solche
Bauweise des Integrators 207 erreicht werden, bei der keine
negativen Ausgangsspannungen auftreten können. Alternativ
kann - wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 - in die
Zuführungsleitung zum Minus-Eingang des Integrators 207 ein
elektronischer Schalter gelegt werden, der vom Signal T ge
öffnet und vom Ausgangssignal des Flip-Flops 217 geschlos
sen wird.
Die Elektronik ist, wie erwähnt, geschärft, wenn der Be
nutzer tatsächlich an das Urinal herangetreten ist, wenn
also ein bestimmter Überschuß des Annäherungssignales über
das Entfernungssignal festgestellt ist.
Bewegt sich nun der Benutzer vor dem Urinal hin und her,
bleibt dies wegen der Wirkung des von den Signalen A und E
gegensinnig beaufschlagten Integrators 207 ohne Wirkung. Daß
ein vollständiger Stillstand des Benutzers keine Fehlauslö
sung bewirkt, versteht sich von selbst. Erst, wenn der Be
nutzer tatsächlich vom Urinal wegtritt und so einen be
stimmten "Überschuß" der Signale E über das Signal A er
zeugt, übersteigt die Ausgangsspannung des Integrators 207
die Referenzspannung des Komparators 208. Dieser schaltet
durch und setzt das Flip-Flop 215, dessen Ausgangssignal
am unteren Eingang des UND-Tores 216 als logische "1" er
scheint. Da nun beide Eingänge des UND-Tores hoch liegen,
schaltet dieses durch und stößt den Impulsformer 209 an.
Dessen Ausgangssignal T löst - ggfs. mit gewünschten zeit
lichen Verzögerungen - die Wasserspülung aus und stellt
die Integratoren 207 und 211 sowie die Flip-Flops 215 und
217 wieder zurück: die Elektronik ist zum nächsten Zyklus
bereit.
Die obigen Beispiele machen deutlich, in welcher Weise die
durch die Verwendung des speziellen Mikrowellen-Doppelmoduls verfüg
bare größere Information zur Erhöhung der Betriebssicher
heit berührungsloser Urinalsteuerungen eingesetzt werden kann.
Fig. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel für den Phasendiskri
minator 4 aus Fig. 1, dessen einziger Ausgang E ein Signal
dann abgibt, wenn die Phasenlage der beiden Mischdiodensi
gnale S 1 und S 2 eine Entfernung des Benutzers vom Urinal
anzeigt. Zu allen anderen Zeiten liegt der Ausgang E auf
Potential Null.
Das Signal S 1 wird einem ersten Allpaß-Phasenschieber 15
zugeführt, dessen Ausgang mit einem ersten Eingang eines
Addierers 16 verbunden ist. In entsprechender Weise wird das
Signal S 2 einem zweiten Allpaß-Phasenschieber 17 zugeführt,
dessen Ausgang mit einem zweiten Eingang des Addierers 16
verbunden ist. Das Ausgangssignal des Addierers 16, welches
der Summe seiner Eingangssignale entspricht, wird einem Ein
gang eines Komparators 18 zugeführt, an dessen zweitem Ein
gang eine Referenzspannung V R anliegt. Der Ausgang des Kom
parators 18 entspricht dem Ausgang E des Phasendiskriminators
4.
Allpaß-Phasenschieber sind an und für sich bekannt. Es
handelt sich dabei um Schaltungsnetzwerke, die grundsätz
lich die Funktion eines Phasenschiebers besitzen. Das Aus
gangssignal ist gegenüber dem Eingangssignal um einen be
stimmten Betrag phasenverschoben. Die Besonderheit dieser
Schaltkreise besteht nun darin, daß die Frequenzcharakteri
stiken zweier dieser Phasenschieber über einen großen Fre
quenzbereich parallel verlaufend gemacht werden können. Mit
anderen Worten: Verschiebt der eine Schaltkreis die Phasen
lage seines Eingangssignales um einen frequenzabhängigen
Betrag δ (f), so verschiebt der zweite Schaltkreis die
Phasenlage seiner Eingangssignales um denselben frequenz
abhängigen Betrag ε (f) zuzüglich eines konstanten, frequenz
unabhängigen Betrages ε. Die Schaltungsanordnung nach Fig.
9 wird nun so ausgelegt, daß der Wert ε bei den Phasenschie
bern 15, 17 90° beträgt, daß also z. B. der Phasenschieber 17
bei allen Frequenzen die Phasenlage seines Eingangssignals
um 90° weiterverschiebt als der andere (15).
Zur Erläuterung der Funktionsweise der Schaltung von Fig. 9
sei angenommen, daß die Phasenlage des Mischdiodenausgangs
signales S 1 ϕ sei. Dann ist - bei geeigneter räumlicher
Anordnung der beiden Mischdioden - die Phasenlage des Misch
diodensignales S 2 ϕ + 90°, wenn sich der Benutzer nähert,
und ϕ - 90°, wenn sich der Benutzer entfernt. Für die Phasen
lage des Ausgangssignales des Phasenschiebers 15 ergibt sich
dann
η₁ = ϕ + δ (f)
für die Phasenlage des Ausgangssignales des Phasenschiebers
17 ergibt sich
η₂ = ϕ ±90° + δ (f) + 90°
Die Phasenlage η₂ ist also mit η₁ identisch, wenn sich der
Benutzer vom Urinal entfernt, und η₁ entgegengesetzt, wenn
sich der Benutzer annähert. Daraus folgt unmittelbar, daß
sich die Ausgangssignale der Phasenschieber 15, 17 bei Ent
fernung des Benutzers im Addierer 16 gleichsinnig überlagern,
bei Annäherung des Benutzers dagegen gegenseitig aufheben.
Dieses Verhalten der Schaltungsanordnung von Fig. 9 ist
unabhängig von der Frequenz der Mischdiodensignale S 1 und
S 2, also von der Bewegungsgeschwindigkeit des Benutzers,
und unabhängig von deren Amplitude, also vom Abstand zwi
schen Benutzer und Urinal.
Durch Vergleich des Ausgangssignales des Addierers 16 mit
der Referenzspannung V R im Komparator 18 wird die Ansprech
schwelle des Phasendiskriminators 4 und der gesamten nach
geordneten Schaltung bestimmt.
Ein Ausführungsbeispiel für einen Allpaß-Phasenschieber
ist in Fig. 10 dargestellt. Dieser umfaßt drei - bis auf
die Dimensionierung der Schaltungselemente - identische
Stufen. Jede Stufe enthält einen Transistor T, dessen Basis
den Eingang der Stufe bildet. Der Kollektor des Transistors
T ist über einen - für alle Stufen gleich dimensionierten -
Widerstand R mit der positiven Versorgungsspannung, der Emit
ter über einen gleich großen Widerstand R mit der nega
tiven Versorgungsspannung verbunden. Der Kollektor des Tran
sistors T ist außerdem über einen - stufenspezifisch dimen
sionierten - Kondensator C 1, C 2, C 3 mit dem Stufenausgang
verbunden, der außerdem über einen - stufenspezifisch dimen
sionierten - Widerstand R 1, R 2, R 3 mit dem Emitter des Tran
sistors T verbunden ist. Die Anzahl der hintereinander geschal
teten Stufen wird nach dem Frequenzbereich bestimmt, in dem
die Schaltung in der beschriebenen Weise arbeiten soll. In
Fig. 11 ist ein Ausführungsbeispiel für einen Phasendiskri
minator 4 von Fig. 1 gezeigt, welcher sowohl ein Ausgangs
signal E bei Entfernung des Benutzers als auch ein Ausgangs
signal A bei Annäherung des Benutzers abgibt.
Die beiden Allpaß-Phasenschieber 115, 117, der Addierer 116
und der Komparator 118 entsprechen den Komponenten 15, 16, 17
und 18 der Fig. 9 völlig. Sie erzeugen das die Entfernung
des Benutzers anzeigende Signal E in der oben beschriebenen
Weise.
Neu hinzugekommen gegenüber Fig. 9 sind in Fig. 11 ein In
verter 119, ein zweiter Addierer 120 und ein zweiter Kompa
rator 121. Das Ausgangssignal des Allpaß-Phasenschiebers
115 wird dem ersten Eingang des Addierers 120 über den In
verter 119, also mit einer Phasenverschiebung von 180° zuge
führt. Der Ausgang des Allpaß-Phasenschiebers 117 ist direkt
mit dem zweiten Eingang des Addierers 120 verbunden. Die
Funktionsweise dieses Addierers 120 entspricht derjenigen
des Addierers 116, mit der Ausnahme, daß die Bedingung für
das Erscheinen eines Ausgangssignals wegen des Inverters
119 gerade umgekehrt ist: Nunmehr verstärken sich die dem
Addierer 120 zugeführten Signale, wenn die Phasenlage der
Mischdioden-Ausgangssignale S 1, S 2 eine Annäherung des
Benutzers anzeigt; sie heben sich gegenseitig auf, wenn
die Phasenlage der Mischdioden-Ausgangssignale S 1, S 2
eine Entfernung des Benutzers anzeigt.
Durch den Komparator 121, der das Ausgangssignal des Addie
rers 120 mit einer Referenzspannung V R 2 vergleicht, (die mit der Referenz
spannung V R des Komparators 118 nicht übereinzustimmen
braucht), wird wiederum die Schaltschwelle für das Erschei
nen eines Ausgangssignales A festgelegt.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen der Auswert
schaltung 5 in Fig. 1 wurde angenommen, daß die Ausgangs
signale A und E des Phasendiskriminator 4 Gleichstromsi
gnale sind und daß deren zeitliches Integral ein Maß für die
vom Benutzer zurückgelegte Wegstrecke ist. Die logische Aus
wertung dieser Signale erfolgte im wesentlichen analog.
Genauere Resulteate der Wegstreckenmessung, die insbesondere
unabhängig von der Amplitude der Mischdioden-Ausgangssignale
S 1, S 2 sind, lassen sich durch Verwendung einer digitalen
Auswertlogik erzielen. Dabei ist zunächst festzuhalten, daß
aufgrund der physikalischen Art des Doppeleffekts die An
zahl der Nulldurchgänge der Signale S 1, S 2 ein direktes
Maß für die vom Benutzer zurückgelegte Wegstrecke ist.
Der Phasendiskriminator von Fig. 11 eignet sich für eine
derartige digitale Auswertung, da er an seinem Ausgängen A,
E binäre, mit der Frequenz der Mischdioden-Ausgangssignale
S 1, S 2 getaktete Signale bereitstellt. Die Schaltungs
varianten nach den Fig. 4 bis 8 lassen sich dann auf
eine digitale Logik im wesentlichen einfach dadurch umstel
len, daß die verschiedenen Integratoren durch entsprechend
arbeitende Zähler ersetzt werden.
Claims (19)
1. Berührungslose elektronische Steuerung für eine sani
täre Armatur, insbesondere ein Urinal, mit einem nach
dem Doppler-Prinzip arbeitenden Mikrowellenmodul, das eine
Sendediode und eine Mischdiode enthält, und mit einer
Empfangsschaltung, welche auf das Ausgangssignal der Misch
diode anspricht und ein die Spülung der Armatur auslösendes
Signal erzeugt, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
- a) das Mikrowellenmodul (1) ist ein Doppel-Modul mit zwei Mischdioden (M 1, M 2; G, M), die in einem bestimmten geometrischen Abstand voneinander angeordnet sind, wo bei die Phasenbeziehung der Ausgangssignale (S 1, S 2) der beiden Mishdioden (M 1, M 2; G, M) bei Annäherung und Entfernung des Benutzers vom Mikrowellenmodul (1) unterschiedlich ist;
- b) ein Phasendiskriminator (4) ist vorgesehen, dem die Ausgangssignale (S 1, S 2) der Mischdioden (M 1, M 2; G, M) zugeführt werden und der ein Ausgangssignal E abgibt, wenn die Phasenbeziehung zwischen den Signalen (S 1, S 2) ein Entfernen des Benutzers vom Mikrowellenmodul (1) anzeigt;
- c) eine Auswerteschaltung (5) ist vorgesehen, welche das die Wasserspülung auslösende Signal (T) dann erzeugt, wenn ein bestimmtes minimales zeitliches Integral des Signales (E) vorliegt.
2. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Sendediode (G) innerhalb des Mikrowellenmoduls (1)
die Funktion einer Mischdiode mit übernimmt, wozu ihr ein
niederohmiger Widerstand (R′ 1) vorgeschaltet ist.
3. Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß die Auswerteschaltung (5) umfaßt:
- a) einen ersten Integrator (7; 107; 207), dem das Signal (E) zugeführt wird;
- b) einen ersten Komparator (8; 108; 208), dem das Aus gangssignal des ersten Integrators (7; 107; 207) und einer erste Referenzspannung (V ref , V R₁ zugeführt wird und der ein Ausgangssignal erzeugt, wenn das Ausgangs signal des ersten Integrators (7; 107; 207) die Refe renzspannung (V ref ; V R₁ ) übersteigt;
- c) einen Rückstellkreis, der den Integrator (7; 107; 207) nach Erzeugung eines Signals (T) auf die Ausgangsspan nung 0 zurückstellt.
4. Steuerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
der Ausgang des Komparators (8; 108; 208) mit dem Ein
gang eines Impulsformers (9; 109; 209) verbunden ist, der
das Signal (T) erzeugt.
5. Steuerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
der Rückstellkreis eine direkte Verbindung zwischen
dem Ausgang des Impulsformers (9; 209) und dem Rückstell
eingang (R) des Integrators (7; 207) umfaßt.
6. Steuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß der Phasendiskrininator (4)
ein Ausgangssignal (A) erzeugt, wenn die Phasenbeziehung
zwischen den Signalen (S 1, S 2) eine Annäherung des Benutzers
anzeigt.
7. Steuerung nach Anspruch 6 bei Rückbeziehung auf An
spruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückstell
kreis eine direkte Verbindung zwischen dem das Signal (A)
abgebenden Ausgang des Phasendiskriminators (4) und dem
Rückstell-Eingang (R) des Integrators (7) umfaßt
8. Steuerung nach Anspruch bei Rückbeziehung auf An
spruch 3, dadurch gekennzeihnet, daß der Rückstell
kreis ein ODER-Tor (10) umfaßt, dessen Ausgang mit dem
Rückstell-Eingang (R) des Integrators (7) verbunden ist, des
sen einem Eingang das Signal (A) und dessen anderem Eingang
das Signal (T) zugeführt wird.
9. Steuerung nach Anspruch 6 bei Rückbeziehung auf An
spruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückstell
kreis umfaßt:
- a) einen zweiten Integrator (111), dessen Eingang das Si gnal (A) zugeführt wird;
- b) einen zweiten Komparator (112), dessen einem Eingang das Ausgangssignal des zweiten Integrators (111) und dessen anderem Eingang eine zweite Vergleichsspannung (V R₂ ) zugeführt wird;
- c) einen zweiten Impulsformer (113), dessen Ausgangssi gnal dem Rückstell-Eingang (R) des ersten Integrators (107) zugeführt wird;
- d) einen Rückstellkreis, der den zweiten Integrator (111) nach Erzeugung eines Signals (T) auf die Ausgangsspan nung 0 zurückstellt.
10. Steuerung nach Anspruch 6 bei Rückbeziehung auf An
spruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerte
schaltung zusätzlich umfaßt:
- a) ein erstes Flip-Flop (215), dessen Ausgang mit einem ersten Eingang eines UND-Tores (216) und dessen Eingang mit dem Ausgang des ersten Komparators (208) verbunden ist;
- b) einen zweiten Integrator (211), dessen Eingang mit dem das Signal (A) abgebenden Ausgang des Phasendiskrimi nators (4) verbunden ist;
- c) einen Komparator (212), dessen einem Eingang das Ausgangssignal des zweiten Integrators (211) und dessen zweitem Eingang eine zweite Vergleichsspannung (V R 2) zugeführt wird;
- d) ein zweites Flip-Flop (217), dessen Eingang mit dem Ausgang des zweiten Komparators (212) und dessen Aus gang mit einem zweiten Eingang des UND-Tores (216) ver bunden ist;
- e) einen dem UND-Tor (216) nachgeschalteten Impulsformer (209), dessen Ausgangssignal das Signal (T) ist, wobei die beiden Integratoren (207, 211) und die bei den Flip-Flops (215, 217) durch das Signal (T) zurück gestellt werden.
11. Steuerung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
der erste Integrator (107; 207) einen Plus- und einen
Minus-Eingang besitzt, wobei die dem Plus-Eingang zu
geführten Signale als positive und die dem Minus-Eingang zu
geführten Signale als negative Signale verarbeitet werden;
daß dem Plus-Eingang des ersten Integrators (107, 207) das
Signal (E) und dem Minus-Eingang das Signal (A) zugeführt
werden;
wobei dafür gesorgt ist, daß das Ausgangssignal des ersten Integrators (107; 207) nicht negativ werden kann.
wobei dafür gesorgt ist, daß das Ausgangssignal des ersten Integrators (107; 207) nicht negativ werden kann.
12. Steuerung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
die Bauart des ersten Integrators (107; 207) negative
Ausgangsspannungen nicht zuläßt.
13. Steuerung nach Anspruch 11 und bei zusätzlicher Rückbe
ziehung auf Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet,
daß dem Minus-Eingang des ersten Integrators (107) ein
elektronischer Schalter (114) vorgeschaltet ist, der vom
Signal (T) geöffnet und vom Ausgangssignal des Impuls
formers (113) bzw. des zweiten Flip-Flops (217) geschlos
sen wird.
14. Steuerung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeich
net, daß der zweite Integrator (211) einen Plus- und
einen Minus-Eingang besitzt, wobei die dem Plus-Eingang
zugeführten Signale als positive Signale und die dem
Minus-Eingang zugeführten signale als negative Signale
verarbeitet werden, und daß dem Plus-Eingang des zweiten
Integrators (21) das Signal (A) und dem Minus-Eingang
das Signal (E) zugeführt werden.
15. Steuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die geometrische Anordnung der Misch
dioden eine Phasendifferenz der Ausgangssignale S 1,
S 2) von 90° ergibt und daß der Phasendiskriminator (4)
umfaßt:
- a) einen ersten Allpaß-Phasenschieber (15), dessen Ein gang das eine Mischdioden-Ausgangssignal (S 1) zuge führt wird;
- b) einen zweiten Allpaß-Phasenschieber (17), dessen Ein gang das andere Mischdioden-Ausgangssignal (S 2) zuge führt wird, wobei die vom zweiten Allpaß-Phasenschie ber (17) bewirkte Phasenverschiebung um 90° größer als diejenige des ersten Allpaß-Phasenschiebers (15) ist,
- c) einen ersten Addierer (16), dessen erster Eingang mit dem Ausgang des ersten Allpaß-Phasenschiebers (15) und dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang des zwei ten Allpaß-Phasenschiebers (17) verbunden ist.
16. Steuerung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß
der Phasendiskriminator (4) zusätzlich umfaßt:
- d) einen Komparator (18), dessen einem Eingang das Aus gangssignal des ersten Addierers (16) und dessen ande rem Eingang eine Referenzspannung (V R ) zugeführt wird.
17. Steuerung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeich
net, daß der Phasenschieber (4) zusätzlich umfaßt:
- e) einen Inverter (119), dessen Eingang mit dem Ausgang des ersten Allpaß-Phasenschiebers (115) verbunden ist;
- f) einen zweiten Addierer (120), dessen erster Eingang mit dem Ausgang des Inverters (119) und dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang des zweiten Allpaß-Phasen schiebers (117) verbunden ist.
18. Steuerung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß
der Phasendiskriminator (4) zusätzlich umfaßt:
- g) einen zweiten Komparator (121), dessen einem Eingang das Ausgangssignal des zweiten Addierers (120) und dessen zweitem Eingang eine Referenzspannung (V R 2) zugeführt wird..
19. Steuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Phasendiskriminator (4) mit der
Frequenz der Mischdioden-Ausgangssignale (S 1, S 2) ge
taktete Ausgangssignale (A, E) abgibt und daß jeder In
tegrator durch einen entsprechend arbeitenden Zähler er
setzt ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3210985A DE3210985C3 (de) | 1981-04-16 | 1982-03-25 | Berührungslose elektronische Steuerung für eine sanitäre Armatur, insbesondere ein Urinal |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3115369 | 1981-04-16 | ||
DE3210985A DE3210985C3 (de) | 1981-04-16 | 1982-03-25 | Berührungslose elektronische Steuerung für eine sanitäre Armatur, insbesondere ein Urinal |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3210985A1 DE3210985A1 (de) | 1983-03-24 |
DE3210985C2 true DE3210985C2 (de) | 1994-07-28 |
DE3210985C3 DE3210985C3 (de) | 1994-07-28 |
Family
ID=6130261
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE3210985A Expired - Fee Related DE3210985C3 (de) | 1981-04-16 | 1982-03-25 | Berührungslose elektronische Steuerung für eine sanitäre Armatur, insbesondere ein Urinal |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3210985C3 (de) |
IT (1) | IT1151135B (de) |
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