自動感應系統及方法

專利名稱：自動感應系統及方法
自動感應系統及方法
技術領域：
本發明涉及一種自動感應系統及方法，尤其涉及用于控制自動水龍頭或 廚房、盥洗間內其他設備的自動感應系統及方法。
背景技術：
現有技術中，應用于控制自動水龍頭和廚房或盥洗間內其他設備(如小 便器、大便器等)的感應器一般為紅外感應傳感器。傳統紅外感應傳感器包 括紅外發射器以及紅外接收器。其中，紅外發射器是以固定的時間間隔不停
的向感應區域發送紅外線，例如每0.3秒發送一次。而所述紅外接收器接收 返回回來的紅外信號。根據對接收到的紅外信號的強度進行強弱檢測，來判 斷廚房或盥洗間內設備有無使用者，從而控制廚房或盥洗間設備執行相應的 動作，例如控制自動水龍頭的出水或止水、控制小便器的沖水等。具體來講， 以紅外感應傳感器應用于水龍頭上為例。當紅外感應器判斷有使用者進入感 應區域時，控制水龍頭打開閥門而出水；當判斷使用者離開感應區域時，控 制水龍頭關閉閥門而止水。又如，以紅外感應傳感器應用于小便器上為例。 當紅外感應器判斷有人使用時，控制小便器出水閥打開進行前沖水；而當判 斷無使用者(即使用者離開)后，控制小便器出水閥再次打開進行后沖。根 據上述描述，借助紅外感應傳感器實現了水龍頭以及盥洗間沖水器自動工作。 此為業界目前所普遍采用的技術。
由于傳統的紅外感應水龍頭都是采用直流電供電，如何節省紅外感應器 所消耗的電能，延長電池使用壽命，成為業界所普遍關注的問題。為了實現
常狀態下，紅外感應器以較低的發射頻率發射紅外線進行感應。 一旦當判斷 有使用者使用廚房或盥洗間內相應設備時，紅外感應傳感器發射紅外線的頻 率加快。然而，這樣設置一方面節省功耗的效果十分有限，另一方面會降低 使用的舒適度，例如應用在自動水龍頭上時，使用者一開始放到感應區域后，可能會較長時間才會出水。
縱使人們對紅外感應器的低功耗實現方法在不斷探索，但傳統的紅外感 應傳感器，不管是以哪種頻率來發射紅外線，都需要不間斷的工作。因此， 紅外感應傳感器消耗的能量是非常可觀的。對于一般場合，例如使用頻率較
低(每天使用50次)的自動感應水龍頭，其發送紅外光所消耗的能量將超過 總能量消耗的30%。
同時，近年來現有技術中也出現了將微波多普勒感應器、超聲波感應器 等新型感應器應用于廚房或盥洗間內。相比傳統的紅外感應器，這類感應器 不會受到環境的諸多約束。但是，該等感應器的工作需要消耗更多的電能， 甚至需要使用交流電才能保證其日常工作。
不管采用哪種感應器和哪種方式，功耗無法降低的問題始終困擾著我們。 在提倡節能環保的今天，人們更是在不斷探索和研究，以期研發出一種感應 效果好且更為節能的自動感應系統。
內容
本發明的目的在于提供一種低功耗、檢測精確的自動感應系統及其方法。
本發明的目的通過如下技術方案實現 一種自動感應系統，應用于廚房 或盥洗間內，所述自動感應系統包括檢測廚房或盡洗間設備周圍環境光強 度的環境光感應器以及控制廚房或盥洗間設備執行相應動作的控制器。其中， 自動感應系統還包括保證環境光強度檢測準確的防工頻光干擾單元。
進一步地，自動感應系統還包括檢測廚房或盒洗間設備是否有人使用的 接近感應器，接近感應器根據環境光強度的變化量而啟動并進行檢測。
進一步地，自動感應系統還包括檢測廚房或盥洗間設備是否有人使用的 接近感應器，所述接近感應器根據環境光強度值以及環境光強度的變化量而 啟動并進行檢測。
進一步地，所述接近感應器為紅外感應器，包括向感應區域發射紅外線的紅外發射單元以及接收返回紅外信號的紅外接收單元。 進一步地，環境光感應器為光敏傳感器。 進一步地，光敏傳感器為無源光敏二極管。
本發明的目的通過如下技術方案實現 一種自動感應方法，用以控制廚 房或盥洗間相應設備，包括如下步驟定時采樣環境光以及計算環境光強度， 其中定時采樣環境光以及計算環境光強度步驟中，還包括防工頻光干擾步驟。 根據環境光強度的變化量是否大于預設的限定值，而判斷是否有使用者使用 廚房或盥洗間相應設備。
進一步地，所述防工頻光干擾步驟包括步驟一先在T/2周期內以均 勻的時間間隔采樣N次環境光強度。步驟二，計算采集到的環境光強度的相 對波動量AV。步驟三，判斷所述相對波動量AV是否小于預設的定值W 如判斷為是，判斷無工頻光干擾，進入步驟四；如判斷為否，判斷有工頻光 干擾，進入步驟五。步驟四，以上述N次采樣的平均值作為環境光強度輸出。 步驟五，以同樣的間隔再采樣N次環境光強度，以2N次采樣的平均值作為 環境光強度輸出。
進一步地，N等于5。
進一步地，相對波動量AV等于(Vmax-Vmin) / ( (Vmax+Vmin)/2 ), 所述Vmax值和Vmin值分別為T/2周期內環境光強度的電壓最大和最小值。
進一步地，該W值為3%。
進一步地，當環境光強度的變化量大于預設的限定值，開啟接近感應器， 判斷是否有使用者使用廚房或盥洗間相應設備。
進一步地，所述接近感應器為紅外感應器，包括向感應區域發射紅外線 的紅外發射單元以及接收返回紅外信號的紅外接收單元。
本發明的目的通過如下技術方案 一種自動感應方法，用以控制廚房或 盥洗間相應設備，包括如下步驟定時采樣環境光以及計算環境光強度，其中定時采樣環境光以及計算環境光強度步驟中，還包括防工頻光干擾步驟。 當環境光強度值位于預設的比較閾值區間且環境光強度的變化量大于預設的 限定值，而判斷是否有使用者使用廚房或盥洗間相應設備。
進一步地，所述防工頻光干擾步驟包括步驟一先在T/2周期內以均 勻的時間間隔采樣N次環境光強度。步驟二，計算采集到的環境光強度的相 對波動量AV。步驟三，判斷所述相對波動量AV是否小于預設的定值W 如判斷為是，判斷無工頻光干擾，進入步驟四；如判斷為否，判斷有工頻光 干擾，進入步驟五。步驟四，以上述N次采樣的平均值作為環境光強度輸出。 步驟五，以同樣的間隔再采樣N次環境光強度，以2N次采樣的平均值作為 環境光強度輸出。
進一步地，N等于5。
進一步地，AV等于(Vmax-Vmin) / ((Vmax+Vmin)/2 )，所述Vmax 值和Vmin值分別為T/2周期內環境光強度的電壓最大和最小值。
進一步地，W值為3%。
進一步地，當環境光強度值位于預設的比較閾值區間且環境光強度的變 化量大于預設的限定值，開啟接近感應器，判斷是否有使用者使用廚房或盥 洗間相應i殳備。
進一步地，所述接近感應器為紅外感應器，包括向感應區域發射紅外線
與現有技術相比，通過無源或低功耗的環境光感應器來檢測環境光的 強度值和環境光強度值的變化量，進一步控制廚房及盥洗間設備執行相應 的動作。這樣設置，可以實現低功耗'。同時，利用防工頻光干擾單元使得 環境光檢測更加準確、可靠。


圖1是本發明自動感應系統的結構框圖。
圖2是本發明自動感應系統部分電路示意圖。
8圖3是本發明自動感應方法的一優選實施方式流程示意圖。 圖4是本發明自動感應方法的另一優選實施方式流程示意圖。
圖5是本發明自動感應方法的另一優選實施方式流程示意圖。 圖6是本發明自動感應方法的另一優選實施方式流程示意圖。 圖7a是在無光干擾的情況下，采集到的環境光強度值示意圖。 圖7b是在有光干擾的情況下，采集到的環境光強度值示意圖。 圖8是本發明自動感應方法中防工頻光干擾方法的流程示意圖。實施方式
如圖1所示，本發明自動感應系統100，應用于自動水龍頭或廚房、盥 洗間內其他相應設備上，如小便器、大便器等。如圖l所示的實施方式中， 本發明自動感應系統100包括環境光感應器1 、紅外感應器2以及控制器3。 其中所述環境光感應器1檢測廚房、盥洗間內相應設備4周圍的環境光強度 變化，并將檢測結果輸出給控制器3。控制器3根據環境光的強度以及變化 量等信息進行判斷，決定是否啟動紅外感應器2工作或從休眠狀態進入工作 狀態。當紅外感應器2被啟動后，紅外感應器2發射紅外光檢測是否有目標 物(如人體或人手等)進入感應區域。紅外感應器2將檢測到的結果輸出給 控制器3。控制器3對該紅外反射信號進行處理，決定進一步的動作，例如 控制水龍頭的開閥出水、閉閥止水或廚房、盥洗間內其他設備執行相應的動 作等。
其中，環境光感應器1是用于檢測環境光的光敏傳感器，可以是光敏二 極管、光敏三極管或光敏電阻等。在本發明一優選的實施方式中，該環境光 感應器1采用光敏二極管。由于光敏二極管是一種能將光能轉換成電能的半 導體器件， 一般作為硅光電池。光敏二極管是一種被動感應器件，其本身是 不消耗能量的， 一般被稱為無源光敏二極管。因此，相比光敏三極管或光敏 電阻等，采用光敏二極管作為環境光感應器，可以實現零能源消耗。誠然， 在條件允許的情況下，例如電池容量足夠大等，環境光感應器l也可采用光敏三極管或光敏電阻等光敏傳感器。
所述紅外感應器2包括紅外光發射單元以及紅外光接收單元。所述紅外
光發射單元， 一般為發光二極管，向感應區域發射紅外線；而所述紅外光發 射單元接收從感應區域返回回來的紅外反射信號，并將該紅外反射信號輸出 給控制器3處理。
所述控制器3與環境光感應器1、紅外感應器2以及廚房、盥洗間相應 設備4的執行機構連接，用以處理信息以及控制相應的執行機構執行相應動作。
本發明自動感應系統IOO基本工作過程如下
環境光感應器1以一定的時間間隔檢測周圍環境光的強度值與變化量， i口 0.3秒才企測一次。
在無人使用的狀態下，所述環境光感應器1感應到環境光強度是不變的 或是緩慢變化的，因此，此時紅外感應器2可以不工作或以較長的時間間隔 (如2 ,)向感應區域發射紅外線。在這里及以下描述中，以較長的時間 間隔發送紅外線可以稱為休眠狀態。在休眠狀態下，紅外感應器2也是工作 的。
當有使用者接近所述廚房、盥洗間相應設備4時，所述環境光感應器1 感應到該相應設備4周圍環境光強度產生突變。環境光感應器1將檢測的突 變信號傳給控制器3。
控制器3對接收到的突變信號進行處理，判斷環境光強度的變化量是否 滿足預設條件，如判斷環境光強度的變化量是否大于預設的限定值。當滿足 預設條件后，觸發紅外感應器2工作，以正常的工作頻率向感應區域發送紅 外線。在本發明以下各實施方式中，設定紅外感應器2正常的工作頻率為0.3 秒發射一次。或者調整紅外感應器2的紅外線發射頻率，從休眠狀態進入正 常工作狀態，以正常的工作頻率向感應區域發送紅外線。在本發明另一實施 方式中，除判斷環境光強度的變化量是否滿足預設條件外，還判斷環境光強 度值是否滿足預設條件，即判斷當環境光強度值位于預設的比較閾值區間，再判斷環境光強度的變化量大于預設的限定值。具體請參照本發明自動感應 方法圖4所示的實施方式中的描述，此處不再贅述。
所述紅外感應器2紅外發射單元發射紅外線對使用者的位置進行精確識 別與判斷。紅外感應器2紅外接收單元將檢測到紅外反射信號傳給控制器3, 進而由控制器3對該紅外反射信號進行處理，來控制廚房或盥洗間內相應設 備4動作，如控制水龍頭電磁閥開閥出水，或控制小便器的電磁閥開閥沖水等。
如上所述，紅外感應器2在無人使用時，不工作或處于休眠狀態。而只 有當環境光感應器1檢測到的環境光變化量等滿足預設的條件，紅外感應器 2才開始工作或由休眠狀態進入工作狀態。由于環境光感應器1的工作不需 要消耗能量或消耗極小的能量，因此，與現有技術比較而言，通過本發明的 自動感應系統100可有效降低系統功耗。進一步地，根據環境光強度的變化 量來作為判斷依據，啟動紅外感應器，使得判斷更為精準、可靠。
本發明自動感應系統100包括環境光強度計算單元。在本發明中，以環
境光強度的電壓值作為環境光強度值。所述環境光強度計算單元包括電流-
電壓轉換電路(如圖2所示)。所述光敏二極管是將環境光強度轉化為電流信 號輸出，光強越大，電流也越大。因此，利用光敏二極管來作為環境光感應 器，需要增加環境光感應器環境光強度計算單元。通過該環境光強度計算單 元將所述光敏二極管輸出的電流信號轉換電壓信號，再輸出給控制器進行處
k檢測其大小，從而計算出環境光的強度值。所述電流-電壓轉換電路中包括
電流-電壓轉換的運算放大器OA以及與運算放大器OA并聯設置用以為了防 止電路產生自激振蕩的電容C。在本發明一優選的實施方式中，運算放大器 OA采用ST公司的TS—941，其工作電壓可低至2.5V,工作電流低至1.2微 安。
本發明自動感應系統IOO還設有自動增益控制單元。通過自動增益控制 單元使得檢測到的環境光信號處于便于識別的范圍內，使得檢測更加準確。 該自動增益控制單元包括自動增益控制電路(如圖2所示)。所述自動增益控 制電路包括第一模擬開關Kl、第二模擬開關K2、與第一模擬開關K1串聯
11的第一電阻R1、與第二模擬開關K2串聯的第二電阻R2以及第一、第二電 阻R1、 R2相互并聯的第三電阻R3。所述自動增益控制單元通過對模擬開關 K1和K2的控制，改變反饋電阻，實現對環境光的自動增益控制(AGC)。
利用上述自動增益控制單元，自動增益控制可分為四檔。第一檔，第一、 第二模擬開關Kl和K2都接通，第一、第二、第三電阻R1、 R2、 R3形成并 聯；第二檔，第一模擬開關K1接通，第二模擬開關K2斷開，第一、第三電 阻R1、 R3形成通路；第三檔，第一模擬開關K1斷開，第二模擬開關K2接 通，第二、第三電阻R2、 R3形成通路；第四檔，第一、第二模擬開關Kl 和K2都斷開，此時第三電阻R3形成it路。
在本發明一優選的實施方式中，電阻R1為470K,電阻R2為2M,電阻 R3為20M。當模擬開關Kl、 K2都接通時，反饋電阻約為380K;當Kl接 通，K2斷開時，反々費電阻約為470K;當K1斷開，K2接通時，反々貴電阻約 為1.8M;.當Kl、 K2都斷開時，反々貴電阻約為20M。
誠然，根據實際應用情況，本發明自動增益控制單元的自動增益控制可 為兩檔或其他多檔。所述自動增益控制電路進行相應的改變。
上述自動增益控制單元實現過程如下
預先設置比較閾值區間(P2,P1),其中第一比較閾值為Pl,第二比較閾 值為P2。
當環境光強度電壓值大于第一比較閾值Pl時，則減小反饋電阻，降低 增益。特別地，當環境光強度電壓值大于第一比較閾值Pl且增益已調到最 低，則認為是強光狀態，即光線直射狀態。
當環境光強度電壓值小于第二比較閾值P2時，則增加反饋電阻，提高 增益。特別地，當環境光強度電壓值小于第二比較閾值P2且增益已調到最 高，則認為是弱光狀態，即夜間或黑暗狀態。
當處于上述強光狀態或弱光狀態時，直接開啟紅外感應器2，進行紅外 判斷。在弱光狀態下，可以認為是黑暗狀態下(如晚上)，使用頻率較低，因此紅外發射頻率小于正常工作頻率，如0.5秒或0.8秒發射一次紅外線。在
弱光狀態下，紅外發射周期以0.5秒至1秒之間為佳。在強光狀態下，紅外 發射頻率大于或等于正常工作頻率，如以正常工作頻率0.3秒發射一次，或 大于正常工作頻率以0.2秒發射一次。
在本發明一優選的實施方式中，所述第一比較閾值Pl值為電路最大電 壓值的80%,第二比較閾值P2為電路最大電壓值的20%。上述電阻及比較 閾值的選定，可有效消除控制回差，避免增益頻繁變化。另外，增加弱光狀 態模式與強光狀態模式，使得本發明自動感應系統100感應更加可靠、完善。
通過上述電3各，本發明自動感應系統100可以實現在0.5LUX到1000LUX 的范圍內進行識別，完全可以滿足廚房或盥洗間內的實際需要。
由于本發明自動感應系統100應用于廚房或盥洗間等場合，很容易受到 熒光燈等工頻光的干擾。如圖7a和圖7b所示，在無光干擾的情況下，所采 集到的環境光強度電壓值較平穩。而當有光干擾時，所采集到的環境光強度 電壓值則會發生明顯的波動。因此，當有光干擾的情況下，所采集到的環境 光強度電壓值無法真實反映實際情況而由可能導致錯誤判斷。因此，本發明 自動感應系統100還包括防工頻光干擾單元。該防工頻光干擾單元的設置能 有效地防止工頻光對環境光采集的干擾，使得環境光感應器l檢測到的環境 光強度更加準確，提升系統整體性能。
如圖8所示，防工頻光干擾單元的實現過程如下
由于工頻光干4尤通常以工頻(例如50Hz/60Hz)的半波為干護C周期T。
首先，在T/2周期內以均勻的時間間隔釆樣N次環境光強度值。在本發 明一優選的實施方式中，N等于5。
其次，計算采集到的環境光強度的相對波動量AV。在本發明一優選的 實施方式中，利用公式A V= ( Vmax-Vmin ) / ( (Vmax+Vmin)/2 )來計算。 所述Vmax值和Vmin值分別為T/2周期內環境光強度的電壓最大和最小值。
再次，判斷所述相對波動量AV是否小于預設的定值W 如判斷為是，判斷無工頻光干擾，以上述N次采樣的平均值作為環境光強度輸出。如判斷
為否，判斷有工頻光干擾，以同樣的間隔再采樣N次環境光強度，以2N次
采樣的平均值作為環境光強度輸出。
在本發明一優選的實施方式中，該W值為3。/。。
由于防工頻光干擾單元在有工頻光干擾和無工頻光干擾的情況下，采用 不同的環境光強度計算方法，因此還能有效的降低功耗，符合節能環保的發 展趨勢。
參考圖3所示，在本發明自動感應方法一優選的實施方式中，本發明自 動感應方法包括如下步-驟
步驟一，采樣環境光以及計算環境光強度。所述環境光感應器l定時采 集環境光，并通過電流-電壓轉換單元將環境光電壓值輸入給控制器3進行處 理，計算出環境光的強度值。設定檢測環境光強度的時間間隔為Tl, Tl為 0.3秒。
步驟二，判斷環境光強度的變化量是否大于預設的限定值？如判斷是， 進入步驟三，控制啟動紅外感應器2;如判斷否，回到步驟一重新采集環境 光以及計算環境光強度。
預設的環境光強度變化限定值為K。如果連續兩次的環境光強度的變化 量大于預設的限定值K，判斷有突變信號，進入步驟三；否則，判斷為無突 變信號，回到步驟一重新采集環境光以及計算環境光強度。在本發明一優選 的實施方式中，所述限定值K為5。/。。
此步驟中，上述描述的判斷環境光強度的變化量為判斷連續兩次的環境 光強度值變化量。然后，在有些情況下，例如在使用者移動比較緩慢的情況 下，如果只根據連續的環境光強度值的變化量來進行判斷，很容易因為該變 化量不大于預設的限定值而導致判斷失效的情況發生。因此，在本發明其他 實施方式中，判斷環境光強度的變化量也可以是判斷間隔一定時間的環境光 強度值變化量，如判斷間隔一次、兩次或多次采集周期的環境光強度值變化 量。步驟三，進行紅外判斷，檢測目標物。啟動紅外感應器2，也包括使紅
外感應器2從休眠狀態進入工作狀態。在這里，開啟紅外判斷的時間設為2 秒，工作頻率為0.3秒發射一次。
如在規定的判斷時間內，沒有檢測到有使用者進入感應區域內時，退出 紅外判斷，返回步驟一重新進行環境光檢測。如檢測到有使用者進入感應區 時，則控制相應的廚房或盥洗間設備工作，例如水龍頭的開閥出水或閉閥止 水等。執行完相關操作后，退出紅外判斷，返回步驟一重新進行環境光檢測。
為了提高環境光檢測的準確度，在本發明自動感應方法另一優選的實施
方式中，本發明自動感應方法增加環境光強度值判斷步驟。參考圖4所示， 本發明自動感應方法包括如下步驟
步驟一，采樣環境光以及計算環境光強度。所述環境光感應器l定時采 集環境光，并通過電流-電壓轉換單元將環境光電壓值輸入給控制器3進行處 理，計算出環境光的強度。設定檢測環境光強度的時間間隔為Tl， Tl為0.3 秒。
步驟二，判斷環境光強度值是否位于預設的比較閾值區間內？如判斷為 否，直接回到步驟一，重新采樣環境光以及計算環境光強度；如判斷為是， 進入步驟三。
預設的比較閾值區間為(P2， Pl),其中第一比較閾值為Pl，第二比較 閾值為P2。在本發明一優選的實施方式中，所述第一比較閾值Pl值為電路 最大電壓在的80%,第二比4交閾值P2為電路最大電壓值的20%。
步驟三，判斷環境光強度的變化量是否大于預設的限定值？如判斷是， 進入步驟四，控制啟動紅外感應器進行紅外判斷；如判斷否，回到步驟一重 新釆集環境光以及計算環境光強度。.
預設的環境光強度變化限定值為K。如果連續兩次的環境光強度的變化 量大于預設的限定值K,判斷有突變信號，進入步驟四；否則，判斷為無突 變信號，回到步驟一重新釆集環境光以及計算環境光強度。在本發明一優選 的實施方式中，所述限定值K為50/。。此步驟中，上述描述的判斷環境光強度的變化量為判斷連續兩次的環境 光強度值變化量。然后，在有些情況下，例如在使用者移動比較緩慢的情況 下，如果只根據連續的環境光強度值的變化量來進行判斷，很容易因為該變 化量不大于預設的限定值而導致判斷失效的情況發生。因此，在本發明其他 實施方式中，判斷環境光強度的變化量也可以是判斷間隔一定時間的環境光 強度值變化量，如判斷間隔一次、兩次或多次采集周期的環境光強度值變化 量。
步驟四，進行紅外判斷，檢測目標物。啟動紅外感應器2,也包括使紅 外感應器2從休眠狀態進入工作狀態。在這里，開啟紅外判斷的時間設為2 秒，工作頻率為0.3秒判斷一次。 .
在進行紅外判斷時，在規定的判斷時間內，如沒有檢測到有使用者進入 感應區域內時，退出紅外判斷，返回步驟一重新進4亍環境光4全測；如沖全測到 有^吏用者進入感應區域內時，即控制相應的廚房或盥洗間i殳備工作，例如水 龍頭的開閥出水或閉閥止水。執行完相關操作后，退出紅外判斷，返回步驟 一重新進衧環境光;^測。
在該實施方式中，增加判斷環境光強度值是否位于預設的比較閾值區間 內的判斷步驟，再去判斷判斷環境光強度的變化量是否大于預設的限定值。 使得判斷更加準確。
參考圖5所示，在本發明自動感應方法另一優選的實施方式中，為了保 證在弱光狀態(如黑夜)或強光狀態下自動感應系統的有效工作，本發明自 動感應方法在第二優選的實施方式的基礎上，增加弱光狀態沖莫式和強光狀態 模式判斷，包括如下步驟
步驟一，采樣環境光以及計算環境光強度。所述環境光感應器l定時采 集環境光，并通過電流-電壓轉換單元將環境光電壓值輸入給控制器3進行處 理，計算出環境光的強度。設定;f全測環境光強度的時間間隔為Tl, Tl為0.3秒。
步驟二，判斷環境光強度值是否位于預設的比較閾值區間內？如判斷為
16否，進入步驟三；如判斷為是，進入步驟四。
預設的比較閾值區間(P2,P1),其中第一比較閾值為Pl,第二比較閾值
為P2。在本發明一優選的實施方式中，所述第一比較閾值Pl值為電路最大 電壓值的80%，第二比較閾值P2為電膝最大電壓值的20%。
步驟三，比較環境光強度值與設定的第一、第二比較閾值P1、 P2，判斷 弱光或強光狀態。
當環境光強度大于第一比較閾值Pl時，則認為是強光狀態，啟動紅外 感應器2,'進行紅外判斷。在強光狀態模式下的判斷頻率大于或等于正常工 作頻率。在本發明一實施方式中，在強光狀態模式下，開啟紅外判斷的時間 設為60秒，判斷頻率為0.2秒判斷一次。在本發明另一實施方式中，在強光 狀態模式下，開啟紅外判斷的時間設為60秒，判斷頻率為0.3秒判斷一次。
當環境光強度小于第二比較閾值P2時，則認為是弱光狀態，啟動紅外 感應器2，進行紅外判斷。在弱光狀態模式下的判斷頻率小于正常工作頻率。 在弱光狀態模式下，開啟紅外判斷的時間設為60秒，判斷頻率為0.5秒判斷 一次。誠然，也可以是0.8秒判斷一次。一^:來講，以0.5到l秒的范圍內 判斷一次為佳。
步驟四，判斷環境光強度的變化量是否大于預設的限定值？如判斷是， 進入步驟五，啟動紅外感應器進行紅外判斷；如判斷否，回到步驟一重新采 集環境光以及計算環境光強度。
預設的環境光強度變化限定值為K。如果連續兩次的環境光強度的變化 量大于預設的限定值K,判斷有突變信號，進入步驟五；否則，判斷為無突 變信號，回到步驟一重新采集環境光以及計算環境光強度。在本發明一優選 的實施方式中，所述限定值K為5。/。。
此步驟中，上述描述的判斷環境光強度的變化量為判斷連續兩次的環境 光強度值變化量。然后，在有些情況下，例如在使用者移動比較緩慢的情況 下，如果只根據連續的環境光強度值的變化量來進行判斷，很容易因為該變 化量不大于預設的限定值而導致判斷失效的情況發生。因此，在本發明其他實施方式中，判斷環境光強度的變化量也可以是判斷間隔一定時間的環境光 強度值變化量，如判斷間隔一次、兩次或多次采集周期的環境光強度值變化量。
步驟五，進行紅外判斷，檢測目標物。啟動紅外感應器2，也包括使紅 外感應器2從休眠狀態進入工作狀態。在這里，開啟紅外判斷的時間設為2 秒，工作頻率為0.3秒判斷一次。
進行紅外判斷時，在規定的判斷時間內，如沒有檢測到有使用者進入感 應區域內時，退出紅外判斷，返回步驟一重新進行環境光檢測；如檢測到有 孑吏用者進入感應區域時，即控制相應的廚房或盥洗間設備工作，例如水龍頭 的開閥出水或閉閥止水。執行完相關操作后，退出紅外判斷，返回步驟一重 新進行環境光4全測。
更進一步地，在本發明自動感應方法另一優選的實施方式中，本發明自
動感應方法還包括增益自動調節。參考圖6所示，本發明自動感應方法包括 如下步驟
步驟一，采樣環境光以及計算環境光強度。所述環境光感應器l定時采 集環境光，并通過電流-電壓轉換單元將環境光電壓值輸入給控制器3進行處 理，計算出環境光的強度。設定檢測環境光強度的時間間隔為Tl, Tl為0.3秒。
步驟二，判斷環境光強度值是否位于預設的比較閾值區間內？如判斷為 否，進入步驟三；如判斷為是，進入步驟四。
預設的比較閾值區間(P2，P1),其中第一比較閾值為Pl,第二比較閾值 為P2。在本發明一優選的實施方式中，.所述第一比較閾值Pl值為電路最大 電壓值的80%，第二比較閾值P2為電路最大電壓值的20%。
步驟三，比較環境光強度值與設定的第一、第二比較閾值P1、 P2,進行 自動增益調節。
當環境光強度值大于第一比較閾值Pl時，進一步判斷增益控制是否為最低檔？如判斷為否，將增益控制降低一檔；如判斷為是，則認為是強光狀 態，啟動紅外感應器，進行紅外判斷。在強光狀態模式下的判斷頻率大于或 等于正常工作頻率。在本發明一實施方式中，在強光狀態模式下，開啟紅外
判斷的時間設為60秒，判斷頻率為0.2秒判斷一次。在本發明另 一 實施方式 中，在強光狀態模式下，開啟紅外判斷的時間設為60秒，判斷頻率為0.3秒 判斷一次。
特別地，在本發明一優選的實施方式中，增益控制降低一檔后，直接回 到步驟一，重新采樣環境光以及計算環境光強度。誠然，在本發明另一實施 方式中，增益控制降低一檔后，也可以啟動紅外感應器進行紅外判斷。在這 里，開啟紅外判斷的時間:沒為2秒，判斷頻率為0.3秒判斷一次。
當環境光強度值是否小于第二比較閾值P2時，進一步判斷增益控制是 否為聶高檔？如判斷為否，將增益控制增加一檔；如判斷為是，則認為是弱 光狀態，啟動紅外感應器，進行紅外判斷。在弱光狀態模式下的判斷頻率小 于正常工作頻率。在弱光狀態模式下，開啟紅外判斷的時間設為60秒，判斷 頻率為0.5秒判斷一次。誠然，也可以是0.8秒判斷一次。 一般來講，以0.5 到1秒判斷一次為佳。
特別地，在本發明一優選的實施方式中，增益控制增加一檔后，直接回 到步驟一，重新采樣環境光以及計算環境光強度。誠然，在本發明另一實施 方式中，增益控制增加一檔后，也可以啟動紅外感應器進行紅外判斷。在這 里，開啟紅外判斷的時間:沒為2秒，判斷頻率為0.3秒判斷一次。
在弱光模式下的判斷頻率低于正常的工作頻率。因為在弱光模式下，極 有可能是喪間或黑暗狀態下，在這種情況下， 一般使用的頻率很低，因此可 以減小判斷頻率，實現低功耗。在強光模式下的判斷頻率要高于正常的工作 頻率。在強光模式下增大判斷頻率，可以使得判斷更為準確。
步驟四，判斷環境光強度的變化量是否大于預設的限定值？如判斷是， 進入步驟五，啟動紅外感應器2進行紅外判斷；如判斷否，回到步驟一重新 采集環境光以及計算環境光強度。預設的環境光強度變化限定值為K。如果連續兩次的環境光強度的變化
量大于預設的限定值K,判斷有突變信號，進入步驟三；否則，判斷為無突 變信號，回到步驟一重新釆集環境光以及計算環境光強度。在本發明一優選 的實施方式中，所述限定值K為5。/。。
此步驟中，上述描述的判斷環境光強度的變化量為判斷連續兩次的環境 光強度值變化量。然后，在有些情況下，例如在使用者移動比較緩慢的情況 下，如果只根據連續的環境光強度值的變化量來進行判斷，很容易因為該變 化量不大于預設的限定值而導致判斷失效的情況發生。因此，在本發明其他 實施方式中，判斷環境光強度的變化量也可以是判斷間隔一定時間的環境光 強度值變化量，如判斷間隔一次、兩次或多次采集周期的環境光強度值變化 量。
步驟五，進行紅外判斷，檢測目標物。啟動紅外感應器2,也包括使紅 外感應器2從休眠狀態進入工作狀態。在這里，開啟紅外判斷的時間設為2 秒，工作頻率為0.3秒判斷一次。
進行紅外判斷時，在規定的判斷時間內，如沒有檢測到有使用者進入感 應區域內時，退出紅外判斷，返回步驟一重新進行環境光4企測；如檢測到有 -使用者進入感應區域時，即控制相應的廚房或盥洗間i殳備工作，例如水龍頭 的開閥出水或閉閥止水。執行完相關操作后，退出紅外判斷，返回步驟一重 新進行環境光纟全測。
如圖7a和圖7b所示，在無光干擾的情況下，所采集到的環境光強度電 壓值較平穩。而當有光干擾時，所采集到的環境光強度電壓值則會發生明顯 的波動。因此，當有光干擾的情況下，所采集到的環境光強度電壓值無法真 實反映實際情況而由可能導致錯誤判斷。因此，為了判斷更為準確可靠，本 發明自動感應方法在執行步驟采集及計算環境光強度時，可加入防工頻光 干擾步驟。由于本發明自動感應系統應用于廚房或盥洗間等場合，很容易受 到熒光燈等工頻光的干擾，因此，該防工頻光干擾單元的設置能有效地防止 工頻光對環境光采集的干擾，使得環境光感應器檢測到的環境光強度更加準 確，提升系統整體性能。如圖8所示，具體的實現步驟如下
步驟一先在T/2周期內以均勻的時間間隔采樣N次環境光強度。由于 工頻光干擾通常以工頻(例如50Hz/60Hz)的半波為干擾周期T。因此，先 在T/2周期內以均勻的時間間隔采樣N次環境光強度。在本發明 一優選的實 施方式中，N等于5。
步驟二，計算采集到的環境光強度的相對波動量AV。在本發明一優選 的實施方式中，利用乂>式△ V= ( Vmax-Vmin ) / ((Vmax十Vmin)/2 )來計 算。所述Vmax值和Vmin值分別為T/2周期內環境光強度的電壓最大和最 小值。
步驟三，判斷所述相對波動量△V是否小于預設的定值W 如判斷為是， 判斷無工頻光干擾，進入步驟四；如判斷為否，判斷有工頻光干擾，進入步 驟五。在本發明一優選的實施方式中，該W值為30/0。
步驟四，以上述N次采樣的平均值作為環境光強度輸出。
步驟五，以同樣的間隔再采樣N次環境光強度，以2N次采樣的平均值 作為環境光強度輸出。
下面結合本發明自動感應系統及方法應用于水龍頭上，進行舉例說明。
本發明自動感應系統100的環境光感應器1、紅外感應器2分別安裝于 水龍頭(未圖示)本體上，而控制器3與環境光感應器1、紅外感應器2連 接，控制水龍頭的出水閥門。所述環境光感應器1安裝與水龍頭水嘴處，檢 測水龍頭下方的環境光強度變化。紅外感應器2安裝與水龍頭底座附件或水 嘴處，感應使用區域內是否有目標物(人手)的進入或離開。
當有使用者需要使用水龍頭時，使用者接近水龍頭，使得水龍頭水嘴下 方的環境光發生變化。當環境光感應器1檢測到的變化量超過預設值后，紅 外感應器2被啟動或從休眠狀態進入到工作狀態。當人手進入紅外感應器2 的感應區域時，控制器3控制水龍頭電磁閥開閥出水。當紅外感應器感應到 人手離開時，控制器3控制水龍頭關閥止水。隨后，紅外感應器2關閉或從
21工作狀態進入到休眠狀態。當環境光感應器1判斷為弱光狀態或強光狀態時， 紅外感應器按照此前設定的程序發射紅外線。
誠然，本發明自動感應系統及方法也可應用于小便器、大便器等其他衛 浴設備中。
所述本發明各實施方式中，環境光感應器1的4全測區域可以與紅外感應 器2的感應區域，才艮據實際應用情況，可以相同，也可以不同。
所述本發明各實施方式中，開啟紅外感應器2，是指讓紅外感應器2從
不工作到進入工作狀態，或從休眠狀態進入到工作狀態。在這里，需要特別
說明的是，紅外感應器2在休眠狀態下時，也是工作的，只是在休眠狀態下 紅外發射頻率較低(如2秒發射一次)。在某些情況下，環境光感應器l會 因為^皮異物遮擋、目標物進入感應區域環境光變化^t小等原因而無法正常工 作。此時，'如處于休眠狀態下工作的紅外感應器2檢測到有目標物進入感應 區域時，會從休眠狀態進入正常工作狀態，以正常的工作頻率(如0.3秒發 射一次)發射紅外線，并將檢測結果傳給控制器3并通過控制器3執行相應 的操作。之后或上述情況連續發生兩次或多次后，紅外感應器2會一直以正 常工作狀態進行工作。直到判斷環境光感應器1可以正常檢測環境光，紅外 感應器2按照先前的程序進行工作，即依靠環境光感應器1檢測到的環境光 強度變化量而啟動工作。因此，本發明還可包括防系統無法工作的處理方法， 主要包括如下
當環境光感應器1檢測到的環境光強度沒有變化或變化量沒有大于預設 的限定值時，而處于休眠狀態的紅外感應器2^r測到有目標物時，紅外感應 器2以正常工作頻率發射紅外線進行工作。
當上述情況在預定時限內連續發生N (N大于等于1)次后，紅外感應 器2 —直以正常工作頻率發射紅外線進行工作。在本發明一優選的實施方式 中，N等于2。預設的環境光強度變化限定值為K。在本發明一優選的實施 方式中，所述限定值K為5%。
當判斷環境光感應器1檢測環境光有變化且變化量大于設定的限定值時，認為環境光感應器1可以正常工作。此時，紅外感應器2不再一直以正 常工作頻率發射紅外線進行工作。而是根據原先的程序，依靠環境光感應器 1檢測到的環境光強度變化量而啟動工作。
另外，上述各實施方式中的紅外感應器2，也可以由微波感應器、超聲
當使用微波感應器時，環境光感應器感應到檢測區域內環境光強度發生變化 且變化量高于預設的限定值時，啟動微波感應器或者使微波感應器從休眠狀 態進入到工作狀態，感應是否有目標物進入感應區i或內。如《鼓波感應器沒有
感應到有目標物進入感應區域時，；微波感應器開啟一定時間(如2秒)后關
閉或進入休眠狀態。如微波感應器感應到有目標物進入或離開感應區域后， 通過控制器來執行相應的操作，例如控制相應設備的電磁閥開閥出水或閉閥 止水。隨后，微波感應器關閉或進入休眠狀態。
上述紅外感應器、存i波感應器、超聲波感應器以及其他可感應目標物進 入感應區域的其他感應器可統稱為接近感應器。需要說明的是，本發明中各
實施方式中描述的開啟接近感應器是指使接近感應器從不工作到進入工作 狀態，或從休眠狀態進入到工作狀態。用于檢測環境光的光敏傳感器，如光 敏二極管、光敏三極管或光敏電阻等感應器可統稱為環境光感應器。
本發明中根據環境光強度的變化量進行判斷，相比僅僅根據環境光強度 來判斷，更加可靠。僅根據環境光強度是否大于一定的值進行判斷，很容易 造成誤判斷。例如在較明亮的環境下，環境光感應器采集到的強度值一直處 于大于定值的狀態下；或者在較暗的環境下，環境光感應器采集到的強度值 一直處于小于定值的狀態下。顯然，在上述舉例的狀態下，環境光感應器無 法正常工作。而本發明根據環境光強度的變化量進行判斷，可以克服上述缺 陷，更加智能可靠。具體來講，當環境光強度的變化量大于預設的限定值， 啟動接近感應器進行檢測。進一步地，本發明再根據環境光強度值以及環境 光的變化量共同進行判斷，則使得本發明更加完善。具體來講，當環境光強 度值位于預設的比較閾值區間且環境光強度的變化量大于預設的限定值，啟 動接近感應器進行檢測。誠然，在一些特殊的情況下，當環境光強度的變化 量大于預設的限定值或當環境光強度值位于預設的比較閾值區間且環境光強度的變化量大于預設的限定值，即判斷有人使用相關的衛浴和廚房間設備。
雖然上面已經揭示了本發明的具體實施方式
，但是它們不是本發明范圍 的局限，熟知本技術領域的人員對以上所述具體實施的修改和變化也包含在 本發明的范圍之內。
權利要求
1.一種自動感應系統，應用于廚房或盥洗間內，所述自動感應系統包括檢測廚房或盥洗間設備周圍環境光強度的環境光感應器以及控制廚房或盥洗間設備執行相應動作的控制器，其特征在于自動感應系統還包括保證環境光強度檢測準確的防工頻光干擾單元。
2. 如權利要求1所述的自動感應系統，其特征在于自動感應系統還包 括檢測廚房或盥洗間設備是否有人使用的接近感應器，接近感應器根據環境 光強度的變化量而啟動并進朽-^r測。
3. 如權利要求1所述的自動感應系統，其特征在于自動感應系統還包 括檢測廚房或盥洗間設備是否有人使用的接近感應器，所述接近感應器根據 環境光強度值以及環境光強度的變化量而啟動并進行檢測。
4. 如權利要求2或3所述的自動感應系統，其特征在于所述接近感應 器為紅外感應器，包括向感應區域發射紅外線的紅外發射單元以及接收返回 紅外信號的紅外接收單元。
5. 如權利要求1所述的自動感應系統，其特征在于環境光感應器為光 敏傳感器。
6. 如權利要求5所述的自動感應系統，其特征在于光敏傳感器為無源 光壽文二極管。
7. —種自動感應方法，用以控制廚房或盥洗間相應設備，其特征在于 包括如下步驟定時采樣環境光以及計算環境光強度，其中定時采樣環境光以及計算環 境光強度步驟中，還包括防工頻光干擾步驟；根據環境光強度的變化量是否大于預設的限定值，而判斷是否有使用者 使用廚房或盥洗間相應設備。
8. 如權利要求7所述的自動感應方法，其特征在于所述防工頻光干擾步驟包括步驟一先在T/2周期內以均勻的時間間隔采樣N次環境光強度；步驟二，計算采集到的環境光強度的相對波動量AV;步驟三，判斷所述相對波動量A V是否小于預設的定值W 如判斷為是， 判斷無工頻光干擾，進入步驟四；如判斷為否，判斷有工頻光干擾，進入步 驟五；步驟四，以上述N次采樣的平均值作為環境光強度輸出；步驟五，以同樣的間隔再采樣N次環境光強度，以2N次采樣的平均值 作為環境光強度輸出。
9. 如權利要求8所述的自動感應方法，其特征在于N等于5。
10. 如權利要求8所述的自動感應方法，其特征在于相對波動量AV 等于(Vmax-Vmin ) / ((Vmax+Vmin)/2 )，所述Vmax值和Vmin值分別為 T/2周期內環境光強度的電壓最大和最小值。
11. 如權利要求9所述的自動感應方法，其特征在于該W值為3%。
12. 如權利要求7至11項任何一項中所述的自動感應方法，其特征在于 當環境光強度的變化量大于預設的限定值，開啟接近感應器，判斷是否有使 用者使用廚房或盥洗間相應設備。
13. 如權利要求12所述的自動感應方法，其特征在于所述接近感應器 為紅外感應器，包括向感應區域發射紅外線的紅外發射單元以及接收返回紅 外信號的紅外接收單元。
14. 一種自動感應方法，用以控制廚房或盥洗間相應設備，其特征在于 包括如下步驟定時采樣環境光以及計算環境光強度，其中定時采樣環境光以及計算環 境光強度步驟中，還包括防工頻光干擾步驟；當環境光強度值位于預設的比較閾值區間且環境光強度的變化量大于預 設的限定值，而判斷是否有使用者使用廚房或盥洗間相應設備。
15. 如權利要求14所述的自動感應方法，其特征在于所述防工頻光干 擾步驟包括步驟一先在T/2周期內以均勻的時間間隔采樣N次環境光強度；步驟二，計算采集到的環境光強度的相對波動量AV;步驟三，判斷所述相對波動量△V是否小于預設的定值W 如判斷為是， 判斷無工頻光干擾，進入步驟四；如判斷為否，判斷有工頻光干擾，進入步 驟五；步驟四，以上述N次采樣的平均值作為環境光強度輸出；步驟五，以同樣的間隔再采樣N次環境光強度，以2N次采樣的平均值 作為環境光強度輸出。
16. 如權利要求15所述的自動感應方法，其特征在于N等于5。
17. 如權利要求15所述的自動感應方法，其特征在于AV等于 (Vmax-Vmin) / ( (Vmax+Vmin)/2 ),所述Vmax值和Vmin值分別為T/2周期內環境光強度的電壓最大和最小值。
18. 如權利要求16所述的自動感應方法，其特征在于W值為30/0。
19. 如權利要求14至18項任何一項中所述的自動感應方法，其特征在 于當環境光強度值位于預設的比較閾值區間且環境光強度的變化量大于預 設的限定值，開啟接近感應器，判斷是否有使用者使用廚房或盥洗間相應設 備。
20. 如權利要求19所述的自動感應方法，其特征在于所述接近感應器 為紅外感應器，包括向感應區域發射紅外線的紅外發射單元以及接收返回紅 外信號的紅外接收單元。
全文摘要
本發明公開了一種應用于廚房或盥洗間內的自動感應系統及其方法。所述自動感應系統包括檢測廚房或盥洗間設備周圍環境光強度的環境光感應器以及控制廚房或盥洗間設備執行相應動作的控制器。其中自動感應系統還包括保證環境光強度檢測準確的防工頻光干擾單元。這樣設置，可以實現低功耗，檢測更加準確、可靠。
文檔編號G05B19/04GK101592923SQ200910054198
公開日2009年12月2日 申請日期2009年6月30日 優先權日2009年6月30日
發明者熊德華, 陳忠民, 高鵬程 申請人:上海科勒電子科技有限公司