DE4106539A1 - Einrichtung zur beruehrungslosen steuerung einer dusche - Google Patents
Einrichtung zur beruehrungslosen steuerung einer duscheInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur berührungslosen
Steuerung einer Dusche mit
- a) einem ersten Sensor, dem ein erster Erfassungsbereich zugeordnet ist;
- b) einem ersten Detektionsschaltkreis, der solange ein Ausgangssignal erzeugt, wie die Anwesenheit einer Person oder eines Gegenstandes durch den ersten Sensor im ersten Erfassungsbereich festgestellt wird;
- c) einem elektrisch betätigten Ventil, welches den Wasserstrom durch die Dusche steuert;
- d) einer von dem ersten Detektionsschaltkreis angesteuerten Treiberschaltung, welche die zum Betrieb des elektrisch betätigten Ventiles erforderlichen Signale bereitstellt.
Bekannte Einrichtungen zur berührungslosen Steuerung einer
Dusche dieser Art arbeiten so, daß der Wasserstrom durch
den Duschenkopf solange läuft, wie sich der Benutzer unter
halb des Duschenkopfes im Erfassungsbereich des (einzigen)
Sensors befindet. Eine Unterbrechung des Wasserstromes
unterhalb des Duschenkopfes, beispielsweise zum Einseifen,
ist nicht möglich. Vielmehr muß der Benutzer aus dem Erfas
sungsbereich des Sensors heraus, also von der Dusche weg
treten, wenn der Wasserstrom angehalten werden soll. Dies
ist jedoch in vielen Fällen unpraktisch.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einrichtung
zur berührungslosen Steuerung einer Dusche der eingangs
genannten Art so auszubilden, daß auf berührungslosem
Wege eine Unterbrechung des Wasserstromes möglich ist,
ohne daß der Benutzer hierzu den Raum unterhalb des Duschen
kopfes verlassen muß.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
die Einrichtung außerdem umfaßt:
- e) einen zweiten Sensor, dem ein zweiter Erfassungsbereich zugeordnet ist, welcher kleiner als der erste Erfassungs bereich ist;
- f) einen zweiten Detektionsschaltkreis, der solange ein Ausgangssignal erzeugt, wie die Anwesenheit einer Person oder eines Gegenstandes durch den zweiten Sensor im zweiten Erfassungsbereich festgestellt wird;
- g) einen logischen Schaltkreis, der bei Beginn des Ausgangs signales des zweiten Detektionsschaltkreises ein eigenes Ausgangssignal bereitstellt, mit welchem nach Art eines Wechselschalters der jeweilige Schaltzustand des elek trisch betätigten Ventiles ins Gegenteil verkehrt wird.
Erfindungsgemäß wird also zur Unterbrechung des Wasserstromes
durch den Duschenkopf ein zweiter Sensor eingesetzt, dessen
Erfassungsbereich aber so klein ist, daß er normalerweise
von einer sich unter der Dusche befindenden Person nicht
in Funktion gesetzt wird. Vielmehr ist es erforderlich,
daß der Benutzer willentlich ein Körperteil, normalerweise
die Hand, in den kleinen Erfassungsbereich des zweiten
Sensors bringt. Die Anfangsflanke des hierauf von dein
zweiten Detektionsschaltkreis erzeugten Impulses wird dann
dazu verwendet, den jeweiligen Schaltungszustand des elek
trisch betätigten Ventiles umzukehren. Beispielsweise wird
ein geöffnetes Ventil geschlossen bzw. wird ein geschlossenes
Ventil geöffnet. Die Funktionsweise des zweiten Sensors
ähnelt also in gewisser Weise derjenigen eines mechanischen
Tastventiles, welches beim ersten Drücken auf ein Handbe
tätigungsorgan öffnet und beim nachfolgenden Drücken wieder
schließt.
Ein besonderes Sicherheitsmerkmal, welches eine Fehlfunktion
der Einrichtung verhindert, besteht darin, daß ein eine
logische UND-Funktion ausübender Schaltkreis vorgesehen
ist, dem die Ausgangssignale der beiden Detektionsschalt
kreise zugeführt werden und der ein Ausgangssignal dann
erzeugt, wenn sowohl ein Ausgangssignal des ersten Detek
tionsschaltkreises als auch des zweiten Detektionsschalt
kreises vorliegt, wobei dieses Ausgangssignal dem logischen
Schaltkreis als Eingangssignal zugeführt wird. Die Umschal
tung des elektrisch betätigten Ventiles kann also nicht
durch jedes Eindringen eines Gegenstandes in den Erfassungs
bereich des zweiten Sensors erfolgen sondern nur dann,
wenn gleichzeitig die Anwesenheit eines Benutzers im Er
fassungsbereich des ersten Sensors festgestellt wird.
Die Reichweite des ersten Erfassungsbereiches sollte etwa
bei 50 cm liegen. Dies ist etwa der Abstand, in dem normaler
weise der Benutzer einer Standdusche von der entsprechenden
Gebäudewand weg steht.
Die Reichweite des zweiten Erfassungsbereiches sollte
bei etwa 10 cm liegen. Normalerweise ist dann das unbeab
sichtigte Auslösen des als "Wechselschalter" dienenden
logischen Kreises nicht möglich.
Die meisten im Handel befindlichen Sensoren umfassen einen
Sender und einen Empfänger, beispielsweise eine Infrarot
licht-Sendediode und eine entsprechende Empfangsdiode.
Bei derartiger Ausgestaltung des Sensors kann nach einem
besonderen Merkmal der Erfindung entweder der Sender oder
der Empfänger körperlich nur einmal vorhanden und so gleich
zeitig Bestandteil zweier Sensoren sein. Wenn beispielsweise
nur eine Sendediode, dagegen zwei Empfangsdioden vorhanden
sind, kann das von der einen Sendediode ausgestrahlte
Licht grundsätzlich auf beide Empfangsdioden zurückreflek
tiert werden. Durch entsprechende Wahl der Betriebsparameter
der beiden Empfangsdioden wird jedoch sichergestellt,
daß der Erfassungsbereich der einen Empfangsdiode großer
als der Erfassungsbereich der anderen Empfangsdiode ist.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der
Erfindung wird die vorrichtungsmäßige Realisierung noch
weiter dadurch vereinfacht, daß
- a) körperlich nur ein Sensor und ein diesem zugeordneter Detektionsschaltkreis vorhanden sind, die alternierend in schneller zeitlicher Folge in einer ersten Betriebs art mit großem Erfassungsbereich und in einer zweiten Betriebsart mit kleinem Erfassungsbereich arbeiten;
- b) der die logische UND-Funktion ausübende Schaltkreis in schneller zeitlicher Folge prüft, ob sowohl in der ersten als auch in der zweiten Betriebsart des Sensors ein Ausgangssignal des Detektionsschaltkreises vorliegt.
Wenn nur die Aufeinanderfolge der beiden Betriebsarten
rasch genug erfolgt, kann also ein einziger Sensor mit
nachgeschaltetem Detektionsschaltkreis funktional die
Rolle beider Sensoren mit unterschiedlichen Erfassungs
bereichen übernehmen. Unter "schneller zeitlicher Folge"
wird dabei ein Wechsel der Betriebsarten verstanden, der
gegenüber der normalen Verweildauer einer Person oder
eines Gegenstandes in dem Erfassungsbereich schnell ist.
Zumindest sollte der Sensor mehrfach in der Sekunde von
einer zur anderen Betriebsart wechseln.
Wenn in diesem Falle die logische UND-Funktion nicht mehr
bei exakter Gleichzeitigkeit durchgeführt wird, muß sicher
gestellt werden, daß zum Zeitpunkt der Prüfungen, die
der die logische UND-Funktion ausübende Schaltkreis durch
führt, auch das Ausgangssignal des Detektionsschaltkreises
in der entsprechenden Betriebsart zur Verfügung steht.
Dies kann auf zweierlei Weisen gewährleistet werden:
Entweder wird der während der Dauer der einen Betriebsart
des Sensors ermittelte Wert des Ausgangssignales des Detek
tionsschaltkreises während der Dauer der anderen Betriebsart
zwischengespeichert. Der die logische UND-Funktion ausübende
Schaltkreis kann dann nach Belieben zu jedem Zeitpunkt
auf diesen zwischengespeicherten Wert zurückgreifen. Eine
zeitliche Korrelation der inneren Abläufe des die logische
UND-Funktion ausübenden Schaltkreises mit den Betriebsarten
des Sensors ist nicht erforderlich.
Alternativ dazu kann aber auch so verfahren werden, daß
die Zeitpunkte, zu denen im inneren Ablauf des die logische
UND-Funktion ausübenden Schaltkreises die Prüfungen auf
das Vorliegen des Ausgangssignales des Detektionsschalt
kreises erfolgen, zeitlich mit denjenigen Zeitpunkten
korreliert sind, zu denen der Sensor in der entsprechenden
Betriebsart arbeitet. Mit anderen Worten: Zu demselben
Zeitpunkt, zu welchem im inneren Ablauf des die logische
UND-Funktion ausübenden Schaltkreises auf das Vorliegen
des Ausgangssignales des Detektionsschaltkreises in der
ersten Betriebsart geprüft wird, muß sichergestellt werden,
daß auch der Sensor tatsächlich in der ersten Betriebsart
arbeitet. Entsprechendes gilt für das Prüfen auf das Vor
liegen des Ausgangssignales des Detektionsschaltkreises
in der zweiten Betriebsart und dem tatsächlichen Betrieb
des Sensors in dieser zweiten Betriebsart.
Alle geschilderten Abläufe werden zweckmäßigerweise durch
einen Mikroprozessor gesteuert.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend
anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen
Fig. 1: schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer
Einrichtung zur berührungslosen Steuerung einer
Dusche;
Fig. 2: schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel
einer derartigen Einrichtung;
Fig. 3: das Flußdiagramm zur Veranschaulichung der Be
triebsweise des Ausführungsbeispieles von Fig. 2.
In Fig. 1 ist schematisch eine Einrichtung zur berührungs
losen Steuerung einer Dusche gezeigt. Ein Duschenkopf
1 ist als Standdusche an einer Gebäudewand 2 montiert.
In die Gebäudewand 2 sind ein erster Sensor 3 und ein
zweiter Sensor 4 integriert. Sie dienen der berührungslosen
Erfassung eines Gegenstandes bzw. einer Person in einem
ihnen zugeordneten Erfassungsbereich 5 bzw. 6. Die genaue
Bauweise der Sensoren 3 und 4 ist im vorliegenden Zusammen
hang ohne Interesse. Jeder Sensor ist geeignet, dem sich
ein definierter Erfassungsbereich zuordnen läßt. Insbesondere
kommen Sensoren in Frage, die nach dem Reflexionsprinzip
arbeiten, die also eine Strahlung aussenden und nach Refle
xion an dem Gegenstand bzw. der Person wieder empfangen.
Am gebräuchlichsten in diesem Zusammenhang sind Sensoren,
die mit Infrarotstrahlung arbeiten.
Wie in Fig. 1 durch die Keulenform angedeutet, ist dem
ersten Sensor 3 ein größerer Erfassungsbereich 5, dem
zweiten Sensor 4 ein kleinerer Erfassungsbereich 6 zuge
ordnet. Die Reichweite des größeren Erfassungsbereiches
,5 beträgt ungefähr 50 cm, gerechnet von der Wand 2; die
Reichweite des kleineren Erfassungsbereiches 6 dagegen
beträgt nur etwa 10 cm, wiederum von der Wand 2 aus ge
rechnet. Die Reichweiten sind dabei so bemessen, daß sich
ein Benutzer der Dusche 1 normalerweise innerhalb des
größeren Erfassungsbereiches 5, dagegen nicht innerhalb
des kleineren Erfassungsbereiches 6 befindet.
Der erste Sensor 3, dem der größere Erfassungsbereich
5 zugeordnet ist, dient in der üblichen Weise der berührungs
losen Steuerung der Dusche 1 in dem Sinne, daß der Wasser
lauf durch die Dusche 1 solange freigegeben wird, wie
die Anwesenheit einer Person in dem Erfassungsbereich
5 des ersten Sensors 3 festgestellt wird.
Dem ersten Sensor 3 sind daher auch die konventionellen
elektronischen Schaltungskomponenten zugeordnet: Ein erster
Detektionsschaltkreis 7 erzeugt all diejenigen Signale,
die zum Betrieb des ersten Sensors 3 erforderlich sind.
Bei Verwendung eines auf Infrarotlicht basierenden Sensors
3 bedeutet dies insbesondere, daß im ersten Detektionskreis
7 die zur Bestromung der Sendediode erforderlichen Impuls
folgen mit den gewünschten Frequenzen bereitgestellt werden.
Der Detektionskreis 7 enthält darüber hinaus all diejenigen
Schaltungselemente, welche zur Auswertung der von dem
Sensor 3 erzeugten Ausgangssignale notwendig sind. Bei
Verwendung eines auf Infrarotlicht basierenden Sensors
3 bedeutet dies insbesondere einen selektiven Verstärker
sowie einen Schwellwertschalter, der ein Ausgangssignal
bei Überschreiten eines definierten, vom Sensor 3 empfangenen
Signales bereitstellt. Das Ausgangssignal dieses Schwell
wertschalters kann dann gleichzeitig das Ausgangssignal
des ersten Detektionsschaltkreises 7 sein.
Durch die Wahl der Betriebsparameter der verschiedenen
Schaltungskomponenten, die sich innerhalb des ersten Detek
tionsschaltkreises 7 befinden, läßt sich die Größe des
ersten Erfassungsbereiches 5 einstellen. Wird als Beispiel
wiederum ein mit Infrarotlicht arbeitender Sensor 3 gewählt,
so läßt sich die Größe des Erfassungsbereiches 5 beispiels
weise durch die Leistung der Sendediode, durch den Verstär
kungsfaktor des selektiven Verstärkers oder ggf. auch
durch die Schaltschwelle des Schwellwertschalters 7 vari
ieren. Diese Maßnahmen sind dem Fachmann grundsätzlich
bekannt.
Am Ausgang des ersten Detektionsschaltkreises 7 erscheint
also ein Signal immer dann und solange, wie eine Person
im ersten Erfassungsbereich 5 des ersten Sensors 3 festge
stellt wird. Dieses Ausgangssignal wird einer Treiberschal
tung 8 zugeführt, welche hiernach die zur Bestromung eines
Magnetventiles 9 erforderlichen Signale bereitstellt.
Im ersten Detektionskreis 7 und/oder in der Treiberschaltung
8 können darüber hinaus noch in bekannter Weise Zeitglieder
enthalten sein, welche das Einschalten bzw. das Ausschalten
des Magnetventiles 9 um eine bestimmte Zeit verzögern.
Der zweite Sensor 4, welchem der kleinere Erfassungsbereich
6 zugeordnet ist, ist mit einem zweiten Detektionsschalt
kreis 10 verbunden, dessen innerer Aufbau im wesentlichen
dem ersten Detektionsschaltkreis 7 entspricht. Die Betriebs
parameter des zweiten Detektionsschaltkreises 10 sind
jedoch so gewählt, daß sich der kleinere Erfassungsbereich
6 für den zweiten Sensor 4 ergibt. Am Ausgang des zweiten
Detektionsschaltkreises 10 erscheint also immer dann ein
Signal, wenn sich ein Gegenstand oder eine Person, vorzugs
weise die Hand einer Person, im kleineren Erfassungsbereich
6 des zweiten Sensors 4 befindet.
Das Ausgangssignal des zweiten Detektionsschaltkreises
10 wird einem Eingang eines UND-Gliedes 11 zugeführt.
Am zweiten Eingang des UND-Gliedes 11 liegt das Ausgangs
signal des ersten Detektionsschaltkreises 7. Das UND-Glied
11 erzeugt ein Ausgangssignal immer dann, wenn sowohl
der erste Detektionsschaltkreis 7 als auch der zweite
Detektionsschaltkreis 10 Ausgangssignale erzeugen. Dies
ist gleichbedeutend mit der Aussage, daß das UND-Glied
11 immer dann ein Ausgangssignal liefert, wenn sich eine
Person oder ein Gegenstand sowohl im Erfassungsbereich
5 des ersten Sensors 3 als auch im Erfassungsbereich 6
des zweiten Sensors 4 befindet.
Das Ausgangssignal des UND-Gliedes 11 wird einem logischen
Schaltkreis 12 zugeführt. Der logische Schaltkreis 12
arbeitet wie folgt: jedesmal, wenn erstmals das Ausgangs
signal des UND-Gliedes 11 auftritt, stellt der logische
Schaltkreis 12 den Schaltzustand des Magnetventiles 9
fest. Ist das Magnetventil 9 geöffnet, so erzeugt der
logische Schaltkreis 12 ein Ausgangssignal, welches über
die Treiberschaltung 8 das Magnetventil 9 schließt. Stellt
umgekehrt der logische Schaltkreis 12 beim erstmaligen
Auftreten eines Ausgangssignales des UND-Gliedes 11 fest, daß
das Magnetventil 9 geschlossen ist, dann erzeugt er ein
Ausgangssignal, welches über die Treiberschaltung 8 das
Magnetventil 9 öffnet. Der logische Schaltkreis 12 hat
in diesem Sinne die Funktion eines "Wechselschalters".
Die oben beschriebene Einrichtung zur berührungslosen
Steuerung einer Dusche arbeitet wie folgt:
Tritt ein Benutzer in üblicher Weise unter den Duschenkopf
1, um sich zu duschen, so gerät er dabei automatisch in
den Erfassungsbereich 5 des ersten Sensors 3. Am Ausgang
des ersten Detektionsschaltkreises 7 erscheint ein Ausgangs
signal, welches über die Treiberschaltung 8 das Magnetventil
9 öffnet. Aus dem Duschenkopf 1 tritt nunmehr in der gewünsch
ten Weise Wasser aus.
Das UND-Glied 11 dagegen erzeugt kein Ausgangssignal,
da es nur an seinem mit dem ersten Detektionskreis 7 ver
bundenen Eingang ein Signal empfängt; der zweite Eingang
des UND-Gliedes 11, der mit dem zweiten Detektionsschalt
kreis 10 verbunden ist, ist dagegen ohne Signal, da sich
kein Gegenstand bzw. keine Person im kleineren Erfassungs
bereich 6 des zweiten Sensors 4 befindet.
Wünscht nunmehr die unter dem Duschenkopf 1 stehende Person
den Wasserfluß zu unterbrechen, beispielsweise, um sich
einzuseifen, so nähert sie bewußt ihre Hand dem zweiten
Sensor 4. Diese dringt dabei in den kleineren Erfassungs
bereich 6 des zweiten Sensors 4 ein, was von dem zweiten
Detektionsschaltkreis 10 mit der Erzeugung eines Ausgangs
signales quittiert wird. Nun liegen an beiden Eingängen
des UND-Gliedes 11 Signale, so daß dieses ein Ausgangs
signal erzeugt. Der logische Schaltkreis 12 stellt fest,
daß das Magnetventil 9 geöffnet ist, und erzeugt nach
seiner Funktion als Wechselschalter ein Ausgangssignal,
welches über die Treiberschaltung 8 das Schließen des
Magnetventiles 9 herbeiführt.
Der Benutzer kann nunmehr seine Hand aus dem Erfassungs
bereich 6 des zweiten Sensors 4 nehmen, ohne daß sich
am Schaltungszustand des Magnetventiles 9 etwas ändern
würde. Er kann sich in Ruhe einseifen, ohne daß es zu
einem Wasserfluß durch den Duschenkopf 1 käme, obwohl
er im Erfassungsbereich 5 des ersten Sensors 3 steht.
Will der Benutzer den Wasserfluß durch die Brause 1 dann
wieder aufnehmen, beispielsweise um die Seife abzuspülen,
so führt er erneut seine Hand in den Erfassungsbereich
6 des zweiten Sensors 4. Wiederum erscheint am Ausgang
des zweiten Detektionsschaltkreises 10 ein Ausgangssignal,
welches dem in Fig. 1 unteren Eingang des UND-Gliedes
11 zugeführt wird. Am oberen Eingang des UND-Gliedes 11
lag die ganze Zeit über das Ausgangssignal des ersten
Detektionsschaltkreises 7, da der Benutzer ja den Erfas
sungsbereich 5 des ersten Sensors 3 niemals verlassen
hat. Das nunmehr erzeugte Ausgangssignal des UND-Gliedes
11 wird von dem logischen Schaltkreis 12 wiederum im Sinne
eines Wechselschalters verarbeitet. Das heißt, der logische
Schaltkreis 12 stellt fest, daß das Magnetventil 9 ge
schlossen ist und erzeugt ein Ausgangssignal, welches
über die Treiberschaltung 8 das Magnetventil 9 wieder
öffnet. Das Wasser beginnt wieder aus dem Duschenkopf
1 zu strömen und zwar solange, bis entweder der Benutzer
seine Hand erneut in den kleineren Erfassungsbereich 6
des zweiten Sensors 4 führt oder bis er selbst den Erfas
sungsbereich 5 des ersten Sensors 3 verlassen hat.
In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer Ein
richtung zur berührungslosen Steuerung einer Dusche darge
stellt, welches in seiner Grundfunktion dem in Fig. 1
dargestellten Ausführungsbeispiel entspricht. Entspre
chende Teile sind daher mit demselben Bezugszeichen, zu
züglich 100, gekennzeichnet.
Das Ausführungsbeispiel von Fig. 2 unterscheidet sich
von demjenigen in Fig. 1 im wesentlichen dadurch, daß
die verschiedenen Funktionen, die zur Erzeugung der Sensor
signale bzw. zur Auswertung der Sensorsignale erforderlich
sind, in einem entsprechend programmierten Mikroprozessor
zusammengefaßt sind. Eine Vereinfachung gegenüber dem
Ausführungsbeispiel in Fig. 1 liegt ferner insoweit vor, als
nur ein einziger Sensor vorgesehen ist, der gleichzeitig
die Funktionen der beiden Sensoren 3, 4 des Ausführungs
beispieles von Fig. 1 übernimmt und hierzu alternierend
in unterschiedlicher Weise betrieben wird. Dieses Ausfüh
rungsbeispiel fußt auf der Erkenntnis, daß die in Fig.
1 durch das UND-Glied 11 gegebene Funktion nicht im strengen
Sinne gleichzeitig erfolgen muß, daß es vielmehr ausreicht,
wenn das Vorliegen einer Person bzw. eines Gegenstandes
in dem größeren und in dem kleineren Überwachungsbereich
in zeitlichen Abständen festgestellt wird, die klein gegen
über den Zeiträumen sind, während denen sich normalerweise
eine Person unterhalb des Duschenkopfes befindet.
In Fig. 2 sind zunächst der Duschenkopf 101, die Gebäudewand
102, die Treiberschaltung 108 sowie das von der Treiber
schaltung 108 beströmte Magnetventil 109 identisch aus
Fig. 1 wiederzuerkennen. Im Gegensatz zum Ausführungs
beispiel nach Fig. 1 ist jedoch, wie oben bereits erwähnt,
nur ein einziger Sensor 103 vorgesehen, welchem ein ein
ziger Detektionsschaltkreis 107 zugeordnet ist. Der Detek
tionsschaltkreis 107 kann in seiner grundsätzlichen Bauweise
den Detektionsschaltkreisen 7 bzw. 10 des Ausführungsbei
spieles von Fig. 1 entsprechen. Seine internen Betriebs
parameter werden jedoch periodisch so geändert, daß sich
in kurzen zeitlichen Abständen alternierend ein großer
Erfassungsbereich 105 und ein kleiner Erfassungsbereich
106 des (einzigen) Sensors 103 ergibt. Der Wechsel zwischen
den beiden Betriebszuständen des Sensors 103 muß so rasch
erfolgen, daß für die praktischen Belange die Messungen,
die in aufeinanderfolgenden Betriebszuständen des Sensors
103 erfolgen, als "gleichzeitig" aufgefaßt werden können.
Im Regelfall sollten also zumindest einige Wechsel des
Betriebszustandes des Sensors 103 in der Sekunde erfolgen.
Nach oben ist der Frequenz, mit welcher der Betriebszustand
des Sensors 103 gewechselt wird, nur durch die Schnellig
keit Grenzen gesetzt, mit welcher die gesamte elektronische
Schaltungsanordnung Signale verarbeiten kann.
Die Ansteuerung des Detektionskreises 107 in der geschil
derten Weise geschieht ebenso wie die Auswertung der von
dem Detektionskreis 107 gelieferten Signale durch einen
entsprechend gesteuerten Mikroprozessor 113. Die Auswertung
der Ausgangssignale des Detektionskreises 107 erfolgt,
kurz gesprochen, in folgender Weise:
Stellt der Mikroprozessor 113 fest, daß nur in denjenigen
Zeiten, in denen der Sensor 103 mit dem größeren Erfassungs
bereich 105 betrieben wird, von dem Detektionsschaltkreis
107 ein Ausgangssignal abgegeben wird, so läßt er die
Treiberschaltung 108 das Magnetventil 109 während dieses
Schaltungszustandes öffnen. Dies entspricht der normalen
Betriebsweise einer berührungslos gesteuerten Dusche.
Stellt der Mikroprozessor 113 dagegen fest, daß in aufein
anderfolgenden Betriebszuständen des Sensors 103 mit größerem
Erfassungsbereich 105 und kleinerem Erfassungsbereich
106 von dem Detektionsschaltkreis 107 ein Ausgangssignal
abgegeben wird, so übt er die oben für den logischen Schalt
kreis 12 bereits beschriebene Funktion eines "Wechsel
schalters" aus. Das heißt, er veranlaßt die Treiberschal
tung 108, den jeweiligen Schaltzustand des Magnetventiles
109 in den entgegengesetzten Schaltzustand zu verändern.
Mit anderen Worten: Ist das Magnetventil zunächst geöffnet,
so wird es geschlossen und umgekehrt. Wiederum übt der
Mikroprozessor 113 diese Funktion des "Wechselschalters"
nur beim erstmaligen aufeinander folgenden Auftreten von
Ausgangssignalen des Detektionsschaltkreises 107 bei unter
schiedlich großen Erfassungsbereichen 105 und 106 aus.
Die "äußere" Funktion der in Fig. 2 dargestellten Schal
tungsanordnung stimmt also vollständig mit derjenige von
Fig. 1 überein.
In Fig. 3 ist ein logisches Flußdiagramm gezeigt, welche
die Art der Programmierung des Mikroprozessors 113 von
Fig. 2 veranschaulicht.
Zur leichteren sprachlichen Beschreibung seien nachfolgend
zwei Begriffe eingeführt: Unter "Objektfeld-Detektion"
wird diejenige Funktion der Einrichtung beschrieben, bei
welcher die Anwesenheit einer Person und/oder eines Gegen
standes im größeren Erfassungsbereich 105 des Sensors
103 abgefragt wird. Unter "Tastfeld-Detektion" wird die
Abfrage einer Person und/oder eines Gegenstandes im klei
neren Erfassungsbereich 106 des Sensors 103 verstanden.
Im Takte eines in den Mikroprozessor 113 integrierten
Taktgebers werden die in Fig. 3 dargestellten Programm
schritte wie folgt durchlaufen:
Nach dem erstmaligen Start des Programmes, der mit hier
nicht näher interessierenden Initialisierungsprozeduren
verbunden sein kann, wird zunächst der Punkt 301 erreicht,
der Ausgangspunkt der nachfolgenden Betrachtungen ist;.
Im ersten Programmschritt 302 erfolgt eine Objektfeld-
Detektion. Wird keine Person im größeren Erfassungsbereich
105 des Sensors 103 festgestellt, kehrt das Programm über
den Punkt 303 und den Block 304 zum Punkt 301 zurück.
Im Block 304 werden verschiedene Tests durchgeführt, welche
die Funktionsbereitschaft und Funktionstüchtigkeit der
gesamten Einrichtung überprüfen und die im vorliegenden
Zusammenhang nicht interessieren.
Die Schleife, die vom Punkt 301 über den Verzweigungspunkt 302,
den Punkt 303 und den Block 304 zurück zum Punkt
301 führt, wird solange zyklisch durchlaufen, wie die
objektfeld-Detektion 302 negativ ausfällt.
Tritt jedoch ein Benutzer in den größeren Erfassungsbereich
105 des Sensors 103 ein, so fällt die nächstfolgende Objekt
feld-Detektion positiv aus. Das Programm geht nunmehr
zum Block 305, welcher dem Öffnen des Magnetventiles 109
entspricht. Die Objektfeld-Detektion wird dabei fortgeführt,
wie dies durch den Verzweigungspunkt 310 in Fig. 3 darge
stellt ist. Dauert die Anwesenheit eines Benutzers in
größeren Erfassungsbereich 105 an (Anwort "ja" nach dem
Verzweigungspunkt 310), so wird eine Tastfeld-Detektion
durchgeführt. Ergibt diese, daß sich kein Gegenstand bzw.
keine Person im kleineren Erfassungsbereich 106 des Sensors
103 befindet, so geht das Programm über den Punkt 312
zum Punkt 313 zurück, der vor der Verzweigung 310 "Objekt
feld-Detektion" liegt. Das Programm durchläuft nunmehr
eine Schleife vom Programmpunkt 313 über die Verzweigung
310, die Verzweigung 311 und den Programmpunkt 312 zum
Programmpunkt 313 zurück. Solange diese Schleife durch
laufen wird, bleibt das Magnetventil 109 geöffnet.
Dieser Zustand kann nunmehr in doppelter Weise beendet
werden:
Ergibt die Objektfeld-Detektion (Verzweigungspunkt 310),
daß der Benutzer den größeren Erfassungsbereich 105 des
Sensors 103 verlassen hat, so verläßt das Programm die
Schleife 313-310-311-312-313 und gelangt zu dem Verzwei
gungspunkt 314. In diesem wird noch einmal geprüft, ob
das Ventil tatsächlich geöffnet ist. Ist dies der Fall
(wovon bei erstmaligem Erreichen des Verzweigungspunktes
314 normalerweise auszugehen ist), wo wird das Magnetventil
109 geschlossen (Block 315). Das Programm kehrt zum Programm
punkt 303 und damit in die Warteschleife 301-302-303-304-
301 zurück.
Ist das Ventil bei der Prüfung im Verzweigungspunkt 314
bereits geschlossen, erfolgt die Rückkehr zum Programmpunkt
303 auf direktem Wege.
Die soeben geschilderte Art des Schließens des Magnetven
tiles 109 entspricht dem normalen Anhalten des Wasser
stromes aus dem Duschenkopf 101, wenn der Benutzer den
Raum unterhalb des Duschenkopfes 101 verläßt.
Das Strömen des Wassers aus dem Duschenkopf 101 nach posi
tiver Objektfeld-Detektion kann jedoch noch auf eine zweite
Art unterbrochen werden: Fällt nämlich die Tastfeld-Detek
tion im Verzweigungspunkt 311 positiv aus, wird also nach
vorausgegangener positiver Objektfeld-Detektion im Verzwei
gungspunkt 310 zusätzlich eine positive Tastfeld-Detektion
im Verzweigungspunkt 311 festgestellt, so geht das Programm
nunmehr zum Verzweigungspunkt 316. Im Verzweigungspunkt
316 wird noch einmal die Stellung des Magnetventiles 109
geprüft. Wird der Verzweigungspunkt 316 das erste Mal
erreicht, so ist normalerweise das Magnetventil 109 geöff
net, also in der Diktion der Fig. 3 "nicht geschlossen".
Das Programm geht nunmehr zum Bock 317 über, welcher dem
Schließen des Magnetventiles 109 entspricht. Hiernach
geht das Programm über die Schaltungspunkte 318 und 312
zum Schaltungspunkt 313 zurück. Fällt die nunmehr erneut
im Verzweigungspunkt 310 durchgeführte Objektfeld-Detektion
weiterhin positiv aus, so wird erneut der Verzweigungspunkt
311 erreicht. Die Tastfeld-Detektion im Verzweigungspunkt
311 fällt nunmehr aber negativ aus, und zwar unabhängig
davon, ob sich der Benutzer noch im kleinen Erfassungsbe
reich 106 des Sensors 103 befindet oder sich bereits aus
diesem Erfassungsbereich entfernt hat. Eine positive Tast
feld-Detektion im Verzweigungspunkt 311 gibt es nämlich
nach den obigen Ausführungen nur bei erstmaligem Auftreten
eines Ausgangssignales des Detektionsschaltkreises 107
in der Betriebsphase, in welcher der Sensor 103 den kleine
ren Erfassungsbereich 106 aufweist.
Der Mikroprozessor 113 arbeitet nunmehr also bei geschlos
senem Ventil 109 in der Schleife, die vom Schaltungspunkt
313 über die Verzweigungspunkte 310, 311 und den Schaltungs
punkt 312 zum Schaltungspunkt 313 zurückführt.
Dieser Zustand, in welchem das Magnetventil 109 geschlossen
ist, kann auf zweierlei Weise beendet werden:
Entweder wird bei der im Verzweigungspunkt 310 stattfinden
den Objektfeld-Detektion festgestellt, daß der Benutzer
den großen Erfassungsbereich 105 verlassen hat (ohne daß
es zuvor wieder zu einem Wasserfluß gekommen wäre). Dann
geht das Programm vom Verzweigungspunkt 310 zum Verzwei
gungspunkt 314 über. In diesem wird festgestellt, daß
das Ventil nicht geöffnet ist. Dies hat, wie oben bereits
erläutert, zur Folge, daß das Programm zum Programmpunkt
303 schreitet und über diesen in die Warteschleife 301-
302-303-304-301 eintritt.
Die zweite Möglichkeit, die Schleife 313-310-311-312-313
zu verlassen, ist bei fortdauernder positiver Objektfelddetektion
die, daß erneut erstmals die Tastfeld-Detektion
im Verzweigungspunkt 311 positiv ausfällt, daß also der
Benutzer erneut seine Hand in den kleineren Erfassungsbe
reich 106 des Sensors 103 eingeführt hat. Das Programm
schreitet vom Verzweigungspunkt 311 zum Verzweigungspunkt
316. Dort wird nunmehr festgestellt, daß das Magnetventil
109 geschlossen ist, was zum Öffnen des Magnetventiles
im Block 110 führt. Das Programm geht über die Programmpunkte
318 und 312 in die Schleife 313-310-311-312-313 zurück.
Während des zyklischen Durchlaufens dieser Schleife ändert
sich bekanntlich der Schaltzustand des Magnetventiles 109
nicht. Das Wasser läuft nunmehr wiederum über den Duschenkopf
101, bis entweder der Benutzer aus dem größeren Erfassungs
bereich 105 des Sensors 103 austritt (Objektfeld-Detektion
im Verzweigungspunkt 310 negativ) oder bis der Benutzer
seine Hand erneut in den kleineren Erfassungsbereich 106
des Sensors 103 einführt (Tastfeld-Detektion im Verzwei
gungspunkt 311 positiv).
Die obige Beschreibung ging davon aus, daß die in den
Programmschritten 302 und 310 durchgeführten Objektfeld-
Detektionen im inneren Programmablauf des Mikroprozessors
113 zeitlich mit dem Betrieb des Sensors 103 im größeren
Erfassungsbereich 106 korreliert ist. Dies kann durch
eine entsprechende Steuerung des Detektionsschaltkreises
107 durch den Mikroprozessor 113 erfolgen. Alternativ
wäre es möglich, den abwechselnden Betrieb des Sensors
103 mit großem Erfassungsbereich 105 und kleinem Erfassungs
bereich 106 auch unabhängig von den internen zeitlichen
Abläufen im Mikroprozessor 113 zu fahren und das jeweilige
Ausgangssignal des Schaltungsdetektionskreises 107 für
diejenige Zeit zwischenzuspeichern, in der der Sensor
103 in der jeweils anderen Betriebsart arbeitet. Der Mikro
prozessor 113 kann dann bei der Objektfeld-Detektion in
den Programmschritten 302 und 310 immer auf den im Zwischen
speicher abgelegten Wert zurückgreifen.
Entsprechendes gilt für die im Programmschritt 311 statt
findende Tastfeld-Detektion, die entweder zeitlich mit
einem entsprechenden Betrieb des Sensors 103 bei kleinerem
Empfangsbereich 106 korreliert sein muß oder bei welcher
auf einen zwischengespeicherten Wert zurückgegriffen wird.
Durch die Programmschritte 310 und 311 wird auch beim
Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 eine Art UND-Funktion
ausgeübt, weil eine Veränderung des Schaltungszustandes
des Magnetventiles 109 nur dann erfolgt, wenn sowohl die
Objektfeld-Detektion als auch die Tastfeld-Detektion positiv
ausfällt. Daß Objektfeld-Detektion und Tastfeld-Detektion
nicht exakt gleichzeitig sind, ist solange ohne Belang,
wie die Aufeinanderfolge von Objektfeld-Detektion und
Tastfeld-Detektion verhältnismäßig rasch erfolgt. Hierauf
wurde bereits oben verwiesen.
Beim Ausführungsbeispiel von Fig. 1 wurden zwei vollständig
unabhängige Sensoren eingesetzt, die also beispielsweise
zwei Sendedioden und zwei Empfangsdioden enthalten konnten.
Beim Ausführungsbeispiel von Fig. 2 dagegen fand ein
einziger Sensor Verwendung, der beispielsweise eine einzige
Sende- und eine einzige Empfangsdiode aufweist. Selbst
verständlich sind grundsätzlich auch Mischformen möglich,
bei denen beispielsweise zwei Sender und ein Empfänger
oder umgekehrt ein Sender und zwei Empfänger verwendet
werden.
Claims (11)
1. Einrichtung zur berührungslosen Steuerung einer Dusche
mit
- a) einem ersten Sensor, dem ein erster Erfassungsbereich zugeordnet ist;
- b) einem ersten Detektionsschaltkreis, der solange ein Ausgangssignal erzeugt, wie die Anwesenheit einer Person oder eines Gegenstandes durch den ersten Sensor im ersten Erfassungsbereich festgestellt wird;
- c) einem elektrisch betätigten Ventil, welches den Wasser strom durch die Dusche steuert;
- d) einer von dem ersten Detektionsschaltkreis angesteuerten Treiberschaltung, welche die zum Betrieb des elektrisch betätigten Ventils erforderlichen Signale bereitstellt,
dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem umfaßt:
- e) einen zweiten Sensor (4; 103), dem ein zweiter Erfassungs bereich (6; 106) zugeordnet ist, welcher kleiner als der erste Erfassungsbereich (5; 105) ist;
- f) einen zweiten Detektionsschaltkreis (10; 107), der solange ein Ausgangssignal erzeugt, wie die Anwesenheit einer Person oder eines Gegenstandes durch den zweiten Sensor (4; 103) im zweiten Erfassungsbereich (6; 106) festgestellt wird;
- g) einen logischen Schaltkreis (12; 113), der bei Beginn des Ausgangssignales des zweiten Detektionsschaltkreises (10; 107) ein eigenes Ausgangssignal bereitstellt, mit welchem nach Art eines Wechselschalters der jeweilige Schaltzustand des elektrisch betätigten Ventils (9; 109) ins Gegenteil verkehrt wird.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß ein eine logische UND-Funktion ausübender Schalt
kreis (11; 113) vorgesehen ist, dem die Ausgangssignale
der beiden Detektionsschaltkreise (7, 10; 107) zugeführt
werden und der ein Ausgangssignal dann erzeugt, wenn sowohl
ein Ausgangssignal des ersten Detektionsschaltkreises
(7; 107) als auch des zweiten Detektionsschaltkreises
(10; 107) vorliegt, wobei dieses Ausgangsignal dem logischen
Schaltkreis (12; 113) als Eingangssignal zugeführt wird.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Reichweite des ersten Erfassungsbe
reiches (5; 105) etwa 50 cm beträgt.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Reichweite des zweiten Erfas
sungsbereiches (6; 106) etwa 10 cm beträgt.
5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei welcher jeder Sensor einen Sender und einen Empfänger
umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß entweder der Sender
oder der Empfänger körperlich nur einfach vorhanden und
gleichzeitig Bestandteil zweier Sensoren ist.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß
- a) körperlich nur ein Sensor (103) und ein diesem zugeord neter Detektionsschaltkreis (107) vorhanden sind, die alternierend in schneller zeitlicher Folge in einer ersten Betriebsart mit großem Erfassungsbereich (105) und in einer zweiten Betriebsart mit kleinem Erfassungs bereich (106) arbeiten;
- b) der die logische UND-Funktion ausübende Schaltkreis (113) in schneller zeitlicher Folge prüft, ob sowohl in der ersten als auch in der zweiten Betriebsart des Sensors (103) ein Ausgangssignal des Detektionsschalt kreises (107) vorliegt.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der während der Dauer der einen Betriebsart des
Sensors (103) ermittelte Wert des Ausgangssignales des
Detektionsschaltkreises (107) während der Dauer der anderen
Betriebsart zwischengespeichert wird.
8. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Zeitpunkte, zu denen im inneren Ablauf des die
logische UND-Funktion ausübenden Schaltkreises (113) die
Prüfungen auf das Vorliegen des Ausgangssignales des Detek
tionsschaltkreises (107) erfolgen, zeitlich mit denjenigen
Zeitpunkten korreliert ist, zu denen der Sensor (103)
in der entsprechenden Betriebsart arbeitet.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die Abläufe durch einen Mikroprozes
sor (113) gesteuert sind.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß der Sensor (103) zumindest mehrfach
in der Sekunde von einer zur anderen Betriebsart wechselt.
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