專利名稱：具有傳感器布置的自動分配機的制作方法
技術領域：
本發明大體上涉及具有主動紅外(IR)傳感器系統的分配機，尤其 這樣的分配機，該分配機包括與控制電路結合的電機驅動分配系統以 便通過所述IR傳感器系統感測可能用戶的存在并且控制所述電機的 操作以進行材料分配。本發明尤其還涉及電動式優選是電池驅動式(但是也可以為AC 供電或者由AC和DC電源的組合供電)自動手巾分配機(優選具有存 儲在分配機外殼內的紙巾)，其中在檢測到可能/潛在用戶存在于特定 區域內時使用IR傳感器系統來控制產品例如紙張(例如紙手巾)的分 配，而無需用戶與分配機(或者傳感器)物理接觸以便啟動分配過程。
背景技術：
上述類型的分配機例如從US-B1-6695246中可以獲知.在例如根據US-B1-6695246的分配機中，傳感器控制電路使用主 動IR(即，IR發射和檢測兩者)來控制對存在可能用戶的檢測。IR以 脈沖的形式發射。在主動IR模式中，能夠在距離分配機大約12-24cm 的范圍內檢測物體(例如可能的用戶)的存在，并且一旦檢測到，則使 電機工作以給用戶分配手巾。在分配機的前蓋后面設有一個IR接收 器和一個IR發射器，并且每一個都安裝在相應的管子中，這些管子 相鄰設置。通過這種布置，使檢測距離保持較短(在大約12-24cm之 間)，從而在檢測區域之外的物體不會導致不期望有的分配。同樣，物 體必須在正確的位置中并且處于正確的角度處，否則這些管子將阻礙 IR反射回來并且由接收器收集。因此，雖然降低了從其它表面產生不 期望有的反射的可能性，但是傳感器系統需要手相當精確的定位以進 行操作。在檢測到物體時，如果IR檢測控制系統接收到兩次具有足夠反射IR的掃描，則微處理器啟動電機以分配手巾。為了使電機工 作，IR傳感器系統采用了提供了參考電壓VB的背景光水平參考電路， 所述參考電壓與背景光的水平相關并且基于它與來自IR傳感器的電 壓VA進行比較。在電壓VA大于電壓VB時，電機會操作以分配手 巾。這為背景光水平提供了自動補償，從而為了檢測到用戶必須將由 IR接收器拾取的信號升高至更高的水平。在上述分配機中，雖然考慮了 一些情況針對背景光水平進行了 一 定程度的補償，但是在這種裝置中由于因空氣條件而導致的高IR變 化的暫時影響而會出現問題，尤其是在背景IR非常低的時候，因為 在反射IR中的僅僅非常小的變化都會導致即使在不需要的時候也發 生分配。同樣，還會碰到這種問題，即在背景IR水平提高至高水平時， 用戶的手變得難以相對于背景IR進行區分，因為在手位于分配機前 面時由于來自用戶手的IR反射而導致的更高IR水平會大致處于與背 景IR相同的水平，或者由于高水平背景IR被暫時阻擋，手的存在甚 至會使水平降低至低于在IR傳感器中接收到的背景IR水平，從而在 許多情況下不能可靠檢測到手。還有，沒有被檢測到的用戶的手、或者相對于在分配機上的傳感 器的較小檢測區域即在所檢測的較小區域范圍中沒有正確定位并且 因此沒有立即啟動手巾分配的用戶的手往往會試探接觸分配器以試 圖引起分配，因為用戶認為需要接觸傳感器附近的外殼，盡管分配機 在這方面沒有給出任何書面提示。在如在上述文獻中一樣用戶的手已 經處于分配機的高度處的情況下尤其如此。在幾個用戶連續觸摸分配 機時這會導致不衛生。另外，雖然從發射器發射出的IR強度在上述文獻中似乎是恒定 的(除了由于電池電壓較低而可能出現的變化之外)，依靠來自電池(而 不是太陽能電池)的電池能量工作的這種結構往往涉及使用不必要的 高能量。發明內容本發明一個目的在于在考慮到背景IR變化的情況下對主動IR 檢測進行改進。另 一個目的在于改善衛生情況。另一個目的在于通過考慮背景IR水平在某些時候使該裝置的能 耗最小。本發明的其它目的將通過閱讀該說明書來了解。 本發明的主要目的是通過具有在權利要求1中所限定的特征的 分配機來實現的。在從屬權利要求中限定了本發明的某些優選特征。 本發明的其它特征對于該說明書的讀者來說是顯而易見的。 本發明提供了通過改變提供給IR發射器的電流由此改變了由感 測系統所使用的發射IR量以補償強度不斷增大或減小的背景IR水平 來改善檢測可靠性的手段。這樣做的一種方式是在總體背景IR水平 通常較高的時候，通過提高通過IR發射器的電流來使得由IR發射器 發射出的能量更高。因此，在亮光條件下靠近分配機的用戶將更容易 被檢測到，因為與背景IR相比，反射IR的量比在沒有進行任何電流 改變的情況下更高。因此，從用戶的手反射出的接收IR與背景IR的 差別將更大，因此很容易檢測出用戶的手，這在用戶的手由于所獲得 的IR反射較低而更不白時尤其有利。同樣，在低背景IR條件下，由于用戶的手已經使得反射IR與 所檢測到的背景IR相比出現高百分比增大，所以往往需要給發射器 提供高電流。因此，可以使得提供給發射器的電流更低，這也節約了 能量。同樣，在由于例如進入房間的太陽光或者開燈而出現背景IR 突然變化時，給傳感器提供更低的電流意味著將不能在視覺上檢測出 在反射IR(即由發射器發射出并且反射回到接收器的IR)上的這些變 化與背景IR相比的相對作用。但是，在用戶在低背景IR條件下接近 分配機時，由IR接收器接收到的反射IR增加即使在低電流水平下與 背景IR相比也將較高。能夠用來改變IR發射器電流而不是通過(如上面一樣)將反射數流中設定所謂的"標準值，，(閾值)，該數值為在正常操作條件下將被接 收到的所期望檢測到的信號強度的數值。所提供的電流在該標準值下可以例如為5mA。如果在該系統中設定的該標準值被稱為Al，則在 操作期間，可以讓控制電路(其MCU)從預定數量的最近接收到的IR 數值中計算出IR水平A2(即，最近數值的移動平均值)。如果 A2〉A1(即，所檢測出的反射移動平均信號水平A2高于所存儲的標準 信號水平Al)，如例如在MCU中所計算出的一樣，可以優選逐步降 低提供給發射器的電流。相反，在A2<A1的情況下，則可以優選逐 步增大提供給發射器的電流。在本發明的分配機中的傳感器優選如此設置，從而IR發射器產 生出較寬的有用IR檢測區域，并且IR檢測器(即IR接收器)布置成 防止來自發射器的IR直接進入接收器，并且還用來降低來自其它方 向的IR反射。在分配機或傳感器等上的任意位置相對于分配機限定在其正常 使用位置中，并且沒有顛倒安裝等。因此，分配機的下部通常處于底 部。同樣，分配機的橫向方向沿著大體上水平方向。垂直方向或平面通常指的是大體上垂直方向。在將分配機安裝在 實際垂直墻壁(如下面例如參照圖2所述的一樣)上時，垂直方向因此 為實際的垂直方向。但是如果墻壁稍微傾斜，則相對于分配機的垂直 方向也將傾斜相同的量，并且沿著與墻壁傾斜相同的方向傾斜。部分由于能夠檢測在離靠近分配機的正常位置的較大范圍足夠 距離處的潛在(可能)用戶的該傳感器系統的這種良好覆蓋范圍，并 且由于所施加以便允許更好檢測的補償電流，所以這使得該系統盡早 對用戶的存在進行反應，因此使得分配機能夠設計成消耗較低能量。 由于在可能用戶(即，假設為需要分配產品例如一段手巾或廁紙的用戶 的物體)沒有位于分配機附近的時期中除了提供給反射器的更低電流 之外也可以降低提供給發射器的掃描速率，且不會出現任何在應-該由 所檢測到的用戶分配產品時掃描速率太低以致于不能充分迅速反應的危險，所以可能實現這種更低的能耗。當檢測到用戶時，掃描速率 變到更快的速率。低能耗在完全由電池供電的分配機中尤為重要，通常期望這些電池長時間(例如，其工作時間足以分配60巻或更多紙巻，而無需更換 電池)工作，并且改進傳感器和感測控制系統的布置允許在不存在任何 需要分配產品的用戶時使用更少的能量。使得掃描速率即每秒進行的掃描次數根據用戶相對于分配機的 位置變化，從而分配機在沒有檢測到任何可能/潛在用戶時以第 一掃描 速率操作(即，通過啟動IR接收器和發射器電路然后以每秒單個掃描即脈沖的第 一數量發射掃描脈沖來進行掃描過程)操作。在認為用戶靠 近分配機(即，已經進入"第一"檢測區域)時，該系統然后增大掃描速 率。該可變的掃描速率使得在沒有任何用戶充分靠近分配機時使用非 常少的能量，因為每次掃描需要一定量的能量并且每秒的掃描次數能 夠減少，并且指示在需要時使用更高的能量水平(每秒更多次掃描)， 從而用戶體驗到分配產品的快速反應時間。還可以通過提供通過有線連接與分配機連接或者通過無線鏈路 (例如IR或無線電)與分配機連接的附加遠程傳感器，從而對分配機感 測系統作進一步改進以降低能耗。該附加傳感器能夠用來例如檢測進 入的盥洗室中的用戶，在該盥洗室相對于入口的不同地方設有該分配 機，并且因此能夠使得第一掃描速率改變為第二掃描速率。這種"遠 程"傳感器必要時任選安裝在分配機的向前部分上，并且由于盥洗室 的入口離分配機的位置的距離所以可以布置成以非常低的掃描速率 操作，從而在可能用戶期望使用分配機并且因此運動更接近分配機 時，分配機已經以非常高的掃描速率工作，從而能夠通過在權利要求 中所限定的分配機的主動IR傳感器系統進行迅速檢測。可選的是，用來使得分配機在檢測到可能用戶時分配產品的如在 權利要求中所限定的所述那組主動IR傳感器也能夠用來檢測出進入 第一檢測區域的用戶。這樣，接近分配機(離分配機40-50cm或可能 更遠)的用戶將啟動傳感器系統以將掃描速率改變為更高的掃描速率，并且隨著用戶繼續使其手和/或身體運動更靠近分配機的排出口 ，將檢 測出該用戶處于"分配區域"，并且因此將使得分配機分配產品(例如， 手巾紙或廁紙)。必要時，可以使用兩個以上的掃描速率。例如，可以先使用第一慢掃描速率(例如每秒1或2次)，之后使用更高的第二掃描速率(每秒 例如3至6次)，之后使用更高的速率(例如每秒7至12次)，由此在 檢測到用戶正在運動靠近分配機時使掃描速率從一個速率增加至下 一個速率。這可以通過例如一系列不同傳感器例如通過將所述那組傳 感器布置成在用戶靠近分配機時檢測來自用戶的更高IR信號反射來 進行，每個傳感器在不同的距離處檢測，并且最終傳感器系統如所附 權利要求限定。在用戶運動離開分配機時，能夠再次將掃描速率降低至較低的速 率，由此消耗了更少的傳感器操作能量。顯然，即使在第 一檢測區域的相對較短距離(例如離分配機大約 50cm，例如相對于沿著離開分配才幾后面的向前方向并且向下傾斜的垂 直面成大約10°至45°，或者大約30°至60°)下，該系統也具有明顯的 節能優點，同時仍然能夠具有良好的分配手巾反應時間。這是因為用戶期望使其手相對靠近該裝置運動以便發生分配，并 且這在正常手運動速率(0.2m/s和0.5m/s)需要1/4秒至1/2秒，利用該 時間可以使分配機已經以第二更高速率(或者甚至更高的速率)掃描， 并因此能夠在非常接近手處于"所期望的"分配位置(即，用戶期望分配 手巾的位置，通常為離分配機出口 15-25cm)的時間分配。同樣，優選的是，在使用IR傳感器系統時，傳感器系統應該優 選能夠在不用分配紙巾的情況下處理有時出現的短期高IR反射的單 一異常，這不能單純通過當前施加給發射器的電流電平來補償，由此 最好在分配產品之前感測兩次或多次連續掃描，或者例如在許多連續 掃描中的預定數量掃描(例如，三次連續掃描中的兩次)，每次處于高 于背景IR水平的預定IR水平處。通過使得第一掃描速率為在各個掃描之間的例如0.15至0.25秒(即當可能用戶在第一檢測區域之外時的掃描速率)或者甚至更長并且使得第二掃描速率為在各個掃描之間的例如大約0.08至0.12秒并且 只需要兩次連續掃描(例如，三次連續掃描中的兩次)以便提供高于背 景IR水平的反射IR水平以啟動分配，從而改變掃描速率，由此實現 較好的使用。由于消耗更低能量的初始低掃描速率，所以這種分配能 夠使由傳感器系統所使用的能量立即并且明顯節約。


現在將參照其某些非限定實施方案并且借助附圖對本發明進行 更詳細說明，其中圖1顯示出紙巾分配機的示意性正視圖，描繪出第 一檢測區域的 示意圖；圖2顯示出在圖1中的布置的側視圖，其中已經拆除了分配器的 側面板以顯示出紙巻和輸紙機構的示意性細節；圖3A為剖面放大圖，與通過在圖1中所示的外殼下部所剖開的 部分相比更詳細顯示出從前面并且在IR傳感器的位置處所看到的部分；圖3B為在圖3A中所示的布置的前視圖的示意圖，描繪出通過 主動IR傳感器布置所實現的第一檢測區域的大致前視圖；圖4顯示出掃描脈沖的發射幅度相對時間的示例性曲線圖；圖5顯示出對于由于在圖4中的發射IR脈沖而出現的一連串接 收IR反射而言的所接收到的信號水平相對于時間的曲線圖；圖6顯示出根據本發明的分配機的實施方案的基本系統元件的 方框圖；圖7顯示出用于對在MCU中的微處理器進行喚醒操作以便進行掃描的RC電路；并且圖8顯示出在圖7中所示的RC電路的可選形式。圖9顯示出除了主要主動IR傳感器系統之外還使用了能夠檢測在遠離分配機的位置處的用戶的另一個傳感器的實施方案。
具體實施方式
圖1和圖2分別從正面和側面顯示出分配機1，其中圖2顯示出其背 面安裝在墻壁上的分配機l(沒有顯示出安裝方式，但是可以采用任意 合適的安裝方式，例如使用螺釘、粘接劑或其它安裝方式)，其中分配 機的背面貼靠在通常是垂直的所述墻壁W上。分配機1包括外殼2，在其內設有產品供應源，在該情況中為一巻 紙3。紙巻3最好是一巻連續無穿孔紙，但是也可以包括穿孔紙。在外 殼2中還設有優選以自身具有殼體15的模塊式驅動盒形式的輸紙機構 4，該機構優選在打開外殼2時能夠作為單個組件從外殼2中拆除。圖l為了簡化起見以簡單方框的形式顯示出紙巻3和用來從紙巻 朝著排出口(參見下面的進一步說明)供紙的輸送機構4。同樣圖2以非 常簡化的形式顯示出紙巻3和輸送機構4，其中輸送機構包括與配對輥 6接合的驅動輥5，其中一部分紙張7顯示出位于所述輥子5、 6之間， 并且所述紙張7的前緣準備從其形成在外殼2中下側處的排出口8分配 出。驅動輥5示意性地顯示出與由電池B供電的電力驅動電機M連接。 在電機驅動軸和驅動輥5之間可以包括通常以齒輪箱形式的傳動機 構。合適的電池在新的時候可以提供總共6V的電壓，并且為此通常釆 用四個1.5V電池。合適類型電池的示例為Duracell，sMN1300電池，其 中每個電池具有13Ah的容量，并且能夠在1.5V至0.8V的范圍內從滿電 工作到，完全放電。電機M的操作使得驅動輥5轉動，并且由此通過將 紙張夾在輥子5和6之間的輥隙來將紙張7從紙巻7中拉出。 一旦啟動， 電機轉動，由此從紙巻3中將紙張拉出，紙巻也轉動以便讓紙張能夠 朝著排出口8運動。也可以使用其它形式的用于從紙巻中將紙張拉出 的驅動機構。但是輸紙機構或其它產品輸送機構的細節對于理解本發 明并不重要。這些裝置本身在現有技術中也是公知的。從上面還要理解的是，驅動輥5和配對輥6其功能可以互換，從而 配對輥6可以為與驅動電機操作連接的驅動輥(因此在圖2中所示的驅動輥5指示用作與輥6接觸的配對輥，并且通常紙張或手巾位于它們之 間的輥隙中)。雖然使用以連續紙巻形式的紙來說明操作原理，但是要理解的 是，該分配器可以用來從產品供應源例如以如手風琴形式的連續紙片 中分配其它產品。可以通過對其結構進行適當重新設計的該裝置來分 配任意產品。還可以將其它分配裝置附加在該分配機上。例如，該分 配器還可以包括空氣清新器，它例如每個5或10分鐘啟動一次或在分 配了 一定數量手巾時啟動一次。這個額外的附屬分配器可以由分配機 控制電路(下面所述的)或者由單獨的控制電路(在這里沒有說明)來控 制。在不分配任何紙張時，電機M不動并且不會向它施加電能。在要 通過分配口8分配紙張時，使電機M轉動。通過與包括傳感器9-13的感 測系統連接的主控制單元(在圖l和2中未示出，但是在下面進行了說明) 來控制電機M的操作，其中傳感器10和12為發射器優選為IR發射器， 而傳感器9、 11和13為IR接收器。這些IR發射器和接收器在本領域是 公知的，并且通常由二極管結構構成。合適的IR發射器和接收器例如 由Lite-ON Electronics Inc.制造的型號為LTE-3279K的IR發射器以及 型號為LTR-323DB的接收器。當然也可以使用其它類型的發射器和接 收器。在所示的實施方案中，IR發射器IO、 12和IR接收器9、 11、 13 顯示出沿著外殼的橫向方向X-X(與產品供應巻3大體上平行)大致連 續等距離間隔開。間距優選可以大約為在相鄰的發射器接收器之間間 隔開5cm，從而在傳感器9和10、 lO和ll、 11和12、 12和13之間的距離 都大致相等。這些發射器和接收器顯示出(參見圖2)設置在排出口8的最后面 上。也可以釆用其它傳感器的布置，例如所有創拿起設置在出口的朝 前側上，優選沿著排出口成筆直一排。傳感器任選可以設置在排出口 的任一側上(例如發射器在一側上，而接收器在另一側上)，并且同樣 沿著排出口延伸。排出口但是可以任選設置在任意地方。按照接收器 /發射器/接收.../發射器/接收器的順序以恰當的間距順序顯示出的這種傳感器布置讓檢測區域14具有有利的形狀，該形狀有點像舌形(參見 圖l、 2和3B)。可以根據提供給發射器的能量還有其從其外殼表面伸 出的程度以及IR接收器的凹入程度以及通過其間距來在一定程度上 改變在下面的舌形形狀。從該說明書可以理解的是由于在傳感器之間的間距、在較少程度 上由于所提供的能量并且由于IR發射器和接收器的凹入/伸出關系而 產生出舌形檢測區域，本領域普通技術人員能夠很容易主要通過常規 試驗來改變該舌形形狀以在任意具體情況或分配機規格中滿足分配 器的更精確要求。一旦分配機l在用戶在第 一檢測區域中在足夠時間內沒有與分配 機或傳感器發生任何接觸的情況下檢測到可能的用戶(檢測過程在下 面作進一步說明)，因此使得分配機確定用戶位于分配區域中，因此分 配出產品。在該情況中的分配是通過紙張7的前部通過排出口 8自動排 出(即，在外殼的下部中的橫向延伸開口，并且優選向下送出)。這讓 用戶能夠抓住紙張7并且壓靠在位于排出口8附近的切割邊緣例如在 圖2中所示的切割邊緣16將它拉出，以便取出撕開/切斷的紙片。當然 也可以改變切割邊緣16的位置，例如將其位置改變到輥子5的高度處 或其下面lcm處并且與之相對。如圖l、 2和3B中所示的第一檢測區域14顯示為舌狀，并且相對 于垂直軸線優選以20。至30。的夾角x。從排出口向下并且向前傾斜。這 是通過將IR發射器和接收器安裝在相對于橫向延伸越過分配機的垂 直面成20。至30。的位置之間來實現的。接收器和發射器中的每一個傾 斜的角度可以改變大約幾度，但是對于所有發射器和接收器通常都相 等以便形成更好的檢測區域。因此該傳感器系統能夠檢測出在相對于 垂直面成10。至45。的角度范圍上沿著方向Z通常在10至60cm之間的其 全部范圍的絕大部分(即，在大致對應于在圖2中所示的區域14的區域 中進行檢測)。現在將參照圖3A對發射器和接收器相對于殼體的一個優選布置 的細節進行說明。在該情況中發射器和接收器優選可以為上述Lite-On發射器和接收器。分配機的下部包括其上安裝有用于作為如上所述發射器和接收器的傳感器9-13的主PCB(印刷電路板)的第一蓋子50。在該PCB上安 裝有一系列用來保持每個傳感器的支架52a和52b。接收器支架52a比 發射器支架52b更短以便提供使接收器9、 11、 13相對于第一平面外蓋 53比發射器更凹入的手段，平面外蓋53在所示的情況中設有長度不同 的凹槽。在決定將發射器和接收器裝配成單個組件的情況中，外蓋53 可以通過摩擦配合安裝在發射器和接收器上，但是如果需要的話也可 以將外蓋53安裝在PCB或第一蓋子50上。在圖3A中可以看出，其中安放有發射器和接收器的那些凹槽中 的每一個基本上為圓形。如果例如設置錐形凹槽，則發射器的作用部 分的突出程度和接收器的作用部分的突出程度(即，如在圖3A中所示 的情況對于接收器確實突出超過下表面54而不是完全凹入的情況而 言)會需要稍微調整以實現所期望的檢測區域形狀。可以通過比較在每 個傳感器上的短橫點劃線的位置來看出發射器和接收器的相對突起， 所述點劃線位于外蓋53的(下)外表面54下方或上方。在布置成與接收 器9、 11和13相比具有從外表面54向外伸出更大程度的主動發射部分 的發射器20、 12的情況中，該點劃線顯示出位于外表面54下方(即在外 表面54之外)，而在接收器9、 11、 13的主動接收部分的情況中，這些 點劃線位于外表面54上方，因為這些主動接收部分至少部分凹入在外 表面54后面(它也可以全部凹入，從而它沒有任何部分向外突出到表面 54之外)。在所示的情況中，發射器IO、 12的頂端離表面54的距離"A"大約 為3mm,并且接收器9、 11、 13中的每一個的頂端離表面54的距離"B" 大約為lmm。在各個傳感器9-13之間的距離如此設定，從而xl大致等 于間距x2、 x3和x4中的每一個。在凹入和突出尺寸分別為lmm和3mm 的情況下，發現每個距離xl、 x2、 x3和x4大約50mm是非常合適的。一旦理解了本發明的這些原理，可以通過常規試驗來確定凹入和 突出的量。但是，也可以采用IR接收器的伸出距離B為-2mm(即，全部凹入2mm)至+1.5mm這樣的凹入方式，但是最好是在0.2mm至 1.5mm的較小正距離B。對于IR發射器一樣，可以采用2至4mm的伸出 距離A。對于這些發射器和接收器而言分別伸出超過表面54大約3mm和 lmm的上述結構使檢測區域形成非常令人滿意的舌形形狀。在圖 3B(該圖與在圖3A中的結構對應)中通過表示區域14的邊界的點劃線 邊界線55顯示出所形成的檢測區域14的總體舌形形狀。根據在穩態條 件下向發射器施加在0.001mA至0.1mA之間的不同電能，舌形區域14 的形狀以及沿著方向Z(參見在圖2中的Z方向)離排出口8的總長度可 以有一些變化，從而它可以在大約25cm和大約50cm之間變化。但是 即使在區域14的長度在能量改變時沿著方向Z變化時，由在圖2中的尺 寸C所示的檢測區域14的深度也將變化很少。對于在所示實施例中的 傳感器布置而言，它相對恒定地保持為大約8cm。在改變電流以改變上面的感測范圍時，假設在穩態條件下需要特 定的感測范圍，因為與平均接收IR相關的在這里所限定的電流變化在 改變檢測區域14的形狀的情況并沒有被考慮太多，而是在補償背景IR 同時保持檢測區域的大致相同尺寸的情況下被考慮。在圖3B中，顯示在接收器9、 11、 13中的每一個下方的橢圓56、 57、 58小于顯示在發射器10、 12中的每一個下方的橢圓59、 60。這個 尺寸差異是由于這些傳感器分別的凹入和突出特性造成的。但是這些 橢圓只是一種示意性表示主檢測和接收領域的原理的方式，因為對檢的區域14。進入由邊界線55界定的區域14的任意部分中的一部分用戶 因此能夠被該系統檢測到。圖3B還顯示出形成有檢測盲隙，該盲隙在下表面54下方延伸大 約5cm的距離(具有大約為0.5cm的變化，因此在4.5cm和5.5cm距離之 間變化)，所述下表面54可以基本上處于與排出口8相同的垂直高度處。 但是表面54可以如此布置，從而它位于排出口上方l至4cm處，但是由 此仍然形成了分配機的向外表面，從而所要形成的檢測區域在某些方面不會被分配機外殼的其它部分所阻擋。但是可以根據發射器和接收器的相對突起及其橫向間距將盲隙形成為與下表面54距離優選為4至6cm。主要通過使接收器的幾乎全部主動部分凹入到表面54后面(即在 使用位置中在垂直方向上位于表面54上方)來使得盲隙具有相對較大 的尺寸。在圖1和2中也顯示出該盲隙。-接收器9、 ii、 13的凹入(即；與,支射器相比其向外突出超過表面 54更少，或者其完全凹入在表面54上方)特別有利，因為它基本上防止 了所發射出的IR信號直接照射到接收器的所有部分上，否則這會降低 系統接收靈敏度。另外，它降低了與除了檢測區域14之外的其它方向 的IR反射干擾。這當然有助于提供更可靠的根據平均背景IR對變化電流的感 測，這在與下面所述的本發明結構結合時形成更好的結果。如在下面更詳細說明的一樣，在可能用戶的身體的一部分進入到 該第一檢測區域14中時，感測系統檢測到用戶的存在，并且使得傳感 器系統從第一掃描速率改變為比第一掃描速率更高的第二掃描速率。 該感測系統還使得電機M在認為用戶存在于分配區域中時(由于所接 收到的這些信號)轉動。該布置能夠用非常適于在用戶的手靠近分配機時用戶所期望的 手放置的形狀來獲得可靠而精確的IR接收區域。雖然如在這些附圖中所示的發射器/接收器布置的優選形式具有 某些優點，但是也可以采用只有一個發射器和兩個接收器或者兩個以 上發射器和三個接收器的布置。但是優選的是，為了形成所期望的檢 測區域，在這些按照接收器/發射器/接收器等形式連續布置時，接收 器應該比發射器多一個。優選在傳感器布置(由此也是分配機)的外側 端部附近設置兩個接收器(在每個側端處一個)，以能夠在分配機中的 傳感器布置的最寬寬度上接收IR，因此通過形成理想的檢測區域而使 得該分配機對用戶更友好。在圖9中所示的可選實施方案中，可以使用另一個傳感器19來形 成與檢測區域17(在該情況中檢測區域17在形狀上類似于在圖1和2中 的第 一檢測區域14)相比離分配機更遠的第 一檢測區域18，所述另 一個 傳感器19遠離分配機外殼2并且通過無線或有線連接20與在分配機外 殼中的傳感器系統(由22示意性地顯示出)及其控制系統操作連接。可 選的是或者另外，可以在分配機外殼的并且面背著其上安裝有分配機 的任意墻壁等的前部例如前表面上設置另一個傳感器，從而使得分配 機具有更長的向前檢測范圍，例如示意性顯示出的同樣與傳感器系統 22連接的傳感器21。傳感器19和/或21例如可以布置成檢測出在比第一 檢測區域距離更大的位置處的可能用戶，例如離分配機外殼2距離 50cm以上，優選100cm以上，更優選200cm以上并且更優選300cm以 上或者甚至更遠的位置處的可能用戶。傳感器系統的發射器IO、 12通過如本身在本領域中公知的一樣可 以控制電路的合適控制電路布置成以例如大約為15kHz士0.5。/o的窄頻 帶發射脈沖IR。但是也可以選擇另一種IR頻率。接收器9、 11、 13布 置成檢測由物體(靜止或運動的)朝著接收器反射回來的發射IR。為了 檢測主要并且幾乎全部來自發射IR的IR(甚至到100001ux或更大的極 強光條件下)，除了由于背景影響而導致的IR輻射的所有來源和頻率 之外，需要將IR接收器調諧至發射器的頻率。因此，IR接收器設有檢 測電路，它抑制了在反射波的所期望頻率范圍之外的IR并且將在 15kHz范圍水平處的IR放大。在這方面，雖然高于和低于2-10kHz的 反射頻帶范圍的頻率檢測范圍在大多數情況中都可以工作，但是已經 發現更適合釆用發射IR的中央頻率的大約3kHz以上及以下的頻率范 圍(頻帶)。因此，通過允許檢測在12-18kHz范圍內的IR從而用發射IR 將接收器調諧(或者換句話說同步)在15kHz的中央頻率處。在那個頻 帶之外的頻率因此受到嚴重抑制，同時將在12-18kHz范圍內的頻率放 大，并且最大放大在大約15kHz的中央頻率，到例如大約53dB。通過在發射器和接收器中以調制頻率操作，基本上消除了例如明 亮太陽光的影響，否則明亮太陽光會造成IR接收信號與任意反射信號相比飽和，從而使得該裝置能夠在背景照度大約為100001ux的亮光條 件下工作。通過如在這里所述一樣可以向IR發射器提供可變電流還進 一步提高了將可能用戶與其它背景IR源區分開的這種能力。圖4顯示出以其在各個掃描之間的時間為tl的第 一掃描速率、其 在單獨掃描之間的時間為短于tl的t2的第二掃描速率(即比tl更高的掃 描速率)以及其在單獨掃描之間的時間為大于tl和t2的t3的第三掃描速 率進行的一系列單獨掃描(即，脈沖IR發射)。在單獨掃描之間的時間 測量為從一個單獨掃描開始到開始下一個單獨掃描的時刻的時間。每 個單獨掃描在這里顯示為具有相同的脈沖強度(即，在這些單獨掃描之 間沒有進行任何調節以考慮到前面接收到的反射掃描，這些反射掃描 會導致提供給IR發射器的發射能量不同)。還顯示出另一個時間t4，該 時間為由在系統將掃描速率改變為具有時間間隔t3的第三最慢掃描速 率之前必須經過的時間tl(第 一掃描速率)分開的預定時間或預定脈沖 數。每個單獨脈沖的脈沖寬度通常是恒定的。處，從而每個單獨掃描脈沖間隔相等的時間tl。但是時間tl可以改變， 并且已經發現非常適合優化該裝置的電池節能和分配反應時間的速 率大約為tl-0.17秒。第二掃描速率總是快于第一掃描速率，并且將t2 設定為在各個掃描之間優選0.05至0.2秒，優選為0.08至0.12秒。但是 可以將時間t2改變為另一個合適的數值，但是優選為tl的30。/。至70。/。。 例如可以將時間t3設定為0.3至0.6秒，但是也可以采用更長的時間t3， 例如1秒或更長。但是對于發射電路時間觸發(尤其是通過使用利用RC 時間常數來使得給微處理器提供電流以便啟動定時操作的RC觸發電 路)而言，最優選的是，將t3設定為是tl的長度的兩倍。因此，在tl為 0.17秒的情況下，可以將t3設定為0.34秒。例如可以通過從裝置外面操 作的可變電阻器來改變初始時間tl，但是通常該數值在工廠里設定以 便避免時間tl出現在某些情況中不適用的不期望變化。可以將時間t4選擇為大約30秒至IO分鐘，并且也可以根據應用類 型和該裝置所處地方通常碰到的周圍環境而在該裝置中進行不同的設置。但是已經發現用于最佳操作的合適數值大約為300秒，但是也 可以更長，在該情況中預計會節約更多的能量。雖然未示出，但是顯然在該裝置中也可以根據操作情況設定具有 中間時間間隔(即在T1和T2數值之間的中間值，或者在t2和t3之間的中 間值等)或者甚至更長的時間間隔的另外時間間隔，雖然已經示出使用 三種不同掃描速率以考慮在反應時間和節能方面具有良好性能的三 種不同情況。例如，可以釆用在以間隔t3發出掃描期間出現的比t4更 長的例如30分鐘的另 一個時間間隔以便將在各個掃描之間的時間間 隔改變為比t3更長(例如在單獨掃描之間間隔10秒)。在分配機夜晚時 期不常使用時這種情況是有用的。通過閱讀以下操作說明將更清楚這 樣做的原因。如在圖4中可以看出，在時間間隔為tl的四次掃描Sl-S4之后，掃 描速率改變為間隔為t2的第二更快掃描速率，并且以第二掃描速率繼 續進行兩次另外的掃描S5和S6。下面將參照圖5對這種變化的原因進 行說明。圖5顯示出響應于發射掃描脈沖S1-S7而產生出的接收信號 Rl-R7的可能接收信號水平(接收信號強度)的樣本。近似背景IR水平表示為信號接收水平QO。該水平QO當然可以改 變，但是如下面進一步所示一樣這可以按照幾種方式考慮。但是為了 簡化說明，在下面用于說明檢測和掃描改變的基本傳感器系統的實施 例中假設QO保持基本上恒定。在發射S1并且在所接收信號的最后背景值中沒有考慮任何物體 時，在R1處接收到的背景水平將大致為水平Q0。同樣，在下一次掃 描S2處，所接收到的IR的水平也接近QO，并且因此不會引起第一掃 描速率任何改變。但是在掃描S3處，所接收信號的水平R3高于背景水 平，但是只是高一點(例如，小于預定值，例如小于10%，在背景IR 水平之上)，并且因此保持了第一掃描速率。由于濕度水平的暫時變化 或者人們距分配機更長距離運動或者由于光照條件或在分配機周圍 的溫度條件變化而導致的雜散IR,所以會出現高于和低于QO的這些小變化(低于預定水平)。在掃描S4處，所接收信號的水平已經達到或者已經超過背景IR 之上的例如10%的預定值，并且傳感器系統及其控制因此假設可能用 戶(例如，用戶的手或整個身體)正在運動靠近分配機以便抽出產品例 如紙巾。為了在假設用戶想要分配紙巾時(即在所接收信號的水平已經 達到或者已經超過背景IR之上的預定值例如10。/。時)能夠更迅速的反 應，因此掃描速率增大至第二掃描速率，并且因此在前面脈沖之后的 更短時間t2處發出下一次掃描脈沖。如果在下一次掃描S5上接收到的信號水平R5也滿足達到背景IR或高于背景IR之上預定水平(例如根據針對前次掃描的標準達到背景 IR或比之大10。/。)的標準，則傳感器系統通過計數器(例如，在存儲器 或另一種形式的寄存器中)記錄高于預定水平的單個檢測值，然后以間 隔t2發出另一次掃描S6以檢查所接收到的IR是否仍然達到或高于背 景IRQ0之上10。/。的水平。如圖5所示，對于掃描S6也如此，并且傳感 器系統控件(在一優選形式中包括軟件和微處理器)然后馬上給電機M 發出輸出信號以使電機開始轉動，以便分配產品(例如從紙巻3中分配 出一部分紙7)。在該情況中，即在兩次連續掃描都高于預定水平時， 因此該系統確定，可能的用戶處于需要分配產品的區域，并且因此確 定用戶處于"分配"區域中。在只使用 一組傳感器來檢測用戶在第一檢測區域中的存在(例如 圖l和2的實施方案)的情況下，檢測區域和分配區域將為相同的物理區 域，但是僅僅是傳感器控制系統在邏輯上確定用戶已經進入分配區 域。但是在圖9中的實施方案中，其中使用了附加傳感器19和/或21， 在區域18中將已經感測到信號水平R4，并且因此在用戶已經進入區域 17之前該信號水平已經使得第一掃描速率改變為第二掃描速率，所述 區域17在圖9的情況中將是與第 一檢測區域18不同的分配區域。區域 17和18當然可以或多或少重疊，但是區域18在這種情況中至少一部分 應該總是布置成與區域17相比從分配器延伸出更遠。但是在這種情況中，保持第二掃描速率持續適合用戶在物理上進入區域17的時間(例 如，朝著盥洗池運動、洗手然后使用手巾所需的時間)是適當的。例如 在滿足要分配產品準則的接收IR反射信號R的期望中，可以將這種適 當時間設定為1-10分鐘，其間保持第二掃描速率。在未示出的另一種情況中，在水平R5低于預定水平(例如高于背 景IR10。/t))，可以將該系統編程為發出另一次掃描并且再次檢查所接 收信號的水平是否高于預定水平，以便指出用戶存在并且希望接收手 巾。因此，已經發現優選讓三次連續掃描中的任意兩次都高于預定水 平，而不用總是需要兩次連續掃描以產生出其接收信號強度高于預定 水平的兩個接收信號。當然也會存在其它可能性，其中允許分配手巾 的掃描次數可以為四次連續掃描中的任意兩次，或者四次連續掃描中 的任意三次，或者其它組合。但是，在將tl設定為0.17秒并且將t2設 定為0.1秒的情況中，已經發現最好允許三次連續掃描中的任意兩次來 觸發產品的分配。在圖4中所示的情況中，在已經分配(排出)手巾或其它產品之后， 該系統將掃描速率改變回到第一掃描速率以便節能，并且在掃描S6之 后時間tl發出掃描S7。顯然這能盡早節能。但是，必要時(在圖4中沒 有顯示出的情況)可以使第二掃描速率保持更長時間，從而在用戶通過 使其手再次朝著分配機出口運動而再次希望獲得第二或再一個產品 (例如，再一個手巾)時，再次迅速發生分配。但是，在圖5中所示的情況中，顯示出與圖4對應的情況，其中用 戶例如已經撕掉已經從分配機分配出的一張紙，因此在R7處接收到的 IR輻射水平低于預定水平(例如高于Q010。/。或更大的水平)。傳感器系統控件引起出現產品分配的高于背景水平的預定水平 已經在上面描述為對于三次連續掃描中的兩次而言高于背景10%。但 是，實際測試表明，更合適的水平為高于背景IR12。/。或更大，并且甚 至更優選大于背景IR15。/。或更大。例如這是考慮了在用戶靠近分配機 時會出現的光照條件變化，而不是實際上希望使用它。但是，在測試中還已經發現，在所接收到的反射IR中的增加允許必要時使用完全不同的閾值。因此例如可以如此調整傳感器電路，從而在出現分配之前，高于背景水平的預定水平為高于背景IR大約 90%或更大，甚至為95%或更大。這例如使得來自用戶手的反射與在 12至18kHz的脈沖頻帶中的任意不期望有的接收IR(例如，在光照非常 強的條件下)相比具有更大的區別。同時，出現這種高水平的可能性通 常小于在使用更低的預定水平的時候，除非稍稍提高給發射器的電 流。在一些罕見情況中，用戶會將其手非常迅速的朝著分配機運動， 并且會煩擾，因為必須等待比第一次掃描速率改變為第二掃描速率肯 定所需時間更長的時間并且等待另 一個0.2秒(在采用t2=0.1時)，雖然 這個時間可以忽略。因此可以包括另一個最重要的控制，其中即使當 在第一掃描速率模式中時，也可以使用與背景水平相比高30%以上(或 者在前面段落中所述的情況中更高的量例如高95%)的任意單個接收 掃描信號來使得產品立即分配，而無需等于或高于預定水平的連續掃 描。這也可以應用在第二掃描速率模式中。在其間已經以第 一速率掃描的一段更長時間t4的不活動時期之 后，可以允許該系統假設在分配機附近沒有任何可能用戶。在這種情 況中，甚至可以認為時間tl太短以致于不能實現最佳節能并且因此該 系統能夠將掃描速率改變為第三掃描速率(低于第一掃描速率)，其間 在經過時間t3之后只發出一次掃描脈沖。但是在這種情況中，在接收 到等于或高于預定水平(例如高于背景水平15。/。或更多)的IR信號時， 則該系統應該能夠將掃描速率直接改變為第二更高的掃描速率，而不 是首先采用初始第一掃描速率。但是，在這種情況中，合適的是需要 至少兩次掃描，但是優選更多次掃描以引起產品分配。例如，在設有 該分配機的盥洗室進入黑暗狀態然后在隨后某個時刻將燈打開時，可 以認為IR接收水平確定用戶存在。為了避免在這種情況中分配產品， 適當的是讓該系統在允許分配之前有時間考慮背景IR水平。在背景水平IR方面，如上所述這將隨著時間變化。同樣，在分 配機范圍內存在固定物體(例如，肥皂盤、其它容器或其它固定物體)需要作為背景IR考慮。為了這樣考慮，已經發現最好對最近記錄的接 收信號R取移動平均值以便以連續的基礎改變QO。例如，可以使用四個最近接收到的IR信號值，從而通過將例如 這四個最近接收到的IR信號值的總和除4來形成背景信號水平的平均 值。在接收到每個新IR值時，從計算中去除四個數值中的最舊值(通過 從在控制電路中的最近數值的寄存器或存儲器中將它去除)，并且根據 這些最近數值計算出新的平均值。針對最近記錄的數值組計算移動平知的:并且因此似;在這里不需要做任何進一步說明。^用來形成(移動)平均值的前面各個單掃描的預定數量通常為2-10 次掃描，優選為3-6次掃描，并且最優選為4次或5次掃描。如果使用三 次或更少次掃描來形成接收IR的平均值并且在設定將第二電流提供 給發射器時使用該平均值，則出現困難，即由于手暫時存在然后移走， 最后數值包括高IR值，這使得接收IR出現虛假的高平均值。必要時該 現象當然可以有利地用在通過將造成出現分配的那組IR接收值(例 如，最后三次連續掃描)與沒有造成出現分配的最近那組IR接收值進 行比較來設定提供給發射器的電流水平。在使用四次或更多次掃描 時，雖然使用太多數值會造成分配不能對背景變化進行足夠迅速的反 應，從而這因此在某些情況中會使得分配機對用戶存在反應更慢，但 是這為背景IR提供了更穩定結果。通過使用背景IR水平的移動平均值，其另一個優點在于，在剛 剛拉出手巾或其它產品的用戶將其手保持在分配出口處時，所接收到 的IR水平將保持較高。但是，為了防止用戶這樣造成大量產品例如紙 巾材料排出，在用戶手相對不動時將把用戶的手當作背景IR，因此將 不會出現分配。為了進一步分配產品(例如紙)，用戶因此必須使其手 運動離開分配機傳感器以能夠讀取"真實，，背景IR(即，在用戶手沒有 太靠近該裝置的情況下的背景IR)。只有在用戶手重新朝著分配機傳 感器運動時，才能使得產品分配再次出現。可以防止由于不必要地反復抽取手巾而造成分配機誤用的另一個手段在于通過除了上面移動平均值之外或者甚至作為其可選方案在手巾分配之間布置可調節的最小經過時間(例如在2至10秒之間的時 間)。但是，通常不需要該特征，由于在大多數情況下系統確定用戶正以防止出現這種誤用。還要理解的是，在分配機的電池隨著時間放電時，提供給傳感器 的電能也會受到影響，這會引起更不有效的操作。為了防止這種情況 出現并且因此確保可用于提供給傳感器的穩定電壓(直到接近總電池 耗盡的時間)，可以釆用恒電流吸收器(constant current sink)。用 來提供電壓穩定性的這種恒電流吸收器本身在電子領域中是公知的， 因此在這里似乎不需要作任何進一步說明，但是要理解的是，在這里 所述的其在這種分配機的感測電路中的應用尤其有利。使恒電流吸收 器工作所需的額外能量可以忽略不計，因此這種裝置的使用在電池可 用壽命方面幾乎可以不考慮。提供給發射器的電能另外布置成通過自動控件而在0.001mA至 0.1mA(使用6V電池裝置)之間變化，以便考慮來自前次掃描的所接收 到的反射信號強度，尤其是與沒有造成發那配的那些反射信號(即，后 者表示穩定背景IR)相比的那些導致出現分配的那些反射信號，并且 將發射IR的水平調節至更合適的水平。通過使提供給發射器的電流在例如lmA至100mA之間變化來實 現這種變化(即，IOO次變化可能性)。這可以通過使用PWM(脈沖寬度 調制器)模塊106(將在后面描述)來實現，其中將方PWM信號轉換成其 輸出與PWM占空因數成比例的DC電壓，并且MCU根據由傳感器接收加在發射器電路上的DC電壓，因此調節所發射的IR信號的電能。例 如，如果在出現分配時反射信號強度在最后幾次掃描(例如五次掃描) 上非常低，則這可能是因為用戶的手的通常亮度較低并且背景光水平 相對較高。這會使得接收信號水平只是剛剛高于與背景IR相比的預定 水平，除非用戶的手非常靠近傳感器，從而這會導致在一些情況中難以檢測。在這種情況下，最好提高提供給IR發射器的電能以便接收到 更容易覺察到的信號變化，即使第一電流增大至第二更高電流，并且 該電流用于將發送出的下一次掃描脈沖(或者多個脈沖)(除非檢測到 背景IR的進一步變化，這會導致發送給發射器的電流作出進一步變 化)。同樣，如果用戶的手的通常亮度較高并且背景IR水平較低，則 最好在接收到容易覺察到的信號水平變化(即，與背景IR水平相比在 分配期間的反射IR水平)時降低提供給IR發射器的電能。這樣，提供 給發射器的電能仍然受到進一步優化以便考慮這些條件同時提供可 靠快速的感測和分配。因此，與在非常高光照條件中不同，可以使用 提供給傳感器的非常低電能。這樣，還要理解的是，可以如此優化該 分配機，從而將其中可能用戶的存在造成從第一掃描速率改變為第二 掃描速率的第一檢測區域選擇為位于離排出口大約20至60cm優選大 約25cm至50cm的位置處。顯然，在提供給發射器的電能方面的進一 步增大將提高檢測范圍，但是能耗將以高得多的速率增大，并且也更 容易出現錯誤檢測。因此，離分配機大約50cm的范圍以便能夠檢測用 戶對于大多數設備而言是優選的。但是在將電流水平從第一電流改變為第二電流時，最好如此設計 控制電路，從而在允許改變為不同電流水平之前使第一和第二電流水 平保持恒定例如至少一秒(或者甚至更長)。通過按照上述方式改變提供給發射器的電流，從而優化提供給發 射器的電能以考慮背景條件，以便在不消耗不必要的電池電能的情況 下提供可靠快速的感測和分配。除了通過(如上)將反射IR數值與 一般背景水平比較之外，能夠用 來改變IR發射器電流的可選且可能更簡單的方法在于設定在控制電 路中的所謂"標準值"或"閾值"，這是在正常操作條件中接收到的所期 望的檢測信號強度的數值。所提供的電流可以例如為5mA。如果這種 標準值被稱為Al,則在操作期間可以使得控制電路(其MCU)從預定數 量的最新接收到的IR數值中計算出IR水平A2(即，最近數值的移動平均值)。如果A2〉A1(即，所檢測到的反射運動平均信號水平A2高于所 存儲的標準信號水平)，則可以優選以步進的方式降低提供給發射器的 電流。相反，在A2〈A1的情況中，則可以優選以遞增的方式提高提供 給發射器的電流。對于每個單掃描而言，提供給發射器的電流通常應該保持基本上恒定。因此，對于第一電流水平和第二電流水平而言，將電流基本上 保持恒定在那個相應電流水平處。還要清楚的是，不僅僅存在兩個電 流水平，因為一旦在一個單掃描中發出所述第二電流水平，那個第二 電流水平變為用于下一次掃描的第 一電流水平，并且該第二電流水平 將為所要設定的下一個電流水平(在每次掃描之間升高或下降或者不 改變)，這都取決于所接收到的IR的最近移動平均值的結果。從預定數量的前面單掃描中計算出平均接收IR。優選的是，預 定數量的前面單掃描指的是緊鄰最新掃描之前的那些掃描。合適的預 定掃描次數可以為2至10次掃描，優選為3至6次掃描，并且最優選為 四次或五次掃描。為了計算出平均接收IR，使用最后的(例如四次)單 掃描，并且對于每次掃描使用所有IR接收器輸入的平均值。在所計算的下一個平均IR上，然后重新使用最新四次單掃描(從計算中去除前 面掃描中的最舊掃描)。除了將包括來自發射IR的IR反射的接收值在內的前面接收到的 IR數值取平均值之外，進行背景IR測量的另一種方式在于進行接收掃 描(即，在發射器關閉的情況下啟動接收電路少量時間)，并且測量輸 入IR的水平。這可以通過例如MCU來進行。然后可以使用預定數量 的前面單個接收掃描的平均值來按照已經說明的方式形成接收IR的 平均值(在停用發射器的情況下)。在使用關閉的發射器來建立背景IR的情況中，優選還可以固定 接收IR水平(尤其在剩余電池電能非常低從而提供給發射器的電流水 平不應或不能進一步增大的情況下)，該IR水平在接通IR發射器時例 如大約為由IR接收器接收到的IR數值的90% 。但是也可以選擇例如 85%以上的其它數值。與外部影響相比，在接收IR的這個絕對水平下的IR變化對于能夠精確區分由于用戶存在而導致的接收IR的變化而 言往往太小，并且這會導致不正確分配。由于需要使傳感器接收系統 飽和的背景IR絕對水平低很多，所以這種情況在其中沒有使用有限頻 率脈沖IR的分配機中更容易出現(即，與前面有限15kHz頻率發射和上 述12-18kHz檢測系統相反)。還要理解的是，可以如此優選分配機，從而將其中可能用戶的存 在引起從第一掃描速率改變為第二掃描速率的第一檢測區域的最外 面邊緣選擇為位于離排出口大約20-60cm優選25cm-50cm的位置處。 進一 步提高提供給發射器的電能以實現更長的范圍將增大檢測范圍， 但是能耗將以大得多的速率增大，并且盡管對發射器電流供應水平進 行了附加測量，也會更容易出現錯誤檢測。在另一個優選實施方案中，可以將分配機布置成具有兩種操作模 式， 一種模式為前面所述的感測模式(或者"用戶感測"模式)，其中正 在進行主動IR感測，另一種模式為懸掛手巾模式，其中在例如每次分 配紙巾并被移去(例如，撕下)時，新的紙手巾從分配機排出。為此， 例如如圖2所示的切割邊緣16可以如此安裝，從而在切割邊緣(往往被 稱為切割器桿)上施加壓力使得開關啟動以啟動電機M發出準備被撕 下的新紙片。該裝置還可以包括手動開關，從而在分配機將正常持續 使用并且主動IR傳感器系統的使用暫時多余時，該懸桂手巾模式可以 由用戶手動設定或者通過定時電路例如以已知的周期自動設定。盡管出現從提供給發射器的第一電流到第二電流的任意變化，在 IR感測系統完全飽和并且因此不能檢測出來自用戶的更高IR輻射水 平與背景水平相比的差別時，懸桂手巾模式例如也能夠適用于非常高的背景IR條件(例如高于5000并且優選高于100001ux)中。分配機因此 布置成相對于閾值(即，最大閾值)檢測IR輻射水平，并且在達到所述 閾值時，傳感器控制系統(即，用于傳感器系統的控制系統)將分配機 的分配模式從用戶感測模式(即，將接收IR與背景IR進行比較以如上 所述一樣啟動分配)切換到其中 一片手巾紙從排出口 8送出并且保持懸 掛在那里直到將它取出的懸掛手巾模式，由此另一個紙手巾從排出口8送出并且重新保持懸掛在那里。但是，在懸掛手巾模式正在工作期間優選仍然計算出平均接收 IR檢測值，并且在平均接收IR的數值低于閾值時控制系統布置成將模 式從懸掛手巾模式切換回到分配模式。立即切換并不總是合適，因為平均IR只是暫時低于閾值并且該 裝置會在懸掛和用戶感測模式之間持續切換，這會讓用戶糊涂。因此， 優選的是，在切換回到用戶感測模式之前包括具有第一預定時間(例如 五秒或更長，或者甚至更長的時間段)的時間延遲。通過設置控制系統軟件(或者任選硬件)來實現更進一步的改進， 從而如果在那個時期內平均接收IR的數值高于最大IR閾值時防止在 所述第一預定時期內切換回到所述用戶感測模式。還有這有助于使暫 時背景IR變化的作用進一步平滑化。在使用發射脈沖IR(例如如上所述在15kHz AC電壓下)的分配機 中，特別由需要變化到懸掛手巾模式所處的光引起的背景IR水平通常 為非常高的水平(例如高達100001ux或更大)。但是，從用戶感測模式 到懸掛手巾模式的模式變化在更便宜類型的分配機系統中尤為有利， 其中IR沒有脈沖化，但是主要發射寬頻帶IR，并且接收寬頻帶。在這 些情況中，傳感器系統的接收側的飽和水平在低得多的光照水平(例如 大約10001ux)處出現。因此，從用戶感測模式到懸掛手巾模式的切換 將給這些裝置提供好處，且不會增加有限脈沖頻率發射以及在接收器 側上的特殊放大器和濾波器的費用。其中切換到懸掛手巾模式是有用的另一種情況是在接近電池完 全放電的時候，那時主動IR感測系統的能耗對于電池的剩余電量而言 太高(在與放入該裝置的正常使用相關的時候)。在低電池電能的這種 情況中，可以采用自動切換(通過包括感測系統的分配機控制系統)到懸掛手巾模式并且關閉用于感測模式的發射器。可選的是，該裝置可 以配備可以由服務器使用的低電池電能警告指示器，以在更換電池之前使手動開關運動到懸掛手巾模式。圖6顯示出根據本發明的分配機的一個實施方案的基本系統的方框圖，其中用虛線表示的部分包括用于IR信號調制的基本部件、用來 給包含微處理器的主控制單元(MCU)的A/D調制提供信號的IR發射和 IR接收部件。方框101和102分別表示IR發射器和接收器，它們大體上與前面所 述的發射器IO、 12和上述的接收器9、 11、 13對應。這些IR發射器和 接收器優選為光電二極管。顯示出位于虛線之外的手指出由發射器 101發射出的IR輻射由手反射回到接收器102。單元103為光電轉換器， 用于在IR信號傳送給濾波和放大單元104之前將它轉換的光電轉換 器，在那里帶通濾波器和放大電路操作以將在有限頻帶中的中央頻率 周圍的接收信號放大并且由此相對抑制其它IR頻率。然后由于IR信號 為AC信號，所以將該信號傳送給信號整流單元105。從該單元105將 信號傳送到MCU的A/D模塊中。PWM模塊106的輸出由MCU控制，從而來自PWM的方波信號占 空因數由MCU改變以調節施加在發射器電路上的DC電壓并且因此調 節所發射的IR信號的功率。PWM106與D/A轉換器107連接，并且連接 到IR發射器驅動電路單元109中，該單元包括前面所述的恒電流吸收 器。還將來自發出15kHz(士0.5。/。)脈沖調制信號(或者如果認為適當的 話另一種頻率的調制信號)的相位頻率檢測模塊108的信號輸送給所述 IR發射器驅動電路，以便通過發射器驅動電路109驅動發射器101以在 短時間間隔內發射調制IR信號(例如每個信號發射大約lms)。在這方 面，應該指出的是，在發射調制信號之前，MCU應該首先已經使用于 接收信號的濾波器和放大電路單元104在發射調制脈沖之前進行短時 間例如2.5ms操作，以便使得接收器電路穩定，從而從發射IR信號中 可靠地檢測接收IR。由于該單元104在發射IR掃描脈沖時已經操作， 并且由于濾波器和放大單元器以發射脈沖的中央頻率為中心，所以無 需進一步使發射脈沖和接收脈沖的定時同步。來自單元109的信號饋入到IR發射器接通/斷開控制單元110。 MCU的輸入/輸出模塊118必要時也饋入到按需要接通和斷開的單元 IIO中，由此通過發射器101進行IR掃描。為了啟動微處理器(即，將它喚醒以便以一定速率進行掃描)，RC 喚醒電路115饋入到MCU的喚醒檢測單元114。單元117為外部中斷檢 測單元。從輸入輸出模塊118開始饋給單元119，它可以被當作用來在由于 確定用戶存在于分配區域中所以傳感器系統(優選包括MCU和軟件) 已經檢測出應該分配產品時驅動電機M。其它外設單元111 、 112分別為紙張感測電路單元和低電能檢測電 路(即，用于檢測接近電能耗盡的電池)。單元116指示出用來驅動MCU 還有所有其它外設和電機的電池電能。單元120可以為電機過載電路， 它例如在紙張卡在分配機中時或者在分配機中沒有任何紙張時切斷 提供給電機的電能。單元121為紙長控制單元，它如此操作，從而在 每次使得電機操作以通過排出口 8排出 一定長度紙張7時分配出恒定 長度的紙張(其自身可以通過可變電阻等的手動操作來進行變化調 節)。該單元121還可以包括低電能補償模塊，通過它在低電能下使得 電機轉動更長時間以便分配相同長度的紙張，但是該單元可以簡單地 為脈沖位置控制系統，其中在一系列脈沖中統計電機的轉動次數，并 且只有在已經實現正確數量的脈沖時停止轉動。這種脈沖位置控制系 統例如可以包括位置固定的光遮斷器，它能夠檢測在固定在電機驅動 軸上(或者任選在與驅動電機可操作連接的驅動輥5上)的相應帶狹縫 單元中的狹縫。單元122可以為低紙張檢測電路，并且單元123可以為 用來指示外殼是打開或是關閉的單元。這例如能夠用來在外殼關閉時 例如在補充新紙巻之后使得紙張的第一部分從紙巻自動輸送穿過排 出口 ，從而使給分配機補充紙巻的人確認該裝置在已經關閉之后正在 正確地分配。雖然在這里未示出，但是一系列警告或狀態指示燈例如可以與各 種單元例如單元lll、 112、 120至123相關以給潛在用戶或分配機服務 員或修理人員(在分配機電機卡住或分配機需要重新裝紙等時)指示特 定情況。圖7顯示出可以用來對在MCU中的微處理器進行定時喚醒的RC控制電路的一個實施方案。這種電路的原理是^^知的，并且在當前情況中，用于電阻器Re的合適數值為820kOhm，并且對于電容器而言為 0.33微法拉。雖然在圖6中沒有具體顯示出，但是RC喚醒電路使用 MCU的輸入/輸出單元118來提供微處理器的定時喚醒功能，從而以規 定的時間間隔(例如tl、 t2或t3)發生掃描。當在輸入/輸出處出現由高 到低的電壓降時，由于該RC電路，所以MCU將被"喚醒，，并且進行掃 描。導致進行掃描的這種喚醒也需要支持軟件。同樣，可以使得時間 tl和/或t2和/或t3的長度適當地作為RC電路時間常數的倍數，由此在要掃描。在這方面，要指出的是，RC電路在輸入處受到電壓變化(借 助在從電池電壓源通過二極管之后獲取的作為MCU供應電壓源的 VDD)。在電池(或多個電池)的電壓下降時，在圖7的電路中在RC時間 常數方面將出現增大，因此初始設定的時間tl、 t2和t3將隨著電池的 電能更完全耗盡而變化。例如，在對于6V的電池電平而言將時間tl設 定為0.17秒的優選水平處的情況下，下降至4.2V的耗盡水平將使時間 tl增大至0.22s。因此，在這里所使用的tl、 t2、 t3等的數值要被理解 為在完全充電的電池源下的數值。圖8顯示出具有與在圖7中所示的電路相比使用更少電流的改進 RC電路。在圖8中，使用三個二極晶體管來減小在MCU睡眠時所消耗 的電流。在正常條件下，在MCU內的數字電路在邏輯高電壓狀態和耗用 電流非常低的邏輯低電壓狀態中工作。但是，在RS喚醒電路如圖7所 示一樣連接時(其中，"至MCU"的指示表示與MCU的輸入/輸出端口連 接)，由于在RC電路中的充電和放電過程，這在MCU的輸入/輸出端口 處產生出電壓變化，該電壓變化為漸進電壓變化。這為在MCU中的數 字電路形成相對較長的工作時期，這又導致與在正常操作條件期間存 在的情況相比在IC內部電路中內在電流消耗更高。這在一定程度上導 致在其"斷開"循環(即，MCU的"睡眠"循環)期間MCU的能耗更高。通過在圖8中的電路，該變型包括使用通向MCU的兩個輸入/輸出端口 PA7(在該圖中的右手邊)和PB7(在該圖中的左手邊)。該電路的 重要方面在于，已經加入了兩個級聯的晶體管Q2和Q3，它們一起改 變RC充電特征。MCU的PA7管腳然后賦予更加陡峭的充電曲線。通 過在所示實施例中分別為820kOhm和0.68uF的R4和Cl來確定用于喚 醒MCU的延遲時間常數。當然也可以選擇用于其它時間常數的其它數 值。在Q2和Q3轉換之后實現了在端口PA7處的最快電壓變化，這減 小從邏輯高電壓向邏輯低電壓電平過渡所需的時間。如圖8所示的這 種電路與圖7相比在睡眠期間對于大致相同的RC時間常數而言能夠 實現40。/。的節能。因此，圖8的RC定時電路特別有利于最大地節約電 能。
權利要求
1.一種分配機，用于自動分配存儲在所述分配機的產品供應源中的產品，所述分配機包括電源，優選為電池電源，和主動IR感測系統，所述IR傳感器系統包括至少一個IR發射器和至少一個IR接收器，其中所述IR感測系統布置成至少以第一掃描速率掃描可能用戶的存在，并且其中布置傳感器控制系統使得給所述主動IR發射器提供第一電流，該第一電流在一次或多次單掃描期間基本上恒定但是對于下一次掃描而言可以改變為不同的第二基本上恒定的電流，所述第一和第二電流根據由所述至少一個IR接收器在預定數目的在先單掃描期間接收到的平均接收IR的信號強度來確定。
2. 如權利要求1所述的分配機，其中在由所述IR接收器接收到 的平均IR從第一平均接收IR增大至第二更高的平均接收IR時使得 所述第二電流高于所述第一電流，并且在由所述IR接收器接收到的 平均IR從第一平均接收IR降低至第二更低的平均接收IR時使得所 述第二電流低于所述第一電流。
3. 如權利要求1所述的分配機，其中在控制電路中已經對應于在 正常操作條件下接收到的所期望檢測的信號強度的數值設定了第一 標準值Al，并且其中控制系統布置成計算預定數量的最新接收到的 IR數值的移動平均值A2,并且其中當A2>A1時，優選地按照遞進的 方式降低提供給發射器的電流，并且在A2<A1的情況下，優選地按 照遞進的方式增大提供給發射器的電流。
4. 如權利要求1所述的分配機，其中在先單掃描的所述預定數量 為2-10次掃描，優選為3-6次掃描，并且最優選為四次或五次掃描。
5. 如前面權利要求中任一項所述的分配機，其中所述第一電流和 所述第二電流可以在固定的最大和最小極限值內改變。
6. 如權利要求5所述的分配機，其中所述最大極限值比所迷最小 極限值大10-150，優選大50-120，并且更優選大95-105。
7. 如前面權利要求中任一項所述的分配機，其中所述傳感器系統還能夠以第二掃描速率掃描，其中所述第二掃描速率高于所述第一掃 描速率，其中所述傳感器系統布置成對于第一預定數量的單掃描當接收到大于背景IR水平之上的預定數值的反射IR水平時將所述掃描速 率從所述第一掃描速率改變為所述第二掃描速率，并且其中所述傳感 器系統在對于第二預定數量的單掃描檢測到等于或大于背景IR信號 強度水平之上的預定IR信號強度水平的所接收到的IR信號強度中的 變化時引起所述分配才幾分配產品。
8. 如權利要求7所述的分配機，其中所述預定信號強度水平比背 景水平高10%以上，優選比背景水平高12%以上，并且更優選比背 景水平高15%以上。
9. 如前面權利要求中任一項所述的分配機，其中所述傳感器系統 包括多個IR接收器和至少一個IR發射器，優選的是IR接收器的數 量比IR發射器的數量多至少一個，并且其中在所有接收器處接收到 的IR數值用來在一個單掃描期間形成接收IR的單個平均值。
10. 如權利要求9所述的分配機，其中所述傳感器系統包括至少 兩個IR發射器和至少三個IR接收器，其中每個發射器在其每個橫向 側上具有一個接收器，從而發射器和接收器沿著跨過分配機的橫向方 向按照接收器-發射器-接收器-發射器-接收器的順序，并且其中在每個 發射器和每個橫向相鄰的接收器之間的間隔基本上相等。
11. 如前面權利要求中任一項所述的分配機，其中所述分配機包 括在其下表面上或其附近的排出口 ，并且其中所述發射器和接收器中 的每一個布置在所述下表面上。
12. 如前面權利要求中任一項所述的分配機，其中所述分配機為 被布置用來貯存紙張源并且分配所述紙張源的至少一部分的紙手巾 分配機。
13. 如前面權利要求中任一項所述的分配機，其中所述IR發射器 由傳感器控制系統控制以提供這樣水平的IR輻射，以使得由所述發 射器提供的檢測區域能夠檢測處于離所述排出口達大約25cm、優選 離所述排出口達大約50cm的位置處的可能用戶的存在。
14. 如前面權利要求中任一項所述的分配機，其中所述傳感器系 統布置成只是以第一發射頻率發射IR輻射，并且其中所述傳感器系 統布置成檢測在有限頻率檢測范圍內的輻射，其中所述第一發射頻率 優選大約為15kHz，并且所述頻率檢測范圍優選大約為12kHz至大約 18kHz。
15. 如前面權利要求中任一項所述的分配機，其中所述分配機為 紙手巾分配機，并且其中所述傳感器控制系統布置成檢測平均接收IR 的最大閾值，由此所述傳感器控制系統將所述分配機的分配模式從用 戶感測模式切換為懸掛手巾模式。
16. 如權利要求15所述的分配機，其中所述傳感器控制系統在測 量出平均接收IR低于所述最大閾值時將所述分配模式從所述懸掛手 巾模式切換成所述用戶感測模式。
17. 如權利要求16所述的分配機，其中所述控制系統布置成具有 一個時間延遲，以使得在測量出平均接收IR低于所述最大閾值時， 從所述懸掛手巾模式到所述用戶感測模式的所述切換操作延遲至少 第一預定時間。
18. 如權利要求17所述的分配機，其中所述第一預定時間至少為5秒。
19. 如權利要求16或17所述的分配機，其中所述控制系統布置 成如果在所述第一預定時間內所述最大閾值被超過，則防止切換到所 述用戶感測模式。
20. 如前面權利要求中任一項所述的分配機，其中在切斷每個IR 發射器的情況下測量接收IR的平均值。
21. 如權利要求20所述的分配機，其中所述傳感器控制系統被布 置成使得當在斷開每個IR發射器的情況下接收IR的平均值高于在接 通每個IR發射器情況下接收IR平均值的90%,則停用所述用戶感 測模式。
22. 如權利要求21所述的分配機，其中所述控制系統在停用所述 用戶感測模式之后切換到懸掛手巾模式。
23. 如權利要求21所述的分配機，其中在檢測到在斷開每個IR 發射器的情況下接收IR的平均值在每個IR接收器接通情況下接收 IR的平均值的90%以下時，所述控制系統從所述懸掛手巾模式切換 回到所述用戶感測模式。
24. 如前面權利要求中任一項所述的分配機，其中使用恒電流吸 收器來向每個IR發射器提供恒定電流。
全文摘要
一種用于分配存儲在分配機中的產品的自動電動分配機，該分配機包括用于檢測用戶的主動IR感測系統。所述IR傳感器系統包括至少一個IR發射器和至少一個IR接收器。所述IR感測系統布置成至少以特定掃描速率掃描可能用戶的存在。傳感器控制系統給所述主動IR發射器提供第一電流，該第一電流在一次或多次單掃描期間基本上恒定但是對于下一次掃描而言可以改變為不同的第二基本上恒定的電流。所述第一和第二電流根據由所述至少一個IR接收器在預定次數的在先單掃描期間接收到的平均接收IR的信號強度來確定。在簡化系統中，可以將最近接收到的IR數值的平均值與在控制系統中設定的標準數值進行比較，以便改變提供給IR發射器的電流。這種系統優化了檢測并且節能。
文檔編號H03K17/94GK101223693SQ200580051056
公開日2008年7月16日 申請日期2005年7月13日 優先權日2005年7月13日
發明者航 吳, 莫建鄰, 莫經倫 申請人:Sca衛生產品股份公司