具有红外用户传感器的流体分配器的制作方法

专利名称：具有红外用户传感器的流体分配器的制作方法
技术领域：
本发明涉及流体分配器(dispenser)以及用于分配流体的方法。更具体 地，本发明涉及电子免手持型(hands-free)流体分配器以及用于当物体进入 目标区域时分配液态流体的方法。
背景技术：
递送液体、纸巾、或其它物质的自动分配设备在现有技术中是公知的。 并且自动将液体或者类似物递送到用户的手上，而不需要用户的手动操作或 者与其进行物理上的接触的设备也在现有技术中也是公知的。这种分配器可 以使用监控由光电传感器生成的电压的电子控制电路来检测用户是否存在， 这在现有技术中是公知。早期的免手持型设备使用发光二极管(LED)与光 电二极管进行通信。当用户在目标范围内时，所述光电二极管的电压改变并 且信号被发送以为分配器马达提供能量。然而，使用该技术的分配器不能够 对周围照明条件的改变进行补偿。另外，因为检测电路需要恒定的能量，所 以这些分配器存在能量需求的顾虑。在伯德等人的美国专利NO. 5,772,291示出了一种已知的免手持型分配 器。在伯德的专利中的所述"免手持型"设备包括光电池阵列和检测房间内 存在的光量的光电传感器。所述光电池阵列向负极输入端提供参考电压，并 且所述光电传感器向正极输入端提供"检测"电压。这使得当所述光电传感 器的电压变得比环境光的参考电压更高时允许所述分配器的马达启动。由于 所述光电池阵列向所述控制电路提供能量，所述分配器只有在房间内有光存 在时才会运行。在所述伯德等人的专利中的设备需要两个单独的检测设备， 该检测设备需要额外的硬件。以测量电容作为检测手段的分配器在本领域中也是公知的。在装置上布置导体来提供电容值。在汉森等人的美国专利NO. 6，903，660中示出了一种 该类设备。该"免手持型"设备包括微分鉴频器、第一和第二平均电路、以 及比较器，所述微分鉴频器用于信号检测电路中。当平均电容的变化比设置 参数所允许的大时，马达被提供能量以及流体被分配。另一个本领域公知的通用"免手持型"分配器使用与应用于电视机中的 信号相类似的脉冲信号。霍夫曼等人的美国专利NO. 4,786,005中示出了一 种该类分配器。这种分配器包括电路，其中光电晶体管持续感测环境光的等 级。当所述光电晶体管感测到环境光的等级的下降，来自所述光电晶体管的 集成电路输入就降低。来自所述光电晶体管的电压被调节并通过晶体管来为 LED提供能量使其产生脉冲红外光，这与可以被红外传感器接收器接收到的 任何杂散红外光不同。所述分配器利用不同的光电晶体管来感测脉冲光信 号，然后与所述电路通信来为所述分配器马达提供能量。检测杂散红外光可 能引起不必要的分配事件。鉴于上述描述，需要提供一种改进的电子控制系统，以用于上面概括描 述的自动流体分配器，该电子系统呈现低的平均耗用功率，而且还提供了显 著的抗噪音性能。发明内容从上面所述可以理解地是，存在一种低成本免手持型分配系统的基本需 求，该系统以低功率消耗运行并且考虑了照明条件的变化。因此，本发明的一个方面在于提供一种改进的电子控制电路，该电子控 制电路用于控制自动流体分配器。本发明的另一个方面在于使用控制器来解析(interpret)由光电二极管 提供的电压从而控制分配装置的免手持型操作。本发明的更进一步的方面在于如果用户或者物体保持在目标区域内，则 防止连续地分配。本发明再一方面在于持续地适应环境光照条件来设置所述分配器的功 能参数。本发明再另一个方面在于监控最近空间环境的光照条件的平均差值，并 且比较光照条件的瞬时差值以检测物体。本发明的更进一步的方面在于当光照条件的差值的突变超过了光照条 件的平均差值和偏移值的和时进行流体分配。这里公开的示例性系统通过促进以低功率消耗运行的免手持型分配设备来满足上述需要。所述分配设备利用红外发光二极管(IRLED)、光电二 极管、以及用于计算用户是否存在的控制器，并将所接收的信号传输给分配 机构以向用户提供液体。该分配设备能够永久地附在所述分配器上或者能够 结合在所述分配器带有的更换筒(replacement cartridge)内。本发明主要涉 及流体分配器领域，而且应该知道的是，下面的免手持控制电路可以很容易 地适用于分配纸巾或者其它物质的设备。将以肥皂分配器作为一个实施方式 进行描述，但是很显然地是，本发明也可以应用于能够分配其它流体或者纸 类产品的各种分配器。本发明的再另一个方面在于提供了一种用于将产品分配到目标区域的 免手持型分配器，该分配器包括分配机构、与该分配机构相关联的发光二极 管、控制器、以及与所述发光二极管相关联的光电检测器，所述光电检测器 检测目标区域的亮度并产生由控制器接收的与检测到的亮度相对应的电压， 其中所述控制器将所述电压中的瞬时差值与加上目标偏移值的所述电压中 的平均差值相比较，当所述瞬时差值大于加上所述目标偏移值的所述平均差 值时，所述控制器将信号发送到所述分配机构。本发明的再一个方面在于提供一种用于分配产品的方法，该方法包括脉冲激发接近光电检测器的光源；在所述光源被点亮时，读取并存储来自所述 光电检测器的有源电压值；在所述光源未被点亮时，读取并存储来自所述光 电检测器的环境电压值；计算所述有源电压值与所述环境电压值之间的瞬时 差值；将所述瞬时差值与平均差值和目标偏移量的总和进行比较，其中所述 平均差值通过所述光电检测器在一段时间间隔期间的在先瞬时差值来进行 计算而得；当所述瞬时差值大于所述总和时，生成分配信号；以及当所述分 配信号被分配机构接收时对产品进行分配。本发明的这些和其它发面及其相比现有技术形式的优点将通过下面的 描述变得显而易见，并且可以通过实施本发明而实现。


为了完全理解本发明的目的、技术和结构，应当参考下面的详细描述和 附图，其中图1是依照本发明的理念所做出的免手持型分配器的示意图； 图2是根据本发明显示了控制器、红外LED和光电二级光的分配器的 详细示意图；图3是依照本发明的理念的分配器所使用的控制电路的电路图；以及 图4A和4B显示了用来分配产品的操作步骤的流程图。
具体实施方式
现在参考所述附图并且特别是图1，能够看出依照本发明做出的分配器 由数字IO大体上表示。所述分配器IO包括广为人知的分配器的分配器框架 结构，该分配器框架结构由数字12大体上表示。所述分配器框架12可以是 墙壁或者平台安装单元，或者可以是安装在台面上的独立式单元等等。这里 描述的分配器用于分配诸如肥皂和其它液体的流体，但是可以理解的是也可以分配其他产品，例如纸、小块肥皂、或者任何易流动的物质。在任何情况下，所述分配器框架12通常包括位于其上并与分配管口 (dispensing nozzle) 16连通的液态产品筒14，并且他们之间介入有适当的泵或者其它分配机构 18。如本领域技术人员所知的，所述分配机构18被配置为在每个分配周期 上分配预定量的液体。依照本发明，所述分配机构18由诸如马达、螺线管、 活塞等等驱动机构20控制。在检测到位于所述分配管口 16之下的物体(例 如用户的手)时，所述机构20被提供能量。现在参考图2，可以看出由数字21大体上表示的控制电路与所述驱动机 构20相连接。所述控制电路21包括位于所述管口 16的相关处和/或接近处 的合适的光电检测器22，并且该光电检测器22通过适当反射信号等等的方 式来检测手或者其它目标区域物体的存在。对于这点，实际上所述检测器22 可以是变换器，既发送也接收信号。下面介绍和详细描述的发明为对所述分 配器10的改善的和改进。在本实施方式中，所述光电检测器22包括检测环境光和红外发光二极 管(IRLED) 24的光的光电二极管23。简单地说，所述光电二极管23检测 离其预定距离内的光波长的宽度范围。为了所述分配器的适当操作，使用所 述光电二极管23创建环境光量值。本领域技术人员可以理解所述环境光量 值基于所述分配器是否存在于具有窗户的房间内和房间内的日光数量、房间 内的人工照明的类型、以及接近所述分配器的表面的反射率水平而改变。将 更加详细地进行描述的是，所述光电二极管23还检测从位于相对靠近该光 电二极管23的物体反射的光，并且所反射的光通常来自于LED 24所产生的 光。同样的，任何物体所反射的可被所述光电二极管23检测到的红外光都 可使得所述驱动机构20运行，这导致预定数量的物质的分配。所述控制电 路21更进一步包括控制器26，该控制器26从所述光电二极管23接收数据 或者适当的信号。在工作时，设备通常处于候命(stand-by)状态，等待所述光电二极管23检测到物体。在一些实施方式中，所述光电检测器也可以是光电晶体管等。在图2-3中，可以看出所述IR LED 24被所述控制器26控制从而以与 现有技术相比明显更高的电流来产生短脉冲。例如，所述IRLED24可以产 生比150微秒更短的时间的脉冲并且工作在100mA到1.5A之间。在其它实 施方式中，所述IRLED24可以产生大约IO微秒的脉冲并工作在0.5A禾Q 1A 之间。所述IRLED24接近于光电二极管23而被安装。控制器26监控所述 光电二极管23处的电压大小。光电二极管23可以被置于分配器10上的任 何位置或者单独地安装，只要光电二极管23可以检测从所述IR LED 24发 射的反射光即可。控制器26几乎同时地生成信号以给所述IR LED 24提供 能量并读取所述光电二极管23产生的电压。然后这些电压值(被称之为有 源电压)被与最近读取的并被分类成代表环境光量值的电压值进行比较。然 后这些值由所述控制器以将被描述的方式进行处理。向所述控制器26之外的光电二极管23提供外部电源25。因此，光电二 极管放大器可以被并入分配器10内以提供控制器26所需要的用于检测分配 器10周围环境的光量的放大信号。可以以各种不同的方式实现光电二极管 的放大。在一个实施方式中，使用反偏电路来实现充分放大。控制器26提供必要的硬件、软件和存储器来执行所述控制电路的功能 以及适当地控制所述分配器10。所述控制器20可以是例如由齐格洛(Zilog) 公司制造的微控制器。当然也可以使用由其它公司制造的控制器。所述控制 器26还可以在其它元件中包括多个振荡器26A和模数转换器26B。通常， 所述多个振荡器26A之一可以是内部振荡器，该内部振荡器如果被合适地启 动，可以持续运行。其它振荡器可以被用于其它功能。本领域技术人员可以 理解的是，所述控制器26包括看门狗计时器，该看门狗计时器与所述内部 振荡器相关联从而使得所述控制器可以被停止或者暂停一段预定的时间。因此，所述控制器的完全工作只在预定的增量情况下发生，从而减小从电源提 取的的电流。这样节省了能量并且有助于提高电源的寿命，所述电源可以为电池形式。所述控制器利用所述转换器26B来接收由所述光电二极管23产 生的模拟电压信号并将该信号转换成数字值从而激活所述分配器的更进一 步处理和操作。所述转换器26B可以是比较器或者逐次逼进型模数转换器的 形式。当在所述目标区域内检测到物体时，所述控制器26生成信号并且将信 号发送到所述驱动机构20。由所述控制器26存储的程序指令利用将要为了 本发明的目的而定义的下列变量有源电压、环境电压、瞬时差值、平均差 值、目标级别偏移量、以及分配结束信号。有源电压指当所述IRLED24开 启时控制器26从光电二极管23监控和记录的电压值。环境电压指当所述IR LED 24关闭时控制器26从光电二极管23监控和记录的电压值。瞬时差值 由控制器26计算，瞬时差值等于环境电压和有源电压之差。所述控制器的 编程逻辑舍弃负的瞬时差值。完成这些使得所述控制器忽略通常随着房间内 的光线条件的突然改变而产生的值。平均差值是基于一系列有源电压减去环 境电压的差值的计算值。初始的平均差值在所述控制器的编程中被设置成大 的任意值。在本实施方式中，所述平均差值的初始值是0.7伏特。当然，可 以使用其它的合适的电压值。后来的平均差值等于在一个平均周期内记录的 有源电压减去环境电压的平均值。所述平均周期可以是一段时间周期内进行 的任何数量的读取。在一个实施方式中，所述平均周期由在8秒钟内每秒读 取4次组成(读取32次)。所述平均差值忽略了负值和当物体被检测时的测 量值以及任何负电压值读数。为了初始化分配周期，所述控制器26要求所述瞬时差值超过所述平均 差值加上目标级别偏移量。所述目标级别偏移变量作为阈值从而使得控制器 26仅当物体在光电二极管23的检测范围中时产生信号以启动驱动机构20。50mv的固定的目标级别偏移量是一个示例值。目标级别偏移量也可以基于 与由光电二极管23提供的电压级别相比的百分比计算而得，或者可以是基 于过去经验且与所计算的平均值相一致的固定值的组合。分配结束信号是由 微型开关27等等所产生的输出，该分配结束信号指示一个分配周期的结束。 在一个实施方式中，所述微型开关27与所述驱动机构20相关联。例如，所 述微开关可以位于泵的齿轮上，从而使得所述微型开关27以泵的凸轮轴的 一个完全的旋转而被启动。所述分配结束信号27的接收会使得控制器停止 所述执行机构20。
控制器26将所述瞬时差值与平均差值加上目标级别偏移量进行比较来 确定是否将信号发送到所述驱动机构。当所述瞬时差值超过所述平均差值加 上所述目标级别偏移量之和时，控制器26将信号输出到所述驱动机构20。 控制器仅每0.25秒或其它预定时间段搜索一次目标。当没有搜索到目标时， 所述控制器只运行最少的功能从而只消耗最小量的能量来维持其操作。所述 控制器26包括该低功率周期从而保持低功率消耗。装置进行分配的速率直 接涉及获得逻辑变量的速度和控制器26处理信息的速度。在一个实施方式 中控制器26在搜索目标时以大约5.5MHz运行。
如附图4A和4B中所示，由所述控制器执行的用于检测物体的操作过 程由数字28表示。物体检测28在步骤30具有起始流程。在步骤32，当所 述IRLED24关闭时，控制器26测量光电二极管23的电压，并存储该电压 值作为"环境电压"。在步骤34，当所述IRLED24开启时，控制器26然后 测量光电二极管23的电压，并存储该电压值作为"有源电压"。控制器26 假定在步骤32和34中测量所述值时目标范围内没有物体。然后如步骤36 处所示，控制器26通过计算所述"有源电压"和"环境电压"之间的差值 来计算所述瞬时差值。然后如判断框38中所示，确定所述瞬时差值是否为 正。如步骤40中所示，当所述瞬时差值被确定为负时，舍弃该值并且逻辑通过返回步骤32开始新的流程。当如框42中所示，当所述瞬时差值为正时， 所述逻辑将所述瞬时差值与所述平均差值和目标值偏移量的和进行比较。在 步骤44中，当所述瞬时差值小于所述总和时，将该瞬时差值加到所述平均 差值并且逻辑重新回到步骤32开始新的流程。如步骤46中所示，当所述瞬时差值大于所述总和时，控制器46发送信 号到所述驱动机构。如步骤48中所示，所述控制器等待分配结束信号27从 而确定分配机构当前是否正在运行。如果在步骤48检测到所述分配结束信 号27，如框52中所示，所述控制器使得它们的马达停止。如果在步骤48 没有检测到分配结束信号27，如步骤50中所示，所述控制器确定从分配周 期初始开始是否经过了预定时间周期，例如3秒。如果所经过的时间少于所 述预定时间周期，所述逻辑回到框46。然而，如果所经过的时间大于所述预 定时间周期，如步骤52中所示，所述驱动机构停止该分配周期。最大运行 时间量可以是任何值。如步骤54、 56和58中所示，所述控制器计算被表示为瞬时差值' (Momentary Difference')的另一个瞬时差值。步骤58中所示的瞬时差值' 和步骤32-36中所示的瞬时差值计算有些相似。注意在步骤54中计时器针 对某个时间段开始计时，例如10秒。使用该计时器来保证先前检测的物体 移动了。同样地，接下来的步骤防止所述分配器在有人将物体放置于所述 LED的范围内却不移开该物体时连续地分配物质。如步骤60中所示，在任 何情况下，确定所述瞬时差值，是否为正。当所述瞬时差值'为负时，则在步 骤62中舍弃该值并且所述控制器的逻辑重新回到步骤32开始新的流程。然 而，当所述瞬时差值，为正时，则在步骤64中将所述逻辑将瞬时差值'与所述 平均差值加上目标值偏移量的和进行比较。在步骤64处，当所述瞬时差值' 小于所计算的总和时，则在步骤66中，将所计算的瞬时差值'并入所述平均 差值，并且所述逻辑重新回到步骤32开始新的流程。在步骤64中，当所述瞬时差值'的值大于或者等于所计算的总和时，则 在步骤68中，控制器26从所述接下来的平均差值计算中将所述瞬时差值' 排除。这样使得不会所述平均差值不会被歪曲。在步骤69中，确定是在步 骤54中启动的计时器是否到时。如果计时器没有到时，则过程进行到步骤 56。如果计时器到时，那么过程返回到步骤30。通过使用该计时器，如果满 足了某个时间但目标没有离开，则所述控制器会重新调整来重设所述平均差 值。控制器26可以包括以低于20微秒的速率将模拟信号转换成数字信号的 装置，该装置可以通过使用所述转换器26B来实现。如前面所述的，控制器26在没有搜索目标时停止或者暂停，以及在搜 索目标时在lMHz和20MHz之间运行。在一个实施方式中，当搜索目标时 控制器使用工作在大约5.5MHz的内部振荡器。当所述控制器26停止或者 暂停时，所述控制器也可以使用低频振荡器，从而使得其它振荡器或者其它 控制器功能在适当的时间重新启动。所述低频振荡器也可以工作在5kHz和 200kHz之间。在一个实施方式中，低频内部振荡器工作于大约10kHz。尽管所述实施方式提出了工作的数值，但是可以理解的是，本领域技术 人员可以容易地在本发明的精神范围内应用相似的数值。从而，通过上述结构及其使用方法可以看出本发明的目的已经得到了满 足。虽然依照专利条例，仅详细显示和描述了最优方式和优选实施方式，但 是可以理解的是，本发明不局限于所描述的最优方式和优选实施方式。因此， 应该参考下面的权利要求书来评价本发明的真正范围和广度。
权利要求
1.一种用于将产品分配到目标区域的免手持型分配器，该分配器包括分配机构；与所述分配机构相关联的发光二极管；控制器；以及与所述发光二极管相关联的光电检测器，该光电检测器检测目标区域的亮度并产生由所述控制器接收的与检测到的亮度相对应的电压，其中所述控制器将所述电压中的瞬时差值与加上目标偏移值的所述电压中的平均差值进行比较，当所述瞬时差值大于加上所述目标偏移值的所述平均差值时，所述控制器将信号发送到所述分配机构。
2. 根据权利要求1所述的分配器，其中所述光电检测器包括光电二极 管或光电晶体管。
3. 根据权利要求1所述的分配器，其中所述发光二极管是由所述控制 器提供能量的红外发光二极管，并且每当所述控制器在所述目标区域中搜索 物体时，所述控制器以少于150微秒的脉冲激发所述二极管。
4. 根据权利要求1所述的分配器，其中当所述控制器在所述目标区域 中搜索物体时，所述控制器在lMHz与20MHz之间工作。
5. 根据权利要求4所述的分配器，其中当所述控制器不在所述目标区 域中寻找所述物体时，所述控制器停止。
6. 根据权利要求4所述的分配器，其中所述控制器具有振荡器，该振 荡器在所述控制器不搜索所述物体时继续运行。
7. 根据权利要求4所述的分配器，其中所述电压是使用逐次逼近型模 数转换器进行测量的。
8. 根据权利要求4所述的分配器，其中所述电压是使用比较器进行测
9. 根据权利要求1所述的分配器，其中所述红外发光二极管是当被所 述控制器脉冲激发时在200mA到1.5A之间工作的红外发光二极管。
10. 根据权利要求1所述的分配器，其中所述控制器根据当所述发光二 极管开启时所产生的有源电压值以及当所述发光二极管关闭时所产生的环 境电压值来计算差值，其中所述平均差值是通过对预定时间周期内大量的每 秒差值取平均值来计算的。
11. 根据权利要求1所述的分配器，其中为负值的所述差值被从所述平 均差值计算中忽略掉。
12. 根据权利要求1所述的分配器，其中当所述瞬时差值小于所述平均 差值与所述目标偏移量之总和时，所述瞬时差值被包含在所述平均差值之 中。
13. 根据权利要求1所述的分配器，其中只要瞬时差值被接受，所述平 均差值就被更新。
14. 根据权利要求1所述的分配器，其中所述目标偏移值是固定值。
15. 根据权利要求1所述的分配器，其中所述目标偏移值是由所述控制 器计算的。
16. 根据权利要求1所述的分配器，其中所述目标偏移值是基于所述平 均差值的百分比的。
17. 根据权利要求1所述的分配器，其中所述产品是液体。
18. 根据权利要求1所述的分配器，其中所述产品是护肤品。
19. 根据权利要求1所述的分配器，其中所述产品是肥皂。
20. —种分配产品的方法，该方法包括 脉冲激发接近光电检测器的光源；在所述光源被点亮时读取并存储来自所述光电检测器的有源电压值； 在所述光源未被点亮时读取并存储来自所述光电检测器的环境电压值； 计算所述有源电压值与所述环境电压值之间的瞬时差值； 将所述瞬时差值与平均差值和目标偏移量的总和进行比较，其中所述平均差值是根据所述光电检测器在一段时间间隔期间的在先瞬时差值而计算出的；在所述瞬时差值大于所述总和时生成分配信号；以及 在所述分配信号被分配机构接收时对所述产品进行分配。
21. 根据权利要求20所述的方法，其中所述产品是液体。
22. 根据权利要求20所述的方法，其中所述产品是护肤品。
23. 根据权利要求20所述的方法，其中所述产品是肥皂。
24. 根据权利要求20所述的方法，其中所述产品是纸张。
全文摘要
公开了一种分配系统，该分配系统使用控制器结合光电检测器，从而当物体进入目标区域时给用户提供自动分配。控制器被设计为用于脉冲激发接近于所述光电检测器安装的光源。所述控制器持续监视所述光电检测器的接收信号的电压，并且计算由光脉冲开启和光脉冲关闭的电压的差值。所述控制器对所述差值求和，并在指定时段内持续更新差值，从而创建平均差值。所述平均差值和目标偏移值相加并与瞬时电压差值进行比较。当瞬时差值超过所述目标偏移值和平均差值的和时，所述控制器将信号发送到分配机构，该分配机构将流体或者其他产品分配到物体上。
文档编号A47K5/12GK101332058SQ20081012617
公开日2008年12月31日 申请日期2008年6月27日 优先权日2007年6月27日
发明者C·W·柯蒂斯, J·W·韦格林 申请人:J·S·坎费尔