【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人体から排泄される尿流を検知することにより洗浄バルブの開動作を行う小便器装置に関するもので、特に、少ない尿流検出時においても確実に洗浄バルブの開動作を行う制御動作に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、赤外線などで小便器の前に人がいることを検出し、その人が居なくなったときにフラッシュバルブを開き洗浄を行う装置が用いられている。しかし、赤外線検出器はそこに居る人の目に留まりやすく、監視されている印象をその小便器を利用する人に与えてしまう。このため、近年は器具の内部からマイクロ波を送信し、このマイクロ波が人体から反射されてきた信号（ドップラ信号）を検出し、検出信号の高域周波数および低域周波数が所定時間以上継続した後にフラッシュバルブを開き洗浄を行っている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、マイクロ波を送信し、このマイクロ波から反射されてきた信号（ドップラ信号）を検出し、検出信号のパワースペクトルを求め、このパワースペクトルのピークの変移や継続時間から、人体が小便器に対して近づいてきたのか退去したものかを判断する方法もある（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
実開昭６３−１４５９７３号公報（第４−９頁、第２図）
【特許文献２】
特開平９−８０１５０号公報（第３−７頁、第２図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
自動洗浄機能付き小便器装置における使用者の検出では、小便器の正面直前のエリアに人が居るか居ないかを正確に検知することが重要であるが、小便器の前方を人が通過しただけで、これを利用者と誤認して無駄な洗浄水を流してしまうことがある。
そこで、マイクロ波を送信し、このマイクロ波から反射されてきた信号（ドップラ信号）のパワースペクトルより使用者の小便器装置への接近や退去を判断する方法があるが、使用者の接近や退去で判断してしまうために、実際には排尿を行っていないにも関わらず、無駄な洗浄水を流してしまうことがある。
さらに、尿流を検出して洗浄制御を行う小便器装置では、ノイズ信号と尿流信号との識別をはっきりさせるために、尿流信号に対して閾値を設け、閾値以上の振幅レベルの信号が一定時間以上出力されることにより尿流検知の判断を行っているため、閾値以下あるいは一定時間以下の信号が出力された場合には尿流とは判断せずに洗浄動作を行わない。また、尿流を検知する信号が出力されなくなってから、すなわち、人体から排尿が行われていないと想定されることにより洗浄水を流す動作を行うために、人体の存在有無とは関係なしに洗浄動作を行ってしまい、使用者が小便器装置前方に存在しているにも関わらず、洗浄動作を行うことにより、使用者に対して不快な思いをさせるだけでなく、洗浄水の飛び跳ねが使用者に飛び跳ねるなどの原因となっていた。
【０００６】
従って、本発明の目的は、尿流を検出することにより洗浄水制御を行う小便器装置において、使用者の排尿を確実に判断し、誤検知なく洗浄を行う小便器装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、小便器に対し洗浄水を供給可能にするバルブと、使用者および尿流を検知するセンサ部を設け、前記センサ部において使用者の尿流を一定時間以上検出することにより、バルブの開動作を一定時間行う制御部を備えた小便器装置において、前記センサ部は、送信波と、送信波が使用者または尿流に反射して得られる反射波とを基に生成され、且つ全て異なる位相差を有する複数の出力信号を導出し、前記複数の出力信号より使用者または尿流の動作に応じて得られる複数のドップラ信号と、距離に応じて一定周期で変動する複数の直流信号を任意の基準値に対して全波整流し合成した最大値の軌跡である定在波信号とを算出する信号処理部とを備え、前記制御部は、ドップラ信号により尿流が一定時間以上検出されない場合であっても、定在波信号により人体の存在を検知した場合には、一定時間のバルブの開動作を行うことを特徴とする。
【０００８】
前記複数のドップラ信号はセンサ部から送信される送信波と、検知対象物からの反射によって得られる反射波とを基に生成される電波のドップラ効果を利用した信号であり、検知対象物が動いていることにより信号を得ることができる。すなわち、使用者の動きや使用者の排尿を検知することにより信号を出力することが可能である。
また、前記位相差を有する複数のドップラ信号間の位相の進み／遅れにより検知対象物がセンサ部に対して接近しているのか、あるいは離遠しているのかを判断することができるため、使用者が小便器装置に対して接近しているのか、あるいは離遠しているのかを判断することが可能である。
さらに、前記定在波信号はセンサから検知対象物までの距離に応じて一定周期で変動する複数の直流信号を任意の基準値に対して全波整流し合成した最大値の軌跡であるため、検知対象物までのおおまかな距離を測定することが可能であり、使用者が小便器装置前に居るか、或いは居ないかを判断しすることが可能である。
したがって、上記構成によれば、前記ドップラ信号から使用者の尿流を検知することによりバルブの開動作を行う小便器装置において、尿流を検知することにより出力する信号が一定時間以上出力されない場合であっても、前記定在波信号より小便器装置前方へ使用者の存在有無を判断することが可能であるため、誤検知なくバルブの開動作を行うことが可能となる。
【０００９】
請求項２記載の発明は、前記制御部は、前記複数のドップラ信号間の位相の進み／遅れ、または前記定在波信号が使用者不在時における基準値よりも設定された閾値以上変動がある場合に、一定時間のバルブの開動作を行う予備洗浄を行うことを特徴とする。
【００１０】
上記構成によれば、前記制御部は、前記位相の異なる複数のドップラ信号より使用者が小便器装置へ接近したと判断するか、または前記定在波信号の変動により小便器装置前方に使用者が存在すると判断した場合に、一定時間のバルブの開動作で予備洗浄を行うことにより、小便器内部に薄い水膜を形成して排尿が小便器に付着するのを防止するとともに、使用後の洗浄を容易に行うことを可能とする。
【００１１】
請求項３記載の発明は、前記制御部は、前記定在波信号が使用者不在時における基準値よりも設定された閾値以上変動があり、且つ、前記ドップラ信号により尿流を一定時間以上検出した場合、得られた尿流検知時間に応じて前記バルブの開弁時間を変化させることを特徴とする。
【００１２】
上記構成によれば、前記制御部は、前記定在波信号の変動により小便器装置前方に使用者が存在すると判断し、且つ前記ドップラ信号により尿流を検出しバルブの開動作を行う際に、出力される尿流の検知時間に応じてバルブの開動作時間を変化させることにより、使用者の排尿量に応じて洗浄水量を流すことが可能になり、無駄な洗浄水を流すことなく節水に効果的である。また、前記定在波信号の変動から尿流信号検知後に、使用者が小便器装置前方から退去したことを確認することによりバルブの開動作を行うことで、使用者に対して排尿中にも関わらず洗浄動作を行う不快感を与えることがなくなる。
【００１３】
請求項４記載の発明は、前記制御部は、前記バルブが開動作中に前記位相差を有する複数のドップラ信号間の位相の進み／遅れ、または前記定在波信号が使用者不在時における基準値よりも設定された閾値以上変動がある場合に、前記バルブを閉動作することを特徴とする。
【００１４】
上記構成によれば、前記バルブが開動作中、すなわち小便器内を洗浄水が流れている途中に、前記ドップラ信号により使用者の接近、または前記定在波信号により使用者の小便器前方への存在を判定した場合に、前記バルブ動作を停止させることにより、洗浄水を尿流と誤検知することがなくなり、尿流の検出精度を向上させるだけでなく、無駄な洗浄水を流すことなく節水にも効果的である。また、洗浄水が流れている時に排尿することによる飛び散りを防止することが可能となり、使用者が不快な思いをすることなく使用することが可能となる。
【００１５】
請求項５記載の発明は、前記制御部は、前記定在波信号が使用者不在時における基準値よりも設定された閾値以上変動があり、且つ、前記ドップラ信号により尿流を一定時間以上検出できないことが任意の回数以上行われることにより、バルブの開動作を行う保護洗浄を行うことを特徴とする。
【００１６】
上記構成によれば、前記定在波信号により一定時間使用者が小便器装置前方に存在しているにも関わらず、前記ドップラ信号による尿流検知時間が一定時間に満たず、バルブの開動作を行わなかった場合、このような状況においても少量ながらも排尿は行われており、小便器トラップ内には尿流成分が残存し、このまま放置させることにより悪臭を発生させるなど衛生上問題であるが、任意の回数以上行われることにより、一定時間のバルブ開動作を行うことで、小便器を衛生的に保つことが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を、添付図面により詳細に説明する。
【００１８】
本発明の要旨である、センサ部の出力信号を算出する信号処理部と、小便器装置の洗浄水の吐水制御を行う制御部について詳しく説明する。
上記信号処理部は、電波を利用して検知動作を行うもので、図１に示すように外部に信号を電波として送信するための送信信号を生成する発信部１３と、送信波として１０ＧＨｚ程度のマイクロ波を送信する送信部１１と、送信部から送信されたマイクロ波の検知対象物１０からの反射波を受信する受信部１２と、送信信号と受信信号を複数且つ同数の信号に分割する分割部１４ａ、１４ｂと、送信信号または受信信号を基に低周波数の出力信号を抽出する信号抽出部１５ａ、１５ｂと、信号抽出部より得られる位相差を生じさせた複数の信号から検知対象物のセンサ部への接近／離遠を判断する判定部１６とを備える。
【００１９】
送信部１１より送信されたマイクロ波は、検知対象物１０へ当たり、その反射波が受信信号となり受信部１２に受信される。送信信号と受信信号は分割部１４ａ、１４ｂにより、複数且つ同数の信号に分割され、分割された受信信号は位相差生成手段１０ａ、１０ｂによって異なる位相差を生じたのちに、信号抽出手段１５ａ、１５ｂで分割された送信信号を基に低周波数のドップラ信号が抽出される。
前記低周波数のドップラ信号は、電波によるドップラ効果を利用した信号であり、下記の（１）式で示される。
ΔＦ＝Ｆｓ−Ｆｂ＝２×Ｆｓ×ｖ／ｃ （１）
【００２０】
（１）式において、ΔＦはドップラ周波数であり、Ｆｓは送信波の周波数（送信周波数）であり、Ｆｂは反射波の周波数（反射周波数）であり、ｖは検知対象物の移動速度であり、ｃは光速（３００×１０６ｍ／ｓ）である。
このように、検知対象物の移動速度に応じた周波数の信号が得られるため、小便器前方に接近／離遠する対象物である使用者、或いは、使用者が排尿する尿流に応じた周波数成分のドップラ信号が出力されることになる。使用者である人体の動作速度と、排尿による尿流の動作速度は、それぞれ特定の周波数帯域であるため、それぞれの周波数帯域のみ通過させるフィルタ等を用いることにより、容易に人体の動作と尿流の信号を識別することが可能である。
【００２１】
また、前記判定部は、図２を用いて説明すると、受信部によって受信された２つの受信信号２１、２２のうち、片方を基準信号２１とし、位相差生成手段によって位相差を生じた受信信号を対象信号２２としたとき、判定部は、基準信号２１の基準点２３近傍での時間的変位において、対象信号２２が基準信号２１を追いかけている形であれば遅れ位相、対象信号が基準信号に追いかけられている形であれば、進み位相と判断することができ、この位相の進み／遅れにより検知対象物のセンサ部に対しての接近／離遠を判断することが出来る。
【００２２】
前記判定部では、基準信号に対して対象信号が１８０度ずれていないことで、基準信号に対しての対象信号が、進み位相であるか遅れ位相であるかの判断ができるので、位相差生成手段によって生じる位相差は１８０度以外であれば何度ずれていても構わない。
ここでの位相差生成手段として、電送線路の長さを変化させることで位相差を生じさせるのが一般的である。電送線路のプリントパターンの長さによって位相差を固定してしまう方法でも良いし、機械的構造によって、電送線路長を可変できるようにしておけば、任意の位相差を生じさせることも可能となる。
【００２３】
さらに信号処理部では、図３に示すように距離に応じて一定周期で変動する複数の直流信号３１ａ、３１ｂを取り出し、任意の基準値３０に対して全波整流３２ａ、３２ｂし、さらにそれらを合成した最大値の軌跡より定在波信号３３を算出している。前記定在波信号より判定部は、センサ部から検知対象物までのおおよその距離を算出することが可能であり、前記定在波信号の出力値が小便器装置前の任意の範囲内に検知対象物が存在する出力値であった場合、すなわち、使用者不在時の基準値３４を設け、使用者不在時の基準値３４よりも出力電圧が大きい場合に使用者が存在していると判断する。
また、前記定在波信号を算出するための距離に応じて一定周期で変動する複数の直流信号において、全波整流を行い合成する際に、合成する信号の数が多ければ多いほど、算出される定在波信号は滑らかな曲線となり、距離に対する出力値が１対１となって誤検知を無くすことが可能となる。
そして前記制御部は、前記判定部における使用者の接近／離遠や、尿流の検出、さらには使用者の存在有無の判定結果を受けて、前記バルブの開動作を行う。
【００２４】
本実施例において、センサ部である電波は１０ＧＨｚ程度のマイクロ波を用いて説明したが、それ以外の周波数帯域におけるマイクロ波やミリ波などにおいても同様な効果が得られるものである。
さらに、分割部で分割される送信信号および受信信号が増加した場合にも、基準信合に対しての対象信号の進み位相、あるいは遅れ位相の処理方法および判定部における検知対象物のセンサ部に対する接近／離遠判定は同様に行うことが出来る。
【００２５】
次に、図４に本発明の第１の実施に関わる制御フローを示し、図５に信号処理部より算出される尿流信号であるドップラ信号を示す。
図５に示すように、信号処理部により算出されるドップラ信号は、尿流を検知することにより尿流信号５１が現れる。判定部は、尿流信号がある閾値５２以上の振幅が一定時間時間以上出力される５３ことにより尿流検知と判断する。ここで、出力されるドップラ信号の振幅値に閾値５２を設けることにより、ノイズ信号と尿流信号の識別をすることが可能となり、一定時間以上出力される５３ことにより尿流検知と判断することにより、突発的に発生したノイズ成分を尿流検知と判断することがなくなる。
前記尿流を検知することによる出力されるドップラ信号は、約１５０Ｈｚ程度の周波数帯域であることが分かっており、前記判定部において、１５０Ｈｚ前後の周波数帯域のみを通過させるフィルタを構成することにより、尿流検知の精度を向上させることが可能となる。また、使用者の動きにより出力されるドップラ信号は、７０Ｈｚ前後であるため、７０Ｈｚ前後の周波数帯域のみを通過させるフィルタを構成させることにより、尿流と使用者の動きにより出力されるドップラ信号を区別することが可能となり、検知精度を向上させることが可能となる。
【００２６】
次に、本発明の第１の実施に関わる制御フローについて説明する。
図４の制御フローチャート図に示すように、制御部は出力されるドップラ信号が閾値以上の振幅のある尿流信号であるか否かを判断し、尿流信号が検出された時点で定在波信号の信号レベルを確認し（Ｓ４２）、使用者不在時の基準値と比較し、使用者不在時の基準値よりも出力電圧が大きい場合には使用者有フラグをたて（Ｓ４３）、基準値よりも出力信号が小さい場合には、使用者有りフラグをさげる（Ｓ４４）。その後、前記尿流信号が一定時間以上出力されるかどうかを判断し（Ｓ４５）、一定時間以上の尿流信号が得られることにより、制御部はバルブを一定時間の開動作を行う（Ｓ４７）。この際に、尿流信号が一定時間以上出力されない場合には、使用者有りフラグを確認し（Ｓ４６）、使用者有りフラグがたっている時にはバルブを一定時間の開動作を行い（Ｓ４７）、使用者有りフラグがさがっている場合には、出力された尿流信号は、ノイズ信号であると判断し、バルブの開動作は行わない。
上記のような制御フローにすることにより、ドップラ信号により、一定時間以上の尿流信号が出力されない場合においても、定在波信号により使用者の存在有無が分かることに、使用者が居たにも関わらず尿流信号が短かったのであるか、すなわち排尿量が少なかったのであるか、使用者が居ないにも関わらず尿流信号が出力されたのであるか、すなわち出力された尿流信号はノイズ信号であるのかの判断をすることが可能となり、ノイズによる誤洗浄を無くすことが可能となるだけでなく、少ない排尿量においても確実に洗浄することが可能となる。
【００２７】
また、上記バルブの開動作のトリガーとして、尿流検知信号の出力が終わることにより排尿の終了を判断することが可能であるが、さらに、定在波信号により使用者の小便器装置前方への存在無しを確認した後にバルブの開動作を行うことにより、使用者が小便器装置前方に居るにも関わらず洗浄を行うことが無くなり、使用者に対して不快感を与えることがなくなる。
【００２８】
図６に、上記構成におけるセンサ部の設置位置の例を示す。上記センサ部６１ａ、６１ｂは、尿流および使用者を検出することが可能であれば、設置位置を特に限定されるものではないが、図６に示すように、小便器背面６１ａや、小便器上面部６１ｂに設置することにより、センサ部より送信される送信波の送信範囲６２ａ、６２ｂが尿流および使用者を検出し易いために好ましいものである。特に電波を使用した電波センサを用いることにより、電波は陶器を透過する性質を持っているため、光電センサに見られる透過窓が不用となり、透過窓の汚れによる検出誤差や悪戯などの防止といった面からも優れている。
【００２９】
次に、図７に本発明の第２の実施形態に関わる制御フローを示す。
図７の制御フローチャート図に示すように、制御部は出力されるドップラ信号、および定在波信号を常に監視し、ドップラ信号における人体検知信号（使用者である人体が動いていることにより出力されているであろうドップラ信号。７０Ｈｚ前後の周波数帯域信号であると言われている。）が検出され、位相差を有する複数の出力信号から、使用者が小便器装置に対して接近していると判断した場合（Ｓ７１）、若しくは、定在波信号における出力電圧が使用者不在時の基準値よりも大きく、使用者有りと判断した場合（Ｓ７２）には、一定時間のバルブ開動作による予備洗浄を行う。
また、上記ドップラ信号により前記人体検知信号が得られなかった場合、若しくは前記人体検知信号が得られた場合においても複数の出力信号の位相差より離遠と判定した場合や、定在波信号における出力電圧が使用者不在時の基準値よりも小さい場合には、使用者を検知していないと判断し、予備洗浄を行わない。
上記予備洗浄を行うことにより、使用者が排尿する前に小便器内に水膜を作ることにより、排尿を小便器内に付着するのを防止するだけでなく、排尿終了後における洗浄時においても、水膜が生成されていることにより洗浄しやすくなる。
【００３０】
次に、図８に本発明の第３の実施形態に関わる制御フローを示し、図９に尿流検知時間と洗浄水量の関係図を示す。
図８の制御フローチャート図に示すように、制御部は尿流信号を検出し、一定時間以上の出力信号が得られることにより、尿流を検知する（Ｓ８２）。このときに、尿流信号を検出したと同時に出力信号の出力されている時間を計測し、尿流信号の検知時間が一定時間以下であればそのままバルブ開動作を行う（Ｓ８０２）が、尿流信号が一定時間以上出力されることにより、計測した時間より（Ｓ８３〜Ｓ８５）、尿流検知時間に応じた洗浄水量を決定（Ｓ８６〜Ｓ８９）し、バルブの開動作（Ｓ８０１）を行う。制御部は、図９に示すような尿流検知時間と洗浄水量との関係図（データテーブル）から洗浄水量を決定する。
尿流信号の出力時間と使用者による排尿は、相関関係があり、尿流信号の出力時間に応じて洗浄水量を決定することにより、排尿を洗浄するに最低限必要な洗浄水だけを流せば良く、無駄な洗浄水を流すことなく節水効果を得ることも可能となる。
【００３１】
次に、図１０に本発明の第４の実施形態に関わる制御フローを示す。
図１０の制御フローチャート図に示すように、小便器装置のバルブの開動作中、すなわち小便器装置の本洗浄動作中に、位相差を有する複数のドップラ信号により、使用者の接近を判断した場合（Ｓ１０１）、或いは、定在波信号により使用者の存在を判定した場合には、バルブの開動作を停止、閉動作（Ｓ１０４）とする。このとき、位相差を有する複数のドップラ信号により使用者の接近、或いは定在波信号により使用者の存在を判定した場合には、そのまま本洗浄動作を行う（Ｓ１０３）。
前回使用者の小便器洗浄中に、位相差を有する複数のドップラ信号、または定在波信号により、使用者の接近或いは、存在を検知した場合、次の使用者が現れたと想定される。尿流を検知することによりバルブの開動作を行う小便器装置において、次の使用者が排尿するときに洗浄水が流れていては、尿流か洗浄水かの識別が必要となる。前記洗浄水と尿流の識別は、出力される信号の周波数帯域が異なるために、フィルタにより不要な周波数帯域をカットしたり、周波数スペクトル解析などを行うことにより、尿流と洗浄水を識別することは可能であるが、不要な信号が無い方が誤検知する可能性が低く、検出精度が向上することは言うまでもない。
また、上記構成により、洗浄中に排尿することによって生じる、洗浄水の飛び散りや排尿の飛び散りを防ぐことが可能となり、使用者に対して不快な思いを感じさせないだけでなく、無駄な洗浄水を流すことなく節水効果を得ることが可能である。
【００３２】
上記のような構成において、センサ部を小便器背面に取付けた場合においては、洗浄水を流すことにより小便器内に水膜が出来てしまう。電波は水分を透過する際に吸収される特性があるため、送信する電波自体が減衰されてしまうために、小便器上面に取付ける方が、洗浄水の流れによる影響が殆ど無く、使用者の検出を行うことができるために、好ましいものである。
【００３３】
次に、図１１に本発明の第５の実施形態に関わる制御フローを示す。
図１１の制御フローチャート図に示すように、尿流信号が検知されたにも関わらず、一定時間以上の出力時間が得られないために、バルブの開動作を行わなかった場合、その時の定在波信号により、使用者が存在していたと判定した場合においては、使用者が排尿したにも関わらず尿量が少ないために洗浄を行わないと判断する。
前記尿量が少ないために洗浄を行わないと判断した回数ｎと、任意の回数ｋと比較し（Ｓ１１１）、ｎ＜ｋの場合にはバルブの開動作は行わないが、ｎ＞ｋの場合にはバルブの開動作（Ｓ１１２）を行う。
上記のように、使用者が排尿を行ったにも関わらず、尿量が少ないために洗浄を行わないことが連続して発生した場合に、各々の尿量は少量であるが連続して数回行われることにより、通常に排尿する量と同量な排尿が小便器トラップ部に残存することになり、そのまま長時間放置されることにより悪臭を発生するなど、衛生上問題である。
そこで、上記のような排尿を行ったにも関わらず、尿量が少ないために洗浄を行わないことが任意の回数以上行われることにより、バルブの開動作を行うことで、悪臭の発生を抑えることが可能となり、小便器装置を衛生的に保つことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の小便器装置における、センサ部の構成を示すのブロック図。
【図２】本発明の小便器装置における、センサ部より出力される位相差を有する複数のドップラ信号より検知対象物の接近／離遠を判断する出力信号波形図。
【図３】本発明の小便器装置における、センサ部より出力される定在波信号の全波整流、および合成波形図。
【図４】本発明の第１の実施形態に関わる洗浄水バルブ制御の制御フローを示したフローチャート図。
【図５】本発明の小便器装置における、センサ部より出力される出力波形図。
【図６】本発明の第２の実施形態における、センサ部の設置例。
【図７】本発明の第２の実施形態に関わる洗浄水バルブ制御の制御フローを示したフローチャート図。
【図８】本発明の第３の実施形態に関わる洗浄水バルブ制御の制御フローを示したフローチャート図。
【図９】本発明の第３の実施形態に関わる尿流検知時間と洗浄水量の関係を示す図。
【図１０】本発明の第４の実施形態に関わる洗浄水バルブ制御の制御フローを示したフローチャート図。
【図１１】本発明の第５の実施形態に関わる洗浄水バルブ制御の制御フローを示したフローチャート図。
【符号の説明】
１０：検知対象物、１１：送信部、１２：受信部、１３：発信部、１４ａ、１４ｂ：分割部、１５ａ、１５ｂ：信号抽出部、１６：判定部、１７ａ、１７ｂ：位相差生成手段、２１：基準信号、２２：対象信号、２３：基準点、３０：基準値、３１ａ、３１ｂ：直流信号、３２ａ、３２ｂ：全波整流、３３：定在波信号、３４：使用者不在時の基準値、５１：出力信号、５２：閾値、５３：尿流信号検知時間、６１ａ、６１ｂ：センサ部、６２ａ、６２ｂ：送信電波放射範囲[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a urinal device that opens a cleaning valve by detecting urine flow excreted from a human body, and in particular, a control operation that reliably opens a cleaning valve even when a small amount of urine flow is detected. About.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, there has been used a device that detects the presence of a person in front of a urinal using infrared rays or the like, and opens a flush valve to perform cleaning when the person is not present. However, infrared detectors tend to catch the eye of the person present and give the person who uses the urinal a monitored impression. For this reason, in recent years, microwaves have been transmitted from the inside of the appliance, and the microwaves have detected a signal (Doppler signal) reflected from the human body, and the high frequency and the low frequency of the detected signal have continued for a predetermined time or more. Thereafter, the flush valve is opened to perform cleaning (for example, see Patent Document 1).
[0003]
In addition, a microwave is transmitted, a signal (Doppler signal) reflected from the microwave is detected, a power spectrum of the detected signal is obtained, and a human body is transmitted to the urinal from the shift and the duration of the peak of the power spectrum. On the other hand, there is a method of determining whether the user has approached or has left (for example, see Patent Document 2).
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Utility Model Laid-Open Publication No. 63-145973 (page 4-9, FIG. 2)
[Patent Document 2]
JP-A-9-80150 (page 3-7, FIG. 2)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the detection of a user in a urinal device with an automatic cleaning function, it is important to accurately detect whether or not there is a person in the area immediately in front of the urinal, but a person has passed in front of the urinal. In some cases, this may be mistaken for a user and wasteful washing water may flow.
Therefore, there is a method of transmitting a microwave and determining whether the user approaches or leaves the urinal device based on the power spectrum of a signal (Doppler signal) reflected from the microwave. In some cases, wasteful washing water may flow even though urination is not actually performed.
Further, in the urinal device that performs urine flow detection and cleaning control, a threshold value is provided for the urine flow signal in order to clarify the distinction between the noise signal and the urine flow signal. Since the urine flow detection is determined by being output for a certain period of time or more, when a signal that is equal to or less than the threshold value or equal to or less than a certain time is output, the washing operation is not performed without judging that the urine flow. Also, after the signal for detecting the urine flow is no longer output, that is, in order to perform the operation of flushing water by assuming that urination is not performed from the human body, regardless of the presence or absence of the human body Even though the user performs the cleaning operation and performs the cleaning operation in spite of the fact that the user is present in front of the urinal device, not only does the user feel uncomfortable, This caused the user to jump off.
[0006]
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a urinal device that performs cleaning water control by detecting a urine flow and that reliably determines the urination of a user and performs cleaning without erroneous detection. .
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1, which has been made to solve the above-mentioned problem, is provided with a valve capable of supplying flush water to a urinal, a sensor unit for detecting a user and a urine flow, and a user unit is provided in the sensor unit. By detecting the urine flow of the urine flow for a predetermined time or more, the urinal device including a control unit that performs the opening operation of the valve for a predetermined time, the sensor unit includes a transmission wave, and the transmission wave is reflected on the user or the urine flow. A plurality of output signals generated based on the obtained reflected wave and deriving a plurality of output signals all having different phase differences, and a plurality of Doppler signals obtained according to the operation of the user or urine flow from the plurality of output signals A signal processing unit that calculates a standing wave signal that is a locus of a maximum value obtained by performing full-wave rectification on a plurality of DC signals that fluctuate at a constant cycle in accordance with the distance with respect to an arbitrary reference value, and The control unit converts the Doppler signal Ri even if urine flow is not detected more than a predetermined time, when detecting the presence of a human body by the standing wave signal, and performs the opening operation of the fixed time of the valve.
[0008]
The plurality of Doppler signals are signals using the Doppler effect of radio waves generated based on a transmission wave transmitted from the sensor unit and a reflected wave obtained by reflection from the detection target, and the detection target moves. By doing so, a signal can be obtained. That is, it is possible to output a signal by detecting the movement of the user and the urination of the user.
Further, it is possible to determine whether the detection target is approaching or away from the sensor unit based on the lead / lag of the phase between the plurality of Doppler signals having the phase difference. It is possible to determine whether the person is approaching or away from the urinal device.
Furthermore, since the standing wave signal is a locus of a maximum value obtained by performing full-wave rectification and combining a plurality of DC signals that fluctuate at a constant cycle according to the distance from the sensor to the detection target with respect to an arbitrary reference value, The approximate distance to the detection target can be measured, and it is possible to determine whether the user is in front of the urinal device or not.
Therefore, according to the above configuration, in the urinal device that opens the valve by detecting the urine flow of the user from the Doppler signal, when the signal output by detecting the urine flow is not output for a predetermined time or more. However, since it is possible to determine the presence or absence of a user in front of the urinal device from the standing wave signal, the valve can be opened without erroneous detection.
[0009]
In the invention according to claim 2, the control unit has a phase lead / lag between the plurality of Doppler signals, or the standing wave signal fluctuates more than a reference value when a user is absent. In this case, pre-cleaning for opening the valve for a predetermined time is performed.
[0010]
According to the above configuration, the control unit determines that the user has approached the urinal device from the plurality of Doppler signals having different phases, or the user is located in front of the urinal device due to the fluctuation of the standing wave signal. If it is determined that there is a urine, pre-cleaning is performed by opening the valve for a certain period of time to form a thin water film inside the urinal and prevent urination from adhering to the urinal, and The cleaning can be easily performed.
[0011]
In the invention according to claim 3, the control unit detects that the standing wave signal fluctuates by more than a set threshold than a reference value when no user is present, and that the Doppler signal detects a urine flow for a predetermined time or more. In this case, the valve opening time of the valve is changed according to the obtained urine flow detection time.
[0012]
According to the above configuration, the control unit determines that a user is present in front of the urinal device due to the fluctuation of the standing wave signal, and detects the urine flow based on the Doppler signal and performs a valve opening operation. By changing the opening time of the valve according to the detection time of the output urine flow, the amount of flush water can be flowed according to the urination volume of the user, and water can be saved without flushing wasteful flush water. It is effective for Further, after detecting the urine flow signal from the fluctuation of the standing wave signal, by performing the opening operation of the valve by confirming that the user has left from the front of the urinal device, the urine flow to the user during urination. Regardless, the user does not feel uncomfortable performing the cleaning operation.
[0013]
According to a fourth aspect of the present invention, the control section is configured to determine whether a leading or lagging phase of a plurality of Doppler signals having the phase difference during the opening operation of the valve or a reference when the standing wave signal is absent. The valve is closed when there is a variation greater than or equal to a set threshold value.
[0014]
According to the above configuration, during the opening operation of the valve, that is, while the flush water is flowing through the urinal, the Doppler signal approaches the user, or the standing wave signal causes the user to move toward the urinal. In the case where the presence of the water is determined, by stopping the valve operation, the washing water is not erroneously detected as the urine flow, and not only the accuracy of detecting the urine flow is improved, but also the washing water is not wasted. It is also effective in saving water. In addition, it is possible to prevent splattering due to urination while the washing water is flowing, so that the user can use the washing water without feeling unpleasant.
[0015]
According to a fifth aspect of the present invention, the control unit detects that the standing wave signal fluctuates by a threshold value or more than a reference value when no user is present, and that the Doppler signal detects a urine flow for a predetermined time or more. By performing the impossible operation more than an arbitrary number of times, a protective cleaning for opening the valve is performed.
[0016]
According to the above configuration, the urine flow detection time based on the Doppler signal is less than the fixed time even though the user is present in front of the urinal device for a fixed time due to the standing wave signal, and the valve is opened. If urination is not performed, urination is performed even in a small amount even in such a situation, and urine flow components remain in the urinal trap, and leaving it as it is is a hygiene problem such as generating a bad smell. Is performed an arbitrary number of times or more, so that the urinal can be kept hygienic by performing the valve opening operation for a certain period of time.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0018]
The signal processing unit that calculates the output signal of the sensor unit and the control unit that controls the flush water discharge of the urinal device, which is the gist of the present invention, will be described in detail.
The signal processing unit performs a detection operation using a radio wave. As shown in FIG. 1, the signal processing unit generates a transmission signal for transmitting a signal to the outside as a radio wave, and a transmission wave of about 10 GHz as a transmission wave. A transmitting unit 11 for transmitting a microwave, a receiving unit 12 for receiving a reflected wave of the microwave transmitted from the detecting object 10 transmitted from the transmitting unit, and a division for dividing a transmission signal and a reception signal into a plurality and the same number of signals. Units 14a and 14b, signal extraction units 15a and 15b for extracting a low-frequency output signal based on a transmission signal or a reception signal, and a plurality of signals having a phase difference obtained from the signal extraction unit. A determination unit 16 that determines whether the sensor unit approaches or moves away from the sensor unit.
[0019]
The microwave transmitted from the transmission unit 11 hits the detection target 10, and the reflected wave becomes a reception signal and is received by the reception unit 12. The transmission signal and the reception signal are divided into a plurality and the same number of signals by the division units 14a and 14b, and the divided reception signals generate different phase differences by the phase difference generation units 10a and 10b. A low-frequency Doppler signal is extracted based on the transmission signal divided at 15b.
The low frequency Doppler signal is a signal utilizing the Doppler effect by radio waves, and is represented by the following equation (1).
ΔF = Fs−Fb = 2 × Fs × v / c (1)
[0020]
In the equation (1), ΔF is the Doppler frequency, Fs is the frequency of the transmission wave (transmission frequency), Fb is the frequency of the reflected wave (reflection frequency), v is the moving speed of the detection target, c is the speed of light (300 × 10 6 m / s).
As described above, since a signal having a frequency corresponding to the moving speed of the detection target is obtained, the frequency corresponding to the user who is an object approaching or moving away from the urinal or the urine flow discharged by the user is determined. The component Doppler signal will be output. Since the operating speed of the human body and the operating speed of the urine flow due to urination are in specific frequency bands, respectively, by using a filter or the like that passes only the respective frequency bands, the operation of the human body and the urine flow can be easily performed. Can be identified.
[0021]
In addition, as described with reference to FIG. 2, the determination unit may use one of the two reception signals 21 and 22 received by the reception unit as the reference signal 21 and use the reception signal having a phase difference generated by the phase difference generation unit. Is the target signal 22, if the target signal 22 is following the reference signal 21 in the temporal displacement of the reference signal 21 near the reference point 23, the deciding phase is determined. If the shape is being chased, it can be determined that the phase is advancing, and the approach / departure of the detection target from / to the sensor unit can be determined based on the advance / delay of the phase.
[0022]
The determination unit can determine whether the target signal with respect to the reference signal is a leading phase or a lagging phase by not shifting the target signal by 180 degrees with respect to the reference signal. The phase difference generated by the means may be shifted any number of times as long as it is other than 180 degrees.
Here, the phase difference generating means generally generates a phase difference by changing the length of the transmission line. A method of fixing the phase difference depending on the length of the printed pattern of the transmission line may be used, or an arbitrary phase difference can be generated if the transmission line length is made variable by a mechanical structure. .
[0023]
Further, the signal processing unit extracts a plurality of DC signals 31a and 31b that fluctuate at a constant cycle according to the distance as shown in FIG. 3, performs full-wave rectification 32a and 32b with respect to an arbitrary reference value 30, and further processes them. The standing wave signal 33 is calculated from the locus of the combined maximum value. The determination unit can calculate an approximate distance from the sensor unit to the detection target from the standing wave signal, and the output value of the standing wave signal is detected in an arbitrary range in front of the urinal device. If the output value is such that the object exists, that is, if the reference value 34 when the user is absent is provided and the output voltage is higher than the reference value 34 when the user is absent, it is determined that the user is present. I do.
Further, in a plurality of DC signals that fluctuate at a constant cycle according to the distance for calculating the standing wave signal, when performing full-wave rectification and synthesizing, the larger the number of signals to be synthesized, the larger the calculated number. The standing wave signal has a smooth curve, and the output value with respect to the distance is one-to-one, so that erroneous detection can be eliminated.
Then, the control section performs the opening operation of the valve in response to the detection / detection of the approach / far of the user, the urine flow, and the determination of the presence / absence of the user in the determination section.
[0024]
In the present embodiment, the radio wave serving as the sensor unit has been described using microwaves of about 10 GHz, but similar effects can be obtained also in microwaves and millimeter waves in other frequency bands.
Furthermore, even when the transmission signal and the reception signal divided by the division unit increase, the leading phase of the target signal with respect to the reference signal, or the processing method of the lag phase and the detection target in the determination unit with respect to the sensor unit The approach / far determination can be performed in the same manner.
[0025]
Next, FIG. 4 shows a control flow according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 5 shows a Doppler signal which is a urine flow signal calculated by the signal processing unit.
As shown in FIG. 5, in the Doppler signal calculated by the signal processing unit, a urine flow signal 51 appears by detecting a urine flow. The judging unit judges that the urine flow is detected when the amplitude of the urine flow signal equal to or larger than the threshold value 52 is output for a certain period of time 53. Here, by providing the threshold value 52 for the amplitude value of the output Doppler signal, it becomes possible to distinguish between a noise signal and a urine flow signal. Accordingly, it is not necessary to determine a sudden occurrence of a noise component as urine flow detection.
The Doppler signal output by detecting the urine flow is known to have a frequency band of about 150 Hz, and in the determination unit, by configuring a filter that passes only a frequency band around 150 Hz, It is possible to improve the accuracy of urine flow detection. Further, the Doppler signal output by the movement of the user is about 70 Hz, so by configuring a filter that passes only the frequency band of about 70 Hz, the Doppler signal output by the urine flow and the movement of the user is converted. It is possible to make a distinction, and it is possible to improve the detection accuracy.
[0026]
Next, a control flow according to the first embodiment of the present invention will be described.
As shown in the control flowchart of FIG. 4, the control unit determines whether or not the output Doppler signal is a urine flow signal having an amplitude equal to or larger than a threshold value. The signal level of the signal is checked (S42) and compared with the reference value when the user is absent. If the output voltage is higher than the reference value when the user is absent, a user presence flag is set (S43) and the reference is set. If the output signal is smaller than the value, the user presence flag is turned off (S44). Thereafter, it is determined whether or not the urine flow signal is output for a predetermined time or more (S45). When a urine flow signal for a predetermined time or more is obtained, the control unit opens the valve for a predetermined time (S47). . At this time, if the urine flow signal is not output for a certain period of time or more, the user presence flag is checked (S46), and if the user presence flag is on, the valve is opened for a certain period of time (S47) to use the device. When the presence flag is lowered, the output urine flow signal is determined to be a noise signal, and the valve is not opened.
By making the control flow as described above, even when the urine flow signal is not output for a certain period of time or more by the Doppler signal, the presence or absence of the user can be determined by the standing wave signal. Nevertheless, whether the urine flow signal was short, that is, the urination volume was small, or whether the urine flow signal was output despite the absence of the user, that is, the output urine flow signal Makes it possible to determine whether the signal is a noise signal, not only to eliminate erroneous cleaning due to noise, but also to reliably perform cleaning even with a small amount of urination.
[0027]
In addition, as a trigger of the opening operation of the valve, it is possible to determine the end of urination by ending the output of the urine flow detection signal. By performing the opening operation of the valve after confirming that there is no presence, the user does not perform cleaning even though he is in front of the urinal device, and does not give any discomfort to the user.
[0028]
FIG. 6 shows an example of the installation position of the sensor unit in the above configuration. The sensor units 61a and 61b are not particularly limited in their installation positions as long as they can detect the urine flow and the user, but as shown in FIG. 6, the urinal rear surface 61a and the urinal By installing on the upper surface portion 61b, the transmission ranges 62a and 62b of the transmission wave transmitted from the sensor portion are preferable because the urine flow and the user are easily detected. In particular, by using a radio wave sensor that uses radio waves, radio waves have the property of transmitting through pottery, so the transmission window seen in photoelectric sensors is unnecessary, and detection errors and mischief due to contamination of the transmission window are prevented. Is also excellent.
[0029]
Next, FIG. 7 shows a control flow according to the second embodiment of the present invention.
As shown in the control flowchart of FIG. 7, the control unit constantly monitors the output Doppler signal and the standing wave signal, and outputs a human body detection signal in the Doppler signal (which is output when a human body as a user moves). A Doppler signal, which is said to be a frequency band signal around 70 Hz) is detected, and the user is approaching the urinal device from a plurality of output signals having a phase difference. (S71), or when the output voltage of the standing wave signal is higher than the reference value when no user is present and it is determined that there is a user (S72), the standby by the valve opening operation for a fixed time is performed. Perform cleaning.
Further, when the human body detection signal is not obtained by the Doppler signal, or when it is determined that the human body detection signal is far from the phase difference of a plurality of output signals even when the human body detection signal is obtained, or in the standing wave signal If the output voltage is smaller than the reference value when no user is present, it is determined that no user has been detected, and pre-cleaning is not performed.
By performing the above-mentioned pre-washing, by forming a water film in the urinal before the user urinates, not only preventing urination from adhering to the urinal, but also at the time of washing after the end of urination. In addition, since the water film is formed, cleaning becomes easy.
[0030]
Next, FIG. 8 shows a control flow according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 9 shows a relationship diagram between the urine flow detection time and the amount of washing water.
As shown in the control flowchart of FIG. 8, the control section detects a urine flow signal, and detects a urine flow by obtaining an output signal for a predetermined time or more (S82). At this time, the time during which the output signal is output is measured simultaneously with the detection of the urine flow signal, and if the detection time of the urine flow signal is equal to or less than a predetermined time, the valve opening operation is performed as it is (S802). When the signal is output for a certain period of time or more, the amount of washing water according to the urine flow detection time is determined from the measured time (S83 to S85) (S86 to S89), and the valve is opened (S801). The control unit determines the amount of washing water from the relationship diagram (data table) between the urine flow detection time and the amount of washing water as shown in FIG.
The output time of the urine flow signal and urination by the user are correlated, and by determining the amount of washing water according to the output time of the urine flow signal, if only the minimum required amount of washing water is required to wash urine It is also possible to obtain a water-saving effect without flowing wasteful washing water.
[0031]
Next, FIG. 10 shows a control flow according to the fourth embodiment of the present invention.
As shown in the control flowchart of FIG. 10, when the approach of the user is determined by a plurality of Doppler signals having a phase difference during the opening operation of the urinal device, that is, during the main cleaning operation of the urinal device. (S101) Alternatively, when the presence of the user is determined based on the standing wave signal, the opening operation of the valve is stopped and the operation is closed (S104). At this time, when the approach of the user is determined based on a plurality of Doppler signals having a phase difference or the presence of the user is determined based on the standing wave signal, the main cleaning operation is performed as it is (S103).
If the approach or presence of a user is detected by a plurality of Doppler signals or standing wave signals having a phase difference during the last time the urinal washes, the next user is assumed to have appeared. In a urinal device that opens a valve by detecting a urine flow, if flushing water is flowing when the next user urinates, it is necessary to distinguish between urine flow and flushing water. Since the frequency band of the output signal is different between the washing water and the urine flow, an unnecessary frequency band is cut by a filter, or the frequency spectrum analysis is performed to identify the urine flow and the washing water. Although it is possible to do so, it is needless to say that the absence of unnecessary signals reduces the possibility of erroneous detection and improves the detection accuracy.
Further, with the above configuration, it is possible to prevent splashing of washing water and splashing of urine, which are caused by urinating during washing, not only does not make the user feel uncomfortable, but also wastes washing water. It is possible to obtain a water saving effect without flowing.
[0032]
In the above configuration, when the sensor unit is attached to the back of the urinal, a water film is formed in the urinal due to the flushing water. Since radio waves have the property of being absorbed when they permeate moisture, the transmitted radio waves themselves are attenuated. Is preferred because
[0033]
Next, FIG. 11 shows a control flow according to the fifth embodiment of the present invention.
As shown in the control flow chart of FIG. 11, when the urine flow signal is detected but the output time is not longer than a predetermined time, and the valve is not opened, the stationary state at that time When it is determined from the wave signal that the user is present, it is determined that washing is not performed because the amount of urine is small despite the user urinating.
The number n of times when it is determined that washing is not performed because the urine volume is small is compared with an arbitrary number k (S111). When n <k, the valve is not opened, but when n> k, , The valve is opened (S112).
As described above, in the case where the user does not urinate, despite the fact that the urine volume is low, the urine volume is small but the number of consecutive urines is small. If the urination is repeated, urination of the same amount as that normally discharged will remain in the urinal trap portion, and if left undisturbed for a long time, a bad smell will be generated, which is a hygiene problem.
Therefore, despite performing urination as described above, the cleaning operation is not performed because the amount of urine is small is performed more than an arbitrary number of times, thereby opening the valve to suppress the generation of offensive odor. And the urinal device can be kept hygienic.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a sensor unit in a urinal device of the present invention.
FIG. 2 is an output signal waveform diagram for judging approach / far of a detection target from a plurality of Doppler signals having a phase difference output from a sensor unit in the urinal device of the present invention.
FIG. 3 is a full-wave rectification and composite waveform diagram of a standing wave signal output from a sensor unit in the urinal device of the present invention.
FIG. 4 is a flowchart showing a control flow of cleaning water valve control according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an output waveform diagram output from a sensor unit in the urinal device of the present invention.
FIG. 6 is an installation example of a sensor unit according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a flowchart showing a control flow of cleaning water valve control according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a flowchart showing a control flow of cleaning water valve control according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing a relationship between a urine flow detection time and a flush water amount according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a flowchart showing a control flow of cleaning water valve control according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a flowchart showing a control flow of cleaning water valve control according to a fifth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
10: detection target, 11: transmission unit, 12: reception unit, 13: transmission unit, 14a, 14b: division unit, 15a, 15b: signal extraction unit, 16: determination unit, 17a, 17b: phase difference generation unit, 21: reference signal, 22: target signal, 23: reference point, 30: reference value, 31a, 31b: DC signal, 32a, 32b: full-wave rectification, 33: standing wave signal, 34: reference when no user is present Value, 51: output signal, 52: threshold, 53: urine flow signal detection time, 61a, 61b: sensor section, 62a, 62b: transmission radio wave radiation range
