DE19502148A1 - Steuerung für eine Sanitärarmatur - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer von einer getakteten Infrarotlichtsensorik berührungs­ los über eine Steuer- und Auswerteelektronik gesteuerte Sanitärarmatur und eine Vorrichtung zur Duchführung des Verfahrens.

Batteriebetriebene Sanitärarmatursteuerungen auf der Basis einer aktiven IR-Reflexlichtschranke senden in zeitlich definierten Abständen IR-Sendesignale (Sende­ impulse bzw. Impulsfolgen) aus, die an einem im Erfas­ sungsbereich der Sensorik vorhandenen Gegenstand oder Körper reflektiert im Empfänger des Sensorikmoduls wie­ der in elektrische Signale umgewandelt werden, um nach einer Bewertung in einer nachfolgenden Steuerelektronik ggfs. einen Stellvorgang durchzuführen, z. B. den Was­ serlauf der Armatur freizugeben. Zur Unterscheidung zwischen Fremd- und Eigen-IR-Strahlung werden als Sen­ designale meist Impulsfolgen bzw. modulierte IR-Strah­ lung verwendet. Hierbei werden weiterhin zunächst nur Einzelimpulse bzw. verkürzte Impulsfolgen bis zur An­ näherungsdetektion verwendet, so daß erst bei möglicher bzw. wahrscheinlicher Anwesenheit eines Gegenstandes bzw. Körpers im Erfassungsbereich zur Plausibilitäts­ prüfung bzw. Vermeidung unbeabsichtigten Wasserlaufs auf Impulsgruppen bzw. längere Impulsfolgen umgeschal­ tet wird (2-stufiger, getakteter Betrieb).

Grundsätzlich wird jedoch mit konstanten Zeitinterval­ len zwischen den einzelnen Sendesignalen bzw. Impuls­ gruppen bzw. Einzelimpulsen unabhängig von der aktuel­ len Umgebungshelligkeit gearbeitet.

Die erforderliche Energie für das IR-Sendesignal (akti­ ve IR-Sensorik) bzw. die IR-Sendeimpulse bestimmt nicht unwesentlich die Nutzungsdauer einer batteriebetriebe­ nen Sanitärarmatur für eine Batterieladung (effektive Batterielebensdauer).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit der der elek­ trische Energieverbrauch der Steuerung erheblich redu­ ziert werden kann, so daß insbesondere bei einer elek­ trischen Energieversorgung mittels einer Batterie die Benutzungsdauer der Batterie erheblich verlängert wird.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkma­ len des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 6 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den An­ sprüchen 2 bis 5 und 8 angegeben.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß bei batteriebetriebenen Sani­ tärarmaturen eine längere Benutzungsdauer pro Batterie­ ladung ermöglicht wird, da die für die aktive IR-Senso­ rik erforderliche Energie während der natürlichen Nichtbenutzungsperioden minimiert wird (Nachtabsen­ kung). Dies kann durch eine Unterdrückung der Sendesig­ nale bzw. der Vergrößerung der Zeitspanne zwischen zwei aufeinanderfolgenden Sendesignalen erreicht werden, falls die aktuelle Umgebungs-helligkeit eine Benutzung der Armatur nicht mehr ermöglicht bzw. eine bestimmte Schwelle für die Umgebungshelligkeit unterschritten wird.

Der gravierende Nachteil aller mit einer aktiven IR-Sen­ sorik ausgerüsteten automatischen Sanitärarmaturen auch während der Nichtanwesenheit eines potentiellen Nutzers IR-Impulse auszusenden, wird zumindest während der Zeitdauer, in denen eine Benutzung infolge mangelnder Beleuchtung bzw. Umgebungshelligkeit ausgeschlossen ist, eliminiert.

Als natürliche Nichtbenutzungsperiode ist beispielswei­ se der Nachtbetrieb einer im privaten Bereich betriebe­ nen Armatur bzw. der Betrieb bei Dunkelheit im öffent­ lichen Bereich (z. B. Toilettenbereich einer Gaststätte etc.) zu benennen.

Kennzeichnend für den Nachtbetrieb bzw. Betrieb bei Dunkelheit ist in beiden Anwendungsfällen, wenn die na­ türliche Umgebungshelligkeit am Einsatzort der automa­ tischen Armatur im Bereich der Wahrnehmungsgrenze des menschlichen Auges liegt bzw. falls die Umgebungshel­ ligkeit einen bestimmten Grenzwert unterschreitet.

Die Steuerelektronik einer automatischen, berührungslo­ sen Sanitärarmatur wird daher erfindungsgemäß derart erweitert, daß die aktuelle Umgebungshelligkeit erfaßt und bewertet werden kann. Anhand der ermittelten Umge­ bungshelligkeit wird dann entweder die Intensität der Sendesignale reduziert bzw. der zeitliche Abstand zwischen den Sendesignalen bzw. Sendeimpulsen erwei­ tert. Vorteilhafterweise erfolgt die Messung der Umge­ bungshelligkeit mit Hilfe des ohnehin im Sensorikmodul der Armatur verfügbaren Empfängers, dessen Empfindlich­ keit ggfs. entsprechend anzupassen (zu erhöhen) ist.

Die "Nachtabsenkung", d. h. der Energiesparmodus bei Dunkelheit, kann auch vorsätzlich vorgetäuscht werden, z. B. durch Aufkleben eines lichtundurchlässigen Auf­ klebers auf die Sensorikabdeckung bzw. Einbringen der Armatur in eine lichtundurchlässige Verpackung. Damit ist eine Verlängerung der möglichen Lagerzeiten bzw. Transportzeiten infolge reduzierten Energieverbrauchs möglich.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeich­ nung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Steuerung für eine sanitäre Auslaufarmatur;

Fig. 2 ein Schaubild, in dem die Taktperioden für den normalen Arbeitsbetrieb der Steu­ erung angegeben sind, wobei auf der Y-Achse das Steuersignal A und auf der X-Achse die Zeit t aufgegeben ist;

Fig. 3 ein entsprechend Fig. 2 aufgebautes Schaubild, wobei die Taktperiode des Steuersignals in dem Energiesparbetrieb gezeigt ist.

Das in Fig. 1 gezeigte Blockschaltbild enthält eine sanitäre Wasserauslaufsteuerung. Hierin ist eine Steu­ er- und Auswerteelektronik 2 mit einem aus einem Sender 11 und einem Empfänger 12 (El) bestehenden IR-Sensorik­ modul 1 verbunden. Eine Batterie 5 dient zur Spannungs­ versorgung des Systems, eine Freigabe des Wasserlaufs erfolgt über ein Magnetventil 6.

Die Steuer- und Auswerteelektronik 2 wird durch eine Zeitgeberelektronik bzw. Zeitgeberschaltung 4 mittels eines Steuersignals A in bestimmten periodischen Zeit­ abständen t₁ aktiviert und führt während der Zeitdauer τ die Annäherungsmessung unter Ausgabe eines IR-Sende­ signals über den Sender 11 (S) der Sensorik 1 aus. Nach Ablauf der Zeitdauer τ wird die Sensorik 1 sowie die Steuer- und Auswerteelektronik 2 aus Gründen der Ener­ gieeinsparung deaktiviert. Lediglich die Zeitgeber­ schaltung 4 ist ständig aktiv und löst nach Ablauf der Zeitspanne t₁-τ eine erneute Aktivierung der Steuer- und Auswerteelektronik 2 aus. In dem in Fig. 2 darge­ stellten Schaubild ist der normale Arbeitsbetrieb der Steuer- und Auswerteelektronik 2 angegeben, wobei auf der Y-Achse das Signal A und auf der X-Achse die Zeit t eingetragen sind. Somit wird in periodischen Zeitab­ ständen t₁ während der Aktivphase τ des Gesamtsystems ein Sendesignal abgegeben, dessen Reflexion vom Empfän­ ger 11 (E1) der Sensorik 1, der üblicherweise nur im IR-Bereich sensitiv ist, ggfs. detektiert wird.

Erfindungsgemäß ist nun das System um einen weiteren Empfänger 13 (E2) erweiterte der mit der Zeitgeber­ schaltung 4 in Verbindung steht. Der Empfänger 13 ist hinsichtlich des Spektrums sichtbarer Strahlung sensi­ tiv und kann daher zur Bestimmung der Umgebungshellig­ keit verwendet werden.

Unterschreitet nun die durch den Empfänger 13 (E2) er­ mittelte Beleuchtungsstärke einen definierten, vorge­ wählten Wert, so wird das Steuersignal A, welches zur Aktivierung der Steuer- und Auswerteelektronik 2 ver­ wendet wird, in nunmehr größeren Zeitabständen t₂ aus­ gegeben. Dieser Fall ist in Fig. 3 dargestellt.

Die benötigte Energie für die Versorgung des Systems nach Fig. 1 kann für den in Fig. 2 dargestellten Fall durch die Gleichung

E₁ = k·τ·t/t₁

bestimmt werden. Wobei k das Gleichstromäquivalent der Stromaufnahme der Elektronikkomponenten und des Sender­ stroms darstellt.

Mit Aktivierung der Nachtabsenkung (Verhalten nach Fig. 3) wird die Versorgungsenergie durch die Gleichung

E₂ = k·τ·t/t₂

beschrieben. Infolge der größeren Zeitdauer t₂ ergibt sich somit eine Reduzierung des Energiebedarfs E₂ im Vergleich zu E₁.

Die Schwelle für die Beleuchtungsstärke, bei der die Zeitgeberschaltung die Periodendauer für das Steuersig­ nal A auf t₂ erhöht, wird vorteilhafterweise im Bereich der Wahrnehmungsgrenze des menschlichen Sehvermögens gewählt. Dadurch wird sichergestellt, daß das System automatisch in den Energiesparmodus umschaltet, wenn eine Benutzung der Armatur infolge der gegebenen Be­ leuchtungsverhältnisse bzw. Umgebungshelligkeit nicht mehr zu erwarten bzw. möglich ist.

Alternativ kann die Erfindung auch dadurch realisiert werden, daß die Umgebungshelligkeit unmittelbar durch den Empfänger 12 (E1) der Sensorik 1 erfaßt wird, der seinerseits dann vorteilhafterweise ohne Tageslichtfil­ ter ausgeführt ist.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht eine nichtlineare Steuerung der Meßintervallzeit t₁ in Ab­ hängigkeit der Beleuchtungsstärke im Empfänger von 12 bzw. 13 vor.

In einer weiteren Ausführungsvariante selektiert bzw. berechnet die Steuer- und Auswerteelektronik selbst aufgrund der festgestellten Beleuchtungsstärke im Em­ pfänger das geeignete Zeitintervall für die nächste Ak­ tivierung des IR-Senders.

Letztendlich kann eine Reduzierung des Energiever­ brauchs der Steuerung auch durch eine Verringerung der IR-Sendeleistung im Fall einer offensichtlichen Nicht­ benutzungsperiode (Dunkelheit) erreicht werden.

Claims (8)

1. Verfahren zum Betrieb einer von einer getakteten Infrarotlichtsensorik berührungslos über eine Steu­ er- und Auswerteelektronik gesteuerte Sanitärarma­ tur, insbesondere Wasserauslaufarmatur, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Steuer- und Auswerteelektro­ nik (2) und die Sensorik (1) in periodischen Zeit­ abständen aktiviert und deaktiviert werden, wobei die Sensorik (1) mit einem zusätzlichen, gegenüber sichtbarer Strahlung empfindlichen Empfänger (13) eine Zeitgeberschaltung (4) derartig steuert, daß von einer bestimmten Helligkeit in der Umgebung des Empfängers (13) eine Umschaltung der Zeitgeber­ schaltung (4) auf eine größere Taktperiode (t₂) zur elektrischen Energieeinsparung (Energiesparmodus) oder auf eine kleinere Taktperiode (t₁) für den normalen Arbeitsbetrieb (Normalbetriebsmodus) er­ folgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Helligkeit zur Umschaltung im Bereich der Wahrnehmungsgrenze des menschlichen Sehvermögens festgelegt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein einziger Empfänger für Infrarot­ licht und Tageslicht eingesetzt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine nichtlineare Steuerung der Taktperiode (t₁) in Abhängigkeit von der Beleuch­ tungsstärke vorgesehen ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitgeberschaltung selbst aufgrund der festgestellten Beleuchtungsstärke im Empfänger das geeignete Zeitintervall bzw. Taktpe­ riode für die nächste Aktivierung der Infrarot­ lichtsensorik und der Auswerteelektronik selektiert bzw. berechnet.

6. Verfahren zum Betrieb einer von einer Infrarot­ lichtsensorik berührungslos über eine Steuer- und Auswerteelektronik gesteuerte Sanitärarmatur, ins­ besondere Wasserauslaufarmatur, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Sensorik zusätzlich mit einem gegenüber sichtbarer Strahlung empfindlichen Em­ pfänger versehen ist, der die Infrarotlichtsende­ leistung derartig steuert, daß bei einer Unter­ schreitung einer bestimmten Mindesthelligkeit in der Umgebung des Empfängers die Infrarotlichtsende­ leistung zur elektrischen Energieeinsparung verrin­ gert wird.

7. Vorrichtung zur Steuerung einer Sanitärarmatur nach dem wenigstens in einem der Ansprüche 1 bis 6 ange­ gebenen Verfahren, dadurch gekennzeichnet, daß zur periodischen Aktivierung und Deaktivierung der Sen­ sorik (1) und der Steuer- und Auswerteelektronik (2) eine separate Zeitgeberschaltung (4) vorgesehen ist, bei der in der Sensorik (1) ein Empfänger (13) für sichtbare Strahlung angeordnet und mit der Zeitgeberschaltung (4) verbunden ist, so daß bei einer Unterschreitung einer Mindesthelligkeit in der Umgebung des Empfängers (13) die Zeitgeber­ schaltung (4) die Sensorik (1) und die Steuer- und Auswerteelektronik (2) mit einer größeren Takt­ periode (t₂) treibt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß für die elektrische Energieversorgung eine oder mehrere Batterien (5) vorgesehen sind.