JP4453197B2 - 着座検知装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、便座への着座を検知するための着座検知装置に係り、特に便座に設けた電極の静電容量の変化を検知して着座を検知するようにした着座検知装置に関する。詳しくは、AM波等による誤動作を防止するよう改良された着座検知装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
便器に設けられた便座への人体の着座を検知するための着座検知装置として、便座に設けた電極の静電容量の変化に基づいて着座を検知するようにしたものが広く用いられている。第4図はこのような着座検知装置を備えた洋風便器の概略的な側面図であり、第3図(a)はこの着座検知装置の回路図、第3図(b)は波形図である。第4図の通り、便座8にアルミ箔などよりなる電極9が設けられている。人体が便座8に着座すると電極9と大地との間の静電容量が変化する。なお、便座8に1対の電極を設け、両電極間の静電容量を検知する方式のものもある。
【0003】
この静電容量変化は、基準発振信号の立上り時に測定される。例えば、この基準発振信号の周波数を40kHzに設定すると、25μsec毎に静電容量の測定が行われる。
【0004】
第3図(a)の通り、基準発振信号Aは測定側マルチバイブレータ1及び比較側マルチバイブレータ2のA端子にそれぞれ入力されている。測定側マルチバイブレータ1のT端子は、電源ライン(DC+12V)とアース間に配置された可変抵抗R、コンデンサCの直列接続の接続点に導通されている。このコンデンサCと並列に前記電極9による仮想的なコンデンサが接続されている。
【0005】
比較側マルチバイブレータ2のT端子は、電源ラインとアースとの間に配置された抵抗RとコンデンサCとの直列接続の接続点に導通されている。
【0006】
測定側マルチバイブレータ1の出力Q端子はPNP型トランジスタ3のエミッタに接続され、比較側マルチバイブレータ2のQ端子は該トランジスタ3のベースに接続されている。該トランジスタ3のコレクタの出力は、ダイオード4、抵抗及び平滑用コンデンサを有した平滑回路5にて平滑化され、この平滑回路5の出力電圧がマイコンにて監視されている。
【0007】
第3図(b)の通り、基準発振信号Aの電圧が立ち上がると、まず、マルチバイブレータ1,2のA端子電圧T、Tが0になり、出力Q、QがHになる。次に、抵抗R、コンデンサC(及び人体静電容量)で決まる時定数に従ってTが上昇し、また抵抗R、コンデンサCの時定数に従ってTが上昇する。そして、T、Tが閾値に達すると出力Q、QがLに戻る。QがHで且つQがLとなっている間だけトランジスタ3の出力XがHとなる。
【0008】
人体が便座8に着座していないと、QがHとなっているパルス幅が短かいため、出力XがHとなっているパルス幅も短かく、従って平滑回路5の出力電圧が低い。便座8への着座が行われると、Qのパルス幅が長くなり、出力Xのパルス幅が長くなり、平滑回路5の出力電圧が上昇するので、マイコンによって着座と判定される。出力XをQとQから得るのは、使用部品の特性バラツキによる影響を防止し、出力Xの安定度を高めるためである。
【0009】
なお、Qのパルス幅は例えば約800nSecに設定しておく。この値が着座によりこれよりも長く(例えば1000nSecに)なる。Qのパルス幅は例えば約600nSec程度である。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
上記の通り、従来の基準発振信号の周波数は約40kHzであるが、この周波数がAMラジオ発送波の周波数の整数倍に合致した場合、着座検知にエラーが生じるおそれがある。
【0011】
即ち、第5図のように、Tの立上り時にAM波が重畳すると、Tが閾値とクロスする時点が真値からずれる。そして、基準発振信号の毎回の立上りとAM波の位相が一致した場合は、出力Xのパルス幅がすべてのパルスにおいて一様に増加又は減少することになり、平滑回路5の出力電圧が誤ったレベルとなる。
【0012】
この誤動作を防止するために、基準発振信号の周波数を高くして、時間あたりの測定回数を増やし、AM波と位相が一致する確率を減らしたり、或いは、測定電圧を高くしたりRを小さくして、AM波の影響を小さくすることが考えられるが、着座検知装置から発生するノイズが大きくなり、実用に適さない。
【0013】
本発明は、このようなノイズを増大させることなくAM波などによる誤動作を防止することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明(請求項1)の着座検知装置は、便座への人体の着座を該便座に設けられた電極の静電容量変化に基づいて検知する着座検知装置であって、発振回路から出力される基準発振信号の電圧の立上り及び立下りの双方の時点において前記静電容量変化を測定するようにしたことを特徴とするものである。
【0015】
このように基準発振信号の立上り時と立下り時の双方で静電容量を検知するように構成すると、従来と比較して、発生ノイズが1/2以下となるため、時間あたりの測定回数を増やすことができる。すなわち、基準発振信号の周波数を上げることができAMラジオ発送波の周波数の整数倍に合致する確率が減少し、誤動作が防止される。
【0016】
本発明(請求項2)の着座検知装置は、便座への人体の着座を該便座に設けられた電極の静電容量変化による該電極の充電時間の変化に基づいて検知する着座検知装置であって、単一の発振回路から出力される基準発振信号の電圧の変化の時点にて前記容量変化を検知する着座検知装置において、該基準発振信号の発振周期を変調する手段を備えたことを特徴とするものである。
【0017】
このように基準発振信号の周期を変調するように構成すると、基準発振信号周波数自体が変動するため、AM周波数が常に基準発振信号の整数倍となることが防止され、誤動作が防止されるようになる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。第1図(a)は実施の形態に係る着座検知装置の回路図、第2図は第1図の回路の動作を示すタイミングチャートである。
【0019】
この着座検知装置は、基準発振を出力する発振回路10と、この発振回路10の発振周波数を変化させるための変調用発振回路20と、着座検知のための測定信号を出力する測定出力回路90と、比較信号を出力する比較出力回路30と、基準発振と比較信号と測定信号を対比して結果を出力する論理回路40と、この論理回路40の出力を平滑化する平滑回路50とを備えている。
【0020】
発振回路10は、発振用IC(集積回路)11を備えている。このICは、2個のコンパレータと、RSフリップフロップ及び出力アンプなどから構成された「555」と呼ばれる周知のタイマ用ICであり、抵抗12,13、コンデンサ14によって発振周波数が決定されている。また、コントロール端子Refに入力される変調用発振回路20の出力bにより、発振周波数が変調される。出力はインバータ(NOT回路)16により整形され、出力Bが比較出力回路30、測定出力回路90、論理回路40に出力される。
【0021】
変調用発振回路20は、オペアンプ(演算増幅器)を用いた周知の三角波発振回路である。
【0022】
変調の巾と周期は信号bにより決定される。即ち、この出力bの波高αにより発振回路10の発振周波数の総変化幅が決定され、出力bの周期βにより発振回路10の発振周波数の変化の周期が決定される。例えば、基準発振40kHzを、40〜37kHzの間で100Hzの速さで変化する様変調する。
【0023】
測定出力回路90においては、前記インバータ16の出力端子とアース間に抵抗17、コンデンサ18が直列に介設されている。該コンデンサ18と並列に、便座に設けられた電極(アルミ箔)よりなる仮想的なコンデンサ15が設けられている。この抵抗17とコンデンサ18,15との接続点の信号が測定信号入力mである。信号mをインバータ44で整形した信号が測定信号出力M−(エムバー)である。比較出力回路30においては、出力Bのラインとアースとの間に抵抗31とコンデンサ32が介設されている。この抵抗31とコンデンサ32との接続点の信号が比較信号入力nである。信号nをインバータ42で整形した信号が比較信号出力N−(エヌバー)である。
【0024】
論理回路40は、インバータ41,43,45及びNAND回路46〜48よりなる。測定出力回路40の出力Yの論理式は次の通りである。
【0025】
【数1】
Figure 0004453197
【0026】
この結果出力信号Yは、ダイオード51、抵抗及びコンデンサよりなる平滑回路50によって平滑化され、出力端子OUTを介してマイコンに入力される。
【0027】
この論理回路40による信号処理について第2図を参照して説明する。
【0028】
第2図の通り、基準発振信号Bの立上りに伴って比較発振信号入力n及び測定信号入力mの電圧が上昇しはじめる。この信号m、nの電圧上昇の時定数は、それぞれ、コンデンサ18,15、抵抗17及びコンデンサ32、抵抗31で決まる。信号mの時定数を信号nの時定数よりも長くしておくと、これにより、インバータ42,44を介した信号Nバー,Mバーの立下りに時間差が生じ、パルス出力Yが発生する。
【0029】
同様に、基準発振信号Bの立下り時には比較発振信号入力n、測定発振信号入力mが上記時定数に応じて立下る。この信号mの立下りが信号nの立下りよりも緩慢であるため、インバータ42,44を介した信号Nバー,Mバーの立上りに時間差が生じ、パルス出力Yが生じる。今、便座に人が着座すると、mの時定数がさらに長くなる。するとMバーのパルス巾も長くなり、出力パルス巾Yも長くなる。
【0030】
パルス幅Yの増加により、平滑回路50の出力電圧も高くなるため、マイコンにより着座の判定が行われる。
【0031】
この実施の形態では、従来と比較して、発生ノイズが1/2以下となるため、時間あたりの測定回数を増やすことができる。
【0032】
また、この実施の形態では、基準発振信号を前記の通り変調しているので、AM放送波が基準発振信号の立上り及び立下り時に、共振するということがない。これにより、AM波の共振による誤動作が防止される。
【0033】
なお、基準発振Bを、マイクロコンピュータの出力からとる場合等は変調用発振回路を設けることができないが、その様な場合は、出力Bの半周期巾を、例えば、25μSec→25.3μSec→25.6μSec→25.9μSec→26.2μSec→26.5μSec→26.8μSec→27.1μSec→26.8μSec→26.5μSec→26.2μSec→25.9μSec→25.6μSec→25.3μSec→25μSecのように、0.3μSecきざみで2.1μSec(27.1−25=2.1μSec)の幅を変化させる様にすることで同様の効果を得ることができる。
【0034】
なお、AM放送は略500〜1500kHzである。1500kHzの1周期は0.67μSecであり、500kHzの1周期は2μSecである。従って、本発明では、基準発振信号の周期の変化刻み幅を0.67/2=0.335μSecよりも短い間隔(上記実施の形態では0.3μSec)とするのが望ましく、また、変調の総変化幅は2μSec以上(上記実施の形態では2.1μSec)とするのが望ましい。
【0035】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によると、AM放送の周波数と静電容量測定の周期が共振関係になることによる着座検知装置の誤動作が防止される。また、本発明によると、着座検知装置から発生するノイズも増大しない。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態に係る着座検知装置の回路図と波形図である。
【図2】実施の形態に係る着座検知装置のタイミングチャートである。
【図3】従来例の説明図である.
【図4】着座検知装置付き便器の側面図である。
【図5】従来の着座検知装置へのAM波の影響の説明図である。
【符号の説明】
8 便座
9 電極
10 発振回路
20 変調用発振回路
30 比較出力回路
40 論理出力回路
50 平滑回路
90 測定出力回路

Claims (2)

  1. 便座への人体の着座を該便座に設けられた電極の静電容量変化に基づいて検知する着座検知装置であって、
    発振回路から出力される基準発振信号の電圧の立上り及び立下りの双方の時点において前記静電容量変化を測定するようにしたことを特徴とする着座検知装置。
  2. 便座への人体の着座を該便座に設けられた電極の静電容量変化による該電極の充電時間の変化に基づいて検知する着座検知装置であって、
    単一の発振回路から出力される基準発振信号の電圧の変化の時点にて前記容量変化を検知する着座検知装置において、
    該基準発振信号の発振周期を変調する手段を備えたことを特徴とする着座検知装置。
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