JP2006317356A - Ultrasonic human body sensor, toilette device having same, and human body detection method - Google Patents

Ultrasonic human body sensor, toilette device having same, and human body detection method Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To detect a human body in a small space like a toilette space where many reflective members exist and in a situation in which complicated reflections are generated. <P>SOLUTION: An ultrasonic wave is intermittently transmitted toward a monitored space while receiving a reflected wave corresponding to the transmission. Each time intermittent transmission is made, a reception signal output correspondently to the reflected wave is sequentially sampled in a prescribed cycle and A/D converted into reception waveform data comprising a plurality of sample values. Then, among the waveform data, reception waveform data obtained at times when no human body exists are stored as referential waveform data. A comparison is made for each sample value between sequentially output reception waveform data and the referential waveform data. Differences between the sample values are sequentially added up from a headmost sample value. When the additional value exceeds a first threshold, it is determined that a human body exists in the monitored space. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、超音波人体センサに関わり、特にトイレ空間のように狭く、多くの反射部材が存在する空間で複雑な反射を発生する状況であっても人体の検知を行える超音波人体センサに関する。   The present invention relates to an ultrasonic human body sensor, and more particularly to an ultrasonic human body sensor that can detect a human body even in a situation where a complicated reflection occurs in a space that is narrow like a toilet space and has many reflecting members.

従来より、所定のエリア内の物体を検出するセンサとして超音波センサが用いられており、例えば車の前方、後方の障害物を検知する障害物センサ、エレベーター内の人間の存在確認用の超音波人体センサ等として多く使われている(例えば、特許文献1参照。)。   Conventionally, an ultrasonic sensor has been used as a sensor for detecting an object in a predetermined area. For example, an obstacle sensor for detecting an obstacle in front of or behind a car, an ultrasonic for confirming the presence of a person in an elevator. It is often used as a human body sensor or the like (for example, see Patent Document 1).

この超音波センサは、圧電素子を利用したセンサであり、この圧電素子による超音波の送受信に基づいて人体を検出するものである。以下、超音波センサの動作原理について、図面を参照して具体的に説明する。図13は、超音波センサを距離センサとして使用する時の動作原理図である。   This ultrasonic sensor is a sensor using a piezoelectric element, and detects a human body based on transmission / reception of ultrasonic waves by this piezoelectric element. Hereinafter, the operation principle of the ultrasonic sensor will be specifically described with reference to the drawings. FIG. 13 is an operation principle diagram when the ultrasonic sensor is used as a distance sensor.

超音波センサは、圧電素子を有しており、この圧電素子に超音波領域のパルス電圧が印加されると、圧電素子が歪み振動し、送波形Aのように超音波が送信される。この送信波は人体に当たり、反射された超音波が受波形Bのように圧電素子で受信される。   The ultrasonic sensor has a piezoelectric element. When a pulse voltage in the ultrasonic region is applied to the piezoelectric element, the piezoelectric element distorts and vibrates, and an ultrasonic wave is transmitted as shown by a transmission waveform A. The transmitted wave hits the human body, and the reflected ultrasonic wave is received by the piezoelectric element as the received waveform B.

このように超音波が送波形Aのように送信され、T時間後に受波形Bのように受信された場合、超音波の空気中伝搬速度Vとすると、対象物までの距離はV×T/2で知ることが出来る。従って、受信した反射波を電圧信号に変換して、処理回路によってV×T/2を算出することによって、人体の距離或いは存在を検出することが可能となる。   In this way, when the ultrasonic wave is transmitted as the transmission waveform A and received as the reception waveform B after T time, if the ultrasonic wave propagation velocity V is V, the distance to the object is V × T / 2 to know. Therefore, it is possible to detect the distance or presence of the human body by converting the received reflected wave into a voltage signal and calculating V × T / 2 by the processing circuit.

例えば、超音波センサで監視する空間の人体や障害物の存在を検出しようとするとき、広い空間で、途中に超音波を遮るものや反射するものがない理想的な状況であれば、前述のような理論計算で求められる時間に受信でき、人体や障害物の存在を捉えることが出来る。   For example, when it is attempted to detect the presence of a human body or an obstacle in a space monitored by an ultrasonic sensor, if the ideal situation is that there is no object that blocks or reflects ultrasonic waves in the middle, the above-mentioned It can be received at the time required for such theoretical calculations, and the presence of human bodies and obstacles can be captured.

また、比較的広い空間を持つエレベーター内に人が存在するか否かを検出しようとするとき、予め人がいない時の反射波の波形を基準波形として予め固定的な物体を記憶し、その基準波形との差がある反射波を受信したときに人がいると判定するものがある(例えば、特許文献2参照。)。   In addition, when trying to detect whether or not a person is present in an elevator having a relatively wide space, a fixed object is stored in advance as a reference waveform based on a reflected wave waveform when no person is present, and the reference There is one that determines that there is a person when a reflected wave having a difference from the waveform is received (see, for example, Patent Document 2).

特開平4−38363号公報JP-A-4-38363 特開昭56−160673号公報JP-A-56-160673

しかしながら、上記従来技術で構成されている超音波センサを、トイレのような狭い空間で入出場する人体の検出に使用しようとすると、人体に向けた超音波の反射波が壁や置物にも当たり、乱反射し、1回の送信で至る所で多数反射波が発生する。また、図13の反射波Cのように対象物に2回反射するものもある。超音波は空気中を伝搬する波であることから、このように多数反射が発生すると、反射波同士が重なり合って、強まったり、弱まったり、時にはなくなったりする。   However, if the ultrasonic sensor configured by the above-described conventional technique is used to detect a human body entering and exiting a narrow space such as a toilet, the reflected wave of the ultrasonic wave toward the human body hits a wall or a figurine. Then, irregular reflection occurs, and many reflected waves are generated everywhere in one transmission. In addition, there is one that reflects twice on the object like a reflected wave C in FIG. Since ultrasonic waves are waves that propagate in the air, when a large number of reflections occur in this way, the reflected waves overlap each other and become stronger, weaker, or sometimes lost.

また、人体に当たると反射波に減衰が生じるが、その減衰の比率は、人が着ている服などの素材で大きく異なり、しかも、その反射の方向も多種多様である。   In addition, the reflected wave is attenuated when it hits the human body, but the attenuation ratio varies greatly depending on the material such as clothes worn by the person, and the direction of the reflection is various.

このように、反射波の振幅の大きさや方向は一様ではないことから、従来のように人がいる時と居ない時の波形の差によって人体による反射波を取り出して、単にその反射波の位置から人体の検出を行うのは困難である。   In this way, the magnitude and direction of the amplitude of the reflected wave is not uniform, so the reflected wave from the human body is extracted based on the difference in waveform between when there is a person and when there is no person, as in the past. It is difficult to detect the human body from the position.

本発明は上記問題点に鑑みなされたもので、トイレ空間のように狭く、多くの反射部材が存在する空間で複雑な反射を発生する状況での人体の検知を容易に行える超音波人体センサを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an ultrasonic human body sensor that can easily detect a human body in a situation where a complicated reflection occurs in a space that is narrow like a toilet space and has many reflecting members. The purpose is to provide.

かかる課題を解決するため、請求項1に記載の発明は、監視空間に向け、超音波を間欠的に送信すると共に、この送信に対する反射波を受信する超音波送受信手段と、この超音波送受信手段によって前記超音波を間欠的に送信するごとに、その反射波に対応して出力される受信信号を、所定周期で順次サンプリングしてA/D変換し、複数のサンプリング値から構成される受信波形データとする受信波形変換手段と、前記受信波形変換手段から出力される受信波形データのうち、人体が存在していないタイミングで得られる受信波形データを基準波形データとして記憶する基準波形記憶手段と、前記受信波形変換手段から順次出力される受信波形データを前記基準波形データと比較して前記監視空間内の人体の有無を判定し、その結果を出力する判定手段と、を備えた超音波人体センサにおいて、前記判定手段は、前記受信波形データと前記基準波形データとの比較をサンプリング値ごとに行って、そのサンプリング値の差分を先頭のサンプリング値から順次加算し、その加算値が第1の閾値を超えたとき、前記監視空間内に人体が存在すると判定することを特徴とする。   In order to solve such a problem, the invention according to claim 1 is directed to ultrasonic transmission / reception means for intermittently transmitting ultrasonic waves toward a monitoring space and receiving reflected waves for the transmission, and the ultrasonic transmission / reception means. Each time the ultrasonic wave is transmitted intermittently, the received signal output corresponding to the reflected wave is sequentially sampled at a predetermined period, A / D converted, and a received waveform composed of a plurality of sampling values Received waveform conversion means as data; reference waveform storage means for storing received waveform data obtained at a timing when no human body is present as reference waveform data out of the received waveform data output from the received waveform conversion means; The received waveform data sequentially output from the received waveform converting means is compared with the reference waveform data to determine the presence or absence of a human body in the monitoring space, and the result is output. An ultrasonic human body sensor comprising: a determination unit that compares the received waveform data with the reference waveform data for each sampling value, and calculates a difference between the sampling values from the first sampling value. A sequential addition is performed, and when the added value exceeds a first threshold, it is determined that a human body exists in the monitoring space.

また、請求項2に記載の発明は、前記判定手段は、前記加算値が第1の閾値を超えたときのサンプリング値のサンプリングタイミングに対応する前記監視空間内の位置又はその位置よりも近くに人体が存在すると判定すると共に、その位置情報を記憶手段に記憶することを特徴する。   Further, the invention according to claim 2 is characterized in that the determination means is located at a position in the monitoring space corresponding to the sampling timing of the sampling value when the added value exceeds the first threshold value or closer to the position. It is characterized in that it is determined that a human body exists and the position information is stored in a storage means.

また、請求項3に記載の発明は、前記判定手段は、前記加算値が第1の閾値を超えた場合であっても、第1の閾値を超えたときのサンプリング値のサンプリングタイミングに対応する前記監視空間内の位置が、前記記憶手段にすでに記憶されている位置情報よりも所定距離以上遠い位置であると判定すると、前記記憶手段に記憶された位置情報の更新の記憶を行なわないことを特徴とする。   Moreover, the invention according to claim 3 corresponds to the sampling timing of the sampling value when the determination value exceeds the first threshold value even when the addition value exceeds the first threshold value. If it is determined that the position in the monitoring space is a position more than a predetermined distance from the position information already stored in the storage means, the update of the position information stored in the storage means is not performed. Features.

また、請求項4に記載の発明は、前記判定手段は、前記加算値が第1の閾値を超えた場合であっても、第1の閾値を超えたときのサンプリング値の前後のサンプリング値の差分が第2の閾値未満のときは、第1の閾値を超えたときのサンプリング値のサンプリングタイミングに対応する前記監視空間内の位置又はその位置よりも近くに人体が存在するとの判定をしないことを特徴とする。   In the invention according to claim 4, the determination means may calculate the sampling values before and after the sampling value when the addition value exceeds the first threshold value, even when the addition value exceeds the first threshold value. When the difference is less than the second threshold, it is not determined that the human body exists at or near the position in the monitoring space corresponding to the sampling timing of the sampling value when the first threshold is exceeded. It is characterized by.

また、請求項5に記載の発明は、前記判定手段は前記監視空間の範囲を変更可能としたことを特徴とする。   The invention according to claim 5 is characterized in that the determination means can change a range of the monitoring space.

また、請求項6に記載の発明は、請求項1〜5のいずれか1項に記載の超音波人体センサを有することを特徴とするトイレ装置であることを特徴とする。   The invention described in claim 6 is a toilet device including the ultrasonic human body sensor described in any one of claims 1 to 5.

また、請求項7に記載の発明は、監視空間に向け、超音波を間欠的に送信すると共に、この送信に対する反射波を受信する超音波送受信手段を用いて人体の有無の判定を行なう人体検出方法であって、この超音波送受信手段によって前記超音波を間欠的に送信するごとに、その反射波に対応して出力される受信信号を、所定周期で順次サンプリングしてA/D変換し、複数のサンプリング値から構成される受信波形データとするステップと、前記受信波形データのうち、人体が存在していないタイミングで得られる受信波形データを基準波形データとして記憶するステップと、前記受信波形データと前記基準波形データとの比較をサンプリング値ごとに行って、そのサンプリング値の差分を先頭のサンプリング値から順次加算し、その加算値が第1の閾値を超えたとときに、前記監視空間内に人体が存在すると判定するステップと、を有する人体検出方法である事を特徴とする。   According to the seventh aspect of the present invention, human body detection is performed in which ultrasonic waves are intermittently transmitted toward a monitoring space, and the presence / absence of a human body is determined using ultrasonic transmission / reception means for receiving reflected waves in response to the transmission. Each time the ultrasonic wave is transmitted intermittently by the ultrasonic wave transmitting / receiving means, the reception signal output corresponding to the reflected wave is sequentially sampled at a predetermined period and A / D converted, Receiving waveform data composed of a plurality of sampling values, storing received waveform data obtained at a timing when no human body is present among the received waveform data as reference waveform data, and receiving waveform data Is compared with the reference waveform data for each sampling value, and the difference between the sampling values is added sequentially from the first sampling value. When a exceeds a first threshold value, and wherein determining a human body is present, it is a human body detection method having the monitoring space.

請求項1に記載の発明によれば、受信波形データと基準波形データとの比較をサンプリング値ごとに行って、そのサンプリング値の差分を先頭のサンプリング値から順次加算し、人体があると見込まれる第1の閾値を超えると人体有りと判定することで、従来なら利用されなかった閾値以下の信号も有効に利用し、センサの近辺での細かく複雑な変化を積み重ねることとなり、対ノイズ性向上と人体の検出率向上が可能となる。   According to the first aspect of the present invention, the received waveform data and the reference waveform data are compared for each sampling value, and the difference between the sampling values is sequentially added from the first sampling value, and a human body is expected. By determining that there is a human body when the first threshold value is exceeded, signals below the threshold value that were not used in the past are also effectively used, and fine and complex changes in the vicinity of the sensor are accumulated, improving noise resistance. The human body detection rate can be improved.

また、請求項2に記載の発明によれば、人体の存在する位置を判定できると共に加算値が第1の閾値を超えたときのサンプリングタイミングに対応する位置を記憶する記憶手段を持つことで、所定距離以上の人体の検出位置の変化があったかを比較しやすくできる。   In addition, according to the invention described in claim 2, by having a storage unit that can determine the position where the human body exists and stores the position corresponding to the sampling timing when the addition value exceeds the first threshold, It can be easily compared whether or not the detection position of the human body has changed beyond a predetermined distance.

また、請求項3に記載の発明によれば、先頭のサンプリングタイミングから順次加算した結果得られた新たな監視空間内の位置が、記憶している位置情報と比較して所定値より急に遠くなった場合には、反射波の干渉による波形の消滅や、複数回の反射による受信信号で人体の動きに関わらない受信波形データの変動と判断して、無視し、人体の検出確率を上げることが可能となる。   According to the third aspect of the invention, the position in the new monitoring space obtained as a result of the sequential addition from the leading sampling timing is abruptly farther than the predetermined value compared with the stored position information. If this happens, the waveform disappears due to the interference of the reflected wave, or the received signal due to multiple reflections is considered to be a change in the received waveform data that is not related to the movement of the human body, and is ignored to increase the human body detection probability. Is possible.

また、請求項4に記載の発明によれば、ノイズを意味するサンプリング値の差分の積み重ねによって閾値を超えた場合と判断し、人体の検出確率を上げることが可能となる。   According to the fourth aspect of the present invention, it is determined that the threshold value is exceeded due to accumulation of the difference between the sampling values that mean noise, and the detection probability of the human body can be increased.

また、請求項5に記載の発明によれば、人体の存在の有無を判定する最遠点を設定でき、様々な監視空間に対応することができる。   According to the invention described in claim 5, the farthest point for determining the presence or absence of the human body can be set, and various monitoring spaces can be handled.

また、請求項6に記載の発明によれば、超音波人体センサをトイレ装置に応用することにより、トイレ装置において人体の検出の確率が高くすることができる。   Further, according to the invention described in claim 6, by applying the ultrasonic human body sensor to the toilet device, the probability of detecting the human body in the toilet device can be increased.

また、請求項7に記載の発明によれば、A/D変換後の人体がない時とある時の受信波形データの差を、従来のように直ぐにある閾値と比べ、それ以下は無視して、情報を減らしてしまうのではなく、前記受信波形データの差を順次加算し、その値と閾値の組み合わせで比較する方法をとることで、簡便に検出精度を上げられる。   According to the seventh aspect of the present invention, the difference between the received waveform data when there is no human body after A / D conversion and when there is no human body is compared with the threshold value immediately as in the conventional case, and less than that is ignored. Instead of reducing the information, the detection accuracy can be easily increased by sequentially adding the differences of the received waveform data and comparing with the combination of the value and the threshold value.

発明の実施の形態に係る超音波人体センサについて、以下図面を用いて具体的に説明する。図1は、本発明の実施形態の超音波人体センサの全体構成を示すブロック図である。   An ultrasonic human body sensor according to an embodiment of the invention will be specifically described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of an ultrasonic human body sensor according to an embodiment of the present invention.

図1に示すように、本発明の実施の形態における超音波人体センサ10は、発振手段1と、昇圧回路2と、超音波送受信手段3と、受信・検波回路4と、受信波形変換手段5と、基準波形記憶手段6と、判定手段7とを備えている。   As shown in FIG. 1, an ultrasonic human body sensor 10 according to an embodiment of the present invention includes an oscillating means 1, a booster circuit 2, an ultrasonic transmitting / receiving means 3, a receiving / detecting circuit 4, and a received waveform converting means 5. And a reference waveform storage means 6 and a determination means 7.

発振手段1は、判定手段7によって制御され、超音波周波数帯域のパルス信号(以下、「超音波領域パルス」とする。)を生成するものであり、このように生成された超音波領域パルスは、昇圧回路2へ出力される。なお、判定手段7は、所定時間連続する超音波領域パルスを所定間隔で間欠的に出力するように発振手段1を制御する。この所定時間は、超音波送受信手段3の内部の圧電素子が振動して超音波を発するのに必要な時間であり、通常は数100μs程度である。また、所定間隔は、人体を検出する時間的な感度によって異なり、本発明の実施形態においては、100msであるとする。   The oscillating means 1 is controlled by the judging means 7 and generates a pulse signal in the ultrasonic frequency band (hereinafter referred to as “ultrasonic region pulse”). The ultrasonic region pulse thus generated is Are output to the booster circuit 2. The determination unit 7 controls the oscillation unit 1 so as to intermittently output ultrasonic region pulses that are continuous for a predetermined time at predetermined intervals. This predetermined time is a time required for the piezoelectric element inside the ultrasonic transmitting / receiving means 3 to vibrate to emit ultrasonic waves, and is usually about several hundreds of μs. Further, the predetermined interval varies depending on temporal sensitivity for detecting a human body, and is 100 ms in the embodiment of the present invention.

発振手段1からの超音波領域パルス出力は昇圧回路2で昇圧され、昇圧された高電圧の超音波領域パルス信号で超音波送受信手段3より、所定時間連続する超音波を間欠的に監視する空間(以下、「監視空間」とする。)に向けて送信する。この間欠的に送信された送信波ごとの反射波に対応して、出力された受信信号は、受信・検波回路4を介して検波され、受信波形変換手段5に取り込まれる。   The ultrasonic region pulse output from the oscillating means 1 is boosted by the booster circuit 2, and the ultrasonic wave transmitting / receiving means 3 intermittently monitors the ultrasonic waves for a predetermined time with the boosted high voltage ultrasonic region pulse signal. (Hereinafter referred to as “monitoring space”). Corresponding to the reflected wave for each transmission wave transmitted intermittently, the output reception signal is detected via the reception / detection circuit 4 and taken into the reception waveform converting means 5.

間欠的に送信するごとにその反射波に対応して出力される受信信号は、受信マスク終了後、所定周期で順次サンプリングして受信波形変換手段5のA/D変換等の手段を介してA/D変換され、複数のデジタルサンプリング値から構成される受信波形データに変換される。   The reception signal output corresponding to the reflected wave every time transmission is intermittently sampled in a predetermined cycle after the reception mask is completed, and the signal is converted to A via the A / D conversion means of the reception waveform conversion means 5. / D converted and converted into received waveform data composed of a plurality of digital sampling values.

なお、上述の受信マスクは、超音波送受信手段3が送受信部一体の圧電素子であり、同一の圧電素子で送信と受信も行うために必要なものである。超音波送受信手段3の送信直後は、送信時の振動が残っており、これを一般に「残響」と言うが、残響が減衰して受信信号が安定するまでの時間、受信波形変換手段5の始動を遅らせる処理が受信マスクである。   The above-described reception mask is a piezoelectric element in which the ultrasonic transmission / reception means 3 is integrated with a transmission / reception unit, and is necessary for performing transmission and reception with the same piezoelectric element. Immediately after transmission of the ultrasonic transmission / reception means 3, vibration during transmission remains, which is generally referred to as “reverberation”. The time until the reception signal is stabilized after the reverberation is attenuated, the reception waveform conversion means 5 is started. A process for delaying the reception is a reception mask.

本発明の実施の形態においては、受信マスクを1ms、その後、受信信号を50μS周期で100回サンプリングすることにより、100個のサンプリング値から構成される受信波形データに変換されるものとする。   In the embodiment of the present invention, the reception mask is 1 ms, and then the received signal is sampled 100 times in a cycle of 50 μS, thereby being converted into received waveform data composed of 100 sampling values.

サンプリングされる受信波形データの範囲は、送信後の1〜6msの時間範囲であり、音速を340m/sとすると、17cm〜102cmの距離範囲で、この間を100等分してサンプリングすることになる。つまり、n番目のサンプリングデータに対応する距離D[cm]は、(D=17+0.85×n)で計算される。   The range of the received waveform data to be sampled is a time range of 1 to 6 ms after transmission. When the sound speed is 340 m / s, sampling is performed by dividing the interval into 100 equal parts within a distance range of 17 cm to 102 cm. . That is, the distance D [cm] corresponding to the nth sampling data is calculated by (D = 17 + 0.85 × n).

受信波形変換手段5から出力される受信波形データは、人体がいない時のタイミングで、基準波形データとして基準波形記憶手段6に記憶される。基準波形データ取得後は、受信波形変換手段5のデジタル値は受信波形データとして基準波形記憶手段6を介さず、直接判定手段7に受信波形データが送られ、この基準波形データと受信波形変換手段5から順次出力される受信波形データとが比較演算される。そして、この比較演算の結果、監視空間内の人体の有無を判定手段7で判定され検知信号が出力される。   The received waveform data output from the received waveform conversion means 5 is stored in the reference waveform storage means 6 as reference waveform data at a timing when there is no human body. After the acquisition of the reference waveform data, the digital value of the received waveform converting means 5 is sent as received waveform data directly to the determining means 7 without passing through the reference waveform storage means 6, and this reference waveform data and received waveform converting means are sent. The received waveform data sequentially output from 5 is compared and calculated. As a result of this comparison calculation, the determination means 7 determines the presence or absence of a human body in the monitoring space and outputs a detection signal.

判定手段7による比較演算は、受信波形データと基準波形データとの比較をサンプリング値ごとに行って、そのサンプリング値の差分を先頭のサンプリング値から順次加算し、その加算値が第1の閾値を超えたとき、監視空間内に人体が存在すると判定する。発振手段1,受信波形変換手段5,基準波形記憶手段6,判定手段7はコンピュータ8であって、1つのパッケージに収まっている。   The comparison operation by the judging means 7 compares the received waveform data with the reference waveform data for each sampling value, sequentially adds the difference of the sampling values from the first sampling value, and the added value sets the first threshold value. When it exceeds, it is determined that a human body exists in the monitoring space. The oscillating means 1, the received waveform converting means 5, the reference waveform storing means 6, and the judging means 7 are computers 8, which are contained in one package.

図1の構成の結果得られる具体的な例として、図2〜図4を説明する。図2〜図4は本発明の実施の形態の超音波人体センサ10の判定手段の動作説明図であり、基準波形データ、受信波形データ、両信号波形データの差をとった差分波形データ、差分波形データをサンプリングし先頭のサンプリング値から順次加算したデータの2次元表示図を示す。なお、横軸がサンプリングタイミングの順番を示すサンプリングタイミング番号(以下、「タイミング番号」とする。)、縦軸はサンプリング値を示す。   2 to 4 will be described as specific examples obtained as a result of the configuration of FIG. 2 to 4 are explanatory diagrams of the operation of the determination means of the ultrasonic human body sensor 10 according to the embodiment of the present invention. Reference waveform data, received waveform data, differential waveform data obtained by taking a difference between both signal waveform data, and difference The two-dimensional display figure of the data which sampled the waveform data and added sequentially from the head sampling value is shown. The horizontal axis indicates the sampling timing number indicating the order of sampling timing (hereinafter referred to as “timing number”), and the vertical axis indicates the sampling value.

まず、超音波送受信手段3から約40cm近辺の距離に通常の服を着た人体が存在する状態での超音波人体センサ10の動作について、図2を参照して具体的に説明する。   First, the operation of the ultrasonic human body sensor 10 in a state where a human body wearing normal clothes is present at a distance of about 40 cm from the ultrasonic transmission / reception means 3 will be specifically described with reference to FIG.

図2(A)は、人体が監視空間にない時の受信波形データ、すなわち基準波形データを示す図である。なお、本実施の形態においては、受信信号を100回のサンプリングで受信波形データとしているため、タイミング番号はサンプリング順に1から100までである。   FIG. 2A shows received waveform data when the human body is not in the monitoring space, that is, reference waveform data. In the present embodiment, since the received signal is received waveform data by sampling 100 times, the timing numbers are from 1 to 100 in the sampling order.

図2(B)は、超音波送受信手段3から約40cm近辺の距離に通常の服を着た人体が存在する状態における受信波形データを示す図であり、図2(A)に比べ、タイミング番号10、30、85付近のサンプリング値が高くなっている。   FIG. 2 (B) is a diagram showing received waveform data in a state where a human body wearing normal clothes is present at a distance of about 40 cm from the ultrasonic transmission / reception means 3, and a timing number compared to FIG. 2 (A). Sampling values near 10, 30, 85 are high.

図2(C)は図2(A)に示す基準波形データと図2(B)に示す受信波形データとの比較を同一サンプリングタイミングのサンプリング値ごとに行って、差分演算をした結果である。すなわち、受信波形データのタイミング番号nのサンプリング値から基準波形データのタイミング番号nのサンプリング値を減算した差分値の演算を、タイミング番号の先頭1から順次タイミング番号100まで行なったものである。   FIG. 2C shows a result of performing a difference calculation by comparing the reference waveform data shown in FIG. 2A and the received waveform data shown in FIG. 2B for each sampling value at the same sampling timing. That is, the calculation of the difference value obtained by subtracting the sampling value of the timing number n of the reference waveform data from the sampling value of the timing number n of the received waveform data is performed sequentially from the first 1 of the timing number to the timing number 100.

図2(D)は、判定手段7によって、図2(C)に示される、受信波形データと基準波形データとのサンプリング値ごとの差分値を、先頭のタイミング番号1のサンプリング値から順次加算していった結果を示す。   In FIG. 2D, the determination means 7 sequentially adds the difference value for each sampling value between the received waveform data and the reference waveform data shown in FIG. The result is shown.

判定手段7は、このように先頭のタイミング番号1のサンプリング値から順次加算していき、加算値が第1の閾値を超えたときに、監視空間内に人体が存在すると判定するように構成されている。なお、本実施の形態では、第1の閾値が200に設定されており、加算値が200を超えたときのタイミング番号が24である。また、本実施の形態では、n番目のサンプリング値の距離D[cm]が(D=17+0.85×n)で計算できるため、判定手段7は、超音波送受信手段から37cmの位置又は37cmよりも近い範囲内に人体が存在すると判定する。   The determination means 7 is configured to sequentially add from the sampling value of the leading timing number 1 in this way, and to determine that a human body exists in the monitoring space when the addition value exceeds the first threshold value. ing. In the present embodiment, the first threshold is set to 200, and the timing number when the added value exceeds 200 is 24. In the present embodiment, since the distance D [cm] of the n-th sampling value can be calculated by (D = 17 + 0.85 × n), the determination unit 7 is located at a position 37 cm from the ultrasonic transmission / reception unit or from 37 cm. It is determined that the human body exists within a close range.

次に、超音波送受信手段3から約40cm近辺の距離に毛羽立った服を着た人体が存在する状態での超音波人体センサ10の動作について、図3を参照して具体的に説明する。なお、図3(A)は、基準波形データを示す図であり、図2(A)と同様であるため、ここでは説明を省略する。   Next, the operation of the ultrasonic human body sensor 10 in a state where there is a human body wearing fluffy clothes at a distance of about 40 cm from the ultrasonic transmission / reception means 3 will be specifically described with reference to FIG. Note that FIG. 3A is a diagram illustrating reference waveform data, which is the same as FIG. 2A, and thus description thereof is omitted here.

図3(B)は、超音波送受信手段3から約40cm近辺の距離に毛羽立った服を着た人体が存在する状態における受信波形データを示す図であり、同じ距離に人体がいるものの、毛羽立った服により超音波が乱反射しているため、図2(B)に比べ、全体的にサンプリング値が低くなっている。   FIG. 3B is a diagram showing received waveform data in a state where there is a human body wearing fuzzy clothes at a distance of about 40 cm from the ultrasonic transmission / reception means 3, and the human body is at the same distance but fuzzy. Since the ultrasonic waves are irregularly reflected by the clothes, the sampling value is generally lower than that in FIG.

図3(C)は、判定手段7によって、受信波形データと基準波形データとのサンプリング値ごとの差分値を演算した結果であり、図3(D)は、判定手段7によって、図2(C)に示される、受信波形データと基準波形データとのサンプリング値ごとの差分値を、先頭のタイミング番号1のサンプリング値から順次加算していった結果を示す。   FIG. 3C shows a result of calculating a difference value for each sampling value between the received waveform data and the reference waveform data by the determination unit 7, and FIG. 3D is a diagram of FIG. The result of sequentially adding the difference value for each sampling value between the received waveform data and the reference waveform data from the sampling value of the leading timing number 1 shown in FIG.

ここで、判定手段7は、加算値が200を超えたときのタイミング番号が24であるため、超音波送受信手段から37cmの位置又は37cmよりも近い範囲内に人体が存在すると判定する。   Here, since the timing number when the added value exceeds 200 is 24, the determination unit 7 determines that the human body exists at a position 37 cm or closer to 37 cm from the ultrasonic transmission / reception unit.

監視空間に入ってきた人体が毛羽立った服を着ていることにより、差分値の大きさが小さくなってしまい、ノイズなどとの区別が付けにくいが、このように差分値を加算することによって、人体が存在する距離を検出することが可能となる。   Because the human body that entered the surveillance space wears fuzzy clothes, the difference value becomes small and difficult to distinguish from noise etc., but by adding the difference value in this way, It becomes possible to detect the distance where the human body exists.

次に、人体が存在しない状態での超音波人体センサ10の動作について、図4を参照して具体的に説明する。なお、図4(A)は、基準波形データを示す図であり、図2(A)と同様であるため、ここでは説明を省略する。   Next, the operation of the ultrasonic human body sensor 10 in a state where no human body is present will be specifically described with reference to FIG. Note that FIG. 4A is a diagram showing reference waveform data, which is the same as FIG. 2A, so the description thereof is omitted here.

図4(B)は、人体が監視空間におらず、トイレマットや、風による揺らぎ等の反射波やノイズを受信している状態での基準波形データを示す図である。   FIG. 4B is a diagram illustrating reference waveform data in a state where the human body is not in the monitoring space and is receiving reflected waves and noise such as toilet mats and fluctuations caused by wind.

図4(C)は、判定手段7によって、受信波形データと基準波形データとのサンプリング値ごとの差分値を演算した結果であり、図4(D)は、判定手段7によって、図2(C)に示される、受信波形データと基準波形データとのサンプリング値ごとの差分値を、先頭のタイミング番号(n=1)のサンプリング値から順次加算していった結果を示す。   FIG. 4C shows the result of calculating the difference value for each sampling value between the received waveform data and the reference waveform data by the determination unit 7, and FIG. 4D is the result of FIG. The result of sequentially adding the difference value for each sampling value between the received waveform data and the reference waveform data from the sampling value of the head timing number (n = 1) shown in FIG.

ここで、判定手段7は、加算値が200を超えたときのタイミング番号が85(距離にすると89cm)であるものの、本実施の形態においては、その監視空間が超音波人体センサ17から80cmの距離内に設定されているため、監視空間に人体が存在していないと判定する。なお、この監視空間は、第4の閾値によって、判定手段7内に設定される。   Here, the determination means 7 has a timing number of 85 (89 cm in terms of distance) when the added value exceeds 200, but in this embodiment, the monitoring space is 80 cm from the ultrasonic human body sensor 17. Since it is set within the distance, it is determined that no human body exists in the monitoring space. This monitoring space is set in the determination means 7 by the fourth threshold value.

また、監視空間が監視可能な最大空間、すなわち超音波人体センサ10から102cmの距離内に設定されている場合に、加算値が200を超えたときを超えた場合であっても、加算値が200を超えたときのサンプリングタイミングのサンプリング値の前後のサンプリングタイミングのサンプリング値の差分が第2の閾値未満のときは、超音波送受信手段から85cmの位置又は85cmまでの範囲内に人体が存在するとは判定しない。なお、本実施の形態においては、第2の閾値が25に設定されている。   In addition, when the monitoring space is set to the maximum space that can be monitored, that is, within a distance of 102 cm from the ultrasonic human body sensor 10, even if the added value exceeds 200, the added value is When the difference between the sampling values of the sampling timings before and after the sampling value of the sampling timing when exceeding 200 is less than the second threshold, it is assumed that the human body is present at a position of 85 cm or a range of 85 cm from the ultrasonic transmission / reception means. Is not judged. In the present embodiment, the second threshold is set to 25.

このように、加算値が第1の閾値を超えた場合であっても、第1の閾値を超えたときのサンプリング値の前後のサンプリング値の差分が第2の閾値未満のときは、第1の閾値を超えたときのサンプリング値のサンプリングタイミングに対応する監視空間内の位置又はその位置よりも近くに人体が存在するとの判定をしないため、ノイズによる誤検出をすることがない。   As described above, even when the added value exceeds the first threshold, when the difference between the sampling values before and after the sampling value when the first threshold is exceeded is less than the second threshold, the first Since it is not determined that a human body is present at or near the position in the monitoring space corresponding to the sampling timing of the sampling value when the threshold value is exceeded, no erroneous detection due to noise will occur.

また、第4の閾値を変更することにより監視可能な空間内で監視空間を変更することができるので、監視空間の設定及び変更が容易となる。   Further, since the monitoring space can be changed within the space that can be monitored by changing the fourth threshold value, the setting and changing of the monitoring space is facilitated.

図5は図2〜4で説明した受信波形データ、基準波形データ、両信号波形データの差をとった差分波形データ、差分波形データをサンプリングし先頭のサンプリング値から順次加算したデータを周期的に複数回連続して得た結果を、3次元グラフ表示したものである。   FIG. 5 shows periodically the received waveform data, reference waveform data, differential waveform data obtained by taking the difference between both signal waveform data, and data obtained by sampling the differential waveform data and sequentially adding them from the first sampling value. The result obtained continuously several times is displayed in a three-dimensional graph.

図5(A)は、利用者がトイレに入ってくるという動作を行った場合であり、遠方から超音波人体センサ10方向へ移動してくる複数の受信波形データがあらわれている図である。X軸(図5中横方向)がサンプリングタイミングを示し、Y軸(図5中縦方向)が受信信号波形の強さを示し、Z軸(図5中奥行方向)が経過時間を表す。Z軸でS1からS12までは人体を検出していないので図5(B)の基準波形データと同じデータである。   FIG. 5A shows a case where the user performs an operation of entering the toilet, and shows a plurality of received waveform data moving from far away toward the ultrasonic human body sensor 10. The X axis (horizontal direction in FIG. 5) indicates the sampling timing, the Y axis (vertical direction in FIG. 5) indicates the strength of the received signal waveform, and the Z axis (depth direction in FIG. 5) indicates the elapsed time. Since no human body is detected from S1 to S12 on the Z axis, the data is the same as the reference waveform data of FIG.

X軸の1〜27で、大小様々に受信信号を得ており、Z軸S21近傍のX軸27近傍の交点で強い受信信号を得ているものの、人体がどこにあるのかこの波形だけで判断するのは難しい。
図5(B)は人体が存在しない状態での、複数回分の基準波形データである。基準波形記憶手段に記憶された基準値であるため、これを記憶し直さない限り、時間経過を表すZ軸方向には変化はない。X軸方向で0〜10近辺まで、Y軸方向に大きくふれている強い信号は残響を示す。
Received signals are obtained in various sizes, from 1 to 27 on the X axis, and strong received signals are obtained at the intersections in the vicinity of the X axis 27 near the Z axis S21. Is difficult.
FIG. 5B shows reference waveform data for a plurality of times in a state where no human body exists. Since it is the reference value stored in the reference waveform storage means, there is no change in the Z-axis direction representing the passage of time unless it is stored again. A strong signal that is greatly affected in the Y-axis direction from 0 to around 10 in the X-axis direction shows reverberation.

図5(C)は受信波形データから基準波形データをデジタル的に演算して差し引いた差分波形データを示す。図5(A)の受信波形データのA/D変換サンプリングタイミングの先頭の残響部が差分を計算する演算で取り除かれ、人体が移動することで受信された信号だけが残ったことを示している。前述したZ軸S21近傍のX軸27近傍の交点の強い受信信号以外に多数の反射波が存在するのが明確になった。   FIG. 5C shows differential waveform data obtained by digitally calculating and subtracting reference waveform data from received waveform data. The reverberation part at the head of the A / D conversion sampling timing of the received waveform data in FIG. 5A is removed by the calculation for calculating the difference, and only the received signal remains as the human body moves. . It has become clear that there are a large number of reflected waves in addition to the received signals having strong intersections near the X axis 27 near the Z axis S21 described above.

図5(D)は図5(C)の差分波形データを、先頭のサンプリング値から順次加算した結果を示す。Z軸S19上ではX軸10のところで第1の閾値を超えたことが判断できる。同様に、Z軸S15上では第1の閾値は超えていない。第1の閾値を超えると、前述の第2の閾値、第4の閾値と比較した判断を行って、検知信号を出力する。   FIG. 5D shows the result of sequentially adding the differential waveform data of FIG. 5C from the first sampling value. On the Z axis S19, it can be determined that the first threshold is exceeded at the X axis 10. Similarly, the first threshold value does not exceed on the Z axis S15. When the first threshold value is exceeded, a determination is made in comparison with the second threshold value and the fourth threshold value, and a detection signal is output.

次に、以上のように構成された超音波人体センサ10について、具体的に以下図面を参照して説明する。図6は、本実施の形態における超音波人体センサ10の動作を示すメインルーチンのフローチャート、図7は本実施の形態における超音波人体センサ10の動作を示す送受信処理サブルーチンのフローチャート、図8は基準値記憶サブルーチンのフローチャート、図9は差分演算処理サブルーチンのフローチャート、図10は検知判定処理サブルーチンのフローチャートである。   Next, the ultrasonic human body sensor 10 configured as described above will be specifically described below with reference to the drawings. FIG. 6 is a flowchart of a main routine showing the operation of the ultrasonic human body sensor 10 in the present embodiment, FIG. 7 is a flowchart of a transmission / reception processing subroutine showing the operation of the ultrasonic human body sensor 10 in the present embodiment, and FIG. FIG. 9 is a flowchart of the difference calculation subroutine, FIG. 9 is a flowchart of the detection determination subroutine.

図6に示すように、人体検出のメインルーチンでは、電源が入ると、判定手段7が、発振手段1を駆動して間欠的に超音波領域パルスを発生させることによって、超音波送受信手段3から超音波を間欠的に送信して、送信ごとにその反射波に対応して出力される受信信号を、受信波形変換手段5により所定の周期で順次サンプリングしてA/D変換し、複数のサンプリング値からなる受信波形データを構成する送受信処理を行う(ステップS001)。ステップS001によって得られた受信波形データは、基準波形データとして、基準波形記憶手段6に記憶され、後述の受信波形データとの演算のためのデータとする(ステップS002)。   As shown in FIG. 6, in the main routine for human body detection, when the power is turned on, the determination means 7 drives the oscillation means 1 to intermittently generate ultrasonic region pulses, thereby causing the ultrasonic transmission / reception means 3 to A reception signal that is intermittently transmitted with ultrasonic waves and is output corresponding to the reflected wave for each transmission is sequentially sampled at a predetermined cycle by the received waveform conversion means 5 and A / D converted, and a plurality of samplings are performed. Transmission / reception processing that constitutes reception waveform data composed of values is performed (step S001). The received waveform data obtained in step S001 is stored in the reference waveform storage means 6 as reference waveform data, and is used as data for calculation with received waveform data described later (step S002).

なお、本実施例では、メインルーチンの起動直後、一般の電気機器であれば電源スイッチを入れた直後に対応するタイミングで無条件に基準波形の記憶(ステップS002)を行ったが、連続する複数の受信波形データにおいて変動が無いことで人が存在しないことを判定し、その条件で随時、基準波形の記憶を更新することも可能である。   In the present embodiment, the reference waveform is stored unconditionally (step S002) at a timing corresponding to immediately after the main routine is started, and immediately after the power switch is turned on in the case of a general electric device. It is also possible to determine that there is no person because there is no fluctuation in the received waveform data, and to update the storage of the reference waveform at any time under that condition.

次に、判定手段7は、発振手段1を駆動して超音波領域パルスを発生させることによって、超音波送受信手段3からステップS001と同様に超音波を送信して、送受信処理を行い、人体からの反射や、トイレマット等の設置部材からの反射を含む受信波形データを取得する(ステップS003)。判定手段7は、取得した受信波形データと基準波形データとを比較し、A/D変換のサンプリングタイミング順に差分演算処理を行い、差分演算処理データを作成する(ステップS004)。   Next, the determining means 7 drives the oscillating means 1 to generate ultrasonic region pulses, thereby transmitting ultrasonic waves from the ultrasonic transmitting / receiving means 3 in the same manner as in step S001, performing transmission / reception processing, and from the human body. The received waveform data including the reflection of the light and the reflection from the installation member such as the toilet mat are acquired (step S003). The determination means 7 compares the acquired received waveform data with the reference waveform data, performs difference calculation processing in the order of A / D conversion sampling timing, and creates difference calculation processing data (step S004).

さらに、判定手段7は、受信波形データと基準波形データ、差分演算処理データなどに基づいて人体が存在するか否かの検知判定処理を行う(ステップS005)。また、所定周期で受信波形データを取得するために、検知判定処理終了後に100msのタイマーをおき(ステップS006)、超音波人体センサ10は、人体の有無を検出するために、監視空間に向けて、超音波の送受信を行うという動作を間欠的に繰り返す。   Furthermore, the determination means 7 performs a detection determination process as to whether or not a human body exists based on the received waveform data, the reference waveform data, the difference calculation process data, and the like (step S005). Further, in order to acquire the received waveform data at a predetermined cycle, a timer of 100 ms is set after the end of the detection determination process (step S006), and the ultrasonic human body sensor 10 is directed toward the monitoring space in order to detect the presence or absence of a human body. The operation of transmitting and receiving ultrasonic waves is repeated intermittently.

図7は、送受信処理のフローチャートであり、メインルーチンの送受信処理(ステップS001、ステップS003)の詳細な内容である。このフローチャートはサブルーチンとして処理される。   FIG. 7 is a flowchart of the transmission / reception process, and shows the detailed contents of the transmission / reception process (steps S001 and S003) of the main routine. This flowchart is processed as a subroutine.

超音波人体センサ10は、超音波の送信パルスを超音波送受信手段3から出力し(ステップS101)、送信後の、圧電素子が安定するまでの時間、本実施例では1msの時間をとって(ステップS102)、受信信号を複数のサンプリングデータとするために、タイミング番号nに1を代入してカウントの初期化をする(ステップS103)。   The ultrasonic human body sensor 10 outputs an ultrasonic transmission pulse from the ultrasonic transmission / reception means 3 (step S101), and takes time until the piezoelectric element is stabilized after transmission, in this example, 1 ms ( In step S102), in order to make the received signal into a plurality of sampling data, 1 is substituted into the timing number n to initialize the count (step S103).

受信波形変換手段5は、受信・検波回路4で取り込んだ受信信号をA/D変換し(ステップS104)、その結果をdata(1)として出力する(ステップS105)。そして、タイミング番号nをアップカウントして(ステップS106)、タイミング番号nが100回になるまで(ステップS107:No)受信信号のA/D変換を繰り返すことによりdata(n)の出力を繰り返し、100回より大きくなると(ステップS107:Yes)、メインルーチンへ戻る(ステップS108)。こうして、data(1)〜data(100)の100個のサンプリング値からなる受信波形データが生成される。なお、本実施例の場合には、A/D変換の繰り返しのループ時間が50μsになるようにプログラムを調整する。   The reception waveform conversion means 5 performs A / D conversion on the reception signal taken in by the reception / detection circuit 4 (step S104), and outputs the result as data (1) (step S105). The timing number n is counted up (step S106), and the output of data (n) is repeated by repeating A / D conversion of the received signal until the timing number n reaches 100 times (step S107: No). When it is greater than 100 times (step S107: Yes), the process returns to the main routine (step S108). In this way, received waveform data composed of 100 sampling values of data (1) to data (100) is generated. In the case of this embodiment, the program is adjusted so that the loop time for repeating A / D conversion is 50 μs.

図8は、基準値記憶処理のフローチャートであり、メインルーチンの基準値記憶処理(ステップS002)の詳細な内容である。このフローチャートはサブルーチンとして処理される。この基準値記憶処理をするために、基準波形記憶手段6では、人体を検出していない状態で、受信波形変換手段5から出力されるサンプリング値data(n)をdata(1)から順に受信するために、サンプリング値のタイミング番号nに1を代入してカウントの初期化をする(ステップS201)。次に、受信波形変換手段5から出力されるdata(1)を基準波形データref(1)として1個記憶する(ステップS202)。   FIG. 8 is a flowchart of the reference value storing process, showing the detailed contents of the reference value storing process (step S002) of the main routine. This flowchart is processed as a subroutine. In order to perform this reference value storage processing, the reference waveform storage means 6 receives the sampling values data (n) output from the received waveform conversion means 5 in order from data (1) in a state where no human body is detected. Therefore, the count is initialized by substituting 1 for the timing number n of the sampling value (step S201). Next, one piece of data (1) output from the received waveform converting means 5 is stored as reference waveform data ref (1) (step S202).

そして、基準波形記憶手段6は、サンプリング値のタイミング番号nをアップカウントして(ステップS203)、タイミング番号nが100回になるまで(ステップS204:No)、data(n)を基準波形データref(n)として記憶する動作を繰り返し、nが100回より大きくなると(ステップS204:Yes)、受信波形データを基準波形データとして記憶する動作は終了する。   Then, the reference waveform storage means 6 counts up the timing number n of the sampling value (step S203), and until the timing number n reaches 100 times (step S204: No), the data (n) is used as the reference waveform data ref. The operation of storing as (n) is repeated, and when n becomes larger than 100 times (step S204: Yes), the operation of storing the received waveform data as reference waveform data ends.

その後、超音波人体センサ10は、監視空間内の位置情報を記憶する記憶手段x(以下、位置情報記憶手段xと略す。xはタイミング番号nに相当する数値となる)に、100を初期値として代入し(ステップS205)、メインルーチンへ戻る(ステップS206)。   Thereafter, the ultrasonic human body sensor 10 stores 100 as an initial value in storage means x for storing position information in the monitoring space (hereinafter abbreviated as position information storage means x. X is a numerical value corresponding to the timing number n). Is substituted (step S205), and the process returns to the main routine (step S206).

図9は、差分演算処理のフローチャートであり、メインルーチンの差分演算処理(ステップS004)の詳細な内容である。このフローチャートはサブルーチンとして処理される。判定手段7は、タイミング番号nに1を代入してカウントの初期化をする(ステップS401)。次に、受信波形データと記憶されている基準波形データとの差分をとって、差分波形データdif(n)を作成する(ステップS402)。   FIG. 9 is a flowchart of the difference calculation process, showing the detailed contents of the difference calculation process (step S004) of the main routine. This flowchart is processed as a subroutine. The determination means 7 substitutes 1 for the timing number n and initializes the count (step S401). Next, the difference waveform data dif (n) is created by taking the difference between the received waveform data and the stored reference waveform data (step S402).

判定手段7は、差分をとったdif(1)が負の場合(ステップS403:Yes)、dif(1)を0に置き換え(ステップS404)、一方、dif(n)が0以上であれば(ステップS403:No)、dif(1)を置き換えない。その後、判定手段7は、タイミング番号nをアップカウントして(ステップS405)、ステップS402からS404の演算を繰り返す。すなわち、タイミング番号2〜100までのサンプリング値をタイミング番号順に、受信波形データと基準波形データとのサンプリング値の差分をとり、差分がマイナスにならないように補正して、差分波形データdif(n)を生成する。その後、タイミング番号nが100回より大きくなると(ステップS406:Yes)、メインルーチンへ戻る(ステップS407)。   When the dif (1) obtained from the difference is negative (step S403: Yes), the determination unit 7 replaces dif (1) with 0 (step S404), while if dif (n) is 0 or more ( Step S403: No), dif (1) is not replaced. Thereafter, the determination unit 7 up-counts the timing number n (step S405) and repeats the operations from step S402 to S404. That is, the sampling values from timing numbers 2 to 100 are taken in the order of timing numbers, the difference between the sampling values of the received waveform data and the reference waveform data is taken and corrected so that the difference does not become negative, and the difference waveform data dif (n) Is generated. Thereafter, when the timing number n becomes larger than 100 times (step S406: Yes), the process returns to the main routine (step S407).

図10は、検知判定処理のフローチャートであり、メインルーチンの検知判定処理(ステップS005)の詳細な内容である。このフローチャートはサブルーチンとして処理される。判定手段7は、受信信号を複数のデジタルサンプリングデータとして演算処理するため、サンプリング値のタイミング番号nに1を代入してカウントの初期化し、先頭タイミング番号1のサンプリング値から順次加算してゆくための加算値の初期値であるsum(0)を0に初期化する(ステップS501)。   FIG. 10 is a flowchart of the detection determination process, showing the detailed contents of the detection determination process (step S005) of the main routine. This flowchart is processed as a subroutine. Since the determination means 7 performs arithmetic processing on the received signal as a plurality of digital sampling data, the count is initialized by substituting 1 into the timing number n of the sampling value, and sequentially added from the sampling value of the leading timing number 1 Sum (0), which is the initial value of the addition value of, is initialized to 0 (step S501).

次に判定手段7は、タイミング番号1のサンプリング値を加算する前値である受信波形差分加算データsum(0)に、基準波形データと受信波形データの差分の値である差分演算処理データdif(0)を加算して、受信波形差分加算データsum(1)を作成する(ステップS502)。   Next, the determination means 7 adds difference calculation processing data dif (), which is a difference value between the reference waveform data and the reception waveform data, to the reception waveform difference addition data sum (0) which is a value before adding the sampling value of timing number 1. 0) is added to generate reception waveform difference addition data sum (1) (step S502).

さらに、判定手段は、ステップS502で演算されたsum(1)が、人体の存在を判断する第1の閾値であるTH1以上(本実施の形態では200以上)であれば(ステップS503:Yes)、人体はあるということで、次のステップに進む。   Further, the determining means determines that sum (1) calculated in step S502 is equal to or higher than TH1, which is the first threshold for determining the presence of a human body (200 or higher in the present embodiment) (step S503: Yes). Because there is a human body, go to the next step.

第1の閾値を超えた場合であっても、sum(n)の前後の傾きが小さいときにはタイミング番号nの位置内に人体が存在しないと判定するために、判定手段7は、sum(n)が第1の閾値を超えたときのサンプリング値の前後の受信波形差分加算データの変化量であるdif(n+1)+dif(n)の演算をする。dif(n+1)+dif(n)の結果が第2の閾値TH2以上であれば(ステップS504:Yes)、細かなノイズの積み上げによってsum(n)が第1の閾値TH1を超えたのではなく、人体を検出しているという判断が行われる。   Even when the first threshold value is exceeded, when the slope before and after sum (n) is small, in order to determine that there is no human body in the position of timing number n, the determination means 7 uses sum (n) Is calculated as dif (n + 1) + dif (n), which is the amount of change in the received waveform difference addition data before and after the sampling value when exceeds the first threshold. If the result of dif (n + 1) + dif (n) is greater than or equal to the second threshold TH2 (step S504: Yes), sum (n) does not exceed the first threshold TH1 due to the accumulation of fine noise. A determination is made that a human body is detected.

次に、sum(n)が第1の閾値TH1を超え、dif(n+1)+dif(n)の結果が第2の閾値TH2以上であって人体が存在したと判定手段7が判定した場合でも、トイレのような狭い空間で複数回反射が起きたり、あるいは超音波同士が干渉しあって、人体があたかも遠方に移動してしまったような受信波形に偶然なってしまう場合がある。そのため、通常考えられる以上の急激な距離の変動を認めないという処理と、近距離で超音波の反射が起きた場合は、近距離に人体があると判定手段7は判定し、如何に急激な距離変化であっても、近距離側への変化は無条件に認めるという処理を同時に行う。判定手段7は、上記のために第1の閾値を超えた時のサンプリング値のタイミング番号nに対応する監視空間内の位置が、位置情報記憶手段xに記憶されている位置情報(それまで、人体がその位置にいるとして記憶していた値)より、所定距離TH3以上遠いかを判断する(ステップS508)。   Next, even when sum (n) exceeds the first threshold value TH1, the result of dif (n + 1) + dif (n) is equal to or greater than the second threshold value TH2, and the determination means 7 determines that a human body exists, There are cases where reflection occurs multiple times in a narrow space such as a toilet, or ultrasonic waves interfere with each other, resulting in a received waveform that seems to have moved far away. For this reason, when the processing of not allowing a sudden change in the distance beyond what is normally considered and the reflection of the ultrasonic wave at a short distance, the determination means 7 determines that there is a human body at a short distance, and how sudden it is. Even if it is a distance change, the process of accepting the change to the short distance side unconditionally is simultaneously performed. The determination means 7 uses the position information stored in the position information storage means x as the position in the monitoring space corresponding to the timing number n of the sampling value when the first threshold value is exceeded for the above (until then, It is determined whether the distance is greater than a predetermined distance TH3 from the value stored as the human body is at that position (step S508).

判定手段7は、現在のタイミング番号nが位置情報記憶手段xよりも、第3の閾値である所定距離TH3以上遠い側へ移動していないと判定すると(ステップS510:No)、判定手段7は人体が存在すると判定し、監視空間内の位置にあたる第1の閾値を超えた時のタイミング番号に対応するnの値を、判定手段7の記憶領域にある位置情報記憶手段xに代入し、位置情報の更新を行う(ステップS511)。   If the determination means 7 determines that the current timing number n has not moved to the side farther than the position information storage means x by a predetermined distance TH3, which is the third threshold value (step S510: No), the determination means 7 It is determined that a human body is present, and the value of n corresponding to the timing number when the first threshold value corresponding to the position in the monitoring space is exceeded is substituted into the position information storage unit x in the storage area of the determination unit 7, Information is updated (step S511).

受信波形データと基準波形データのサンプリング値の差分を先頭のサンプリング値から加算した加算値であるsum(n)が第1の閾値TH1未満であれば(ステップS503:No)、タイミング番号nをアップカウント(ステップS505)し、タイミング番号nが100回以下なら(ステップS506:No)、ステップS502へもどり、加算が繰り返される。   If sum (n), which is an addition value obtained by adding the difference between the sampling values of the received waveform data and the reference waveform data from the first sampling value, is less than the first threshold value TH1 (step S503: No), the timing number n is increased. Counting (step S505), and if the timing number n is 100 times or less (step S506: No), the process returns to step S502 and the addition is repeated.

また、ステップS503でsum(n)が第1の閾値TH1を超えたと判定すると、判定手段7は、第1の閾値を超えた加算値のタイミング番号nの1つ前後の差分の値の差dif(n+1)+dif(n)が第2の閾値であるTH2未満であれば(ステップS504:No)、ステップS503と同様にタイミング番号nをアップカウント(ステップS505)し、タイミング番号nが100回以下なら(ステップS506:No)、ステップS502へもどり、加算が繰り返される。   If it is determined in step S503 that sum (n) has exceeded the first threshold value TH1, the determination unit 7 determines the difference dif between the difference values before and after the timing number n of the added value exceeding the first threshold value. If (n + 1) + dif (n) is less than TH2, which is the second threshold value (step S504: No), the timing number n is counted up (step S505) as in step S503, and the timing number n is 100 times or less. If so (step S506: No), the process returns to step S502 and the addition is repeated.

第1の閾値を超えた加算値のタイミング番号nと位置情報記憶手段xに記憶された位置情報との差が第3の閾値である所定距離TH3以上であれば(ステップS510:Yes)、複数回反射や超音波同士の干渉により、人体があたかも遠方に移動したような受信波形に偶然なってしまっただけで、タイミング番号nの値は信頼性に欠けると判断し、位置情報記憶手段xに記憶された位置情報に1を加えて更新する(ステップS507)。1を加えるのは、永久にxの更新ができなくなることを回避するためである。   If the difference between the timing number n of the added value exceeding the first threshold and the position information stored in the position information storage means x is equal to or greater than a predetermined distance TH3, which is the third threshold (step S510: Yes), a plurality It is judged that the value of the timing number n is unreliable just because the received waveform has been moved as if the human body has moved far away due to the reflection and the interference between the ultrasonic waves. The stored position information is updated by adding 1 (step S507). The reason for adding 1 is to avoid that x cannot be updated forever.

位置情報記憶手段xが100を越えた場合は(ステップS508:Yes)、位置情報記憶手段xに100を代入し(ステップS509)、位置情報記憶手段xが100を越えてない場合は(ステップS508:No)、位置情報記憶手段xはそのままの値となる。   When the position information storage means x exceeds 100 (step S508: Yes), 100 is substituted into the position information storage means x (step S509), and when the position information storage means x does not exceed 100 (step S508). : No), the position information storage means x remains as it is.

次に、判定手段7は、位置情報記憶手段xが、可変設定が出来る人体が検知されねばならない監視空間の最遠点以内にいるかを判断する第4の閾値TH4より大きければ(ステップS512:No)人体を非検知(ステップS513)とし、以下であれば(ステップS512:Yes)、人体を検知(ステップS514)として検知信号を出力し、メインルーチンに戻る(ステップS515)。   Next, the determination means 7 is greater than the fourth threshold TH4 for determining whether the position information storage means x is within the farthest point of the monitoring space where a human body that can be variably set must be detected (step S512: No). ) A human body is not detected (step S513), and if it is the following (step S512: Yes), a human body is detected (step S514), a detection signal is output, and the process returns to the main routine (step S515).

タイミング番号nが100よりおおきくなった場合(ステップS506:Yes)は、判定手段7によりノイズしかなかったと判定され、以下ステップS507から同一フローでメインルーチンに戻る(ステップS515)。     When the timing number n is larger than 100 (step S506: Yes), it is determined by the determining means 7 that there is only noise, and the process returns to the main routine in the same flow from step S507 (step S515).

以上説明したように、本発明によれば、超音波人体センサを利用して、狭くて反射物体が多数存在する監視空間内で、人体が存在するか否かの判定を確実に行うために、人体が存在する場合と存在しない場合との差分を順次加算して第1の閾値を超えたところに人体が存在すると判定し、その第1の閾値を超えた位置に対し、その前後の差分の変化が小さい場合や検出位置の急激な遠方への変動が起こった場合には、人体が存在するとの判定を行わないことにより誤判定を防止することができる。   As described above, according to the present invention, in order to reliably determine whether or not a human body exists in a monitoring space in which a large number of reflective objects are present using an ultrasonic human body sensor, The difference between the case where the human body exists and the case where the human body does not exist is sequentially added, and it is determined that the human body exists where the first threshold value is exceeded. When the change is small or when the detection position suddenly fluctuates far away, erroneous determination can be prevented by not determining that a human body exists.

また、本実施の形態における超音波人体センサ10をトイレ装置にすることによって、人体の検出の確率が高くなる。以下その構成について図11、12を用いて説明する。図11、12に、発明の実施形態における超音波人体センサ10を適用したトイレ装置を示す。   Moreover, the probability of detection of a human body becomes high by making the ultrasonic human body sensor 10 in this Embodiment into a toilet apparatus. The configuration will be described below with reference to FIGS. 11 and 12 show a toilet apparatus to which the ultrasonic human body sensor 10 according to the embodiment of the invention is applied.

図11に示すように、トイレルーム30にトイレ装置20が配置されており、トイレ装置20は、その前方下部に超音波人体センサ10が取り付けられている。   As shown in FIG. 11, a toilet apparatus 20 is disposed in a toilet room 30, and the ultrasonic human body sensor 10 is attached to the lower part of the toilet apparatus 20 at the front lower part thereof.

トイレ装置は、超音波人体センサ10からの検出信号に基づいて、人体の存在を検出すると、便蓋を開く制御を行い、その後、人体がいなくなったことを検出すると、便蓋を閉じる制御を行う。   When the presence of a human body is detected based on a detection signal from the ultrasonic human body sensor 10, the toilet apparatus performs control to open the toilet lid, and then performs control to close the toilet lid when it is detected that the human body has disappeared. .

図12に示すように、超音波人体センサ10は、監視空間Sの距離D1(以下、「監視空間距離」とする。)の範囲内でかつ所定の角度範囲で人体の存在の有無を検出するように設定されており、監視空間距離D1は、超音波人体センサ10の第4の閾値を変更することによって、最大でD2の距離まで監視空間にすることができる。   As shown in FIG. 12, the ultrasonic human body sensor 10 detects the presence / absence of a human body within a predetermined angle range within a distance D1 of the monitoring space S (hereinafter referred to as “monitoring space distance”). The monitoring space distance D1 can be set to the monitoring space up to a distance of D2 by changing the fourth threshold value of the ultrasonic human body sensor 10.

本発明の実施形態の超音波人体センサの全体構成を示すブロック図。The block diagram which shows the whole structure of the ultrasonic human body sensor of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の超音波人体センサの判定手段の動作説明図。Operation | movement explanatory drawing of the determination means of the ultrasonic human body sensor of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の超音波人体センサの判定手段の動作説明図。Operation | movement explanatory drawing of the determination means of the ultrasonic human body sensor of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の超音波人体センサの判定手段の動作説明図。Operation | movement explanatory drawing of the determination means of the ultrasonic human body sensor of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の受信波形データ、基準波形データ、前記両信号波形データの差をとった差分波形データ、差分波形データを所定間隔であらわした3次元グラフ。3 is a three-dimensional graph showing received waveform data, reference waveform data, difference waveform data obtained by taking a difference between the two signal waveform data, and difference waveform data at predetermined intervals according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態の超音波人体センサのメインルーチンを説明した制御フローチャート。The control flowchart explaining the main routine of the ultrasonic human body sensor of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の送受信処理サブルーチンを説明した制御フローチャート。The control flowchart explaining the transmission / reception processing subroutine of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の基準値記憶処理サブルーチンを説明した制御フローチャート。The control flowchart explaining the reference value storage process subroutine of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の差分演算処理サブルーチンを説明した制御フローチャート。The control flowchart explaining the difference calculation process subroutine of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の検知判定処理サブルーチンを説明した制御フローチャート。The control flowchart explaining the detection determination processing subroutine of embodiment of this invention. 本発明の実施形態のトイレ装置の設置状況を示す図。The figure which shows the installation condition of the toilet apparatus of embodiment of this invention. 本発明の実施形態のトイレ装置の設置状況を示す図。The figure which shows the installation condition of the toilet apparatus of embodiment of this invention. 超音波の動作原理を説明した図。The figure explaining the operation principle of an ultrasonic wave.

符号の説明Explanation of symbols

1 発振手段
2 昇圧回路
3 超音波送送受信手段
4 受信・検波回路
5 受信波形処理手段
6 記憶手段
7 判定手段
8 マイクロコンピュータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Oscillation means 2 Booster circuit 3 Ultrasonic transmission / reception means 4 Reception / detection circuit 5 Received waveform processing means 6 Storage means 7 Determination means 8 Microcomputer

Claims (7)

監視空間に向け、超音波を間欠的に送信すると共に、この送信に対する反射波を受信する超音波送受信手段と、
この超音波送受信手段によって前記超音波を間欠的に送信するごとに、その反射波に対応して出力される受信信号を、所定周期で順次サンプリングしてA/D変換し、複数のサンプリング値から構成される受信波形データとする受信波形変換手段と、
前記受信波形変換手段から出力される受信波形データのうち、人体が存在していないタイミングで得られる受信波形データを基準波形データとして記憶する基準波形記憶手段と、
前記受信波形変換手段から順次出力される受信波形データを前記基準波形データと比較して前記監視空間内の人体の有無を判定し、その結果を出力する判定手段と、を備えた超音波人体センサにおいて、
前記判定手段は、前記受信波形データと前記基準波形データとの比較をサンプリング値ごとに行って、そのサンプリング値の差分を先頭のサンプリング値から順次加算し、その加算値が第1の閾値を超えたとき、前記監視空間内に人体が存在すると判定することを特徴とする超音波人体センサ。
Ultrasonic transmission / reception means for intermittently transmitting ultrasonic waves toward the monitoring space and receiving reflected waves for this transmission;
Each time the ultrasonic wave is transmitted intermittently by the ultrasonic wave transmitting / receiving means, the reception signal output corresponding to the reflected wave is sequentially sampled at a predetermined period and A / D converted, and a plurality of sampling values are obtained. Received waveform conversion means to be configured received waveform data;
Of the received waveform data output from the received waveform converting means, reference waveform storage means for storing received waveform data obtained at a timing when no human body is present as reference waveform data;
An ultrasonic human body sensor comprising: determination means for comparing the received waveform data sequentially output from the received waveform converting means with the reference waveform data to determine the presence or absence of a human body in the monitoring space and outputting the result In
The determination unit compares the received waveform data with the reference waveform data for each sampling value, sequentially adds the difference between the sampling values from the first sampling value, and the added value exceeds a first threshold value. An ultrasonic human body sensor that determines that a human body is present in the monitoring space.
前記判定手段は、前記加算値が第1の閾値を超えたときのサンプリング値のサンプリングタイミングに対応する前記監視空間内の位置又はその位置よりも近くに人体が存在すると判定すると共に、その位置情報を記憶手段に記憶することを特徴とする請求項1に記載の超音波人体センサ。   The determination means determines that there is a human body at or near the position in the monitoring space corresponding to the sampling timing of the sampling value when the added value exceeds the first threshold, and the position information The ultrasonic human body sensor according to claim 1, wherein the ultrasonic human body sensor is stored in a storage unit. 前記判定手段は、前記加算値が第1の閾値を超えた場合であっても、第1の閾値を超えたときのサンプリング値のサンプリングタイミングに対応する前記監視空間内の位置が、前記記憶手段にすでに記憶されている位置情報よりも所定距離以上遠い位置であると判定すると、前記記憶手段に記憶された位置情報の更新の記憶を行なわないことを特徴とする請求項2に記載の超音波人体センサ。   Even if the addition value exceeds the first threshold value, the determination means has a position in the monitoring space corresponding to the sampling timing of the sampling value when the first threshold value is exceeded. 3. The ultrasonic wave according to claim 2, wherein when the position information is determined to be a position that is a predetermined distance or more than the position information already stored in the storage device, the update of the position information stored in the storage means is not stored. Human body sensor. 前記判定手段は、前記加算値が第1の閾値を超えた場合であっても、第1の閾値を超えたときのサンプリング値の前後のサンプリング値の差分が第2の閾値未満のときは、第1の閾値を超えたときのサンプリング値のサンプリングタイミングに対応する前記監視空間内の位置又はその位置よりも近くに人体が存在するとの判定をしないことを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の超音波人体センサ。   When the difference between the sampling values before and after the sampling value when the addition value exceeds the first threshold is less than the second threshold, even if the addition value exceeds the first threshold, The determination that the human body is present at or near the position in the monitoring space corresponding to the sampling timing of the sampling value when the first threshold value is exceeded is not performed. The ultrasonic human body sensor described in 1. 前記判定手段は前記監視空間の範囲を変更可能としたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の超音波人体センサ。   The ultrasonic human body sensor according to claim 1, wherein the determination unit can change a range of the monitoring space. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の超音波人体センサを有することを特徴とするトイレ装置。   A toilet apparatus comprising the ultrasonic human body sensor according to any one of claims 1 to 5. 監視空間に向け、超音波を間欠的に送信すると共に、この送信に対する反射波を受信する超音波送受信手段を用いて人体の有無の判定を行なう人体検出方法であって、
この超音波送受信手段によって前記超音波を間欠的に送信するごとに、その反射波に対応して出力される受信信号を、所定周期で順次サンプリングしてA/D変換し、複数のサンプリング値から構成される受信波形データとするステップと、
前記受信波形データのうち、人体が存在していないタイミングで得られる受信波形データを基準波形データとして記憶するステップと、
前記受信波形データと前記基準波形データとの比較をサンプリング値ごとに行って、そのサンプリング値の差分を先頭のサンプリング値から順次加算し、その加算値が第1の閾値を超えたとときに、前記監視空間内に人体が存在すると判定するステップと、
を有する人体検出方法。
A human body detection method for intermittently transmitting an ultrasonic wave toward a monitoring space and determining the presence or absence of a human body using an ultrasonic transmission / reception unit that receives a reflected wave with respect to the transmission,
Each time the ultrasonic wave is transmitted intermittently by the ultrasonic wave transmitting / receiving means, the reception signal output corresponding to the reflected wave is sequentially sampled at a predetermined period and A / D converted, and a plurality of sampling values are obtained. A step of configuring received waveform data,
Of the received waveform data, storing received waveform data obtained at a timing when a human body does not exist as reference waveform data;
A comparison between the received waveform data and the reference waveform data is performed for each sampling value, a difference between the sampling values is sequentially added from the first sampling value, and when the added value exceeds a first threshold value, Determining that a human body is present in the surveillance space;
A human body detection method.
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