自动感应系统及方法

专利名称：自动感应系统及方法
自动感应系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种自动感应系统及方法，尤其涉及用于控制自动水龙头或 厨房、盥洗间内其他设备的自动感应系统及方法。
背景技术：
现有技术中，应用于控制自动水龙头和厨房或盥洗间内其他设备(如小 便器、大便器等)的感应器一般为红外感应传感器。传统红外感应传感器包 括红外发射器以及红外接收器。其中，红外发射器是以固定的时间间隔不停
的向感应区域发送红外线，例如每0.3秒发送一次。而所述红外接收器接收 返回回来的红外信号。根据对接收到的红外信号的强度进行强弱检测，来判 断厨房或盥洗间内设备有无使用者，从而控制厨房或盥洗间设备执行相应的 动作，例如控制自动水龙头的出水或止水、控制小便器的冲水等。具体来讲， 以红外感应传感器应用于水龙头上为例。当红外感应器判断有使用者进入感 应区域时，控制水龙头打开阀门而出水；当判断使用者离开感应区域时，控 制水龙头关闭阀门而止水。又如，以红外感应传感器应用于小便器上为例。 当红外感应器判断有人使用时，控制小便器出水阀打开进行前冲水；而当判 断无使用者(即使用者离开)后，控制小便器出水阀再次打开进行后冲。根 据上述描述，借助红外感应传感器实现了水龙头以及盥洗间冲水器自动工作。 此为业界目前所普遍采用的技术。
由于传统的红外感应水龙头都是采用直流电供电，如何节省红外感应器 所消耗的电能，延长电池使用寿命，成为业界所普遍关注的问题。为了实现
常状态下，红外感应器以较低的发射频率发射红外线进行感应。 一旦当判断 有使用者使用厨房或盥洗间内相应设备时，红外感应传感器发射红外线的频 率加快。然而，这样设置一方面节省功耗的效果十分有限，另一方面会降低 使用的舒适度，例如应用在自动水龙头上时，使用者一开始放到感应区域后，可能会较长时间才会出水。
纵使人们对红外感应器的低功耗实现方法在不断探索，但传统的红外感 应传感器，不管是以哪种频率来发射红外线，都需要不间断的工作。因此， 红外感应传感器消耗的能量是非常可观的。对于一般场合，例如使用频率较
低(每天使用50次)的自动感应水龙头，其发送红外光所消耗的能量将超过 总能量消耗的30%。
同时，近年来现有技术中也出现了将微波多普勒感应器、超声波感应器 等新型感应器应用于厨房或盥洗间内。相比传统的红外感应器，这类感应器 不会受到环境的诸多约束。但是，该等感应器的工作需要消耗更多的电能， 甚至需要使用交流电才能保证其日常工作。
不管采用哪种感应器和哪种方式，功耗无法降低的问题始终困扰着我们。 在提倡节能环保的今天，人们更是在不断探索和研究，以期研发出一种感应 效果好且更为节能的自动感应系统。
内容
本发明的目的在于提供一种低功耗、检测精确的自动感应系统及其方法。
本发明的目的通过如下技术方案实现 一种自动感应系统，应用于厨房 或盥洗间内，所述自动感应系统包括检测厨房或盡洗间设备周围环境光强 度的环境光感应器以及控制厨房或盥洗间设备执行相应动作的控制器。其中， 自动感应系统还包括保证环境光强度检测准确的防工频光干扰单元。
进一步地，自动感应系统还包括检测厨房或盒洗间设备是否有人使用的 接近感应器，接近感应器根据环境光强度的变化量而启动并进行检测。
进一步地，自动感应系统还包括检测厨房或盥洗间设备是否有人使用的 接近感应器，所述接近感应器根据环境光强度值以及环境光强度的变化量而 启动并进行检测。
进一步地，所述接近感应器为红外感应器，包括向感应区域发射红外线的红外发射单元以及接收返回红外信号的红外接收单元。 进一步地，环境光感应器为光敏传感器。 进一步地，光敏传感器为无源光敏二极管。
本发明的目的通过如下技术方案实现 一种自动感应方法，用以控制厨 房或盥洗间相应设备，包括如下步骤定时采样环境光以及计算环境光强度， 其中定时采样环境光以及计算环境光强度步骤中，还包括防工频光干扰步骤。 根据环境光强度的变化量是否大于预设的限定值，而判断是否有使用者使用 厨房或盥洗间相应设备。
进一步地，所述防工频光干扰步骤包括步骤一先在T/2周期内以均 匀的时间间隔采样N次环境光强度。步骤二，计算采集到的环境光强度的相 对波动量AV。步骤三，判断所述相对波动量AV是否小于预设的定值W 如判断为是，判断无工频光干扰，进入步骤四；如判断为否，判断有工频光 干扰，进入步骤五。步骤四，以上述N次采样的平均值作为环境光强度输出。 步骤五，以同样的间隔再采样N次环境光强度，以2N次采样的平均值作为 环境光强度输出。
进一步地，N等于5。
进一步地，相对波动量AV等于(Vmax-Vmin) / ( (Vmax+Vmin)/2 ), 所述Vmax值和Vmin值分别为T/2周期内环境光强度的电压最大和最小值。
进一步地，该W值为3%。
进一步地，当环境光强度的变化量大于预设的限定值，开启接近感应器， 判断是否有使用者使用厨房或盥洗间相应设备。
进一步地，所述接近感应器为红外感应器，包括向感应区域发射红外线 的红外发射单元以及接收返回红外信号的红外接收单元。
本发明的目的通过如下技术方案 一种自动感应方法，用以控制厨房或 盥洗间相应设备，包括如下步骤定时采样环境光以及计算环境光强度，其中定时采样环境光以及计算环境光强度步骤中，还包括防工频光干扰步骤。 当环境光强度值位于预设的比较阈值区间且环境光强度的变化量大于预设的 限定值，而判断是否有使用者使用厨房或盥洗间相应设备。
进一步地，所述防工频光干扰步骤包括步骤一先在T/2周期内以均 匀的时间间隔采样N次环境光强度。步骤二，计算采集到的环境光强度的相 对波动量AV。步骤三，判断所述相对波动量AV是否小于预设的定值W 如判断为是，判断无工频光干扰，进入步骤四；如判断为否，判断有工频光 干扰，进入步骤五。步骤四，以上述N次采样的平均值作为环境光强度输出。 步骤五，以同样的间隔再采样N次环境光强度，以2N次采样的平均值作为 环境光强度输出。
进一步地，N等于5。
进一步地，AV等于(Vmax-Vmin) / ((Vmax+Vmin)/2 )，所述Vmax 值和Vmin值分别为T/2周期内环境光强度的电压最大和最小值。
进一步地，W值为3%。
进一步地，当环境光强度值位于预设的比较阈值区间且环境光强度的变 化量大于预设的限定值，开启接近感应器，判断是否有使用者使用厨房或盥 洗间相应i殳备。
进一步地，所述接近感应器为红外感应器，包括向感应区域发射红外线
与现有技术相比，通过无源或低功耗的环境光感应器来检测环境光的 强度值和环境光强度值的变化量，进一步控制厨房及盥洗间设备执行相应 的动作。这样设置，可以实现低功耗'。同时，利用防工频光干扰单元使得 环境光检测更加准确、可靠。


图1是本发明自动感应系统的结构框图。
图2是本发明自动感应系统部分电路示意图。
8图3是本发明自动感应方法的一优选实施方式流程示意图。 图4是本发明自动感应方法的另一优选实施方式流程示意图。
图5是本发明自动感应方法的另一优选实施方式流程示意图。 图6是本发明自动感应方法的另一优选实施方式流程示意图。 图7a是在无光干扰的情况下，采集到的环境光强度值示意图。 图7b是在有光干扰的情况下，采集到的环境光强度值示意图。 图8是本发明自动感应方法中防工频光干扰方法的流程示意图。实施方式
如图1所示，本发明自动感应系统100，应用于自动水龙头或厨房、盥 洗间内其他相应设备上，如小便器、大便器等。如图l所示的实施方式中， 本发明自动感应系统100包括环境光感应器1 、红外感应器2以及控制器3。 其中所述环境光感应器1检测厨房、盥洗间内相应设备4周围的环境光强度 变化，并将检测结果输出给控制器3。控制器3根据环境光的强度以及变化 量等信息进行判断，决定是否启动红外感应器2工作或从休眠状态进入工作 状态。当红外感应器2被启动后，红外感应器2发射红外光检测是否有目标 物(如人体或人手等)进入感应区域。红外感应器2将检测到的结果输出给 控制器3。控制器3对该红外反射信号进行处理，决定进一步的动作，例如 控制水龙头的开阀出水、闭阀止水或厨房、盥洗间内其他设备执行相应的动 作等。
其中，环境光感应器1是用于检测环境光的光敏传感器，可以是光敏二 极管、光敏三极管或光敏电阻等。在本发明一优选的实施方式中，该环境光 感应器1采用光敏二极管。由于光敏二极管是一种能将光能转换成电能的半 导体器件， 一般作为硅光电池。光敏二极管是一种被动感应器件，其本身是 不消耗能量的， 一般被称为无源光敏二极管。因此，相比光敏三极管或光敏 电阻等，采用光敏二极管作为环境光感应器，可以实现零能源消耗。诚然， 在条件允许的情况下，例如电池容量足够大等，环境光感应器l也可采用光敏三极管或光敏电阻等光敏传感器。
所述红外感应器2包括红外光发射单元以及红外光接收单元。所述红外
光发射单元， 一般为发光二极管，向感应区域发射红外线；而所述红外光发 射单元接收从感应区域返回回来的红外反射信号，并将该红外反射信号输出 给控制器3处理。
所述控制器3与环境光感应器1、红外感应器2以及厨房、盥洗间相应 设备4的执行机构连接，用以处理信息以及控制相应的执行机构执行相应动作。
本发明自动感应系统IOO基本工作过程如下
环境光感应器1以一定的时间间隔检测周围环境光的强度值与变化量， i口 0.3秒才企测一次。
在无人使用的状态下，所述环境光感应器1感应到环境光强度是不变的 或是緩慢变化的，因此，此时红外感应器2可以不工作或以较长的时间间隔 (如2 ,)向感应区域发射红外线。在这里及以下描述中，以较长的时间 间隔发送红外线可以称为休眠状态。在休眠状态下，红外感应器2也是工作 的。
当有使用者接近所述厨房、盥洗间相应设备4时，所述环境光感应器1 感应到该相应设备4周围环境光强度产生突变。环境光感应器1将检测的突 变信号传给控制器3。
控制器3对接收到的突变信号进行处理，判断环境光强度的变化量是否 满足预设条件，如判断环境光强度的变化量是否大于预设的限定值。当满足 预设条件后，触发红外感应器2工作，以正常的工作频率向感应区域发送红 外线。在本发明以下各实施方式中，设定红外感应器2正常的工作频率为0.3 秒发射一次。或者调整红外感应器2的红外线发射频率，从休眠状态进入正 常工作状态，以正常的工作频率向感应区域发送红外线。在本发明另一实施 方式中，除判断环境光强度的变化量是否满足预设条件外，还判断环境光强 度值是否满足预设条件，即判断当环境光强度值位于预设的比较阈值区间，再判断环境光强度的变化量大于预设的限定值。具体请参照本发明自动感应 方法图4所示的实施方式中的描述，此处不再赘述。
所述红外感应器2红外发射单元发射红外线对使用者的位置进行精确识 别与判断。红外感应器2红外接收单元将检测到红外反射信号传给控制器3, 进而由控制器3对该红外反射信号进行处理，来控制厨房或盥洗间内相应设 备4动作，如控制水龙头电磁阀开阀出水，或控制小便器的电磁阀开阀冲水等。
如上所述，红外感应器2在无人使用时，不工作或处于休眠状态。而只 有当环境光感应器1检测到的环境光变化量等满足预设的条件，红外感应器 2才开始工作或由休眠状态进入工作状态。由于环境光感应器1的工作不需 要消耗能量或消耗极小的能量，因此，与现有技术比较而言，通过本发明的 自动感应系统100可有效降低系统功耗。进一步地，根据环境光强度的变化 量来作为判断依据，启动红外感应器，使得判断更为精准、可靠。
本发明自动感应系统100包括环境光强度计算单元。在本发明中，以环
境光强度的电压值作为环境光强度值。所述环境光强度计算单元包括电流-
电压转换电路(如图2所示)。所述光敏二极管是将环境光强度转化为电流信 号输出，光强越大，电流也越大。因此，利用光敏二极管来作为环境光感应 器，需要增加环境光感应器环境光强度计算单元。通过该环境光强度计算单 元将所述光敏二极管输出的电流信号转换电压信号，再输出给控制器进行处
k检测其大小，从而计算出环境光的强度值。所述电流-电压转换电路中包括
电流-电压转换的运算放大器OA以及与运算放大器OA并联设置用以为了防 止电路产生自激振荡的电容C。在本发明一优选的实施方式中，运算放大器 OA采用ST公司的TS—941，其工作电压可低至2.5V,工作电流低至1.2微 安。
本发明自动感应系统IOO还设有自动增益控制单元。通过自动增益控制 单元使得检测到的环境光信号处于便于识别的范围内，使得检测更加准确。 该自动增益控制单元包括自动增益控制电路(如图2所示)。所述自动增益控 制电路包括第一模拟开关Kl、第二模拟开关K2、与第一模拟开关K1串联
11的第一电阻R1、与第二模拟开关K2串联的第二电阻R2以及第一、第二电 阻R1、 R2相互并联的第三电阻R3。所述自动增益控制单元通过对模拟开关 K1和K2的控制，改变反馈电阻，实现对环境光的自动增益控制(AGC)。
利用上述自动增益控制单元，自动增益控制可分为四档。第一档，第一、 第二模拟开关Kl和K2都接通，第一、第二、第三电阻R1、 R2、 R3形成并 联；第二档，第一模拟开关K1接通，第二模拟开关K2断开，第一、第三电 阻R1、 R3形成通路；第三档，第一模拟开关K1断开，第二模拟开关K2接 通，第二、第三电阻R2、 R3形成通路；第四档，第一、第二模拟开关Kl 和K2都断开，此时第三电阻R3形成it路。
在本发明一优选的实施方式中，电阻R1为470K,电阻R2为2M,电阻 R3为20M。当模拟开关Kl、 K2都接通时，反馈电阻约为380K;当Kl接 通，K2断开时，反々费电阻约为470K;当K1断开，K2接通时，反々贵电阻约 为1.8M;.当Kl、 K2都断开时，反々贵电阻约为20M。
诚然，根据实际应用情况，本发明自动增益控制单元的自动增益控制可 为两档或其他多档。所述自动增益控制电路进行相应的改变。
上述自动增益控制单元实现过程如下
预先设置比较阈值区间(P2,P1),其中第一比较阈值为Pl,第二比较阈 值为P2。
当环境光强度电压值大于第一比较阈值Pl时，则减小反馈电阻，降低 增益。特别地，当环境光强度电压值大于第一比较阈值Pl且增益已调到最 低，则认为是强光状态，即光线直射状态。
当环境光强度电压值小于第二比较阈值P2时，则增加反馈电阻，提高 增益。特别地，当环境光强度电压值小于第二比较阈值P2且增益已调到最 高，则认为是弱光状态，即夜间或黑暗状态。
当处于上述强光状态或弱光状态时，直接开启红外感应器2，进行红外 判断。在弱光状态下，可以认为是黑暗状态下(如晚上)，使用频率较低，因此红外发射频率小于正常工作频率，如0.5秒或0.8秒发射一次红外线。在
弱光状态下，红外发射周期以0.5秒至1秒之间为佳。在强光状态下，红外 发射频率大于或等于正常工作频率，如以正常工作频率0.3秒发射一次，或 大于正常工作频率以0.2秒发射一次。
在本发明一优选的实施方式中，所述第一比较阈值Pl值为电路最大电 压值的80%,第二比较阈值P2为电路最大电压值的20%。上述电阻及比较 阈值的选定，可有效消除控制回差，避免增益频繁变化。另外，增加弱光状 态模式与强光状态模式，使得本发明自动感应系统100感应更加可靠、完善。
通过上述电3各，本发明自动感应系统100可以实现在0.5LUX到1000LUX 的范围内进行识别，完全可以满足厨房或盥洗间内的实际需要。
由于本发明自动感应系统100应用于厨房或盥洗间等场合，很容易受到 荧光灯等工频光的干扰。如图7a和图7b所示，在无光干扰的情况下，所采 集到的环境光强度电压值较平稳。而当有光干扰时，所采集到的环境光强度 电压值则会发生明显的波动。因此，当有光干扰的情况下，所采集到的环境 光强度电压值无法真实反映实际情况而由可能导致错误判断。因此，本发明 自动感应系统100还包括防工频光干扰单元。该防工频光干扰单元的设置能 有效地防止工频光对环境光采集的干扰，使得环境光感应器l检测到的环境 光强度更加准确，提升系统整体性能。
如图8所示，防工频光干扰单元的实现过程如下
由于工频光干4尤通常以工频(例如50Hz/60Hz)的半波为干护C周期T。
首先，在T/2周期内以均匀的时间间隔釆样N次环境光强度值。在本发 明一优选的实施方式中，N等于5。
其次，计算采集到的环境光强度的相对波动量AV。在本发明一优选的 实施方式中，利用公式A V= ( Vmax-Vmin ) / ( (Vmax+Vmin)/2 )来计算。 所述Vmax值和Vmin值分别为T/2周期内环境光强度的电压最大和最小值。
再次，判断所述相对波动量AV是否小于预设的定值W 如判断为是，判断无工频光干扰，以上述N次采样的平均值作为环境光强度输出。如判断
为否，判断有工频光干扰，以同样的间隔再采样N次环境光强度，以2N次
采样的平均值作为环境光强度输出。
在本发明一优选的实施方式中，该W值为3。/。。
由于防工频光干扰单元在有工频光干扰和无工频光干扰的情况下，采用 不同的环境光强度计算方法，因此还能有效的降低功耗，符合节能环保的发 展趋势。
参考图3所示，在本发明自动感应方法一优选的实施方式中，本发明自 动感应方法包括如下步-骤
步骤一，采样环境光以及计算环境光强度。所述环境光感应器l定时采 集环境光，并通过电流-电压转换单元将环境光电压值输入给控制器3进行处 理，计算出环境光的强度值。设定检测环境光强度的时间间隔为Tl, Tl为 0.3秒。
步骤二，判断环境光强度的变化量是否大于预设的限定值？如判断是， 进入步骤三，控制启动红外感应器2;如判断否，回到步骤一重新采集环境 光以及计算环境光强度。
预设的环境光强度变化限定值为K。如果连续两次的环境光强度的变化 量大于预设的限定值K，判断有突变信号，进入步骤三；否则，判断为无突 变信号，回到步骤一重新采集环境光以及计算环境光强度。在本发明一优选 的实施方式中，所述限定值K为5。/。。
此步骤中，上述描述的判断环境光强度的变化量为判断连续两次的环境 光强度值变化量。然后，在有些情况下，例如在使用者移动比较緩慢的情况 下，如果只根据连续的环境光强度值的变化量来进行判断，很容易因为该变 化量不大于预设的限定值而导致判断失效的情况发生。因此，在本发明其他 实施方式中，判断环境光强度的变化量也可以是判断间隔一定时间的环境光 强度值变化量，如判断间隔一次、两次或多次采集周期的环境光强度值变化 量。步骤三，进行红外判断，检测目标物。启动红外感应器2，也包括使红
外感应器2从休眠状态进入工作状态。在这里，开启红外判断的时间设为2 秒，工作频率为0.3秒发射一次。
如在规定的判断时间内，没有检测到有使用者进入感应区域内时，退出 红外判断，返回步骤一重新进行环境光检测。如检测到有使用者进入感应区 时，则控制相应的厨房或盥洗间设备工作，例如水龙头的开阀出水或闭阀止 水等。执行完相关操作后，退出红外判断，返回步骤一重新进行环境光检测。
为了提高环境光检测的准确度，在本发明自动感应方法另一优选的实施
方式中，本发明自动感应方法增加环境光强度值判断步骤。参考图4所示， 本发明自动感应方法包括如下步骤
步骤一，采样环境光以及计算环境光强度。所述环境光感应器l定时采 集环境光，并通过电流-电压转换单元将环境光电压值输入给控制器3进行处 理，计算出环境光的强度。设定检测环境光强度的时间间隔为Tl， Tl为0.3 秒。
步骤二，判断环境光强度值是否位于预设的比较阈值区间内？如判断为 否，直接回到步骤一，重新采样环境光以及计算环境光强度；如判断为是， 进入步骤三。
预设的比较阈值区间为(P2， Pl),其中第一比较阈值为Pl，第二比较 阈值为P2。在本发明一优选的实施方式中，所述第一比较阈值Pl值为电路 最大电压在的80%,第二比4交阈值P2为电路最大电压值的20%。
步骤三，判断环境光强度的变化量是否大于预设的限定值？如判断是， 进入步骤四，控制启动红外感应器进行红外判断；如判断否，回到步骤一重 新釆集环境光以及计算环境光强度。.
预设的环境光强度变化限定值为K。如果连续两次的环境光强度的变化 量大于预设的限定值K,判断有突变信号，进入步骤四；否则，判断为无突 变信号，回到步骤一重新釆集环境光以及计算环境光强度。在本发明一优选 的实施方式中，所述限定值K为50/。。此步骤中，上述描述的判断环境光强度的变化量为判断连续两次的环境 光强度值变化量。然后，在有些情况下，例如在使用者移动比较緩慢的情况 下，如果只根据连续的环境光强度值的变化量来进行判断，很容易因为该变 化量不大于预设的限定值而导致判断失效的情况发生。因此，在本发明其他 实施方式中，判断环境光强度的变化量也可以是判断间隔一定时间的环境光 强度值变化量，如判断间隔一次、两次或多次采集周期的环境光强度值变化 量。
步骤四，进行红外判断，检测目标物。启动红外感应器2,也包括使红 外感应器2从休眠状态进入工作状态。在这里，开启红外判断的时间设为2 秒，工作频率为0.3秒判断一次。 .
在进行红外判断时，在规定的判断时间内，如没有检测到有使用者进入 感应区域内时，退出红外判断，返回步骤一重新进4亍环境光4全测；如冲全测到 有^吏用者进入感应区域内时，即控制相应的厨房或盥洗间i殳备工作，例如水 龙头的开阀出水或闭阀止水。执行完相关操作后，退出红外判断，返回步骤 一重新进衧环境光;^测。
在该实施方式中，增加判断环境光强度值是否位于预设的比较阈值区间 内的判断步骤，再去判断判断环境光强度的变化量是否大于预设的限定值。 使得判断更加准确。
参考图5所示，在本发明自动感应方法另一优选的实施方式中，为了保 证在弱光状态(如黑夜)或强光状态下自动感应系统的有效工作，本发明自 动感应方法在第二优选的实施方式的基础上，增加弱光状态冲莫式和强光状态 模式判断，包括如下步骤
步骤一，采样环境光以及计算环境光强度。所述环境光感应器l定时采 集环境光，并通过电流-电压转换单元将环境光电压值输入给控制器3进行处 理，计算出环境光的强度。设定;f全测环境光强度的时间间隔为Tl, Tl为0.3秒。
步骤二，判断环境光强度值是否位于预设的比较阈值区间内？如判断为
16否，进入步骤三；如判断为是，进入步骤四。
预设的比较阈值区间(P2,P1),其中第一比较阈值为Pl,第二比较阈值
为P2。在本发明一优选的实施方式中，所述第一比较阈值Pl值为电路最大 电压值的80%，第二比较阈值P2为电膝最大电压值的20%。
步骤三，比较环境光强度值与设定的第一、第二比较阈值P1、 P2，判断 弱光或强光状态。
当环境光强度大于第一比较阈值Pl时，则认为是强光状态，启动红外 感应器2,'进行红外判断。在强光状态模式下的判断频率大于或等于正常工 作频率。在本发明一实施方式中，在强光状态模式下，开启红外判断的时间 设为60秒，判断频率为0.2秒判断一次。在本发明另一实施方式中，在强光 状态模式下，开启红外判断的时间设为60秒，判断频率为0.3秒判断一次。
当环境光强度小于第二比较阈值P2时，则认为是弱光状态，启动红外 感应器2，进行红外判断。在弱光状态模式下的判断频率小于正常工作频率。 在弱光状态模式下，开启红外判断的时间设为60秒，判断频率为0.5秒判断 一次。诚然，也可以是0.8秒判断一次。一^:来讲，以0.5到l秒的范围内 判断一次为佳。
步骤四，判断环境光强度的变化量是否大于预设的限定值？如判断是， 进入步骤五，启动红外感应器进行红外判断；如判断否，回到步骤一重新采 集环境光以及计算环境光强度。
预设的环境光强度变化限定值为K。如果连续两次的环境光强度的变化 量大于预设的限定值K,判断有突变信号，进入步骤五；否则，判断为无突 变信号，回到步骤一重新采集环境光以及计算环境光强度。在本发明一优选 的实施方式中，所述限定值K为5。/。。
此步骤中，上述描述的判断环境光强度的变化量为判断连续两次的环境 光强度值变化量。然后，在有些情况下，例如在使用者移动比较緩慢的情况 下，如果只根据连续的环境光强度值的变化量来进行判断，很容易因为该变 化量不大于预设的限定值而导致判断失效的情况发生。因此，在本发明其他实施方式中，判断环境光强度的变化量也可以是判断间隔一定时间的环境光 强度值变化量，如判断间隔一次、两次或多次采集周期的环境光强度值变化量。
步骤五，进行红外判断，检测目标物。启动红外感应器2，也包括使红 外感应器2从休眠状态进入工作状态。在这里，开启红外判断的时间设为2 秒，工作频率为0.3秒判断一次。
进行红外判断时，在规定的判断时间内，如没有检测到有使用者进入感 应区域内时，退出红外判断，返回步骤一重新进行环境光检测；如检测到有 孑吏用者进入感应区域时，即控制相应的厨房或盥洗间设备工作，例如水龙头 的开阀出水或闭阀止水。执行完相关操作后，退出红外判断，返回步骤一重 新进行环境光4全测。
更进一步地，在本发明自动感应方法另一优选的实施方式中，本发明自
动感应方法还包括增益自动调节。参考图6所示，本发明自动感应方法包括 如下步骤
步骤一，采样环境光以及计算环境光强度。所述环境光感应器l定时采 集环境光，并通过电流-电压转换单元将环境光电压值输入给控制器3进行处 理，计算出环境光的强度。设定检测环境光强度的时间间隔为Tl, Tl为0.3秒。
步骤二，判断环境光强度值是否位于预设的比较阈值区间内？如判断为 否，进入步骤三；如判断为是，进入步骤四。
预设的比较阈值区间(P2，P1),其中第一比较阈值为Pl,第二比较阈值 为P2。在本发明一优选的实施方式中，.所述第一比较阈值Pl值为电路最大 电压值的80%，第二比较阈值P2为电路最大电压值的20%。
步骤三，比较环境光强度值与设定的第一、第二比较阈值P1、 P2,进行 自动增益调节。
当环境光强度值大于第一比较阈值Pl时，进一步判断增益控制是否为最低档？如判断为否，将增益控制降低一档；如判断为是，则认为是强光状 态，启动红外感应器，进行红外判断。在强光状态模式下的判断频率大于或 等于正常工作频率。在本发明一实施方式中，在强光状态模式下，开启红外
判断的时间设为60秒，判断频率为0.2秒判断一次。在本发明另 一 实施方式 中，在强光状态模式下，开启红外判断的时间设为60秒，判断频率为0.3秒 判断一次。
特别地，在本发明一优选的实施方式中，增益控制降低一档后，直接回 到步骤一，重新采样环境光以及计算环境光强度。诚然，在本发明另一实施 方式中，增益控制降低一档后，也可以启动红外感应器进行红外判断。在这 里，开启红外判断的时间:没为2秒，判断频率为0.3秒判断一次。
当环境光强度值是否小于第二比较阈值P2时，进一步判断增益控制是 否为聂高档？如判断为否，将增益控制增加一档；如判断为是，则认为是弱 光状态，启动红外感应器，进行红外判断。在弱光状态模式下的判断频率小 于正常工作频率。在弱光状态模式下，开启红外判断的时间设为60秒，判断 频率为0.5秒判断一次。诚然，也可以是0.8秒判断一次。 一般来讲，以0.5 到1秒判断一次为佳。
特别地，在本发明一优选的实施方式中，增益控制增加一档后，直接回 到步骤一，重新采样环境光以及计算环境光强度。诚然，在本发明另一实施 方式中，增益控制增加一档后，也可以启动红外感应器进行红外判断。在这 里，开启红外判断的时间:没为2秒，判断频率为0.3秒判断一次。
在弱光模式下的判断频率低于正常的工作频率。因为在弱光模式下，极 有可能是丧间或黑暗状态下，在这种情况下， 一般使用的频率很低，因此可 以减小判断频率，实现低功耗。在强光模式下的判断频率要高于正常的工作 频率。在强光模式下增大判断频率，可以使得判断更为准确。
步骤四，判断环境光强度的变化量是否大于预设的限定值？如判断是， 进入步骤五，启动红外感应器2进行红外判断；如判断否，回到步骤一重新 采集环境光以及计算环境光强度。预设的环境光强度变化限定值为K。如果连续两次的环境光强度的变化
量大于预设的限定值K,判断有突变信号，进入步骤三；否则，判断为无突 变信号，回到步骤一重新釆集环境光以及计算环境光强度。在本发明一优选 的实施方式中，所述限定值K为5。/。。
此步骤中，上述描述的判断环境光强度的变化量为判断连续两次的环境 光强度值变化量。然后，在有些情况下，例如在使用者移动比较緩慢的情况 下，如果只根据连续的环境光强度值的变化量来进行判断，很容易因为该变 化量不大于预设的限定值而导致判断失效的情况发生。因此，在本发明其他 实施方式中，判断环境光强度的变化量也可以是判断间隔一定时间的环境光 强度值变化量，如判断间隔一次、两次或多次采集周期的环境光强度值变化 量。
步骤五，进行红外判断，检测目标物。启动红外感应器2,也包括使红 外感应器2从休眠状态进入工作状态。在这里，开启红外判断的时间设为2 秒，工作频率为0.3秒判断一次。
进行红外判断时，在规定的判断时间内，如没有检测到有使用者进入感 应区域内时，退出红外判断，返回步骤一重新进行环境光4企测；如检测到有 -使用者进入感应区域时，即控制相应的厨房或盥洗间i殳备工作，例如水龙头 的开阀出水或闭阀止水。执行完相关操作后，退出红外判断，返回步骤一重 新进行环境光纟全测。
如图7a和图7b所示，在无光干扰的情况下，所采集到的环境光强度电 压值较平稳。而当有光干扰时，所采集到的环境光强度电压值则会发生明显 的波动。因此，当有光干扰的情况下，所采集到的环境光强度电压值无法真 实反映实际情况而由可能导致错误判断。因此，为了判断更为准确可靠，本 发明自动感应方法在执行步骤采集及计算环境光强度时，可加入防工频光 干扰步骤。由于本发明自动感应系统应用于厨房或盥洗间等场合，很容易受 到荧光灯等工频光的干扰，因此，该防工频光干扰单元的设置能有效地防止 工频光对环境光采集的干扰，使得环境光感应器检测到的环境光强度更加准 确，提升系统整体性能。如图8所示，具体的实现步骤如下
步骤一先在T/2周期内以均匀的时间间隔采样N次环境光强度。由于 工频光干扰通常以工频(例如50Hz/60Hz)的半波为干扰周期T。因此，先 在T/2周期内以均匀的时间间隔采样N次环境光强度。在本发明 一优选的实 施方式中，N等于5。
步骤二，计算采集到的环境光强度的相对波动量AV。在本发明一优选 的实施方式中，利用乂>式△ V= ( Vmax-Vmin ) / ((Vmax十Vmin)/2 )来计 算。所述Vmax值和Vmin值分别为T/2周期内环境光强度的电压最大和最 小值。
步骤三，判断所述相对波动量△V是否小于预设的定值W 如判断为是， 判断无工频光干扰，进入步骤四；如判断为否，判断有工频光干扰，进入步 骤五。在本发明一优选的实施方式中，该W值为30/0。
步骤四，以上述N次采样的平均值作为环境光强度输出。
步骤五，以同样的间隔再采样N次环境光强度，以2N次采样的平均值 作为环境光强度输出。
下面结合本发明自动感应系统及方法应用于水龙头上，进行举例说明。
本发明自动感应系统100的环境光感应器1、红外感应器2分别安装于 水龙头(未图示)本体上，而控制器3与环境光感应器1、红外感应器2连 接，控制水龙头的出水阀门。所述环境光感应器1安装与水龙头水嘴处，检 测水龙头下方的环境光强度变化。红外感应器2安装与水龙头底座附件或水 嘴处，感应使用区域内是否有目标物(人手)的进入或离开。
当有使用者需要使用水龙头时，使用者接近水龙头，使得水龙头水嘴下 方的环境光发生变化。当环境光感应器1检测到的变化量超过预设值后，红 外感应器2被启动或从休眠状态进入到工作状态。当人手进入红外感应器2 的感应区域时，控制器3控制水龙头电磁阀开阀出水。当红外感应器感应到 人手离开时，控制器3控制水龙头关阀止水。随后，红外感应器2关闭或从
21工作状态进入到休眠状态。当环境光感应器1判断为弱光状态或强光状态时， 红外感应器按照此前设定的程序发射红外线。
诚然，本发明自动感应系统及方法也可应用于小便器、大便器等其他卫 浴设备中。
所述本发明各实施方式中，环境光感应器1的4全测区域可以与红外感应 器2的感应区域，才艮据实际应用情况，可以相同，也可以不同。
所述本发明各实施方式中，开启红外感应器2，是指让红外感应器2从
不工作到进入工作状态，或从休眠状态进入到工作状态。在这里，需要特别
说明的是，红外感应器2在休眠状态下时，也是工作的，只是在休眠状态下 红外发射频率较低(如2秒发射一次)。在某些情况下，环境光感应器l会 因为^皮异物遮挡、目标物进入感应区域环境光变化^t小等原因而无法正常工 作。此时，'如处于休眠状态下工作的红外感应器2检测到有目标物进入感应 区域时，会从休眠状态进入正常工作状态，以正常的工作频率(如0.3秒发 射一次)发射红外线，并将检测结果传给控制器3并通过控制器3执行相应 的操作。之后或上述情况连续发生两次或多次后，红外感应器2会一直以正 常工作状态进行工作。直到判断环境光感应器1可以正常检测环境光，红外 感应器2按照先前的程序进行工作，即依靠环境光感应器1检测到的环境光 强度变化量而启动工作。因此，本发明还可包括防系统无法工作的处理方法， 主要包括如下
当环境光感应器1检测到的环境光强度没有变化或变化量没有大于预设 的限定值时，而处于休眠状态的红外感应器2^r测到有目标物时，红外感应 器2以正常工作频率发射红外线进行工作。
当上述情况在预定时限内连续发生N (N大于等于1)次后，红外感应 器2 —直以正常工作频率发射红外线进行工作。在本发明一优选的实施方式 中，N等于2。预设的环境光强度变化限定值为K。在本发明一优选的实施 方式中，所述限定值K为5%。
当判断环境光感应器1检测环境光有变化且变化量大于设定的限定值时，认为环境光感应器1可以正常工作。此时，红外感应器2不再一直以正 常工作频率发射红外线进行工作。而是根据原先的程序，依靠环境光感应器 1检测到的环境光强度变化量而启动工作。
另外，上述各实施方式中的红外感应器2，也可以由微波感应器、超声
当使用微波感应器时，环境光感应器感应到检测区域内环境光强度发生变化 且变化量高于预设的限定值时，启动微波感应器或者使微波感应器从休眠状 态进入到工作状态，感应是否有目标物进入感应区i或内。如《鼓波感应器没有
感应到有目标物进入感应区域时，；微波感应器开启一定时间(如2秒)后关
闭或进入休眠状态。如微波感应器感应到有目标物进入或离开感应区域后， 通过控制器来执行相应的操作，例如控制相应设备的电磁阀开阀出水或闭阀 止水。随后，微波感应器关闭或进入休眠状态。
上述红外感应器、存i波感应器、超声波感应器以及其他可感应目标物进 入感应区域的其他感应器可统称为接近感应器。需要说明的是，本发明中各
实施方式中描述的开启接近感应器是指使接近感应器从不工作到进入工作 状态，或从休眠状态进入到工作状态。用于检测环境光的光敏传感器，如光 敏二极管、光敏三极管或光敏电阻等感应器可统称为环境光感应器。
本发明中根据环境光强度的变化量进行判断，相比仅仅根据环境光强度 来判断，更加可靠。仅根据环境光强度是否大于一定的值进行判断，很容易 造成误判断。例如在较明亮的环境下，环境光感应器采集到的强度值一直处 于大于定值的状态下；或者在较暗的环境下，环境光感应器采集到的强度值 一直处于小于定值的状态下。显然，在上述举例的状态下，环境光感应器无 法正常工作。而本发明根据环境光强度的变化量进行判断，可以克服上述缺 陷，更加智能可靠。具体来讲，当环境光强度的变化量大于预设的限定值， 启动接近感应器进行检测。进一步地，本发明再根据环境光强度值以及环境 光的变化量共同进行判断，则使得本发明更加完善。具体来讲，当环境光强 度值位于预设的比较阈值区间且环境光强度的变化量大于预设的限定值，启 动接近感应器进行检测。诚然，在一些特殊的情况下，当环境光强度的变化 量大于预设的限定值或当环境光强度值位于预设的比较阈值区间且环境光强度的变化量大于预设的限定值，即判断有人使用相关的卫浴和厨房间设备。
虽然上面已经揭示了本发明的具体实施方式
，但是它们不是本发明范围 的局限，熟知本技术领域的人员对以上所述具体实施的修改和变化也包含在 本发明的范围之内。
权利要求
1.一种自动感应系统，应用于厨房或盥洗间内，所述自动感应系统包括检测厨房或盥洗间设备周围环境光强度的环境光感应器以及控制厨房或盥洗间设备执行相应动作的控制器，其特征在于自动感应系统还包括保证环境光强度检测准确的防工频光干扰单元。
2. 如权利要求1所述的自动感应系统，其特征在于自动感应系统还包 括检测厨房或盥洗间设备是否有人使用的接近感应器，接近感应器根据环境 光强度的变化量而启动并进朽-^r测。
3. 如权利要求1所述的自动感应系统，其特征在于自动感应系统还包 括检测厨房或盥洗间设备是否有人使用的接近感应器，所述接近感应器根据 环境光强度值以及环境光强度的变化量而启动并进行检测。
4. 如权利要求2或3所述的自动感应系统，其特征在于所述接近感应 器为红外感应器，包括向感应区域发射红外线的红外发射单元以及接收返回 红外信号的红外接收单元。
5. 如权利要求1所述的自动感应系统，其特征在于环境光感应器为光 敏传感器。
6. 如权利要求5所述的自动感应系统，其特征在于光敏传感器为无源 光壽文二极管。
7. —种自动感应方法，用以控制厨房或盥洗间相应设备，其特征在于 包括如下步骤定时采样环境光以及计算环境光强度，其中定时采样环境光以及计算环 境光强度步骤中，还包括防工频光干扰步骤；根据环境光强度的变化量是否大于预设的限定值，而判断是否有使用者 使用厨房或盥洗间相应设备。
8. 如权利要求7所述的自动感应方法，其特征在于所述防工频光干扰步骤包括步骤一先在T/2周期内以均匀的时间间隔采样N次环境光强度；步骤二，计算采集到的环境光强度的相对波动量AV;步骤三，判断所述相对波动量A V是否小于预设的定值W 如判断为是， 判断无工频光干扰，进入步骤四；如判断为否，判断有工频光干扰，进入步 骤五；步骤四，以上述N次采样的平均值作为环境光强度输出；步骤五，以同样的间隔再采样N次环境光强度，以2N次采样的平均值 作为环境光强度输出。
9. 如权利要求8所述的自动感应方法，其特征在于N等于5。
10. 如权利要求8所述的自动感应方法，其特征在于相对波动量AV 等于(Vmax-Vmin ) / ((Vmax+Vmin)/2 )，所述Vmax值和Vmin值分别为 T/2周期内环境光强度的电压最大和最小值。
11. 如权利要求9所述的自动感应方法，其特征在于该W值为3%。
12. 如权利要求7至11项任何一项中所述的自动感应方法，其特征在于 当环境光强度的变化量大于预设的限定值，开启接近感应器，判断是否有使 用者使用厨房或盥洗间相应设备。
13. 如权利要求12所述的自动感应方法，其特征在于所述接近感应器 为红外感应器，包括向感应区域发射红外线的红外发射单元以及接收返回红 外信号的红外接收单元。
14. 一种自动感应方法，用以控制厨房或盥洗间相应设备，其特征在于 包括如下步骤定时采样环境光以及计算环境光强度，其中定时采样环境光以及计算环 境光强度步骤中，还包括防工频光干扰步骤；当环境光强度值位于预设的比较阈值区间且环境光强度的变化量大于预 设的限定值，而判断是否有使用者使用厨房或盥洗间相应设备。
15. 如权利要求14所述的自动感应方法，其特征在于所述防工频光干 扰步骤包括步骤一先在T/2周期内以均匀的时间间隔采样N次环境光强度；步骤二，计算采集到的环境光强度的相对波动量AV;步骤三，判断所述相对波动量△V是否小于预设的定值W 如判断为是， 判断无工频光干扰，进入步骤四；如判断为否，判断有工频光干扰，进入步 骤五；步骤四，以上述N次采样的平均值作为环境光强度输出；步骤五，以同样的间隔再采样N次环境光强度，以2N次采样的平均值 作为环境光强度输出。
16. 如权利要求15所述的自动感应方法，其特征在于N等于5。
17. 如权利要求15所述的自动感应方法，其特征在于AV等于 (Vmax-Vmin) / ( (Vmax+Vmin)/2 ),所述Vmax值和Vmin值分别为T/2周期内环境光强度的电压最大和最小值。
18. 如权利要求16所述的自动感应方法，其特征在于W值为30/0。
19. 如权利要求14至18项任何一项中所述的自动感应方法，其特征在 于当环境光强度值位于预设的比较阈值区间且环境光强度的变化量大于预 设的限定值，开启接近感应器，判断是否有使用者使用厨房或盥洗间相应设 备。
20. 如权利要求19所述的自动感应方法，其特征在于所述接近感应器 为红外感应器，包括向感应区域发射红外线的红外发射单元以及接收返回红 外信号的红外接收单元。
全文摘要
本发明公开了一种应用于厨房或盥洗间内的自动感应系统及其方法。所述自动感应系统包括检测厨房或盥洗间设备周围环境光强度的环境光感应器以及控制厨房或盥洗间设备执行相应动作的控制器。其中自动感应系统还包括保证环境光强度检测准确的防工频光干扰单元。这样设置，可以实现低功耗，检测更加准确、可靠。
文档编号G05B19/04GK101592923SQ200910054198
公开日2009年12月2日 申请日期2009年6月30日 优先权日2009年6月30日
发明者熊德华, 陈忠民, 高鹏程 申请人:上海科勒电子科技有限公司