СЕНСОРНАЯ КОМПОНОВКА АВТОМАТИЧЕСКОГО ДОЗАТОРА
SENSOR ASSEMBLY FOR AUTOMATIC FEEDER

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение в целом относится к дозатору, содержащему активную сенсорную инфракрасную (ИК, IR) систему, в частности, для дозаторов типа, включающего в себя систему дозирования с приводом от электродвигателя, комбинированную со схемой управления для опознавания присутствия возможного пользователя посредством упомянутой сенсорной ИК-системы и управления работой упомянутого электродвигателя для осуществления дозирования материала без физического контактирования пользователя с дозатором, являющегося необходимым для приведения в действие последовательности дозирования. Такие дозаторы часто упоминаются как дозаторы, без ручного манипулирования, или дозаторы без прикосновения.
Более того, изобретение, в частности, относится к автоматическому дозатору полотенец (предпочтительно, бумажных полотенец, хранящихся внутри корпуса дозатора) типа с электрическим приводом (в частности, действующего от источника энергии аккумуляторного типа, но также типов с питанием переменного тока (AC) или комбинацией питания переменного тока и постоянного тока (DC)), в котором сенсорная ИК-система используется для управления дозированием бумажных листов, таких как бумажные полотенца для рук, когда присутствие упомянутого возможного пользователя обнаружено находящимся в пределах заданной зоны, без физического контактирования пользователя с дозатором, требуемого для приведения в действие последовательности дозирования.
Уровень техники для изобретения
Дозаторы вышеупомянутого типа известны, например, из US-B1-6695246 и US-A-6069354.
Например, в дозаторе согласно US-B1-6695246, сенсорная схема управления использует активное ИК-излучение (то есть, как испускание ИК-излучения, так и детектирование ИК-излучения) для управления опознаванием присутствия возможного пользователя. ИК-излучение испускается импульсами. В режиме активного ИК-излучения, присутствие объекта (то есть, возможного пользователя) может обнаруживаться в пределах зоны обнаружения приблизительно от 12 до 24 см у дозатора и, по упомянутому обнаружению, управляет электродвигателем для дозированной выдачи полотенца для рук пользователю. Один ИК-приемник и один ИК-излучатель расположены за передней крышкой дозатора, и каждый установлен в соответствующей трубке, трубки размещаются прилегающими одна к другой. Посредством этой компоновки, расстояние обнаружения удерживается коротким (между приблизительно от 12 до 24 см), так что объекты, которые находятся вне зоны обнаружения, не приводят к нежелательному и непреднамеренному дозированию. Подобным образом, объект должен быть в правильном положении и под правильным углом, в ином случае, трубки будут предохранять ИК-излучение от отражения обратно и сбора приемником. Таким образом, наряду с тем, что снижена вероятность нежелательных отражений от других поверхностей или тому подобного, сенсорная система требует точного позиционирования рук для осуществления работы. Когда объект обнаружен, микропроцессор приводит в действие электродвигатель для дозирования полотенца, если два цикла сканирования с достаточным отраженным ИК-излучением приняты сенсорной ИК-системой управления.
US-A-6069354 раскрывает дозатор, использующий активное ИК-излучение, который формирует меандр при приблизительно 1,2 кГц, для испускания модулированного ИК-сигнала, который детектируется согласно отражению от возможного пользователя на ИК-детектор (приемник). Этот документ предполагает использование сенсорной системы, настроенной для опознавания пользователя, удаленного на между приблизительно 1,25 см и приблизительно 30 см от дозатора. ИК-излучатель и ИК-детектор оба скомпонованы очень близко друг с другом, приблизительно на середине расстояния вдоль по передней панели устройства, тогда как выпускное отверстие расположено в нижней части устройства. Для управления дозатором, пользователь, таким образом, поднимает руку вверх выше выпускного отверстия, туда, где размещены ИК-сенсор и излучатель.
В обоих из вышеприведенных дозаторов, рука пользователя, которая неправильно расположена относительно небольшой области обнаружения сенсоров на дозаторе, то есть, в небольшом диапазоне обнаруживаемой области и, таким образом, которая не приводит в действие дозирование полотенца для рук немедленно, зачастую будет пытаться прикоснуться к дозатору, чтобы попытаться вызвать дозирование, в убеждении, что требуется касание кожуха, близко расположенного к сенсорам, вопреки любым письменным уведомлениям, которые может содержать дозатор в этом отношении. Это, в частности, уже может иметь место, так как рука пользователя уже на высоте дозатора. В результате это приведет к нарушению правил гигиены, когда несколько пользователей последовательно касаются дозатора.
Настоящее изобретение должно, в качестве одной из своих целей, предложить преимущественную расстановку ИК-излучателей и детекторов (приемников), с тем, чтобы обеспечить хорошую возможность обнаружения по большой области и чтобы по-прежнему избежать непреднамеренного дозирования вследствие неверного опознавания ИК-излучения.
Дополнительная цель изобретения состоит в том, чтобы улучшить расстановку сенсоров относительно выпускного отверстия дозатора, так, чтобы обнаружение пользователя происходило в области дозатора, где ожидается, что будут присутствовать руки пользователя для захвата изделия, выданного дозатором, в частности, посредством инициирования осуществления дозирования без необходимости пользователем поднимать его/ее руки на высоту установки дозатора.
Дополнительная цель состоит в том, чтобы усовершенствовать возможность лучшей гигиены.
Дополнительные цели изобретения будут очевидны при изучении этого описания изобретения.
Сущность изобретения
Основная цель изобретения достигается дозатором, обладающим признаками, определенными в пункте 1 формулы изобретения. Некоторые предпочтительные признаки изобретения определены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Дополнительные признаки изобретения будут очевидны читателю этого описания изобретения.
Сенсоры согласно настоящему изобретению в дозаторе расположены таким образом, что ИК-излучатели создают широкую и практичную зону обнаружения ИК-излучения, а ИК-детекторы (то есть, ИК-приемники) выполнены с возможностью предотвращения ИК-излучения из излучателей, непосредственно проникающего в приемники, а также снижать отражения ИК-излучения с других направлений.
Как определено в формуле изобретения, каждый из ИК-излучателей и ИК-приемников имеет активную часть. В этом отношении, таковая является частью ИК-фотодиода, который активно испускает ИК-излучение наружу или, соответственно, принимает ИК-излучение вовнутрь. Активная часть ИК-излучателей и приемников может рассматриваться в качестве являющейся полупрозрачной защитной крышкой, которая окружает и вмещает фотоэлектрический материал фотодиода, поскольку он является фотоэлектрическим материалом, который является частью излучателя, который либо испускает, либо принимает ИК-излучение. Эти крышки, на практике, типично являются полупрозрачными красными или зелеными и, например, могут иметь форму с плоскими или закругленными наружными кромками. Активная часть не включает в себя никакую часть проводных соединителей, которые находятся на стороне фотоэлектрического материала, которая является противоположной стороной к той, на которой главным образом располагается полупрозрачная крышка.
Любые размещения в отношении дозатора определены относительно дозатора в его нормальном положении использования и не устанавливаются вверх дном или подобным образом. Таким образом, нижняя часть дозатора предназначена для нахождения у основания. В вариантах осуществления, показанных в материалах настоящей заявки, нижняя часть дозатора является частью, в которой расположено выпускное отверстие дозирования. Подобным образом, боковое направление дозатора является в целом горизонтальным направлением.
В тех случаях, когда упоминается вертикальное направление или плоскость, это обычно предназначено для указания на в целом вертикальное направление. Когда дозатор установлен на точно вертикальной стене (как будет описано позже, например, со ссылкой на фиг.2), вертикальное направление, соответственно, является точно вертикальным направлением. Однако, если стена слегка наклонена на несколько градусов, вертикальное направление, упоминаемое в формуле изобретения относительно дозатора, также будет наклонено на такую же величину и в таком же направлении, как наклон стены.
Отчасти из-за хорошей рабочей зоны сенсорной системы, которая может обнаруживать потенциальных (возможных) пользователей на достаточном расстоянии с большого диапазона нормальных положений приближения рук пользователя к дозатору, это предоставляет системе возможность рано реагировать на присутствие пользователя и, таким образом, дает дозатору возможность быть сконструированным для потребления низкой мощности. Это пониженное энергопотребление возможно, поскольку в периоды, когда возможный пользователь (то есть, объект, предполагаемый пользователем, требующим дозирования изделия, такого как отрезок полотенца для рук или туалетная бумага), не расположен возле дозатора, частота сканирования может быть понижена, без какого бы то ни было заметного риска, что частота сканирования будет слишком низкой для достаточно быстрого реагирования, когда изделие должно дозироваться по обнаруживаемому пользователю. Когда обнаружен пользователь, частота сканирования изменяется до более высокой частоты.
Низкое энергопотребление особенно важно в дозаторах, которые полностью или частично питаются от аккумулятора или аккумуляторами, которые, в целом, предназначены для работы в течение продолжительного времени (например, достаточного времени, чтобы дозировать 60 или более рулонов бумаги, не требуя замены аккумуляторов), а усовершенствованная компоновка сенсоров и сенсорная система управления предоставляют возможность использоваться меньшей энергии, когда не присутствуют никакие пользователи, требующие, чтобы изделие дозировалось.
Частота сканирования, то есть, количество циклов сканирования, выполняемых за секунду, сделана изменяющейся по расположению пользователя относительно дозатора, из условия, чтобы дозатор работал при первой частоте сканирования (то есть, выполнял последовательность сканирования приведением в действие схем ИК-приемника и излучателя, а затем, испусканием импульсов сканирования при первом количестве одиночных циклов сканирования в секунду), когда не обнаружено никакого возможного/потенциального пользователя. Система, затем, повышает частоту сканирования, когда пользователь считается близко расположенным к дозатору (то есть, проник в «первую» зону обнаружения). Эта переменная частота сканирования предоставляет возможность использования очень низкой мощности, когда никакие пользователи не являются в достаточной мере близко расположенными к дозатору, и использовать более высокий уровень мощности, только когда требуется, так, что пользователем испытывается быстрое время реакции для дозирования изделия.
Сенсорная система дозатора может быть дополнительно усовершенствована для снижения энергопотребления предоставлением дополнительного удаленного датчика, связанного либо проводным соединением с дозатором, либо беспроводной линией связи (например, ИК или радио) с дозатором. Этот дополнительный датчик может использоваться, например, для обнаружения пользователя, входящего в уборную, в которой размещен дозатор, в другом месте относительно входа, и, таким образом, может вызывать изменение первой частоты сканирования на вторую частоту сканирования. Такой «вынесенный» сенсор также мог бы устанавливаться на передней облицовочной части дозатора и мог бы быть выполненным с возможностью работать при очень низкой частоте сканирования, обусловленной расстоянием входа в уборную от местоположения дозатора, из условия, чтобы к тому времени, когда возможный пользователь желает использовать дозатор и, соответственно, переместился ближе к дозатору, дозатор уже был работающим при более высокой второй частоте сканирования, предоставляющей возможность быстрого обнаружения активной сенсорной ИК-системой дозатора, определенной в формуле изобретения.
В качестве альтернативы, такой же набор активных ИК-сенсоров, как определенный в формуле изобретения, которые используются для побуждения дозатора дозировать изделие, также может использоваться для обнаружения пользователя, проникающего в первую зону обнаружения. Этим способом пользователь, подходящий к дозатору (например, на от 40 до 50 см или, может быть, еще дальше от дозатора), будет приводить сенсорную систему в действие для изменения частоты сканирования до более высокой частоты сканирования и, по мере того, как пользователь продолжает перемещать его/ее руки и/или тело ближе к выпускному отверстию дозатора, пользователь будет обнаруживаться в качестве находящегося в «зоне дозирования» и, соответственно, заставлять дозатор дозировать изделие (например, бумажное полотенце для рук или бумажную туалетную принадлежность).
Если требуется, может использоваться более чем две частоты сканирования. Например, может использоваться первая медленная частота сканирования (такая как 1 или 2 раза в секунду), сопровождаемая более высокой второй частотой сканирования (например, при с 3 до 6 раз в секунду), сопровождаемые дополнительной более высокой частотой (например, с 7 до 12 раз в секунду), в силу чего, частота сканирования заменяется с одной частоты на следующую, по мере того, как пользователь обнаруживается перемещающимся ближе к дозатору. Это может выполняться, например, последовательностью разных сенсоров, каждый из которых обнаруживает на разных расстояниях, с конечной сенсорной системой, являющейся такой, как определенная в прилагаемой формуле изобретения, или, например, компоновкой сенсорной системы для обнаружения повышенного отражения ИК-сигнала от пользователя по мере того, как пользователь подходит ближе.
Когда пользователь перемещается прочь от дозатора, частота сканирования может вновь снижаться до более низкой частоты, тем самым, потребляя меньше энергии на работу сенсоров.
Как будет очевидно, даже при относительно коротких расстояниях для первой зоны обнаружения (например, вплоть до приблизительно 50 см от дозатора, например, с углом от приблизительно 10° до приблизительно 45°, или от приблизительно 30° до приблизительно 60°, к вертикальной плоскости, отклоненной в переднем направлении от задней стороны дозатора и по направлению вниз), система обладает преимуществами значительного энергосбережения, по-прежнему, наряду с предоставлением возможности быстрого времени реакции для дозирования полотенца.
Это происходит потому, что пользователь предполагает, что следует перемещать его/ее руки относительно близко к, но не в соприкосновение с дозатором, для того, чтобы происходило дозирование, а это занимает порядка между четвертью и половиной секунды при нормальных скоростях перемещения рук (от 0,2 м/с до 0,5 м/с), к каковому времени, дозатор уже может осуществлять сканирование при второй, более высокой, частоте (или даже еще более высокой частоте), и таким образом, способным осуществлять дозирование очень близко к моменту времени, когда руки находятся в ожидаемом положении для дозирования (то есть, положении, в котором пользователь мог бы ожидать, чтобы дозировалось полотенце, типично, каких-нибудь от 15 до 25 см от выпускного отверстия дозатора).
Подобным образом, является предпочтительным, чтобы, при использовании сенсорной ИК-системы, сенсорная система предпочтительно должна была способна справляться с исключительными аномалиями краткосрочных отражений высокого ИК-излучения, как иногда возникают, не осуществляя дозирование полотенца, так, что она является подходящей для восприятия двух или более следующих друг за другом циклов сканирования или, например, предварительно определенного количества циклов сканирования за некоторое количество следующих друг за другом циклов сканирования (например, двух из трех следующих друг за другом циклов сканирования) при предварительно определенном уровне ИК-излучения выше уровня фонового ИК-излучения, до дозирования изделия.
Преимущественное использование может состоять из изменяющейся частоты сканирования посредством установления первой частоты сканирования, например, между 0,15 и 0,25 секунд между циклами сканирования (то есть, частоты сканирования, когда возможный пользователь находится вне первой зоны обнаружения), или даже продолжительнее (такой как между 0,25 секундами и 0,5 секундами), и второй частоты сканирования, порядка приблизительно от 0,08 до 0,12 секунд, между циклами сканирования, и требования только двух следующих друг за другом циклов сканирования (или, например, двух из трех следующих друг за другом циклов сканирования), предусматривающих отраженное ИК-излучение выше уровня фонового ИК-излучения, для приведения в действие дозирования. Такое дозирование будет восприниматься пользователем в качестве почти незамедлительного, тем не менее, значительное количество энергии, используемой сенсорной системой, может сберегаться благодаря низкой начальной частоте сканирования, которая расходует меньшую энергию.
Краткое описание фигур чертежей
Изобретение далее будет пояснено более подробно со ссылкой на некоторые неограничивающие варианты его осуществления и с помощью прилагаемых чертежей, на которых:
фиг.1 показывает схематический вид спереди дозатора бумажных полотенец с рулоном бумаги и механизмом транспортировки бумаги в скрытом виде, изображающий схематический вид первой зоны обнаружения,
фиг.2 показывает вид сбоку компоновки по фиг.1, в соответствии с которым боковая панель дозатора была снята, чтобы схематически показать рулон бумаги и упрощенные детали механизма транспортировки бумаги,
фиг.3A - увеличенный вид в разрезе, показывающий более подробно и взятую от начала до конца нижнюю часть кожуха, показанного на фиг.1, также спереди и в местоположении ИК-сенсоров,
фиг.3B - схематическое представление вида спереди компоновки, показанной на фиг.3A, показывающее приближенный вид спереди первой зоны обнаружения, достигаемой компоновкой активных ИК-сенсоров,
фиг.4 показывает примерный график амплитуды излучательной способности импульсов сканирования в зависимости от времени,
фиг.5 показывает график уровня принятого сигнала в зависимости от времени для последовательности принятых отражений ИК-излучения, происходящих вследствие испущенных импульсов ИК-излучения по фиг.4,
фиг.6 показывает схематическое представление основных элементов системы по варианту осуществления дозатора согласно изобретению,
фиг.7 показывает RC-цепь, используемую для осуществления перевода в активное состояние микропроцессора в MCU, с тем, чтобы выполнять цикл сканирования, и
фиг.8 показывает альтернативный вариант RC-цепи, изображенной на фиг.7,
фиг.9 показывает вариант осуществления изобретения с добавочным сенсором, дополнительным по отношению к основной активной сенсорной ИК-системе, способный обнаруживать пользователя на дальнем расстоянии от дозатора.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
Фиг.1 и фиг.2 показывают дозатор 1 на видах спереди и сбоку, соответственно, в соответствии с чем, фиг.2 показывает дозатор 1, прикрепленный на его задней стороне к стене W (средство крепления не показано, но может быть любого подходящего типа, такого как винты, клей, клейкая лента или другие средства крепления), в силу чего, задняя поверхность дозатора лежит на упомянутой стене W, которая обычно вертикальна.
Дозатор 1 содержит корпус 2, в пределах которого расположен запас изделия, в этом случае, запас бумаги в рулоне 3. Рулон 3 соответственно является рулоном непрерывной неперфорированной бумаги, но также может содержать перфорированную бумагу в некоторых случаях. Также расположенным в корпусе 2 является механизм 4 транспортировки бумаги, предпочтительно, в виде модульной приводной кассеты со своим собственным кожухом 15, которая предпочтительно может выниматься в виде единого узла из корпуса 2, когда корпус открыт.
Фиг.1 показывает рулон 3 бумаги и механизм 4 транспортировки, который подает бумагу из рулона по направлению к выпускному отверстию (дополнительное описание смотрите ниже), в качестве простых блоков ради упрощения. Подобным образом, фиг.2 показывает рулон 3 бумаги и механизм 4 транспортировки в очень упрощенной форме, в силу чего, механизм транспортировки включает в себя приводной валик 5, сцепленный с опорным валиком 6, в силу чего, участок бумажного листа 7 показан расположенным между упомянутыми валиками 5, 6, с ведущей кромкой упомянутого бумажного листа 7, готовой для дозирования, в выпускном отверстии 8, сформированном в корпусе 2 на его нижней стороне.
Приводной валик 5 схематично показан присоединенным к приводному электродвигателю M, питаемому аккумуляторами B. Зубчатая передача, типично, в редукторе, может быть включена между приводным валом электродвигателя и приводным валиком 5. Подходящие аккумуляторы могут подавать общее напряжение в 6В, когда новые, и типично четыре аккумулятора в 1,5 В являются подходящими для этой цели. Примерными из подходящих типов являются аккумуляторы MN1300 Duracell, в силу чего, каждый аккумулятор имеет емкость в 13А·ч, и который может работать от целиком наполненного до полностью разряженного в диапазоне от 1,5В до 0,8В. Работа электродвигателя M заставляет приводной валик 5 вращаться и, в силу этого, протягивать бумажный лист 7 из рулона 3 бумаги посредством защемления бумаги в зоне контакта валиков 5 и 6. При приведении в действие, электродвигатель вращается, тем самым, извлекая бумажный лист из рулона 3, который также вращается, с тем, чтобы предоставить бумаге возможность перемещаться по направлению к выпускному отверстию 8. Другие разновидности приводных механизмов для извлечения бумаги из рулона также могут использоваться. Детали механизма транспортировки бумаги или другого механизма транспортировки изделий, однако, не важны для понимания изобретения. Такие устройства также хорошо известны в данной области техники сами по себе.
Также будет априори понятно, что приводной валик 5 и опорный валик 6 могут быть взаимозаменяемыми, из условия, чтобы опорный валик 6 был бы приводным валиком, который при функционировании присоединен к приводному электродвигателю (и, таким образом, приводной валик 5, изображенный на фиг.2, действует только в качестве опорного валика в соприкосновении с валиком 6, обычно, с бумагой или полотенцем в зоне контакта между ними).
Хотя принцип работы пояснен с использованием бумаги в виде непрерывно бумажного листа в рулоне, должно быть понятно, что дозатор может использоваться для дозирования других изделий из запаса изделий, например, такого, как непрерывный кусок бумаги в виде гармошки. Альтернативные изделия могут дозироваться устройством при надлежащем его переконструировании. Также возможно, что другие устройства дозирования могут увязываться с дозатором. Например, дозатор дополнительно может включать в себя освежитель воздуха, который приводится в действие, например, каждые 5 или 10 минут (или другое подходящее время), или один раз после определенного количества дозированных полотенец. Этот снабженный дополнительными признаками дозатор может управляться схемой управления дозатором (будет описана ниже) или отдельной схемой управления (не описанной в материалах настоящей заявки).
Электродвигатель M находится в состоянии покоя и без энергии, поданной на него, когда бумага совсем не должна дозироваться, и электродвигатель M вращается, когда бумага должна дозироваться через (то есть, подаваться через) выпускное отверстие 8. Работа электродвигателя M осуществляется управлением главным блоком управления MCU (например, смотрите фиг.6), присоединенным к сенсорной системе, содержащей датчики 9-13, из которых датчики 10 и 12 являются ИК-излучателями, а датчики 9, 11 и 13 являются ИК-приемниками. Такие ИК-излучатели и приемники хорошо известны в данной области техники и типично содержат диодные структуры в виде фотодиодов. Подходящие ИК-излучатели и приемники, например, изготовлены компанией Lite-ON Electronics Inc., под типовым номером LTE-3279K для ИК-излучателей и под типовым номером LTR-323DB для приемников. Другие типы ИК-излучателей и приемников также могут использоваться. В показанном варианте осуществления, ИК-излучатели 10, 12 и ИК-приемники 9, 11, 13 показаны распределенными приблизительно с равномерным интервалом непрерывно в поперечном направлении X-X корпуса, параллельном рулону 3 запаса изделий. Интервал, надлежащим образом, может быть интервалом между от 3 до 7 см, предпочтительно, между 4 и 5 см, а наиболее предпочтительно, около 5 см между следующими друг за другом излучателем и приемником, из условия, чтобы расстояние между сенсорами 9 и 10, 10 и 11, 11 и 12, 12 и 13 все были приблизительно равными.
К тому же, излучатели и приемники показаны (смотрите фиг.2) размещенными на самой задней стороне выпускного отверстия 8. Другие компоновки датчиков также возможны, например, когда все датчики размещены на передней облицовочной стороне выпуска в прямом ряду. Компоновка сенсоров, показанная последовательно в виде приемник/излучатель/приемник/излучатель/приемник с надлежащим интервалом, предоставляет возможность преимущественной формы зоны 14 обнаружения, которая до некоторой степени подобна языку по форме (смотрите фиг.1, 2 и 3B). Лежащая в основе форма языка может слегка изменяться в зависимости от мощности, подаваемой на излучатели, и также их степени выступания из поверхности их корпуса, и, к тому же, степени углубления ИК-приемников, и также согласно их интервалу.
При изучении этого описания следует, что имеющая форму языка зона обнаружения создается вследствие интервала между датчиками, до небольшой степени, согласно подаваемой мощности, и вследствие взаимных расположений углублений/выступаний ИК-излучателей и приемников, специалист будет способен легко изменять форму языка для удовлетворения уточненных потребностей дозатора при любой особой ситуации или размере дозатора, просто посредством обычного экспериментирования.
Дозатор 1, при обнаружении возможного пользователя (последовательность операций обнаружения дополнительно описывается ниже), без какого бы то ни было соприкосновения пользователя с дозатором или датчиками, в течение достаточного времени в первой зоне обнаружения, таким образом, инициирует дозатор определять, что пользователь присутствует в зоне дозирования и, соответственно, осуществлять дозирование изделия. Дозирование, в этом случае, выполняется в отношении переднего участка бумаги 7, являющейся автоматически высвобождаемой через выпускное отверстие 8 (проходящий в боковом направлении проем в нижней части корпуса). Это предоставляет пользователю возможность захватывать бумагу 7 и тянуть ее к режущей кромке, такой как режущая кромка 16, показанная на фиг.2, приближенная к выпускному отверстию 8, с тем, чтобы удалить оборванный/отрезанный кусок бумаги.
Первая зона 14 обнаружения, как показано на фиг.1, 2 и 3B, показана в качестве языкоподобной и наклонена по направлению вниз и вперед от выпускного отверстия под углом x°, предпочтительно, между от 20° до 30° относительно вертикальной оси Y, например, 27, 5°. Это достигается установкой ИК-излучателей и приемников под углом в диапазоне между 20° и 30° к вертикальной плоскости, которая проходит в сторону поперек дозатора. Угол, под которым наклонен каждый из излучателей и приемников, может изменяться вплоть до нескольких градусов, но обычно является равным для всех излучателей и приемников, с тем, чтобы создавать лучшую зону обнаружения. Сенсорная система, таким образом, способна обнаруживать в подавляющей большей части ее содержимого в пределах 10, при угле от 10° до 45° к вертикальной плоскости (то есть, обнаружение в зоне, до некоторой степени соответствующей зоне 14, показанной на фиг.2).
Детализация одной из предпочтительных компоновок излучателей и приемников по отношению к кожуху далее будет пояснена по фиг.3A. Излучатели и приемники в этом случае надлежащим образом могут быть излучателями и приемниками Lite-ON, описанными выше.
Нижняя часть дозатора содержит первую крышку 50, к которой прикреплена главная PCB для датчиков 9-13, которые являются излучателями и приемниками, как описано выше. К этой PCB прикреплен ряд держателей 52a и 52b, удерживающих каждый из датчиков. Держатели 52a приемников короче, чем держатели 52b излучателей, для того, чтобы предусмотреть средство для углубления приемников 9, 11, 13 относительно ровной плоской наружной крышки 53, которая в показанном случае снабжена углублениями переменной длины. Наружная крышка 53 может прикрепляться к излучателям и приемникам, например, фрикционной посадкой, в случае, если решено присоединять таковые в виде единого узла, хотя наружная крышка 53 также может крепиться к PCB или первой крышке 50 там, где требуется.
Как можно видеть на фиг.3A, каждое из углублений, в которых размещены излучатели и приемники, по существу, являются округлыми. Если предусмотрены, например, имеющие коническую форму углубления, степень выступания активной части излучателей и степень выступания активной части приемников (то есть, для случая, в котором приемники действительно выступают дальше нижней поверхности 54, как происходит в случае, показанном на фиг.3A, предпочтительнее, чем будучи полностью углубленными) могут требовать небольших адаптаций, чтобы добиться требуемой формы поля обнаружения. Относительное выступание излучателей и приемников может наблюдаться посредством сравнения положения короткой боковой штрихпунктирной линии на каждом датчике, каковая линия находится либо под, либо над (нижней) внешней поверхностью 54 наружной крышки 53. В случае излучателей 20, 12, которые выполнены с возможностью иметь активную излучающую часть выступающей наружу из внешней поверхности 54 на больший размер, чем приемники 9, 11 и 13, линия показана ниже внешней поверхности 54 (то есть, снаружи внешней поверхности 54), тогда как, в случае активной принимающей части приемников 9, 11, 13, линии находятся выше внешней поверхности 54, так как активная принимающая часть по меньшей мере частично углублена за внешнюю поверхность 54 (она также может быть полностью углублена, из условия, чтобы она совсем не имела ее части, выступающей наружу за поверхность 54).
1
2
3
4
1
2
3
4
В показанном случае, расстояние «A» верхушки излучателей 10, 12 от поверхности 54 составляет приблизительно 3 мм, а расстояние «B» верхушек каждого из приемников 9, 11, 13 от поверхности 54 составляет приблизительно 1 мм. Расстояния между соответственными датчиками 9-13 таковы, что x приблизительно равно каждому из расстояний x, x и x. С углубленными и выступающими размерами в 1 мм и 3 мм соответственно, расстояние приблизительно в 50 мм для каждого расстояния x, x, x и x было найдено как раз подходящим.
Величина углубления и выступания, при понимании принципов этого изобретения, могут определяться обычным экспериментным путем. Однако может использоваться углубление из условия, чтобы ИК-приемники выступали на расстояние B между -2 мм (то есть, полностью углублялись на 2 мм) и +1,5 мм, хотя небольшое положительное расстояние B между 0,2 мм и 1,5 мм является наиболее подходящим. Подобным образом, для ИК-излучателей может использоваться выступание расстояния A на от 2 до 4 мм.
Априорная конфигурация выступания приблизительно на 3 мм и 1 мм за поверхность 54, соответственно, для излучателей и приемников, создает очень благоприятную форму языка зоны обнаружения. Общая форма языка созданной зоны 14 обнаружения показана на фиг.3B (которая соответствует конфигурации по фиг.3A) штрихпунктирной линией 55 периметра, указывающей внешнюю границу зоны 14. Будет небольшое отклонение формы, а также суммарной протяженности имеющей форму языка зоны 14 от выпускного отверстия 8 в направлении Z (смотрите направление Z на фиг.2), из условия, чтобы она изменялась между приблизительно 25 см и приблизительно 50 см, на основании приложения изменяющейся мощности к излучателям, между 0,001 мА·с и 0,1 мА·с в установившемся режиме. Глубина показанной зоны 14 обнаружения согласно размеру C по фиг.2, однако, будет мало изменяться, даже в то время, как протяженность зоны 14 изменяется в направлении Z, при изменении мощности. Она остается относительно постоянной для компоновки датчиков в показанном примере, приблизительно на 8 см.
На фиг.3B, эллипсы 56, 57, 58, показанные под каждым из приемников 9, 11, 13, являются меньшими, чем эллипсы 59, 60, показанные под каждым из излучателей 10, 12. Эта разница в размере обусловлена, соответственно, углубленной и выступающей сущностью этих датчиков. Эллипсы, однако, являются всего лишь способом схематичного представления принципа основного поля обнаружения и приема, поскольку практическое испытание точной формы зоны обнаружения показывает, что она фактически соответствует области 14, ограниченной линией 55 периметра. Часть пользователя, проникающая в любую часть зоны 14, ограниченной периметром 55, таким образом, может обнаруживаться системой.
Фиг.3B также показывает, что образуется слепой (мертвый) интервал обнаружения, который тянется на расстояние приблизительно в 5 см (с некоторым разбросом, приблизительно в 0,5 см, соответственно, изменяясь между расстоянием 4,5 см и 5,5 см), под нижней поверхностью 54, каковая поверхность 54 может быть по существу на таком же вертикальном уровне, как выпускное отверстие 8. Поверхность 54, однако, может быть скомпонована таким образом, чтобы она находилась от 1 до 4 см выше выпускного отверстия, при этом, однако, по-прежнему предусматривая наружную поверхность дозатора из условия, чтобы ожидаемое поле обнаружения не блокировалось каким-нибудь способом частями корпуса дозатора.
Слепой промежуток, однако, может составлять расстояние предпочтительно между 4 и 6 см от нижней поверхности 54 в зависимости от относительного выступания излучателей и приемников, и их поперечного интервала.
Относительно большой размер слепого промежутка вызван, в значительной степени, углублением почти всей активной части приемников за поверхность 54 (то есть, вертикально выше поверхности 54 в положении использования).
Слепой промежуток также показан на фиг.1 и 2.
Углубление приемников 9, 11, 13 (то есть, их меньшее выступание наружу за поверхность 54 по сравнению с излучателями, или их полное углубление, полностью выше поверхности 54) имеет конкретное преимущество, поскольку оно по существу предотвращает испускаемые ИК-сигналы от освещения непосредственно на все части приемников, которые, в противном случае, могут ухудшать чувствительность приема системы.
Более того, оно снижает помехи отражения ИК-излучения с иных направлений, нежели зона 14 обнаружения.
Как будет более подробно пояснено ниже, когда часть тела возможного пользователя проникает в эту первую зону 14 обнаружения, сенсорная система обнаруживает присутствие пользователя и побуждает сенсорную систему осуществлять изменение с первой частоты сканирования на вторую частоту сканирования, которая выше, чем первая частота сканирования. Сенсорная система также заставляет электродвигатель M вращаться при расценивании пользователя (благодаря принимаемым сигналам) в качестве являющегося присутствующим в зоне дозирования.
Эта компоновка предоставляет возможность обеспечения поля надежного и точного приема ИК-излучения с формой, которая очень хорошо применима к ожидаемому позиционированию руки пользователя, когда руки пользователя приближаются к дозатору.
Несмотря на то что предпочтительная форма компоновки излучателей/приемников, как показано на фигурах, обладает определенными преимуществами, применение только одного излучателя и двух приемников или более чем двух излучателей и трех приемников, также могло бы использоваться. Однако предпочтительно, чтобы формировать требуемую зону обнаружения, должен быть еще один приемник, нежели излучатель, когда они скомпонованы последовательно, в виде приемник/излучатель/приемник и т.д. Два приемника (один на каждой боковой кромке) предпочтительно должны размещаться приближенными к наружным боковым кромкам сенсорной компоновки (и, таким образом, также, дозатора), чтобы предусмотреть прием ИК-излучения по ширине самой широкой части сенсорной компоновки в дозаторе, и, таким образом, делают дозатор более дружественным пользователю посредством создания требуемой зоны обнаружения.
В альтернативном варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.9, дополнительный датчик 19, вынесенный из корпуса 2 дозатора и при работе присоединенный беспроводным или проводным соединением 20 к сенсорной системе (схематично показанной под 22) и ее системе управления в корпусе дозатора, может использоваться для формирования первой зоны 18 обнаружения, которая дальше от дозатора, чем зона 17 обнаружения (зона 17 обнаружения в этом случае подобна по форме первой зоне 14 обнаружения на фиг.1 и 2). В качестве альтернативы или дополнительно, добавочный датчик может быть размещен на передней части, например, передней поверхности, корпуса дозатора и быть обращенным по ходу движения от любой стены или тому подобного, на которой смонтирован дозатор, чтобы обеспечить возможность большей дальности обнаружения спереди дозатора, такой как датчик 21, показанный схематично, который также присоединен к сенсорной системе 22. Датчик 19 и/или 21, например, может быть выполнен с возможностью обнаруживать присутствие возможных пользователей вплоть до расстояния, большего, чем первая зона обнаружения, например, расстояния в более чем 50 см, предпочтительно, более чем 100 см, более предпочтительно, более чем 200 см, а еще более предпочтительно, более чем 300 см, или даже дальше от корпуса 2 дозатора.
Излучатели 10, 12 сенсорной системы скомпонованы с помощью подходящей схемы управления, которая может управлять схемой, как по сути известно в данной области техники, чтобы испускать импульсное ИК-излучение в узкой полосе частот, например, приблизительно 15 кГц ±0,5%. Однако могла бы быть выбрана другая частота ИК-излучения. Приемники 9, 11, 13 выполнены с возможностью обнаруживать испускаемое ИК-излучение, которое отражается от объектов (неподвижных или движущихся) обратно на приемники. Для того чтобы обнаруживать ИК-излучение, которое берет начало главным образом и почти полностью от испускаемого ИК-излучения (даже вплоть до условий очень яркого освещения в 10000 люкс или более), предпочтительнее, чем от всех источников и частот ИК-излучения, обусловленных фоновыми воздействиями, ИК-приемники необходимо настраивать на частоту излучателей. Таким образом, ИК-приемники снабжены схемой детектирования, которая подавляет ИК-излучение вне ожидаемого частотного диапазона отраженных волн и усиливает ИК-излучение на уровне диапазона 15 кГц. В этом отношении, несмотря на то, что диапазон детектирования (обнаружение) частот как выше, так и ниже диапазона полосы испускаемых частот между с 2 до 10 кГц, может действовать в большинстве ситуаций, может быть более предпочтительным использовать частотный диапазон (полосу частот), которая лежит около 3 кГц или выше, а также ниже центральной частоты испускаемого ИК-излучения. Таким образом, приемники настраиваются (или, другими словами, «синхронизируются») по испускаемому ИК-излучению на центральной частоте в 15 кГц, обеспечивая возможность обнаруживать ИК-излучение в диапазоне от 12 до 18 кГц (например, посредством использования проходного полосового фильтра, настроенного на с 12 до 18 кГц). Частоты вне такой полосы, таким образом, подавляются в большой степени, тогда как частоты в пределах полосы от 12 до 18 кГц усиливаются, с максимальным усилением, находящимся на центральной частоте приблизительно в 15 кГц, например, вплоть до приблизительно 53 дБ.
Посредством работы с модулированной частотой в излучателях и приемниках, воздействия, например, яркого солнечного света, которые в противном случае могут вызывать насыщенность принятого ИК-сигнала в сравнении с любым отраженным сигналом, по существу устраняются с предоставлением возможности устройству работать в условиях освещения фоновой подсветки вплоть до приблизительно 10000 люкс.
Фиг.4 показывает последовательность отдельных циклов сканирования (то есть, испускание импульсного ИК-излучения) на первой частоте сканирования, имеющей временной интервал между отдельными циклами сканирования t1, второй частоте сканирования, имеющей временной интервал между отдельными циклами сканирования t2, который короче чем t1 (то есть, большей частоте сканирования, чем t1), и третьей частоте сканирования, имеющей временной интервал между отдельными циклами сканирования t3, где t3 больше чем t1 и t2. Временной интервал между отдельными циклами сканирования измеряется в качестве времени между началом одного одиночного цикла сканирования до момента времени запуска следующего отдельного цикла сканирования. Каждый из отдельных циклов сканирования здесь показан в качестве имеющего одну и ту же интенсивность импульса (то есть, никакая регулировка не производится между отдельными циклами сканирования для учета предыдущих принятых отраженных сканирований, которая может иметь результатом разную излучательную мощность, подаваемую на ИК-излучатели). Показано дополнительное время t4, которое является предварительно определенным временным интервалом или предварительно определенным количеством импульсов, отделенных временным интервалом t1 (первая частота сканирования), которое истекает до того, как система изменит частоту сканирования до третьей, самой медленной частоты сканирования с временным интервалом t3. Длительность импульса каждого отдельного импульса обычно постоянна.
Временной интервал (время) t1 установлен на постоянном уровне, чтобы находиться между от 0,15 до 1,0 секунды, предпочтительно, от 0,15 до 0,4 секунды, то есть, из условия, чтобы отдельный импульс сканирования отделялся равным временем t1. Время t1, однако, может изменяться, а точно подходящая частота для оптимизации устройства ради сбережения мощности аккумулятора и время реакции до дозирования были найдены находящимся около t1=0,17 секунд. Вторая частота сканирования является всегда более быстрой, чем первая частота сканирования, а t2 установлено, чтобы предпочтительно находиться между от 0,05 до 0,2 секунд, предпочтительно, между от 0,08 и 0,12 секунд, между циклами сканирования. Время t2, однако, может изменяться, чтобы быть другим подходящим значением, но предпочтительно находится между от 30% до 70% t1. Время t3 может быть установлено, примерно, между 0,3 и 0,6 секундами, хотя, также возможно более длительное время t3, такое как 1 секунда или даже продолжительнее. Однако, для запуска времени работы излучательной схемы (в частности, посредством использования запускающей RC-цепи, использующей постоянную времени RC, чтобы вызывать разряд тока, по отношению к микропроцессору для инициирования операции синхронизации), является наиболее подходящим, если t3 установлено, чтобы удваивать продолжительность t1. Таким образом, t3 может быть установлено в 0,34 секунды, когда t1 составляет 0,17 секунд. Начальный момент t1 может быть обеспечен изменяемым, например, посредством переменного резистора, управляемого снаружи устройства, хотя типично, это может быть заводской настройкой, с тем, чтобы избежать несанкционированного изменения времени t1, каковое является неподходящим в определенных ситуациях.
Время t4 типично может выбираться, чтобы быть порядка между от 30 секунд до 10 минут, а также может настраиваться переменным образом в устройстве в зависимости от типа использования и окружающей среды, которая обычно находится в месте, где должно располагаться устройство. Однако, подходящее значение для оптимизированной работы было найдено являющимся приблизительно 300 секундами, хотя это значение также может быть большим там, где требуется сберегать дополнительную энергию.
Хотя не показано, будет очевидно, что дополнительные временные периоды также могут устанавливаться в устройстве с промежуточными временными периодами (то есть, промежуточными между значениями T1 и значениями T2, или промежуточными между t2 и t3, и т.д.) или даже большими временными периодами, в зависимости от рабочих условий, хотя было показано использование трех разных частот сканирования, чтобы учесть большинство ситуаций с хорошими эксплуатационными показателями, исходя из времени реакции и сбережения энергии. Например, дополнительный временной период, более продолжительный чем t4, например, 30 минут, проходящий во время действия циклов сканирования с интервалом t3, мог бы использоваться для изменения временного периода между циклами сканирования, чтобы был более длительным чем t3 (например, 10 секунд между отдельными циклами сканирования). Такая ситуация может быть полезной, когда дозатор не может использоваться жестко в ночное время, что станет понятно из последующего описания работы.
Как может быть видно на фиг.4, после четырех циклов S1-S4 сканирования с временным интервалом t1, частота сканирования изменяется до второй более быстрой частоты сканирования с интервалом t2 и остается на второй частоте сканирования в течение двух дальнейших циклов сканирования S5 и S6. Причина для этого изменения будет пояснена ниже со ссылкой на фиг.5.
Фиг.5 показывает пример возможного уровня принятого сигнала (принимаемой интенсивности сигнала), т.е. принятых сигналов R1-R7, вызванных в ответ на испускание импульсов S1-S7 сканирования.
Приближенный уровень фонового ИК-излучения представлен в качестве принимаемого уровня сигнала Q0. Этот уровень Q0, конечно, может изменяться, и, как дополнительно показано ниже, это, однако, может быть учтено. Для простоты пояснения, однако, в последующем примере допущено, что Q0 остается по существу постоянным.
Когда инициируется S1 и нет объекта, который не учтен в последнем фоновом значении принятого сигнала, фоновый уровень, принятый в R1, будет приблизительно на уровне Q0. Подобным образом, в следующем цикле S2 сканирования, уровень принимаемого ИК-излучения также близок к Q0 и, в силу этого, не вызывает изменения первой частоты сканирования. В цикле S3 сканирования, уровень R3 принятого сигнала, однако, находится выше фонового уровня, но всего лишь в самой минимальной степени (например, менее чем на предварительно определенное значение, например, менее чем на 10%, выше уровня фонового ИК-излучения) и, в силу этого, сохраняется первая частота сканирования. Такие небольшие изменения (ниже предварительно определенного уровня) выше или ниже Q0 могут происходить вследствие временных изменений уровней влажности или лиц, перемещающихся на большем расстоянии от дозатора, либо паразитного ИК-излучения, обусловленного изменениями условий солнечного света или температурных условий вокруг дозатора.
В цикле S4 сканирования, уровень принятого сигнала достиг или превысил предварительно определенное значение, например, на 10% выше фонового ИК-излучения, и сенсорная система, и ее устройство управления, таким образом, предполагают, что вероятный пользователь (например, руки или все тело пользователя) перемещаются ближе к дозатору, для того, чтобы извлечь изделие, такое как бумажное полотенце. Для того чтобы быть способным быстрее реагировать, когда предполагается, что пользователь желает, чтобы осуществлялся отпуск (дозировка) полотенца (то есть, когда уровень принятого сигнала достиг или превысил предварительно определенное значение, например, на 10% выше фонового ИК-излучения), частота сканирования соответственно возрастает до второй частоты сканирования и, таким образом, выдает следующий импульс сканирования с более коротким временем t2 после предыдущего импульса.
Если уровень R5 сигнала, принятый в следующем цикле S5 сканирования, также удовлетворяет критериям существования при или более чем предварительно определенное значение выше фонового ИК-излучения (например, при или более чем 10% выше фонового ИК-излучения, в соответствии с критериями, используемыми для предыдущих циклов сканирования) сенсорная система регистрирует посредством счетчика (например, в памяти или другом виде регистра) одиночное детектирование выше предварительно определенного уровня, а затем, выдает дополнительный цикл S6 сканирования с интервалом t2, чтобы проверить, находится ли принятое ИК-излучение по-прежнему на или выше уровня, на 10% большего, чем Q0 фонового ИК-излучения. Как показано на фиг.5, это имеет место для цикла S6 сканирования, и устройство управления сенсорной системы (содержащее как программное обеспечение, так и микропроцессор, в предпочтительной форме) затем немедленно выдает выходной сигнал на электродвигатель M, чтобы начать вращение электродвигателя для того, чтобы осуществить дозирование изделия (например, порции бумаги 7 из рулона 3). В этом случае, то есть когда два следующих друг за другом цикла сканирования находятся выше предварительно определенного уровня, система соответственно определила, что возможный пользователь находится в зоне, требуя, чтобы дозировался продукт, и, таким образом, определяет, что пользователь находится в зоне «дозирования».
В случае, где только один набор датчиков используется для обнаружения присутствия пользователя в первой зоне обнаружения (например, вариант осуществления по фиг.1 и 2), зона обнаружения и зона дозирования будут одной и той же физической зоной, но он является всего лишь сенсорной системой управления, которая логически определяет, что пользователь проник в зону дозирования.
Однако, в варианте осуществления по фиг.3, где используется дополнительный датчик 3 и/или 21, уровень R4 сигнала будет опознаваться в зоне 18 и, таким образом, будет инициировать изменение первой частоты сканирования до второй частоты сканирования уже до того, как пользователь проник в зону 17, которая, в случае по фиг.9, была бы зоной дозирования, которая отлична от первой зоны 18 обнаружения. Зоны 17 и 18, конечно, могли бы перекрываться в меньшей или большей степени, но зона 18 в таком случае всегда имеет по меньшей мере ее часть, которая скомпонована, чтобы проходить дальше от дозатора, чем зона 17. В таком случае, однако, для второй частоты сканирования уместно поддерживать временной интервал, подходящий для того, чтобы пользователь физически проник в зону 17 (например, временной интервал для перемещения к раковине, мытья рук, а затем, использования полотенца). Такое подходящее время, например, может устанавливаться между 1 и 10 минутами, в течение указанного времени поддерживается вторая частота сканирования, в ожидании приема отраженных ИК-сигналов R, которые удовлетворяют критериям, по которым должно дозироваться изделие.
В дополнительной ситуации, не показана, где уровень при R5 ниже предварительно определенного уровня (например, на 10% выше фонового ИК-излучения), система может быть запрограммирована выдавать дополнительный цикл сканирования и снова проверять, находится ли уровень принятого сигнала на или выше предварительно определенного уровня, с тем, чтобы указывать, что пользователь присутствует и желает получить полотенце. Таким образом, предпочтительнее, чем неизменное требование двух следующих друг за другом циклов сканирования для выработки двух принятых сигналов, имеющих интенсивность принятого сигнала выше предварительно определенного уровня, было найдено предпочтительным предоставлять любым двум или трем следующим друг за другом циклам сканирования возможность быть выше предварительно определенного уровня. Конечно, также существуют дополнительные возможности, в силу которых, количеством циклов сканирования для предоставления возможности дозирования полотенца были бы любые два из четырех следующих друг за другом циклов сканирования, или любые три из четырех следующих друг за другом циклов сканирования, или дополнительные комбинации. Однако, при t1, установленном в 0,17 секунд, а t2 - в 0,1 секунды, было найдено подходящим предоставлять любым двум из трех следующих друг за другом циклов сканирования возможность запускать дозирование изделия так, как это дает очень надежные результаты.
В случае, показанном на фиг.4, после того, как полотенце или другое изделие было дозировано (высвобождено), система изменяет частоту сканирования обратно до первой частоты сканирования с тем, чтобы сберегать энергию и, таким образом, цикл S7 сканирования испускается при времени t1 после цикла S6 сканирования. Понятно, что это своевременно сберегает энергию. Однако вторая частота сканирования может сохраняться дольше, если требуется (ситуация не изображена на фиг.4) так, что когда пользователь снова желает получить второе или дополнительное изделие (например, дополнительное полотенце), снова перемещая свои руки к выпускному отверстию дозатора, снова быстро происходит дозирование.
В случае, показанном на фиг.5, показан случай, соответствующий фиг.4, где пользователь, например, оторвал кусок бумаги, который был дозирован из дозатора, и, таким образом, уровень ИК-излучения, принятый на R7, ниже предварительно определенного уровня (например, уровня на 10% или в большей степени выше Q0).
Предварительно определенный уровень выше фонового уровня, при котором устройство управления сенсорной системы вызывает высвобождение изделия, был описан выше в качестве существующего на 10% выше фонового для двух из трех следующих друг за другом циклов сканирования. Однако практические испытания показали, что более подходящий уровень находится при или свыше 12% большем, чем фоновое ИК-излучение, и даже более предпочтительно, при или свыше 15% большем, чем фоновое ИК-излучение. Это, предназначено, например, для учета изменяющихся условий освещения, которые могут возникать, когда пользователь находится вплотную к дозатору, но фактически не желает его использовать.
Однако, при испытании, также было обнаружено, что повышение отраженного ИК-излучения, которое принимается, предоставляет возможность использовать совершенно разные пороговые значения в тех случаях, когда требуется. Таким образом, сенсорные схемы, например, могут настраиваться из условия, чтобы предварительно определенный уровень выше фонового уровня составлял вплоть до 90% или более, даже вплоть до 95% или более выше фонового ИК-излучения, перед тем, как происходит дозирование. Это, например, предоставляет возможность гораздо лучшего различения отражения от рук пользователя по сравнению с любым нежелательным принимаемым ИК-излучением при ширине полосы частотного спектра импульса от 12 до 18 кГц (например, в случае условий очень яркого освещения). В то же время, близость, при которой возникает такой высокий уровень, обычно является меньшей, чем, когда используется предварительно определенный уровень, до тех пор, пока слегка не повышен ток в излучателях.
В некоторых редких случаях, пользователи могут перемещать свои руки очень быстро к дозатору и могут раздражаться вынужденным ожиданием в течение некоторого времени, большего, чем точно необходимо, чтобы первая частота сканирования изменялась на вторую частоту сканирования, и ожидать дополнительные 0,2 секунды (при использовании t2=0,1, даже если это незначительное время). Дополнительный блок управления ручной коррекцией, таким образом, может быть включен в состав, в котором любой одиночный принятый сигнал сканирования при или выше на 30% (или более высокую величину, такую как выше 95%, в случае, описанном в предыдущем параграфе) по сравнению с фоновым уровнем может использоваться для вызова немедленного дозирования изделия, без необходимости инициирования следующих друг за другом циклов сканирования при или выше предварительно определенного уровня, даже при режиме первой частоты сканирования, что также может осуществляться в режиме второй частоты сканирования.
После периода бездействия в течение длительного временного периода t4, во время которого сканирование осуществлялось на первой частоте, сенсорной системе может быть предоставлена возможность допускать, что нет возможных пользователей поблизости дозатора. В таком случае, даже время t1 может считаться слишком коротким, чтобы предоставлять возможность оптимального сбережения энергии, и таким образом, система может изменять частоту сканирования до третьей частоты сканирования (более низкой, чем первая частота сканирования), во время которой импульс сканирования выдается только однажды после истечения времени t3. Однако, в таком случае, когда принимается ИК-сигнал, который находится на или выше предварительно определенного уровня (например, на 15% или больше выше фонового уровня), тогда система должна изменять частоту сканирования непосредственно до второй более высокой частоты сканирования, в отличие от сначала настроенной исходной первой частоты сканирования. Однако, в таком случае, требуется осуществлять по меньшей мере два цикла сканирования, но предпочтительно, большее количество циклов сканирования, для вызова дозирования изделия. Например, когда уборная, где размещен дозатор, погружается в темноту, а затем, позже, в некоторый момент времени включаются лампы, принимаемые уровни ИК-излучения могут приниматься во внимание для определения присутствия пользователя. Чтобы избежать дозирования изделия в таком случае, может быть уместным настроить систему на временной интервал для учета уровней фонового ИК-излучения до предоставления возможности осуществлять дозирование.
В показателях фонового уровня ИК-излучения, как упомянуто выше, таковой будет изменяться со временем. Подобным образом, присутствию неподвижных объектов (например, мыльниц, других контейнеров или других неподвижных объектов) в пределах области дозатора, следует учитывать в качестве фонового ИК-излучения. Для того, чтобы сделать это, было найдено возможным получать скользящее среднее значение самых последних по времени зарегистрированных принятых ИК-сигналов R, с тем, чтобы изменять уровень Q0 на непрерывной основе.
Например, четыре (либо больше или меньше чем четыре) самых последних по времени принятых значений ИК-сигнала могут использоваться для формирования среднего значения уровня фонового сигнала, например, посредством деления суммы четырех самых последних принятых уровней сигнала на четыре. По мере того, как принимается каждое новое значение ИК-излучения, самое старое значение из четырех значений удаляется из расчета (например, удалением его из регистра или накопителя самых последних значений в схеме управления) и расчетом нового среднего значения на основании самых последних значений. Расчет скользящего среднего значения и средство, требуемое для этого, в обоих, аппаратных средствах и/или программном обеспечении, для самого последнего по времени зарегистрированного набора значений, очень хорошо известны в данной области техники (электроники) и, таким образом, здесь считаются не требующими дальнейшего пояснения.
Посредством использования такого скользящего среднего уровня фонового ИК-излучения, получено дополнительное преимущество, что когда пользователь, который только что извлек полотенце или другое изделие, удерживает его/ее руки у выпускного отверстия дозирования, уровень принимаемого ИК-излучения будет оставаться высоким. Однако, для недопущения пользователя, вызывающего таким образом высвобождение большого количества изделия, например, материала бумажных полотенец, руки пользователя будут рассматриваться в качестве являющихся фоновым ИК-излучением, когда они относительно неподвижны, и, таким образом, дозирование не будет происходить. Для дозирования дополнительного изделия (например, бумаги), пользователь, поэтому, должен удалять его/ее руки от датчиков и дозатора, чтобы предоставить возможность считывания «истинного» фонового ИК-излучения (то есть, фонового ИК-излучения без рук пользователя, присутствующих слишком близко к устройству). Только при возобновленном движении рук пользователя по направлению к датчикам дозатора, может вызываться вновь дозирование изделия.
Кроме того, еще дополнительное средство, посредством которого может предотвращаться неправильное использование дозатора при излишнем повторном извлечении полотенец, состоит в организации, в дополнение к, или даже в качестве альтернативы вышеприведенному скользящему среднему значению регулируемого минимального временного периода истечения между дозированием полотенец (например, времени между 2 и 10 секундами). Однако этот признак обычно не требуется, поскольку в большинстве случаев временной интервал истечения присущ для системы на определение присутствия пользователя в зоне дозирования и на включение электродвигателя для дозирования полотенца и будет достаточным для предотвращения такого неправильного использования.
Также будет приниматься во внимание, что по мере того, как аккумуляторы дозатора разряжаются со временем, мощность, подаваемая на датчики, также может подвергаться влиянию, каковое может служить причиной менее эффективной работы. Чтобы предотвратить возникновение этого и, таким образом, гарантировать, что постоянное напряжение имеется в распоряжении для подачи на датчики (до времени, близкого к полному разряду аккумуляторов), может применяться постоянная нагрузка по току. Такие постоянные нагрузки по току для обеспечения стабильности напряжения хорошо известны в данной области техники (электроники), и, таким образом, здесь считаются не требующими дополнительного описания, хотя, может быть понятно, что их использование в сенсорной схеме для такого дозатора, как описанный в материалах настоящей заявки, является особенно полезным. Количество добавочной энергии, требуемой для управления постоянной нагрузки по току, является незначительным, и, соответственно, использование такого устройства едва заметно в пригодном для эксплуатации времени действия аккумулятора.
Мощность, подаваемая на излучатели, дополнительно может изменяться посредством автоматического управления, соответственно, между величиной с 0,001 мА·с до 0,1 мА·с (с использованием аккумуляторной сборки в 6В), для того, чтобы учитывать принимаемую интенсивность отраженного сигнала из предыдущих циклов сканирования и чтобы регулировать уровень испускаемого ИК-излучения до более подходящего уровня. Это может достигаться изменением тока в излучателях, например, между 1 мА и 100 мА (то есть, возможностью 100-кратного изменения). Это может делаться посредством использования модуля 106 (будет описан позже) ШИМ (широтно-импульсного модулятора, PWM), в силу чего, прямоугольный ШИМ-сигнал преобразуется в напряжение постоянного тока (DC), имеющее выходную мощность, пропорциональную коэффициенту заполнения ШИМ, и в силу чего, MCU изменяет коэффициент заполнения ШИМ, чтобы регулировать напряжение постоянного тока в схемах излучателей и, соответственно, мощность испускаемого ИК-сигнала, на основании входных данных об интенсивности сигнала, принятых датчиками и отправленных в MCU. Например, если интенсивность отраженного сигнала очень низка в последних нескольких циклах сканирования (например, пяти циклах сканирования), когда происходило дозирование, это может быть, так как типичная яркость рук пользователя низка, а уровни фонового освещения относительно высоки. Это может вызывать ситуации, при которых уровни принятого сигнала могут быть только едва выше предварительно определенного уровня по сравнению с фоновым ИК-излучением, пока руки пользователя не расположены очень близко к датчикам, что может приводить к затруднению при детектировании в некоторых условиях. В таком случае, может быть надлежащим увеличивать мощность, подаваемую на ИК-излучатели, с тем, чтобы принимать легче воспринимаемое изменение сигнала. Подобным образом, если типичная яркость рук пользователя высока, а уровни фонового ИК-излучения низки, может быть надлежащим понижать мощность, подаваемую на ИК-излучатели, в то время как принимается легко воспринимаемое изменение уровня сигнала (то есть, уровень отраженного ИК-излучения во время дозирования по сравнению с уровнем фонового ИК-излучения). Этим способом, мощность, подаваемая на излучатели, кроме того, еще дополнительно оптимизируется, чтобы учитывать такие условия наряду с обеспечением надежного и быстрого опознавания и дозирования. Таким образом, кроме условий очень высокого освещения, только очень низкая мощность может использоваться в отношении датчиков. Таким образом, также будет понятно, что дозатор может быть оптимизирован из условия, чтобы первая зона обнаружения, в которой присутствие возможного пользователя вызывает изменение с первой до второй частоты сканирования, выбиралась находящейся между приблизительно 20 и 60 см, предпочтительно, между 25 см и 50 см от выпускного отверстия. Будет очевидно, что дополнительные повышения мощности в отношении излучателей будут повышать дальность обнаружения, но энергопотребление будет возрастать в гораздо большей степени, и ложные обнаружения также могут происходить чаще. Дальность вплоть до 50 см от дозатора для предоставления возможности обнаружения пользователя является предпочтительным максимумом.
Альтернативный, возможно, более простой способ, который может использоваться для изменения тока ИК-излучателя, предпочтительнее, чем посредством сравнения (как выше) значений уровней отражения с общим фоновым, состоит в том, чтобы устанавливать так называемое «стандартное значение» или «пороговое значение» в схеме управления, которое является значением ожидаемой интенсивности детектируемого сигнала, принимаемой в нормальных рабочих условиях. Подаваемый ток может составлять, например, 5 мА. Если это стандартное значение названо A1, то во время работы схема управления (ее MCU) может рассчитывать уровень ИК-излучения, A2, по предварительно определенному количеству самых последних по времени принятых значений ИК-излучения (то есть, скользящему среднему значению самых последних значений). Если A2>A1 (то есть, уровень A2 сигнала скользящего среднего значения детектированного отражения выше сохраненного уровня A1 стандартного сигнала), ток, подаваемый на излучатель, может снижаться, предпочтительно по шагам приращения. Подобным образом, в случае, если A2>A1, то ток, подаваемый в излучатели, может повышаться, предпочтительно с определенным шагом приращения.
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления изобретения, дозатор может быть выполнен с возможностью иметь в распоряжении два режима работы, один, являющийся режимом опознавания, описанный ранее, в силу которого является действующим активное восприятие ИК-излучения, другой, являющийся режимом «вывешивания» полотенца, например, в силу которого, каждый раз, когда бумажное полотенце дозируется и, к тому же, снимается (например, обрывается), новое бумажное полотенце высвобождается из дозатора. Для этой цели, например, режущая кромка 16, как показано на фиг.2, могла бы устанавливаться из условия, чтобы применение нажима на режущую кромку (часто указываемую ссылкой как режущий механизм) заставляет приводиться в действие переключатель для запуска электродвигателя M, чтобы выдавать новый кусок полотенца, готового быть оторванным. Устройство также может включать в себя ручной переключатель, так что этот режим «вывешивания» полотенца может вручную устанавливаться пользователем или автоматически устанавливаться таймером, например, с известными временными периодами, когда дозатор нормально будет в постоянном использовании, а использование активной сенсорной ИК-системы является временно излишним.
Режим «вывешивания» полотенца, например, также может быть пригодным в условиях чрезмерно высокого фонового ИК-излучения, когда сенсорная система полностью насыщена и, таким образом, не может детектировать отличие в повышенном уровне ИК-излучения от пользователя по сравнению с фоновыми уровнями, или в моменты времени, близкие к полному разряду аккумулятора, когда энергопотребление активной сенсорной ИК-системы является неподобающе высоким для оставшейся энергии. Автоматическое переключение в этот режим и отключение активного опознавания ИК-излучения в моменты времени очень высокого фонового ИК-излучения (например, при или выше 10000 люкс) и полного разряда аккумуляторов, таким образом, может иметь преимущества.
Фиг.6 показывает структурную схему базовой системы по одному из вариантов осуществления дозатора согласно изобретению, в которой часть, показанная пунктирной линией, включает в себя основные компоненты для модуляции ИК-сигнала, испускания ИК-излучения и приема ИК-излучения, используемых для передачи сигнала опознавания в блок (аналого/цифровой) A/D-модуляции главного блока управления (MCU), которое содержит микропроцессор.
Прямоугольник 101 и 102 обозначает ИК-излучатель(и) и приемник(и), соответственно, в целом соответствующие ранее описанным излучателям 10, 12 и приемникам 9, 11, 13. Эти ИК-излучатели и приемники предпочтительно являются фотодиодами. Рука пользователя, показанная за пределами пунктирных линий, указывает, что ИК-излучение, испускаемое излучателем(ями) 101, отражается рукой обратно в приемник(и) 102. Узел 103 является фотоэлектрическим преобразователем для преобразования принятого ИК-сигнала перед тем, как он пропускается в узел 104 фильтрации и усиления, где схемы проходного полосового фильтра и усиления действуют для усиления принятого сигнала около центральной частоты в ограниченной ширине полосы и, тем самым, для соразмерного подавления других частот ИК-излучения. Сигнал, затем, пропускается в узел 105 выпрямления сигнала, поскольку ИК-сигнал является сигналом переменного тока. Из узла 105 сигнал проходит в A/D-модуль MCU.
Выход модуля 106 ШИМ управляется MCU из условия, чтобы сигнал прямоугольной формы из ШИМ мог иметь свой коэффициент заполнения изменяемым посредством MCU для регулирования напряжения постоянного тока в схемах излучателей и, таким образом, мощности испускаемого ИК-сигнала. ШИМ 106 присоединен к D/A-преобразователю 107 и к узлу 109 схемы возбуждения ИК-излучателя, который включает в себя постоянную нагрузку по току, упомянутую ранее. В ту же самую схему возбуждения ИК-излучателей также подается сигнал из модуля 108 фазочастотного детектирования, который выдает импульсный модулированный сигнал 15 кГц (0,5%) (или другую частоту модулированного сигнала, которая считается уместной), с тем, чтобы возбуждать излучатели 101 через схему 109 возбуждения излучателей для испускания модулированных ИК-сигналов в течение коротких интервалов (например, каждый сигнал испускается в течение приблизительно 1 мс). В этом отношении должно быть отмечено, что перед тем, как испускается модулированный сигнал, MCU, прежде всего, уже должен ввести в работу узел 104 схемы фильтра и усиления для принятого сигнала на короткий период, например, 2,5 мс, до испускания модулированного импульса, с тем, чтобы предоставить схеме приемника возможность осуществлять стабилизацию, для того, чтобы надежно детектировать отраженное ИК-излучение из испускаемого ИК-сигнала. Поскольку узел 104 уже в работе, когда испускается ИК-импульс сканирования, и поскольку фильтры и узел усиления центрированы по центральной частоте испускаемого импульса, нет необходимости синхронизировать временную привязку испускаемого импульса и принимаемого импульса до какой бы то ни было дополнительной степени.
Сигнал из узла 109 загружается в узел 110 управления включением/выключением ИК-излучателя. Модуль 118 ввода/вывода MCU также подает сигнал в узел 110, для осуществления включения и выключения, по необходимости, чтобы тем самым выполнять цикл сканирования ИК-излучения посредством излучателя 101.
Для того чтобы приводить в действие микропроцессор (то есть, переводить его в активное состояние для выполнения цикла сканирования с определенной частотой), RC-цепь 115 запуска подает сигнал на MCU, в узел 114 обнаружения перевода в активное состояние. Узел 117 является узлом обнаружения внешнего прерывания.
Из модуля 118 ввода/вывода есть передача в узел 119, который может рассматриваться в качестве схемы управления электродвигателем, которая приводит в действие электродвигатель M, когда сенсорная система (которая предпочтительно включает в себя MCU и программное обеспечение) обнаружила, что изделие должно дозироваться вследствие определения присутствия пользователя в зоне дозирования.
Дополнительными периферийными узлами 111, 112, соответственно, являются узел схемы опознавания бумаги и схема детектирования малой мощности (то есть, для детектирования аккумуляторов, близких к полной разрядке). Узел 116 указывает мощность аккумулятора, которая используется для приведения в действие MCU, а также всех других внешних устройств и электродвигателя. Узел 120 может быть схемой перегрузки электродвигателя, которая перекрывает питание на электродвигатель, например, когда бумага застревает в дозаторе, или когда в дозаторе нет бумаги. Узел 121 является узлом контроля длины бумаги, который действует, таким образом, чтобы постоянная длина бумаги (которая, сама по себе, является настраиваемой переменным образом посредством ручной операции, например, с переменным резистором или тому подобным), каждый раз имела место, когда электродвигатель включается для дозирования некоторой длины бумажного листа 7 через выпускное отверстие 8. Этот узел 121 также может включать в себя модуль компенсации малой мощности, посредством которого электродвигатель при малой мощности делается вращающимся в течение более длительного периода времени, для того, чтобы дозировать идентичную длину бумажного листа, хотя узел может быть просто системой импульсного управления положением, посредством которой вращение электродвигателя отсчитывается по последовательности импульсов и вращение останавливается, только когда достигнуто точное количество импульсов. Такая система импульсного управления положением, например, могла бы включать в себя жестко расположенный фотопрерыватель, который может детектировать щели в соответствующем разрезном узле, прикрепленном к приводному валу электродвигателя (или, в качестве альтернативы, на приводном валике 5, при работе присоединенном к приводному электродвигателю). Узел 122 может быть схемой обнаружения недостаточной длины бумаги, а узел 123 может быть узлом, используемым для указания, открыт или закрыт корпус. Это, например, может использоваться для обеспечения автоматической подачи первой порции бумаги из рулона бумаги через выпускное отверстие, когда корпус закрыт, например, после повторного заполнения новым рулоном бумаги, так, что лицо, повторно заполняющее дозатор, уверено, что устройство является дозирующим надлежащим образом после того, как было закрыто.
Хотя здесь не показано, последовательность ламп предупреждения или индикации состояния может быть ассоциативно связана, например, с различными узлами, такими как узлы 111, 112, со 120 по 123, чтобы указывать конкретные условия потенциальному пользователю, либо обслуживающему дозатор лицу или ремонтному рабочему (например, если произошел сбой электродвигателя дозатора или дозатор нуждается в повторном заполнении бумагой, или тому подобное).
Фиг.7 показывает один из вариантов осуществления RC-цепи управления, которая может использоваться для предоставления синхронизированного переключения в активное состояние микропроцессора в MCU. Принцип такой схемы широко известен и, в настоящем случае, подходящим значением для резистора Re является 820 кОм, а для конденсатора - 0,33 микрофарад. Хотя не показано конкретно на фиг.6, RC-цепь перевода (переключения) в активное состояние использует узел 118 ввода/вывода MCU для обеспечения функции синхронизированного перевода в активное состояние микропроцессора, так, что цикл сканирования происходит в предписанный временной интервал (например, t1, t2 или t3). Когда имеет место падение с высокого до низкого напряжения на входе/выходе, в результате RC-цепи, MCU будет «переходить в активное состояние» и выполнять цикл сканирования. Этот переход в активное состояние, ведущий к выполнению цикла сканирования, также требует программной поддержки. Подобным образом, продолжительность времени t1 и/или t2, и/или t3 может выполняться надлежащим образом в качестве кратного количества постоянной времени RC-цепи, в силу чего входной сигнал из RC-цепи может использоваться в программном обеспечении для определения, требуется или нет цикл сканирования в каждом интервале. В этом отношении, будет отмечено, что RC-цепь подвергается изменениям напряжения на входе (через VDD, который является источником напряжения питания MCU, полученным после прохождения через диод из аккумуляторного источника напряжения). Так как напряжение аккумулятора (или аккумуляторов) падает, то будет происходить увеличение постоянной времени RC в схеме по фиг.7, и, таким образом, промежутки t1, t2 и t3 времени, установленные первоначально, будут изменяться по мере того, как аккумуляторы становятся более истощенными. Например, при промежутке t1 времени, установленном на предварительно определенном уровне в 0,17 секунд для уровня аккумулятора в 6 В, падение до уровня полного разряда в 4,2 В будет увеличивать промежуток t1 времени до 0,22 с. Таким образом, значения t1, t2, t3 и т. д., в качестве используемых в материалах настоящей заявки, должны пониматься как являющиеся значениями при полностью разряженном аккумуляторном источнике.
Фиг.8 показывает модифицированную RC-цепь, которая имеет преимущество, заключающееся в использовании меньшего тока, чем в схеме, показанной на фиг.7. На фиг.8, три биполярных транзистора используются для минимизации тока, используемого, когда MCU является бездействующим.
При нормальных условиях, цифровая схема внутри MCU действует в логическом состоянии Высокого напряжения и логическом состоянии Низкого напряжения, в котором ток нагрузки очень низок. Однако, когда RS-цепь перевода в активное состояние присоединена, как на фиг.7 (в силу чего, указание «к MCU» предполагает присоединение к порту ввода/вывода MCU), это создает скачкообразное изменение напряжения на порте ввода/вывода MCU, которое является пропорционально увеличивающимся скачкообразным изменением напряжения, вследствие процесса заряда и разряда в RC-цепи. Это создает относительно длительный период работы для цифровой схемы в MCU, что в свою очередь, в результате вызывает внутренне более высокий расход энергии во внутренних цепях ИС (интегральной схемы, IC), в отличие от нормальных условий работы, что в результате вызывает более высокое энергопотребление для MCU во время его цикла «отключения» (то есть, цикла «бездействия» MCU).
Согласно схеме по фиг.8, модификация включает в себя использование двух портов PA7 (с правой стороны на фигуре) и PB7 (с левой стороны на фигуре) ввода/вывода у MCU. Важный аспект этой схемы состоит в том, что два транзистора Q2 и Q3 были добавлены в каскад, которые вместе модифицируют характеристики разряда RC. Вывод PA7 MCU, в таком случае, дает более крутую кривую разряда. Постоянная времени задержки для перевода MCU в активное состояние определяется согласно R4 и C1, которым были заданы значения 820 кОм и 0,68 мкФ, соответственно, в показанном примере. Конечно, могут выбираться другие значения для других постоянных времени.
Быстрое скачкообразное изменение напряжения на порте PA7 достигается после преобразования на Q2 и Q3, которое минимизирует время, требуемое для перехода с логического уровня Высокого напряжения на логический уровень Низкого напряжения. Такая схема, как на фиг.8 может достигать понижения мощности приблизительно на 40% во время цикла бездействия по сравнению с цепями схемы 7 для приблизительно одинаковых постоянных времени RC. Таким образом, RC-цепь синхронизации по фиг.8 особенно полезна в тех случаях, когда должно сберегаться максимальное количество энергии.