JP2009080073A - Automatic feed water equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、樹脂や陶器を透過できるマイクロ波を利用するマイクロ波ドップラーセンサを備えた自動給水装置に関する。自動給水装置は、便器装置や洗面台装置を含む。 The present invention relates to an automatic water supply apparatus equipped with a microwave Doppler sensor that uses microwaves that can pass through resin or earthenware. The automatic water supply device includes a toilet device and a wash basin device.
従来、マイクロ波ドップラーセンサを使用して使用者の移動を検出して自動洗浄を行う便器装置は知られており、安価で信頼性が高い便器装置が益々要求されている。マイクロ波ドップラーセンサは、送信される搬送波の周波数と反射波の周波数との差を検出することによって移動体の速度を検出し、搬送波を送信する送信部と、反射波を受信する受信部と、を備えている。また、便器装置は、便器に洗浄水を供給する給水部と、マイクロ波ドップラーセンサの検出結果に基づいて給水部から便器への給水を制御する制御部と、を備えている。 Conventionally, toilet devices that perform automatic cleaning by detecting the movement of a user using a microwave Doppler sensor are known, and there is an increasing demand for toilet devices that are inexpensive and highly reliable. The microwave Doppler sensor detects the speed of the moving body by detecting the difference between the frequency of the transmitted carrier wave and the frequency of the reflected wave, a transmission unit that transmits the carrier wave, a reception unit that receives the reflected wave, It has. Further, the toilet device includes a water supply unit that supplies flush water to the toilet and a control unit that controls water supply from the water supply unit to the toilet based on the detection result of the microwave Doppler sensor.
しかし、各々が１つのマイクロ波ドップラーセンサを備える複数台の小便器が並列されるトイレシステムにおいては、受信部は他のマイクロ波ドップラーセンサが送信した送信波の人体による反射波を受信して誤検出する場合がある。このようなマイクロ波ドップラーセンサ間の干渉の結果、使用者が使用しない小便器に洗浄水が流れるという問題が発生する。 However, in a toilet system in which a plurality of urinals each having one microwave Doppler sensor are arranged in parallel, the receiving unit receives a reflected wave from the human body of the transmitted wave transmitted by the other microwave Doppler sensor and causes an error. May be detected. As a result of such interference between the microwave Doppler sensors, there arises a problem that washing water flows into a urinal that is not used by the user.
かかる問題に対して、特許文献１は、送信時期を乱数で決定すると共にパルス状搬送波のパルス幅をセンサの数に応じて短くして（デューティ比を小さくして）干渉の確率を減らす方法を開示している。特許文献２も同様に、各マイクロ波ドップラーセンサの送信時期をずらしてマイクロ波ドップラーセンサ間の干渉を抑制することを提案している。
各マイクロ波ドップラーセンサの送信時期をずらせば（時分割）、干渉の確率は減るが、制御部は送信タイミングに合わせた信号の読み込みを行わなければならず、処理が複雑になる。また、チャンネル数の増加により干渉の確率は減るが、チャンネル数の増加を時分割によって達成すると処理時間が短くなるので制御部の高速処理が必要となる。このように、従来の自動給水装置においては、マイクロ波ドップラーセンサの送信周期を所定時間ずらして、干渉を防止する技術が開示されているが、上述した方法ではマイクロ波ドップラーセンサの送信タイミングに合わせて制御部で受信信号を判断しなくてはならず、制御部の読込みタイミングが複雑になるという問題にあった。 If the transmission timing of each microwave Doppler sensor is shifted (time division), the probability of interference decreases, but the control unit must read a signal in accordance with the transmission timing, and the processing becomes complicated. Further, although the probability of interference decreases with an increase in the number of channels, if the increase in the number of channels is achieved by time division, the processing time is shortened, so that high-speed processing of the control unit is required. As described above, in the conventional automatic water supply apparatus, a technique for preventing interference by shifting the transmission period of the microwave Doppler sensor by a predetermined time is disclosed, but the above-described method matches the transmission timing of the microwave Doppler sensor. Thus, there is a problem that the control unit must determine the received signal, and the read timing of the control unit becomes complicated.
本発明は、単純な構成で信頼性の高いマイクロ波ドップラーセンサを備えた自動給水装置に関する。 The present invention relates to an automatic water supply apparatus including a microwave Doppler sensor having a simple configuration and high reliability.
本発明は上述した問題を解決するために、マイクロ波ドップラーセンサの搬送波を対象物の動きを判定するのに必要な周波数に応じて所定周波数間隔以上で切替えることにより、制御部は一定の時間間隔で、また簡単な信号処理で、マイクロ波ドップラーセンサの出力信号を処理することができる。その理由としては、通常、自動給水装置（便器や手洗い器）が配置されるトイレ空間では、電波の強さを考慮すると近接して設置される自動給水装置の数は２０〜３０台程度という限られた設置環境にあり、そのような台数では、許可された電波の範囲において、搬送波周波数のチャンネル数を数百チャンネルも持っていて、乱数発生手段により発生する乱数に基づいて搬送周波数を決めるので切替えていけば、確率的に隣接する他のセンサの影響を実用上問題にない程度にすることができるからである。また、干渉が起きたとしても、自動給水装置においては便器や手洗い器に吐水されるだけなので、実害として極めて問題とならない。そのような設置環境での、マイクロ波ドップラーセンサの送信周波数を切替えて干渉を確率的にさげる手法は極めて有効である。 In order to solve the above-described problem, the present invention switches the carrier wave of the microwave Doppler sensor at a predetermined time interval or more by switching the carrier wave of the microwave object at a predetermined frequency interval or more according to the frequency necessary for determining the movement of the object. In addition, the output signal of the microwave Doppler sensor can be processed with simple signal processing. The reason for this is that normally, in a toilet space where automatic water supply devices (toilet bowls and hand-washers) are arranged, the number of automatic water supply devices installed in close proximity is limited to about 20 to 30 considering the strength of radio waves. With such a number of units, there are several hundreds of carrier frequency channels within the permitted radio wave range, and the carrier frequency is determined based on the random number generated by the random number generator. This is because if the switching is performed, the influence of other adjacent sensors can be stochastically prevented from causing a problem in practice. Moreover, even if interference occurs, the automatic water supply device is merely discharged into the toilet bowl or hand-washer, so that it does not cause any serious problems. In such an installation environment, a technique for switching the transmission frequency of the microwave Doppler sensor to reduce the interference stochastically is very effective.
なお、通信機器でも、近年、無線ＬＡＮ等で２．４ＧＨｚ帯等で、相互に通信を行っているが、ここでは、伝送するのが情報なので、帯域を広く取っているために数十チャンネル程度しか設けることができない。このような点で、通信機器と同じような帯域を持つマイクロ波ドップラーセンサは、目的も違うのでチャンネルの選び方もその狙いも異なっている。 In recent years, communication devices have also communicated with each other in the 2.4 GHz band using a wireless LAN or the like. However, here, since information is transmitted, a wide band is used, so about several tens of channels. Can only be provided. In this respect, the microwave Doppler sensor having the same band as that of the communication device has a different purpose, so the channel selection method and the purpose are different.
本発明の一側面としての自動給水装置は、搬送波を送信して人体、吐水、又は尿流を検出するマイクロ波ドップラーセンサと、当該マイクロ波ドップラーセンサの検出結果に基づいて便器若しくは洗面器への給水部による給水を制御する制御部と、を有する自動給水装置において、前記マイクロ波ドップラーセンサは、前記搬送波を生成する搬送波生成部を有し、前記搬送波生成部は、前記搬送波の周波数を切替える切替周期を保持するタイマと、前記タイマが保持する前記切替周期毎に乱数を発生させる乱数発生器と、当該乱数発生器が発生した前記乱数に基づいて所定の前記搬送波の周波数を前記タイマが保持する切替周期毎に複数の周波数帯域の中から選択して切り替える周波数切替手段と、当該周波数切替手段が切り替えた周波数を前記搬送波に設定する周波数設定手段と、を有するとともに、前記切替周期毎に前記搬送波を切替えて前記人体、吐水、又は尿流を検出することを特徴とする。かかる自動給水装置は、マイクロ波ドップラーセンサの搬送波の周波数を乱数発生器が発生した乱数に基づいてランダムに切替周期で切り替え、切り替えられた周波数を有する搬送波を移動体に送信する。自動給水装置は、送信時期が間欠的ではないので、制御部は読み込みタイミングを制御する必要がなく、また、搬送波の送信時期の分割（時分割）による処理時間の短縮もないので演算処理能力が高い制御部を使用する必要はなくなる。更に、使用可能な帯域で周波数を分割する方が時分割よりも多くのチャンネルを確保することができ、また、乱数を使用することによって複数の自動給水装置が使用される場合にマイクロ波ドップラーセンサ同士が干渉の確率を下げることができる。この結果、簡単な構成で判定精度の高い極めて実用性の高い自動給水装置を提供できる。 An automatic water supply apparatus according to one aspect of the present invention includes a microwave Doppler sensor that detects a human body, water discharge, or urine flow by transmitting a carrier wave, and a toilet or basin based on a detection result of the microwave Doppler sensor. And a control unit that controls water supply by the water supply unit, wherein the microwave Doppler sensor has a carrier generation unit that generates the carrier wave, and the carrier wave generation unit switches the frequency of the carrier wave. A timer for holding a period; a random number generator for generating a random number for each switching period held by the timer; and the timer holds a predetermined frequency of the carrier based on the random number generated by the random number generator. Frequency switching means for selecting and switching from a plurality of frequency bands for each switching period, and the frequency switched by the frequency switching means And frequency setting means for setting the serial carrier, which has a said human body by switching the carrier wave for each of the switching period, and detects the water discharge or urine flow. Such an automatic water supply device randomly switches the frequency of the carrier wave of the microwave Doppler sensor based on the random number generated by the random number generator at the switching cycle, and transmits the carrier wave having the switched frequency to the moving body. Since the automatic water supply device does not have intermittent transmission timing, the control unit does not need to control the reading timing, and the processing time is not shortened by dividing the carrier wave transmission time (time division), so the processing capacity is high. There is no need to use a high control unit. Furthermore, dividing the frequency in the usable band can secure more channels than the time division, and a microwave Doppler sensor when multiple automatic water supply devices are used by using random numbers Each other can reduce the probability of interference. As a result, it is possible to provide an automatic water supply device that has a simple configuration and high determination accuracy and is highly practical.
前記搬送波生成部は、前記搬送波の周波数帯域（例えば、１０．５０ＧＨｚ乃至１０．５５ＧＨｚ）を前記人体、吐水、又は尿流を検出するのに必要な周波数帯域を１８０Ｈｚ以上２５００Ｈｚ以下の周波数幅で分割することによって前記複数の周波数帯域に対応する搬送周波数を生成できる。例えば、人体、吐水や尿流の検出に必要な周波数は５００Ｈｚ以下であるので、その周波数間隔をそれ以上に設定すれば複数の自動給水装置が使用される場合にマイクロ波ドップラーセンサ同士の干渉を防止することができる。例えば、人体や尿流の検出に必要な周波数を５００Ｈｚとすればフィルタ処理のサンプリング周波数は１ｋＨｚあれば足り、その５倍の間隔をサンプリング周波数帯域として確保しても１０００チャンネルを確保できるという利点がある。現在の搬送波の周波数を固定した送信時期の分割（時分割）によるチャンネル数がせいぜい２００分割であることを考えると５倍のチャンネル数を確保することができる。 The carrier wave generator divides the frequency band of the carrier wave (for example, 10.50 GHz to 10.55 GHz) into a frequency band necessary for detecting the human body, water discharge, or urine flow by a frequency width of 180 Hz to 2500 Hz. By doing so, carrier frequencies corresponding to the plurality of frequency bands can be generated. For example, since the frequency required for detection of the human body, water discharge and urine flow is 500 Hz or less, if the frequency interval is set to be longer than that, interference between microwave Doppler sensors will occur when a plurality of automatic water supply devices are used. Can be prevented. For example, if the frequency required for detecting the human body and urine flow is 500 Hz, the sampling frequency of the filter processing is only 1 kHz, and there is an advantage that 1000 channels can be ensured even if a 5-fold interval is secured as the sampling frequency band. is there. Considering that the number of channels by dividing the transmission timing (time division) with the current carrier frequency fixed is 200 divisions at most, it is possible to secure five times the number of channels.
前記マイクロ波ドップラーセンサは、前記搬送波と、前記人体、吐水、又は尿流からの前記搬送波の反射波との差分を抽出する差分抽出部と、前記差分抽出部の出力に含まれるノイズを除去するローパスフィルタと、を更に有し、前記切替周期は前記ローパスフィルタのカットオフ周波数の２倍の逆数よりも小さいことが好ましい。これにより、乱数発生器によって発生するドップラー周波数の変動をローパスフィルタにおいて除去することができる。また、所定時間間隔で、ドップラー周波数を求める補正演算を行う必要がなくなり、マイクロ波ドップラーセンサの精度を向上できる。その結果、自動給水装置での誤検知を減少でき、節水することができる。 The microwave Doppler sensor removes noise included in the output of the difference extraction unit that extracts a difference between the carrier wave and the reflected wave of the carrier wave from the human body, water discharge, or urine flow, and the difference extraction unit A low-pass filter, and the switching cycle is preferably smaller than the reciprocal of twice the cut-off frequency of the low-pass filter. Thereby, the fluctuation of the Doppler frequency generated by the random number generator can be removed by the low-pass filter. In addition, it is not necessary to perform correction calculation for obtaining the Doppler frequency at predetermined time intervals, and the accuracy of the microwave Doppler sensor can be improved. As a result, false detection in the automatic water supply apparatus can be reduced and water can be saved.
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。 Further objects and other features of the present invention will become apparent from the preferred embodiments described below with reference to the accompanying drawings.
本発明によれば、単純な構成で信頼性の高いマイクロ波ドップラーセンサを備えた自動給水装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the automatic water supply apparatus provided with the microwave Doppler sensor with a simple structure and high reliability can be provided.
以下、添付図面を参照して、本発明の自動給水装置の一例としての便器装置及び洗面台装置について説明する。 Hereinafter, with reference to the attached drawings, a toilet device and a wash basin device as examples of the automatic water supply device of the present invention will be described.
図１は、男子用トイレブース１の概略平面図である。トイレブース１は、例示的に３台の便器装置１０と洗面台装置８０とを有し、男性使用者（移動体）Ｐがドア２から出入りする。 FIG. 1 is a schematic plan view of a men's toilet booth 1. The toilet booth 1 exemplarily includes three toilet devices 10 and a wash basin device 80, and a male user (moving body) P enters and exits from the door 2.
図２は、便器装置１０のブロック図である。便器装置１０は、陶器製の小便器２０と、給水部３０と、排水部４０と、給水制御装置５０と、を有する。 FIG. 2 is a block diagram of the toilet device 10. The toilet device 10 includes a pottery urinal 20, a water supply unit 30, a drainage unit 40, and a water supply control device 50.
小便器２０は、使用者Ｐが小便をするものであり、上部覆い２１と、尿及び洗浄水が流れるボール部２２と、洗浄水の供給口２３と、尿及び洗浄水の排水口２４と、を有する。上部覆い２１には、後述するマイクロ波ドップラーセンサ６０が外部に露出しない状態で内蔵される。ボール部２２の上部覆い２１の中央下部には図１に示す排水口２４が設けられて下部前面はリップ２５により規定される。 The urinal 20 is for a user P to urinate, an upper cover 21, a ball part 22 through which urine and washing water flow, a washing water supply port 23, a urine and washing water drain port 24, Have A microwave Doppler sensor 60 to be described later is built in the upper cover 21 without being exposed to the outside. A drain port 24 shown in FIG. 1 is provided at the lower center of the upper cover 21 of the ball portion 22, and the lower front surface is defined by a lip 25.
給水部３０は、小便器２０のボール部２２内空間を洗浄するための水（洗浄水）を供給する給水管３２と、この給水管３２の中途部に配置されて小便器２０への洗浄水の供給及びその停止を行うための開閉弁である電磁弁３４とを有する。 The water supply unit 30 is provided with a water supply pipe 32 for supplying water (cleaning water) for cleaning the space inside the ball part 22 of the urinal 20, and is disposed in the middle of the water supply pipe 32 to wash the urinal 20. And an electromagnetic valve 34 which is an on-off valve for performing the supply and the stop thereof.
排水部４０は、排水口２４に接続された排水管４２を有し、小便器２０のボール部２２を流れる尿や洗浄水を排水する。 The drainage unit 40 has a drainage pipe 42 connected to the drainage port 24, and drains urine and washing water flowing through the ball unit 22 of the urinal 20.
給水制御装置５０は、マイクロ波ドップラーセンサ６０と制御部７０とを有する。 The water supply control device 50 includes a microwave Doppler sensor 60 and a control unit 70.
マイクロ波ドップラーセンサ６０は、小便器２０の上部覆い２１の内壁面の裏側に設けられた収納領域に取り付けられ、搬送波Ｃを送信して移動体を検出する。本実施例では、移動体は使用者Ｐと使用者Ｐが出す尿である。マイクロ波ドップラーセンサ６０は隠蔽されるので悪戯されにくい。 The microwave Doppler sensor 60 is attached to a storage area provided on the back side of the inner wall surface of the upper cover 21 of the urinal 20 and transmits a carrier wave C to detect a moving body. In this embodiment, the moving body is the user P and urine produced by the user P. Since the microwave Doppler sensor 60 is concealed, it is not easily mischievous.
図３は、マイクロ波ドップラーセンサ６０のブロック図である。マイクロ波ドップラーセンサ６０は、搬送波生成部６１と、送信部６２と、受信部６３と、差分抽出部６４と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）６５と、を有する。 FIG. 3 is a block diagram of the microwave Doppler sensor 60. The microwave Doppler sensor 60 includes a carrier wave generation unit 61, a transmission unit 62, a reception unit 63, a difference extraction unit 64, and a low pass filter (LPF) 65.
搬送波生成部６１は搬送波Ｃを生成する。図４は、搬送波生成部６１の詳細を説明するブロック図である。搬送波生成部６１は、図４に示すように、タイマ６１ａと、乱数発生器６１ｂと、周波数切替手段６１ｃと、周波数設定手段６１ｄと、可変電源電圧６１ｅと、変調器６１ｆと、発振器６１ｇと、を有する。 The carrier generation unit 61 generates a carrier C. FIG. 4 is a block diagram illustrating details of the carrier wave generation unit 61. As shown in FIG. 4, the carrier wave generation unit 61 includes a timer 61a, a random number generator 61b, a frequency switching unit 61c, a frequency setting unit 61d, a variable power supply voltage 61e, a modulator 61f, an oscillator 61g, Have
タイマ６１ａは切替周期ｔｃを保持し、計時後に切替周期ｔｃになるとトリガを出力してリセット状態になり再度計時する。切替周期ｔｃは変更可能である。乱数発生器６１ｂは、タイマ６１ａに接続され、タイマ６１ａが保持する切替周期毎に（即ち、タイマ６１ａが切替周期ｔｃ毎に発生するトリガに応じて）で乱数を発生させる。周波数切替手段６１ｃは、タイマ６１ａと乱数発生器６１ｂに接続され、乱数発生器６１ｂが発生した乱数に基づいて搬送波Ｃの周波数を複数の周波数の中でランダムに、タイマ６１ａが保持する切替周期毎に（即ち、タイマ６１ａが切替周期ｔｃ毎に発生するトリガに応じて）切り替える。周波数設定手段６１ｄは、周波数切替手段６１ｃに接続され、周波数切替手段６１ｃが切り替えた周波数を搬送波Ｃに設定する。具体的には、周波数設定手段６１ｄは、周波数切替手段６１ｃの出力値に応じて可変電源電圧６１ｅの電圧値を変更する。可変電源電圧６１ｅの可変に応じて変調器６１ｆにより発振器６１ｇが出力する周波数を可変する。 The timer 61a holds the switching period tc. When the switching period tc is reached after timing, the timer 61a outputs a trigger and enters a reset state to count again. The switching cycle tc can be changed. The random number generator 61b is connected to the timer 61a and generates a random number for each switching period held by the timer 61a (that is, according to a trigger generated by the timer 61a for each switching period tc). The frequency switching means 61c is connected to the timer 61a and the random number generator 61b, and the frequency of the carrier C is randomly selected from a plurality of frequencies based on the random number generated by the random number generator 61b for each switching period held by the timer 61a. (I.e., in response to a trigger generated by the timer 61a every switching cycle tc). The frequency setting unit 61d is connected to the frequency switching unit 61c and sets the frequency switched by the frequency switching unit 61c to the carrier wave C. Specifically, the frequency setting unit 61d changes the voltage value of the variable power supply voltage 61e according to the output value of the frequency switching unit 61c. The frequency output from the oscillator 61g is varied by the modulator 61f according to the variable power supply voltage 61e.
送信部６２は、１０.５０ＧＨｚ乃至１０．５５ＧＨｚのマイクロ波の周波数帯域において選択された周波数で搬送波Ｃを送信する。周波数は、搬送波生成部６１によって生成された周波数である。受信部６３は、搬送波Ｃの移動体からの反射波を受信する。差分抽出部６４は、搬送波と反射波を混合して差分を抽出する。 The transmission unit 62 transmits the carrier wave C at a frequency selected in the microwave frequency band of 10.50 GHz to 10.55 GHz. The frequency is a frequency generated by the carrier wave generation unit 61. The receiving unit 63 receives a reflected wave of the carrier wave C from the moving body. The difference extraction unit 64 extracts the difference by mixing the carrier wave and the reflected wave.
ＬＰＦ６５は、差分信号の高周波成分（ノイズ）を除去してセンサ出力信号を出力する。ＬＰＦ６５は、差分抽出部６４が出力する差分信号のうち対象物を検出するのに必要な周波数帯域だけを取り出す。例えば、歩く使用者Ｐを検出するのであれば１５Ｈｚ〜３０Ｈｚの周波数帯域を取り出せば足り、小便の尿流を検知するのであれば８０〜１８０Ｈｚの周波数帯を取り出せば足りる。従って、本実施例の移動体を検出するにあたっては１０Ｈｚ以上５００Ｈｚ以下の周波数があれば足りる（１０Ｈｚ以上１８０Ｈｚ以下でもよい）ので、ＬＰＦ６５は、５００Ｈｚ以上の高周波成分を除去すればよい。 The LPF 65 removes high frequency components (noise) of the difference signal and outputs a sensor output signal. The LPF 65 extracts only the frequency band necessary for detecting the object from the difference signal output by the difference extraction unit 64. For example, if a walking user P is detected, it is sufficient to extract a frequency band of 15 Hz to 30 Hz, and if a urine flow of urine is detected, it is sufficient to extract a frequency band of 80 to 180 Hz. Therefore, in order to detect the moving body of the present embodiment, a frequency of 10 Hz or more and 500 Hz or less is sufficient (10 Hz or more and 180 Hz or less may be sufficient), and the LPF 65 may remove high frequency components of 500 Hz or more.
制御部７０は、マイクロ波ドップラーセンサ６０の検出結果（センサ出力信号）に基づいて小便器２０への給水部３０による給水を制御する。例えば、制御部７０は、信号の振幅に閾値を設定し、閾値以上になるときに対象物の存在を検知して電磁弁３４を開閉してもよいし、また次第に大きくなった後に次第に小さくなるなど、特徴的な振幅変化を検知してもよい。 The control unit 70 controls water supply by the water supply unit 30 to the urinal 20 based on the detection result (sensor output signal) of the microwave Doppler sensor 60. For example, the control unit 70 may set a threshold value for the amplitude of the signal, detect the presence of an object when the signal value exceeds the threshold value, and open / close the electromagnetic valve 34, or gradually decrease after increasing. For example, a characteristic amplitude change may be detected.
マイクロ波ドップラーセンサ６０は、数式１を利用して移動体を検出する。ここで、ΔＦはドップラー周波数、ＦＳは搬送波Ｃの周波数、Ｆｂは反射波Ｒの周波数、Ｖは移動体の移動速度、ｃは光速（３００×１０６ｍ／ｓ）である。 The microwave Doppler sensor 60 detects a moving body using Equation 1. Here, ΔF is the Doppler frequency, F S is the frequency of the carrier C, F b is the frequency of the reflected wave R, V is the moving speed of the moving body, and c is the speed of light (300 × 10 6 m / s).
マイクロ波ドップラーセンサ６０と移動体の距離は、ドップラー周波数ΔＦの振幅の大きさに反比例することから、ΔＦの周波数スペクトルを解析することにより、移動体の小便器２０への接近又は離脱や小便器２０の尿流を検出することができる。 Since the distance between the microwave Doppler sensor 60 and the moving object is inversely proportional to the amplitude of the Doppler frequency ΔF, by analyzing the frequency spectrum of ΔF, the moving object approaches or leaves the urinal 20 and the urinal Twenty urine flows can be detected.
マイクロ波ドップラーセンサ６０は、隣接する小便器２０に設けられたマイクロ波ドップラーセンサ６０との干渉を防止する必要がある。図５は、搬送波生成部６１が生成する搬送波の周波数の時間的推移を示す図である。搬送波Ｃの周波数は切替周期ｔｃ毎に切り替える。周波数のチャンネルは周波数帯域ＦｓＭＩＮ（１０．５０ＧＨｚ）からＦｓＭＡＸ（１０．５５ＧＨｚ）までを等間隔に分割することによって生成される。 The microwave Doppler sensor 60 needs to prevent interference with the microwave Doppler sensor 60 provided in the adjacent urinal 20. FIG. 5 is a diagram showing the temporal transition of the frequency of the carrier wave generated by the carrier wave generating unit 61. In FIG. The frequency of the carrier wave C is switched every switching period tc. The frequency channel is generated by dividing the frequency band FsMIN (10.50 GHz) to FsMAX (10.55 GHz) at equal intervals.
このように、搬送波生成部６１は、搬送波Ｃの周波数は切り替えているが送信時期は間欠的ではないので、制御部７０は読み込みタイミングを制御する必要がない。また、搬送波の送信時期の分割（時分割）による処理時間の短縮もないので演算処理能力が高い制御部を使用する必要はなくなる。更に、使用可能な帯域で周波数を分割する方が時分割よりも多くのチャンネルを確保することができ、また、乱数を使用することによって複数の便器装置１０が使用される環境においてもマイクロ波ドップラーセンサ同士が干渉する確率を下げることができる。この結果、マイクロ波ドップラーセンサ及び自動給水装置の信頼性は向上する。 Thus, since the carrier wave generation unit 61 switches the frequency of the carrier wave C but the transmission timing is not intermittent, the control unit 70 does not need to control the reading timing. Further, since the processing time is not shortened by dividing the transmission time of the carrier wave (time division), it is not necessary to use a control unit having a high arithmetic processing capability. Further, dividing the frequency in the usable band can secure more channels than the time division, and the microwave Doppler is used even in an environment where a plurality of toilet devices 10 are used by using random numbers. The probability that the sensors interfere with each other can be reduced. As a result, the reliability of the microwave Doppler sensor and the automatic water supply device is improved.
本実施例の搬送波生成部６１は、複数の周波数を、搬送波の周波数帯域を５００Ｈｚ以上の周波数幅ΔＦｓで等間隔に分割することによって生成する。上述のように、人体や尿の検出に必要な周波数は５００Ｈｚ以下であるので周波数間隔をそれ以上に設定すれば複数のマイクロ波ドップラーセンサ間の干渉を防止することができる。フィルタ処理のサンプリング周波数は１ｋＨｚあれば足り、その５倍の間隔をサンプリング周波数帯域として確保しても１０００チャンネルを確保できるという利点がある。現在の搬送波の周波数を固定した送信時期の分割（時分割）によるチャンネル数がせいぜい２００分割であることを考えると５倍のチャンネル数を確保することができる。もちろん、５００Ｈｚではなく、１８０Ｈｚ以上に設定してもよく５００Ｈｚ以下に設定すればチャンネル数が増加する。また、分割する周波数の幅が増加すればするほどチャンネル数が減少し、現在のチャンネル数が２００チャンネルであることを考えると、周波数幅ΔＦｓを１８０Ｈｚ以上２５００Ｈｚ以下に設定することが好ましい。２５００Ｈｚのサンプリング周波数は５ｋＨｚで足り、その５倍の間隔をサンプリング周波数帯域として確保しても４００チャンネルを確保することができ、現在の時分割のチャンネル数の２倍のチャンネル数を確保することができる。搬送波生成部６１は、切替周期ｔｃ毎に周波数を切り替えるので、マイクロ波ドップラーセンサ同士が混信する時間はｔｃに限られる。 The carrier wave generation unit 61 of the present embodiment generates a plurality of frequencies by dividing the frequency band of the carrier wave into equal intervals with a frequency width ΔFs of 500 Hz or more. As described above, since the frequency necessary for detecting a human body or urine is 500 Hz or less, interference between a plurality of microwave Doppler sensors can be prevented by setting the frequency interval to be longer than that. A sampling frequency of 1 kHz is sufficient for the filter processing, and there is an advantage that 1000 channels can be ensured even if a 5 times interval is secured as the sampling frequency band. Considering that the number of channels based on transmission time division (time division) with a fixed frequency of the current carrier wave is 200 divisions at most, it is possible to secure five times the number of channels. Of course, instead of 500 Hz, it may be set to 180 Hz or more, and if it is set to 500 Hz or less, the number of channels increases. Also, considering that the number of channels decreases as the frequency width to be divided increases and the current number of channels is 200, it is preferable to set the frequency width ΔFs to 180 Hz or more and 2500 Hz or less. A sampling frequency of 2500 Hz is sufficient, and 400 channels can be secured even if the interval of 5 times is secured as a sampling frequency band, and the number of channels twice the current number of time-division channels can be secured. it can. Since the carrier wave generation unit 61 switches the frequency every switching period tc, the time during which the microwave Doppler sensors interfere with each other is limited to tc.
チャンネル数は、センサの数やセンサ間の距離と反射波Ｒの到達距離との関係など設置される環境に応じて適宜調整する。チャンネル数を増加すれば混信の確率が減少する。周波数幅ΔＦｓを１８０Ｈｚとするとチャンネル数は、最大２８万チャンネル（１０．５５ＧＨｚ−１０．５ＧＨｚ）／１８０＝２．８×１０５）となる。 The number of channels is appropriately adjusted according to the installed environment such as the number of sensors and the relationship between the distance between sensors and the arrival distance of the reflected wave R. Increasing the number of channels decreases the probability of interference. When the frequency width ΔFs is 180 Hz, the maximum number of channels is 280,000 channels (10.55 GHz-10.5 GHz) /180=2.8×10 5 ).
次に、搬送波Ｃの周波数を切り替えた際に得られるマイクロ波ドップラーセンサ６０のセンサ出力信号について考察する。移動体の速度Ｖが一定である場合、数式１は数式２のようになる。数式２においてＫは定数であり、２Ｖ／Ｃである。 Next, a sensor output signal of the microwave Doppler sensor 60 obtained when the frequency of the carrier wave C is switched will be considered. When the speed V of the moving body is constant, Equation 1 becomes Equation 2. In Equation 2, K is a constant and is 2 V / C.
数式２が示すように、周波数の切り替えによって搬送波Ｃの周波数Ｆｓが変化するとドップラー周波数ΔＦが変化する。 As Equation 2 shows, the Doppler frequency ΔF changes when the frequency Fs of the carrier C changes due to frequency switching.
数式３に示すように、搬送波Ｃの下限周波数をｆ０、変動幅をｆｗとすると、数式２は数式４となる。 As shown in Formula 3, when the lower limit frequency of the carrier wave C is f0 and the fluctuation range is fw, Formula 2 is expressed as Formula 4.
搬送波Ｃの周波数帯域が１０．５０ＧＨｚから１０．５５ＧＨｚの場合のΔＦの変動量ｆｌは数式５のように０．４８％となる。 When the frequency band of the carrier C is from 10.50 GHz to 10.55 GHz, the variation amount fl of ΔF is 0.48% as shown in Equation 5.
この変動量は十分小さいが、周波数の影響を更に低減するには、切替周期ｔｃを十分に短くすればよい。切替周期ｔｃが短ければＬＰＦ６５により、ドップラー周波数の乱れを除去することができるからである。切替周期ｔｃは、サンプリング定理より、ＬＰＦ６５のカットオフ周波数ｆｃの２倍以上の周波数となるように切り替えればよい。例えば、単純のために搬送波Ｃの周波数が、図６に示すように、２周波数間において切替周期ｔｃで切り替わるとすると、切替周波数ｆｍは数式６のようになる。 Although this fluctuation amount is sufficiently small, the switching cycle tc may be made sufficiently short in order to further reduce the influence of the frequency. This is because if the switching period tc is short, the Doppler frequency disturbance can be removed by the LPF 65. The switching period tc may be switched so as to be a frequency that is at least twice the cut-off frequency fc of the LPF 65 from the sampling theorem. For example, if the frequency of the carrier wave C is switched between two frequencies at the switching period tc as shown in FIG. 6 for simplicity, the switching frequency fm is expressed by Equation 6.
ＬＰＦ６５のカットオフ周波数ｆｃが切替周波数ｆｍより十分低ければ、ＬＰＦ６５により変動成分を取り除ける。従って、数式７が成立する。 If the cut-off frequency fc of the LPF 65 is sufficiently lower than the switching frequency fm, the fluctuation component can be removed by the LPF 65. Therefore, Formula 7 is established.
換言すれば、搬送波Ｃの周波数の切替周期ｔｃは、ＬＰＦ１０６のカットオフ周波数ｆｃの２倍の周波数の逆数よりも小さくなるように設定すればよい。例えば、使用者Ｐの移動（周波数１５Ｈｚ〜３０Ｈｚ）を検出するために、ＬＰＦ６５のカットオフ周波数ｆｃを３０Ｈｚに設定する場合には、数式７より搬送波Ｃの周波数の切替周期ｔｃは１６ｍｓ以下になるように設定すればよい。１６ｍｓであれば、自動給水装置で通常用いられるマイコンでも十分精度良く切り替え可能であり、マイクロ波ドップラーセンサの精度を向上できる。 In other words, the frequency switching period tc of the carrier wave C may be set to be smaller than the reciprocal of the frequency twice the cut-off frequency fc of the LPF 106. For example, when the cut-off frequency fc of the LPF 65 is set to 30 Hz in order to detect the movement of the user P (frequency 15 Hz to 30 Hz), the frequency switching period tc of the carrier C is 16 ms or less from Equation 7. It should be set as follows. If it is 16 ms, the microcomputer that is normally used in the automatic water supply apparatus can be switched with sufficient accuracy, and the accuracy of the microwave Doppler sensor can be improved.
このように、切替周波数ｆｍとＬＰＦ６５のカットオフ周波数を被検体に合わせて適切に設定すれば、マイクロ波ドップラーセンサ間の混信を最小限にすることができ、コストを抑えつつ周波数切替の影響を最小限にすることができる。 Thus, if the switching frequency fm and the cut-off frequency of the LPF 65 are appropriately set according to the subject, the interference between the microwave Doppler sensors can be minimized, and the influence of the frequency switching can be suppressed while reducing the cost. Can be minimized.
本実施例では、便器装置１０について説明したが、洗面台装置８０も洗面器（洗面ボール）と、給水部と、排水部と、給水制御装置と、を有し、同様に、給水制御装置はマイクロ波ドップラーセンサと制御部を有する。このため、本発明の自動給水装置は洗面台装置８０にも適用可能である。 In the present embodiment, the toilet device 10 has been described, but the wash basin device 80 also includes a wash basin (a wash ball), a water supply unit, a drainage unit, and a water supply control device. It has a microwave Doppler sensor and a control unit. For this reason, the automatic water supply apparatus of this invention is applicable also to the washstand apparatus 80. FIG.
動作において、便器装置１０は、使用者Ｐが近づいてくることをマイクロ波ドップラーセンサ６０が検出すると制御部７０は電磁弁３４を開弁して前洗浄を行い、小便器２０のボール部２２を濡らして尿の付着を防止する。その後、制御部７０は電磁弁３４を閉弁する。また、使用者Ｐの尿流の終了をマイクロ波ドップラーセンサ６０が検出すると、制御部７０は電磁弁３４を開弁して本洗浄を行い、小便器２０のボール部２２を洗浄する。その後、制御部７０は電磁弁３４を閉弁する。本実施例は、マイクロ波ドップラーセンサ６０の混信を単純な構成で効果的に低減しているので信頼性が高く無駄水の少ない便器装置１０を提供することができる。また、同様に、本実施例は、マイクロ波ドップラーセンサ６０の混信を単純な構成で効果的に低減しているので信頼性が高く無駄水の少ない便器装置１０を提供することができる。 In operation, when the microwave Doppler sensor 60 detects that the user P is approaching, the control unit 70 opens the electromagnetic valve 34 to perform pre-cleaning, and the ball unit 22 of the urinal 20 is removed. Wet to prevent urine adhesion. Thereafter, the control unit 70 closes the electromagnetic valve 34. When the microwave Doppler sensor 60 detects the end of the urine flow of the user P, the control unit 70 opens the electromagnetic valve 34 to perform the main cleaning, and the ball unit 22 of the urinal 20 is cleaned. Thereafter, the control unit 70 closes the electromagnetic valve 34. Since the interference of the microwave Doppler sensor 60 is effectively reduced with a simple configuration, this embodiment can provide the toilet device 10 with high reliability and low waste water. Similarly, since the interference of the microwave Doppler sensor 60 is effectively reduced with a simple configuration, this embodiment can provide the toilet device 10 with high reliability and low waste water.
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されず、その要旨の範囲内で様々な変形及び変更が可能である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these embodiment, A various deformation | transformation and change are possible within the range of the summary.
１０ 便器装置
２０ 小便器
３０ 給水部
５０ 給水制御装置
６０ マイクロ波ドップラーセンサ
６１ 搬送波生成部
６１ａ タイマ
６１ｂ 乱数発生器
６１ｃ 周波数切替手段
６１ｄ 周波数設定手段
６１ｅ 可変電源電圧
６１ｆ 変調器
６１ｇ 発振器
６２ 送信部
６４ 差分抽出部
６５ ローパスフィルタ
７０ 制御部
８０ 洗面台装置
10 toilet device 20 urinal 30 water supply unit 50 water supply control device 60 microwave Doppler sensor 61 carrier wave generation unit 61a timer 61b random number generator 61c frequency switching unit 61d frequency setting unit 61e variable power supply voltage 61f modulator 61g oscillator 62 transmission unit 64 difference Extraction unit 65 Low-pass filter 70 Control unit 80 Wash-stand device
Claims (3)
前記マイクロ波ドップラーセンサは、前記搬送波を生成する搬送波生成部を有し、
前記搬送波生成部は、
前記搬送波の周波数を切替える切替周期を保持するタイマと、
前記タイマが保持する前記切替周期毎に乱数を発生させる乱数発生器と、
当該乱数発生器が発生した前記乱数に基づいて所定の前記搬送波の周波数を前記タイマが保持する前記切替周期毎に複数の周波数帯域の中から選択して切り替える周波数切替手段と、
当該周波数切替手段が切り替えた周波数を前記搬送波に設定する周波数設定手段と、
を有するとともに、前記切替周期毎に前記搬送波を切替えて前記人体、吐水、又は尿流を検出することを特徴とする自動給水装置。 A microwave Doppler sensor that detects a human body, water discharge, or urine flow by transmitting a carrier wave, and a control unit that controls water supply by the water supply unit to the toilet or washbasin based on the detection result of the microwave Doppler sensor. In an automatic water supply apparatus having
The microwave Doppler sensor has a carrier generation unit that generates the carrier.
The carrier wave generator
A timer for holding a switching cycle for switching the frequency of the carrier wave;
A random number generator for generating a random number for each switching period held by the timer;
Frequency switching means for selecting and switching a predetermined carrier frequency from a plurality of frequency bands for each switching period held by the timer based on the random number generated by the random number generator;
Frequency setting means for setting the frequency switched by the frequency switching means in the carrier wave;
And an automatic water supply apparatus that detects the human body, water discharge, or urine flow by switching the carrier wave at each switching period.
前記搬送波と、前記人体、吐水、又は尿流からの前記搬送波の反射波との差分を抽出する差分抽出部と、
前記差分抽出部の出力に含まれるノイズを除去するローパスフィルタと、を更に有し、
前記切替周期は前記ローパスフィルタのカットオフ周波数の２倍の逆数よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の自動給水装置。 The microwave Doppler sensor is
A difference extraction unit that extracts a difference between the carrier wave and the reflected wave of the carrier wave from the human body, water discharge, or urine flow;
A low pass filter for removing noise included in the output of the difference extraction unit,
The automatic water supply apparatus according to claim 1, wherein the switching cycle is smaller than a reciprocal of twice the cut-off frequency of the low-pass filter.
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