具有传感器布置的自动分配机的制作方法

专利名称：具有传感器布置的自动分配机的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及具有主动红外(IR)传感器系统的分配机，尤其 这样的分配机，该分配机包括与控制电路结合的电机驱动分配系统以 便通过所述IR传感器系统感测可能用户的存在并且控制所述电机的 操作以进行材料分配。本发明尤其还涉及电动式优选是电池驱动式(但是也可以为AC 供电或者由AC和DC电源的组合供电)自动手巾分配机(优选具有存 储在分配机外壳内的纸巾)，其中在检测到可能/潜在用户存在于特定 区域内时使用IR传感器系统来控制产品例如纸张(例如纸手巾)的分 配，而无需用户与分配机(或者传感器)物理接触以便启动分配过程。
背景技术：
上述类型的分配机例如从US-B1-6695246中可以获知.在例如根据US-B1-6695246的分配机中，传感器控制电路使用主 动IR(即，IR发射和检测两者)来控制对存在可能用户的检测。IR以 脉冲的形式发射。在主动IR模式中，能够在距离分配机大约12-24cm 的范围内检测物体(例如可能的用户)的存在，并且一旦检测到，则使 电机工作以给用户分配手巾。在分配机的前盖后面设有一个IR接收 器和一个IR发射器，并且每一个都安装在相应的管子中，这些管子 相邻设置。通过这种布置，使检测距离保持较短(在大约12-24cm之 间)，从而在检测区域之外的物体不会导致不期望有的分配。同样，物 体必须在正确的位置中并且处于正确的角度处，否则这些管子将阻碍 IR反射回来并且由接收器收集。因此，虽然降低了从其它表面产生不 期望有的反射的可能性，但是传感器系统需要手相当精确的定位以进 行操作。在检测到物体时，如果IR检测控制系统接收到两次具有足够反射IR的扫描，则微处理器启动电机以分配手巾。为了使电机工 作，IR传感器系统采用了提供了参考电压VB的背景光水平参考电路， 所述参考电压与背景光的水平相关并且基于它与来自IR传感器的电 压VA进行比较。在电压VA大于电压VB时，电机会操作以分配手 巾。这为背景光水平提供了自动补偿，从而为了检测到用户必须将由 IR接收器拾取的信号升高至更高的水平。在上述分配机中，虽然考虑了 一些情况针对背景光水平进行了 一 定程度的补偿，但是在这种装置中由于因空气条件而导致的高IR变 化的暂时影响而会出现问题，尤其是在背景IR非常低的时候，因为 在反射IR中的仅仅非常小的变化都会导致即使在不需要的时候也发 生分配。同样，还会碰到这种问题，即在背景IR水平提高至高水平时， 用户的手变得难以相对于背景IR进行区分，因为在手位于分配机前 面时由于来自用户手的IR反射而导致的更高IR水平会大致处于与背 景IR相同的水平，或者由于高水平背景IR被暂时阻挡，手的存在甚 至会使水平降低至低于在IR传感器中接收到的背景IR水平，从而在 许多情况下不能可靠检测到手。还有，没有被检测到的用户的手、或者相对于在分配机上的传感 器的较小检测区域即在所检测的较小区域范围中没有正确定位并且 因此没有立即启动手巾分配的用户的手往往会试探接触分配器以试 图引起分配，因为用户认为需要接触传感器附近的外壳，尽管分配机 在这方面没有给出任何书面提示。在如在上述文献中一样用户的手已 经处于分配机的高度处的情况下尤其如此。在几个用户连续触摸分配 机时这会导致不卫生。另外，虽然从发射器发射出的IR强度在上述文献中似乎是恒定 的(除了由于电池电压较低而可能出现的变化之外)，依靠来自电池(而 不是太阳能电池)的电池能量工作的这种结构往往涉及使用不必要的 高能量。发明内容本发明一个目的在于在考虑到背景IR变化的情况下对主动IR 检测进行改进。另 一个目的在于改善卫生情况。另一个目的在于通过考虑背景IR水平在某些时候使该装置的能 耗最小。本发明的其它目的将通过阅读该说明书来了解。 本发明的主要目的是通过具有在权利要求1中所限定的特征的 分配机来实现的。在从属权利要求中限定了本发明的某些优选特征。 本发明的其它特征对于该说明书的读者来说是显而易见的。 本发明提供了通过改变提供给IR发射器的电流由此改变了由感 测系统所使用的发射IR量以补偿强度不断增大或减小的背景IR水平 来改善检测可靠性的手段。这样做的一种方式是在总体背景IR水平 通常较高的时候，通过提高通过IR发射器的电流来使得由IR发射器 发射出的能量更高。因此，在亮光条件下靠近分配机的用户将更容易 被检测到，因为与背景IR相比，反射IR的量比在没有进行任何电流 改变的情况下更高。因此，从用户的手反射出的接收IR与背景IR的 差别将更大，因此很容易检测出用户的手，这在用户的手由于所获得 的IR反射较低而更不白时尤其有利。同样，在低背景IR条件下，由于用户的手已经使得反射IR与 所检测到的背景IR相比出现高百分比增大，所以往往需要给发射器 提供高电流。因此，可以使得提供给发射器的电流更低，这也节约了 能量。同样，在由于例如进入房间的太阳光或者开灯而出现背景IR 突然变化时，给传感器提供更低的电流意味着将不能在视觉上检测出 在反射IR(即由发射器发射出并且反射回到接收器的IR)上的这些变 化与背景IR相比的相对作用。但是，在用户在低背景IR条件下接近 分配机时，由IR接收器接收到的反射IR增加即使在低电流水平下与 背景IR相比也将较高。能够用来改变IR发射器电流而不是通过(如上面一样)将反射数流中设定所谓的"标准值，，(阈值)，该数值为在正常操作条件下将被接 收到的所期望检测到的信号强度的数值。所提供的电流在该标准值下可以例如为5mA。如果在该系统中设定的该标准值被称为Al，则在 操作期间，可以让控制电路(其MCU)从预定数量的最近接收到的IR 数值中计算出IR水平A2(即，最近数值的移动平均值)。如果 A2〉A1(即，所检测出的反射移动平均信号水平A2高于所存储的标准 信号水平Al)，如例如在MCU中所计算出的一样，可以优选逐步降 低提供给发射器的电流。相反，在A2<A1的情况下，则可以优选逐 步增大提供给发射器的电流。在本发明的分配机中的传感器优选如此设置，从而IR发射器产 生出较宽的有用IR检测区域，并且IR检测器(即IR接收器)布置成 防止来自发射器的IR直接进入接收器，并且还用来降低来自其它方 向的IR反射。在分配机或传感器等上的任意位置相对于分配机限定在其正常 使用位置中，并且没有颠倒安装等。因此，分配机的下部通常处于底 部。同样，分配机的横向方向沿着大体上水平方向。垂直方向或平面通常指的是大体上垂直方向。在将分配机安装在 实际垂直墙壁(如下面例如参照图2所述的一样)上时，垂直方向因此 为实际的垂直方向。但是如果墙壁稍微倾斜，则相对于分配机的垂直 方向也将倾斜相同的量，并且沿着与墙壁倾斜相同的方向倾斜。部分由于能够检测在离靠近分配机的正常位置的较大范围足够 距离处的潜在(可能)用户的该传感器系统的这种良好覆盖范围，并 且由于所施加以便允许更好检测的补偿电流，所以这使得该系统尽早 对用户的存在进行反应，因此使得分配机能够设计成消耗较低能量。 由于在可能用户(即，假设为需要分配产品例如一段手巾或厕纸的用户 的物体)没有位于分配机附近的时期中除了提供给反射器的更低电流 之外也可以降低提供给发射器的扫描速率，且不会出现任何在应-该由 所检测到的用户分配产品时扫描速率太低以致于不能充分迅速反应的危险，所以可能实现这种更低的能耗。当检测到用户时，扫描速率 变到更快的速率。低能耗在完全由电池供电的分配机中尤为重要，通常期望这些电池长时间(例如，其工作时间足以分配60巻或更多纸巻，而无需更换 电池)工作，并且改进传感器和感测控制系统的布置允许在不存在任何 需要分配产品的用户时使用更少的能量。使得扫描速率即每秒进行的扫描次数根据用户相对于分配机的 位置变化，从而分配机在没有检测到任何可能/潜在用户时以第 一扫描 速率操作(即，通过启动IR接收器和发射器电路然后以每秒单个扫描即脉沖的第 一数量发射扫描脉冲来进行扫描过程)操作。在认为用户靠 近分配机(即，已经进入"第一"检测区域)时，该系统然后增大扫描速 率。该可变的扫描速率使得在没有任何用户充分靠近分配机时使用非 常少的能量，因为每次扫描需要一定量的能量并且每秒的扫描次数能 够减少，并且指示在需要时使用更高的能量水平(每秒更多次扫描)， 从而用户体验到分配产品的快速反应时间。还可以通过提供通过有线连接与分配机连接或者通过无线链路 (例如IR或无线电)与分配机连接的附加远程传感器，从而对分配机感 测系统作进一步改进以降低能耗。该附加传感器能够用来例如检测进 入的盥洗室中的用户，在该盥洗室相对于入口的不同地方设有该分配 机，并且因此能够使得第一扫描速率改变为第二扫描速率。这种"远 程"传感器必要时任选安装在分配机的向前部分上，并且由于盥洗室 的入口离分配机的位置的距离所以可以布置成以非常低的扫描速率 操作，从而在可能用户期望使用分配机并且因此运动更接近分配机 时，分配机已经以非常高的扫描速率工作，从而能够通过在权利要求 中所限定的分配机的主动IR传感器系统进行迅速检测。可选的是，用来使得分配机在检测到可能用户时分配产品的如在 权利要求中所限定的所述那组主动IR传感器也能够用来检测出进入 第一检测区域的用户。这样，接近分配机(离分配机40-50cm或可能 更远)的用户将启动传感器系统以将扫描速率改变为更高的扫描速率，并且随着用户继续使其手和/或身体运动更靠近分配机的排出口 ，将检 测出该用户处于"分配区域"，并且因此将使得分配机分配产品(例如， 手巾纸或厕纸)。必要时，可以使用两个以上的扫描速率。例如，可以先使用第一慢扫描速率(例如每秒1或2次)，之后使用更高的第二扫描速率(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 检测到用户正在运动靠近分配机时使扫描速率从一个速率增加至下 一个速率。这可以通过例如一系列不同传感器例如通过将所述那组传 感器布置成在用户靠近分配机时检测来自用户的更高IR信号反射来 进行，每个传感器在不同的距离处检测，并且最终传感器系统如所附 权利要求限定。在用户运动离开分配机时，能够再次将扫描速率降低至较低的速 率，由此消耗了更少的传感器操作能量。显然，即使在第 一检测区域的相对较短距离(例如离分配机大约 50cm，例如相对于沿着离开分配才几后面的向前方向并且向下倾斜的垂 直面成大约10°至45°，或者大约30°至60°)下，该系统也具有明显的 节能优点，同时仍然能够具有良好的分配手巾反应时间。这是因为用户期望使其手相对靠近该装置运动以便发生分配，并 且这在正常手运动速率(0.2m/s和0.5m/s)需要1/4秒至1/2秒，利用该 时间可以使分配机已经以第二更高速率(或者甚至更高的速率)扫描， 并因此能够在非常接近手处于"所期望的"分配位置(即，用户期望分配 手巾的位置，通常为离分配机出口 15-25cm)的时间分配。同样，优选的是，在使用IR传感器系统时，传感器系统应该优 选能够在不用分配纸巾的情况下处理有时出现的短期高IR反射的单 一异常，这不能单纯通过当前施加给发射器的电流电平来补偿，由此 最好在分配产品之前感测两次或多次连续扫描，或者例如在许多连续 扫描中的预定数量扫描(例如，三次连续扫描中的两次)，每次处于高 于背景IR水平的预定IR水平处。通过使得第一扫描速率为在各个扫描之间的例如0.15至0.25秒(即当可能用户在第一检测区域之外时的扫描速率)或者甚至更长并且使得第二扫描速率为在各个扫描之间的例如大约0.08至0.12秒并且 只需要两次连续扫描(例如，三次连续扫描中的两次)以便提供高于背 景IR水平的反射IR水平以启动分配，从而改变扫描速率，由此实现 较好的使用。由于消耗更低能量的初始低扫描速率，所以这种分配能 够使由传感器系统所使用的能量立即并且明显节约。


现在将参照其某些非限定实施方案并且借助附图对本发明进行 更详细说明，其中图1显示出纸巾分配机的示意性正视图，描绘出第 一检测区域的 示意图；图2显示出在图1中的布置的侧视图，其中已经拆除了分配器的 侧面板以显示出纸巻和输纸机构的示意性细节；图3A为剖面放大图，与通过在图1中所示的外壳下部所剖开的 部分相比更详细显示出从前面并且在IR传感器的位置处所看到的部分；图3B为在图3A中所示的布置的前视图的示意图，描绘出通过 主动IR传感器布置所实现的第一检测区域的大致前视图；图4显示出扫描脉冲的发射幅度相对时间的示例性曲线图；图5显示出对于由于在图4中的发射IR脉冲而出现的一连串接 收IR反射而言的所接收到的信号水平相对于时间的曲线图；图6显示出根据本发明的分配机的实施方案的基本系统元件的 方框图；图7显示出用于对在MCU中的微处理器进行唤醒操作以便进行扫描的RC电路；并且图8显示出在图7中所示的RC电路的可选形式。图9显示出除了主要主动IR传感器系统之外还使用了能够检测在远离分配机的位置处的用户的另一个传感器的实施方案。
具体实施方式
图1和图2分别从正面和侧面显示出分配机1，其中图2显示出其背 面安装在墙壁上的分配机l(没有显示出安装方式，但是可以采用任意 合适的安装方式，例如使用螺钉、粘接剂或其它安装方式)，其中分配 机的背面贴靠在通常是垂直的所述墙壁W上。分配机1包括外壳2，在其内设有产品供应源，在该情况中为一巻 纸3。纸巻3最好是一巻连续无穿孔纸，但是也可以包括穿孔纸。在外 壳2中还设有优选以自身具有壳体15的模块式驱动盒形式的输纸机构 4，该机构优选在打开外壳2时能够作为单个组件从外壳2中拆除。图l为了简化起见以简单方框的形式显示出纸巻3和用来从纸巻 朝着排出口(参见下面的进一步说明)供纸的输送机构4。同样图2以非 常简化的形式显示出纸巻3和输送机构4，其中输送机构包括与配对辊 6接合的驱动辊5，其中一部分纸张7显示出位于所述辊子5、 6之间， 并且所述纸张7的前缘准备从其形成在外壳2中下侧处的排出口8分配 出。驱动辊5示意性地显示出与由电池B供电的电力驱动电机M连接。 在电机驱动轴和驱动辊5之间可以包括通常以齿轮箱形式的传动机 构。合适的电池在新的时候可以提供总共6V的电压，并且为此通常釆 用四个1.5V电池。合适类型电池的示例为Duracell，sMN1300电池，其 中每个电池具有13Ah的容量，并且能够在1.5V至0.8V的范围内从满电 工作到，完全放电。电机M的操作使得驱动辊5转动，并且由此通过将 纸张夹在辊子5和6之间的辊隙来将纸张7从纸巻7中拉出。 一旦启动， 电机转动，由此从纸巻3中将纸张拉出，纸巻也转动以便让纸张能够 朝着排出口8运动。也可以使用其它形式的用于从纸巻中将纸张拉出 的驱动机构。但是输纸机构或其它产品输送机构的细节对于理解本发 明并不重要。这些装置本身在现有技术中也是公知的。从上面还要理解的是，驱动辊5和配对辊6其功能可以互换，从而 配对辊6可以为与驱动电机操作连接的驱动辊(因此在图2中所示的驱动辊5指示用作与辊6接触的配对辊，并且通常纸张或手巾位于它们之 间的辊隙中)。虽然使用以连续纸巻形式的纸来说明操作原理，但是要理解的 是，该分配器可以用来从产品供应源例如以如手风琴形式的连续纸片 中分配其它产品。可以通过对其结构进行适当重新设计的该装置来分 配任意产品。还可以将其它分配装置附加在该分配机上。例如，该分 配器还可以包括空气清新器，它例如每个5或10分钟启动一次或在分 配了 一定数量手巾时启动一次。这个额外的附属分配器可以由分配机 控制电路(下面所述的)或者由单独的控制电路(在这里没有说明)来控 制。在不分配任何纸张时，电机M不动并且不会向它施加电能。在要 通过分配口8分配纸张时，使电机M转动。通过与包括传感器9-13的感 测系统连接的主控制单元(在图l和2中未示出，但是在下面进行了说明) 来控制电机M的操作，其中传感器10和12为发射器优选为IR发射器， 而传感器9、 11和13为IR接收器。这些IR发射器和接收器在本领域是 公知的，并且通常由二极管结构构成。合适的IR发射器和接收器例如 由Lite-ON Electronics Inc.制造的型号为LTE-3279K的IR发射器以及 型号为LTR-323DB的接收器。当然也可以使用其它类型的发射器和接 收器。在所示的实施方案中，IR发射器IO、 12和IR接收器9、 11、 13 显示出沿着外壳的横向方向X-X(与产品供应巻3大体上平行)大致连 续等距离间隔开。间距优选可以大约为在相邻的发射器接收器之间间 隔开5cm，从而在传感器9和10、 lO和ll、 11和12、 12和13之间的距离 都大致相等。这些发射器和接收器显示出(参见图2)设置在排出口8的最后面 上。也可以釆用其它传感器的布置，例如所有创拿起设置在出口的朝 前侧上，优选沿着排出口成笔直一排。传感器任选可以设置在排出口 的任一侧上(例如发射器在一侧上，而接收器在另一侧上)，并且同样 沿着排出口延伸。排出口但是可以任选设置在任意地方。按照接收器 /发射器/接收.../发射器/接收器的顺序以恰当的间距顺序显示出的这种传感器布置让检测区域14具有有利的形状，该形状有点像舌形(参见 图l、 2和3B)。可以根据提供给发射器的能量还有其从其外壳表面伸 出的程度以及IR接收器的凹入程度以及通过其间距来在一定程度上 改变在下面的舌形形状。从该说明书可以理解的是由于在传感器之间的间距、在较少程度 上由于所提供的能量并且由于IR发射器和接收器的凹入/伸出关系而 产生出舌形检测区域，本领域普通技术人员能够很容易主要通过常规 试验来改变该舌形形状以在任意具体情况或分配机规格中满足分配 器的更精确要求。一旦分配机l在用户在第 一检测区域中在足够时间内没有与分配 机或传感器发生任何接触的情况下检测到可能的用户(检测过程在下 面作进一步说明)，因此使得分配机确定用户位于分配区域中，因此分 配出产品。在该情况中的分配是通过纸张7的前部通过排出口 8自动排 出(即，在外壳的下部中的横向延伸开口，并且优选向下送出)。这让 用户能够抓住纸张7并且压靠在位于排出口8附近的切割边缘例如在 图2中所示的切割边缘16将它拉出，以便取出撕开/切断的纸片。当然 也可以改变切割边缘16的位置，例如将其位置改变到辊子5的高度处 或其下面lcm处并且与之相对。如图l、 2和3B中所示的第一检测区域14显示为舌状，并且相对 于垂直轴线优选以20。至30。的夹角x。从排出口向下并且向前倾斜。这 是通过将IR发射器和接收器安装在相对于横向延伸越过分配机的垂 直面成20。至30。的位置之间来实现的。接收器和发射器中的每一个倾 斜的角度可以改变大约几度，但是对于所有发射器和接收器通常都相 等以便形成更好的检测区域。因此该传感器系统能够检测出在相对于 垂直面成10。至45。的角度范围上沿着方向Z通常在10至60cm之间的其 全部范围的绝大部分(即，在大致对应于在图2中所示的区域14的区域 中进行检测)。现在将参照图3A对发射器和接收器相对于壳体的一个优选布置 的细节进行说明。在该情况中发射器和接收器优选可以为上述Lite-On发射器和接收器。分配机的下部包括其上安装有用于作为如上所述发射器和接收器的传感器9-13的主PCB(印刷电路板)的第一盖子50。在该PCB上安 装有一系列用来保持每个传感器的支架52a和52b。接收器支架52a比 发射器支架52b更短以便提供使接收器9、 11、 13相对于第一平面外盖 53比发射器更凹入的手段，平面外盖53在所示的情况中设有长度不同 的凹槽。在决定将发射器和接收器装配成单个组件的情况中，外盖53 可以通过摩擦配合安装在发射器和接收器上，但是如果需要的话也可 以将外盖53安装在PCB或第一盖子50上。在图3A中可以看出，其中安放有发射器和接收器的那些凹槽中 的每一个基本上为圆形。如果例如设置锥形凹槽，则发射器的作用部 分的突出程度和接收器的作用部分的突出程度(即，如在图3A中所示 的情况对于接收器确实突出超过下表面54而不是完全凹入的情况而 言)会需要稍微调整以实现所期望的检测区域形状。可以通过比较在每 个传感器上的短横点划线的位置来看出发射器和接收器的相对突起， 所述点划线位于外盖53的(下)外表面54下方或上方。在布置成与接收 器9、 11和13相比具有从外表面54向外伸出更大程度的主动发射部分 的发射器20、 12的情况中，该点划线显示出位于外表面54下方(即在外 表面54之外)，而在接收器9、 11、 13的主动接收部分的情况中，这些 点划线位于外表面54上方，因为这些主动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，从而它没有任何部分向外突出到表面 54之外)。在所示的情况中，发射器IO、 12的顶端离表面54的距离"A"大约 为3mm,并且接收器9、 11、 13中的每一个的顶端离表面54的距离"B" 大约为lmm。在各个传感器9-13之间的距离如此设定，从而xl大致等 于间距x2、 x3和x4中的每一个。在凹入和突出尺寸分别为lmm和3mm 的情况下，发现每个距离xl、 x2、 x3和x4大约50mm是非常合适的。一旦理解了本发明的这些原理，可以通过常规试验来确定凹入和 突出的量。但是，也可以采用IR接收器的伸出距离B为-2mm(即，全部凹入2mm)至+1.5mm这样的凹入方式，但是最好是在0.2mm至 1.5mm的较小正距离B。对于IR发射器一样，可以采用2至4mm的伸出 距离A。对于这些发射器和接收器而言分别伸出超过表面54大约3mm和 lmm的上述结构使检测区域形成非常令人满意的舌形形状。在图 3B(该图与在图3A中的结构对应)中通过表示区域14的边界的点划线 边界线55显示出所形成的检测区域14的总体舌形形状。根据在稳态条 件下向发射器施加在0.001mA至0.1mA之间的不同电能，舌形区域14 的形状以及沿着方向Z(参见在图2中的Z方向)离排出口8的总长度可 以有一些变化，从而它可以在大约25cm和大约50cm之间变化。但是 即使在区域14的长度在能量改变时沿着方向Z变化时，由在图2中的尺 寸C所示的检测区域14的深度也将变化很少。对于在所示实施例中的 传感器布置而言，它相对恒定地保持为大约8cm。在改变电流以改变上面的感测范围时，假设在稳态条件下需要特 定的感测范围，因为与平均接收IR相关的在这里所限定的电流变化在 改变检测区域14的形状的情况并没有被考虑太多，而是在补偿背景IR 同时保持检测区域的大致相同尺寸的情况下被考虑。在图3B中，显示在接收器9、 11、 13中的每一个下方的椭圆56、 57、 58小于显示在发射器10、 12中的每一个下方的椭圆59、 60。这个 尺寸差异是由于这些传感器分别的凹入和突出特性造成的。但是这些 椭圆只是一种示意性表示主检测和接收领域的原理的方式，因为对检的区域14。进入由边界线55界定的区域14的任意部分中的一部分用户 因此能够被该系统检测到。图3B还显示出形成有检测盲隙，该盲隙在下表面54下方延伸大 约5cm的距离(具有大约为0.5cm的变化，因此在4.5cm和5.5cm距离之 间变化)，所述下表面54可以基本上处于与排出口8相同的垂直高度处。 但是表面54可以如此布置，从而它位于排出口上方l至4cm处，但是由 此仍然形成了分配机的向外表面，从而所要形成的检测区域在某些方面不会被分配机外壳的其它部分所阻挡。但是可以根据发射器和接收器的相对突起及其横向间距将盲隙形成为与下表面54距离优选为4至6cm。主要通过使接收器的几乎全部主动部分凹入到表面54后面(即在 使用位置中在垂直方向上位于表面54上方)来使得盲隙具有相对较大 的尺寸。在图1和2中也显示出该盲隙。-接收器9、 ii、 13的凹入(即；与,支射器相比其向外突出超过表面 54更少，或者其完全凹入在表面54上方)特别有利，因为它基本上防止 了所发射出的IR信号直接照射到接收器的所有部分上，否则这会降低 系统接收灵敏度。另外，它降低了与除了检测区域14之外的其它方向 的IR反射干扰。这当然有助于提供更可靠的根据平均背景IR对变化电流的感 测，这在与下面所述的本发明结构结合时形成更好的结果。如在下面更详细说明的一样，在可能用户的身体的一部分进入到 该第一检测区域14中时，感测系统检测到用户的存在，并且使得传感 器系统从第一扫描速率改变为比第一扫描速率更高的第二扫描速率。 该感测系统还使得电机M在认为用户存在于分配区域中时(由于所接 收到的这些信号)转动。该布置能够用非常适于在用户的手靠近分配机时用户所期望的 手放置的形状来获得可靠而精确的IR接收区域。虽然如在这些附图中所示的发射器/接收器布置的优选形式具有 某些优点，但是也可以采用只有一个发射器和两个接收器或者两个以 上发射器和三个接收器的布置。但是优选的是，为了形成所期望的检 测区域，在这些按照接收器/发射器/接收器等形式连续布置时，接收 器应该比发射器多一个。优选在传感器布置(由此也是分配机)的外侧 端部附近设置两个接收器(在每个侧端处一个)，以能够在分配机中的 传感器布置的最宽宽度上接收IR，因此通过形成理想的检测区域而使 得该分配机对用户更友好。在图9中所示的可选实施方案中，可以使用另一个传感器19来形 成与检测区域17(在该情况中检测区域17在形状上类似于在图1和2中 的第 一检测区域14)相比离分配机更远的第 一检测区域18，所述另 一个 传感器19远离分配机外壳2并且通过无线或有线连接20与在分配机外 壳中的传感器系统(由22示意性地显示出)及其控制系统操作连接。可 选的是或者另外，可以在分配机外壳的并且面背着其上安装有分配机 的任意墙壁等的前部例如前表面上设置另一个传感器，从而使得分配 机具有更长的向前检测范围，例如示意性显示出的同样与传感器系统 22连接的传感器21。传感器19和/或21例如可以布置成检测出在比第一 检测区域距离更大的位置处的可能用户，例如离分配机外壳2距离 50cm以上，优选100cm以上，更优选200cm以上并且更优选300cm以 上或者甚至更远的位置处的可能用户。传感器系统的发射器IO、 12通过如本身在本领域中公知的一样可 以控制电路的合适控制电路布置成以例如大约为15kHz士0.5。/o的窄频 带发射脉冲IR。但是也可以选择另一种IR频率。接收器9、 11、 13布 置成检测由物体(静止或运动的)朝着接收器反射回来的发射IR。为了 检测主要并且几乎全部来自发射IR的IR(甚至到100001ux或更大的极 强光条件下)，除了由于背景影响而导致的IR辐射的所有来源和频率 之外，需要将IR接收器调谐至发射器的频率。因此，IR接收器设有检 测电路，它抑制了在反射波的所期望频率范围之外的IR并且将在 15kHz范围水平处的IR放大。在这方面，虽然高于和低于2-10kHz的 反射频带范围的频率检测范围在大多数情况中都可以工作，但是已经 发现更适合釆用发射IR的中央频率的大约3kHz以上及以下的频率范 围(频带)。因此，通过允许检测在12-18kHz范围内的IR从而用发射IR 将接收器调谐(或者换句话说同步)在15kHz的中央频率处。在那个频 带之外的频率因此受到严重抑制，同时将在12-18kHz范围内的频率放 大，并且最大放大在大约15kHz的中央频率，到例如大约53dB。通过在发射器和接收器中以调制频率操作，基本上消除了例如明 亮太阳光的影响，否则明亮太阳光会造成IR接收信号与任意反射信号相比饱和，从而使得该装置能够在背景照度大约为100001ux的亮光条 件下工作。通过如在这里所述一样可以向IR发射器提供可变电流还进 一步提高了将可能用户与其它背景IR源区分开的这种能力。图4显示出以其在各个扫描之间的时间为tl的第 一扫描速率、其 在单独扫描之间的时间为短于tl的t2的第二扫描速率(即比tl更高的扫 描速率)以及其在单独扫描之间的时间为大于tl和t2的t3的第三扫描速 率进行的一系列单独扫描(即，脉冲IR发射)。在单独扫描之间的时间 测量为从一个单独扫描开始到开始下一个单独扫描的时刻的时间。每 个单独扫描在这里显示为具有相同的脉冲强度(即，在这些单独扫描之 间没有进行任何调节以考虑到前面接收到的反射扫描，这些反射扫描 会导致提供给IR发射器的发射能量不同)。还显示出另一个时间t4，该 时间为由在系统将扫描速率改变为具有时间间隔t3的第三最慢扫描速 率之前必须经过的时间tl(第 一扫描速率)分开的预定时间或预定脉冲 数。每个单独脉冲的脉冲宽度通常是恒定的。处，从而每个单独扫描脉冲间隔相等的时间tl。但是时间tl可以改变， 并且已经发现非常适合优化该装置的电池节能和分配反应时间的速 率大约为tl-0.17秒。第二扫描速率总是快于第一扫描速率，并且将t2 设定为在各个扫描之间优选0.05至0.2秒，优选为0.08至0.12秒。但是 可以将时间t2改变为另一个合适的数值，但是优选为tl的30。/。至70。/。。 例如可以将时间t3设定为0.3至0.6秒，但是也可以采用更长的时间t3， 例如1秒或更长。但是对于发射电路时间触发(尤其是通过使用利用RC 时间常数来使得给微处理器提供电流以便启动定时操作的RC触发电 路)而言，最优选的是，将t3设定为是tl的长度的两倍。因此，在tl为 0.17秒的情况下，可以将t3设定为0.34秒。例如可以通过从装置外面操 作的可变电阻器来改变初始时间tl，但是通常该数值在工厂里设定以 便避免时间tl出现在某些情况中不适用的不期望变化。可以将时间t4选择为大约30秒至IO分钟，并且也可以根据应用类 型和该装置所处地方通常碰到的周围环境而在该装置中进行不同的设置。但是已经发现用于最佳操作的合适数值大约为300秒，但是也 可以更长，在该情况中预计会节约更多的能量。虽然未示出，但是显然在该装置中也可以根据操作情况设定具有 中间时间间隔(即在T1和T2数值之间的中间值，或者在t2和t3之间的中 间值等)或者甚至更长的时间间隔的另外时间间隔，虽然已经示出使用 三种不同扫描速率以考虑在反应时间和节能方面具有良好性能的三 种不同情况。例如，可以釆用在以间隔t3发出扫描期间出现的比t4更 长的例如30分钟的另 一个时间间隔以便将在各个扫描之间的时间间 隔改变为比t3更长(例如在单独扫描之间间隔10秒)。在分配机夜晚时 期不常使用时这种情况是有用的。通过阅读以下操作说明将更清楚这 样做的原因。如在图4中可以看出，在时间间隔为tl的四次扫描Sl-S4之后，扫 描速率改变为间隔为t2的第二更快扫描速率，并且以第二扫描速率继 续进行两次另外的扫描S5和S6。下面将参照图5对这种变化的原因进 行说明。图5显示出响应于发射扫描脉冲S1-S7而产生出的接收信号 Rl-R7的可能接收信号水平(接收信号强度)的样本。近似背景IR水平表示为信号接收水平QO。该水平QO当然可以改 变，但是如下面进一步所示一样这可以按照几种方式考虑。但是为了 简化说明，在下面用于说明检测和扫描改变的基本传感器系统的实施 例中假设QO保持基本上恒定。在发射S1并且在所接收信号的最后背景值中没有考虑任何物体 时，在R1处接收到的背景水平将大致为水平Q0。同样，在下一次扫 描S2处，所接收到的IR的水平也接近QO，并且因此不会引起第一扫 描速率任何改变。但是在扫描S3处，所接收信号的水平R3高于背景水 平，但是只是高一点(例如，小于预定值，例如小于10%，在背景IR 水平之上)，并且因此保持了第一扫描速率。由于湿度水平的暂时变化 或者人们距分配机更长距离运动或者由于光照条件或在分配机周围 的温度条件变化而导致的杂散IR,所以会出现高于和低于QO的这些小变化(低于预定水平)。在扫描S4处，所接收信号的水平已经达到或者已经超过背景IR 之上的例如10%的预定值，并且传感器系统及其控制因此假设可能用 户(例如，用户的手或整个身体)正在运动靠近分配机以便抽出产品例 如纸巾。为了在假设用户想要分配纸巾时(即在所接收信号的水平已经 达到或者已经超过背景IR之上的预定值例如10。/。时)能够更迅速的反 应，因此扫描速率增大至第二扫描速率，并且因此在前面脉冲之后的 更短时间t2处发出下一次扫描脉冲。如果在下一次扫描S5上接收到的信号水平R5也满足达到背景IR或高于背景IR之上预定水平(例如根据针对前次扫描的标准达到背景 IR或比之大10。/。)的标准，则传感器系统通过计数器(例如，在存储器 或另一种形式的寄存器中)记录高于预定水平的单个检测值，然后以间 隔t2发出另一次扫描S6以检查所接收到的IR是否仍然达到或高于背 景IRQ0之上10。/。的水平。如图5所示，对于扫描S6也如此，并且传感 器系统控件(在一优选形式中包括软件和微处理器)然后马上给电机M 发出输出信号以使电机开始转动，以便分配产品(例如从纸巻3中分配 出一部分纸7)。在该情况中，即在两次连续扫描都高于预定水平时， 因此该系统确定，可能的用户处于需要分配产品的区域，并且因此确 定用户处于"分配"区域中。在只使用 一组传感器来检测用户在第一检测区域中的存在(例如 图l和2的实施方案)的情况下，检测区域和分配区域将为相同的物理区 域，但是仅仅是传感器控制系统在逻辑上确定用户已经进入分配区 域。但是在图9中的实施方案中，其中使用了附加传感器19和/或21， 在区域18中将已经感测到信号水平R4，并且因此在用户已经进入区域 17之前该信号水平已经使得第一扫描速率改变为第二扫描速率，所述 区域17在图9的情况中将是与第 一检测区域18不同的分配区域。区域 17和18当然可以或多或少重叠，但是区域18在这种情况中至少一部分 应该总是布置成与区域17相比从分配器延伸出更远。但是在这种情况中，保持第二扫描速率持续适合用户在物理上进入区域17的时间(例 如，朝着盥洗池运动、洗手然后使用手巾所需的时间)是适当的。例如 在满足要分配产品准则的接收IR反射信号R的期望中，可以将这种适 当时间设定为1-10分钟，其间保持第二扫描速率。在未示出的另一种情况中，在水平R5低于预定水平(例如高于背 景IR10。/t))，可以将该系统编程为发出另一次扫描并且再次检查所接 收信号的水平是否高于预定水平，以便指出用户存在并且希望接收手 巾。因此，已经发现优选让三次连续扫描中的任意两次都高于预定水 平，而不用总是需要两次连续扫描以产生出其接收信号强度高于预定 水平的两个接收信号。当然也会存在其它可能性，其中允许分配手巾 的扫描次数可以为四次连续扫描中的任意两次，或者四次连续扫描中 的任意三次，或者其它组合。但是，在将tl设定为0.17秒并且将t2设 定为0.1秒的情况中，已经发现最好允许三次连续扫描中的任意两次来 触发产品的分配。在图4中所示的情况中，在已经分配(排出)手巾或其它产品之后， 该系统将扫描速率改变回到第一扫描速率以便节能，并且在扫描S6之 后时间tl发出扫描S7。显然这能尽早节能。但是，必要时(在图4中没 有显示出的情况)可以使第二扫描速率保持更长时间，从而在用户通过 使其手再次朝着分配机出口运动而再次希望获得第二或再一个产品 (例如，再一个手巾)时，再次迅速发生分配。但是，在图5中所示的情况中，显示出与图4对应的情况，其中用 户例如已经撕掉已经从分配机分配出的一张纸，因此在R7处接收到的 IR辐射水平低于预定水平(例如高于Q010。/。或更大的水平)。传感器系统控件引起出现产品分配的高于背景水平的预定水平 已经在上面描述为对于三次连续扫描中的两次而言高于背景10%。但 是，实际测试表明，更合适的水平为高于背景IR12。/。或更大，并且甚 至更优选大于背景IR15。/。或更大。例如这是考虑了在用户靠近分配机 时会出现的光照条件变化，而不是实际上希望使用它。但是，在测试中还已经发现，在所接收到的反射IR中的增加允许必要时使用完全不同的阈值。因此例如可以如此调整传感器电路，从而在出现分配之前，高于背景水平的预定水平为高于背景IR大约 90%或更大，甚至为95%或更大。这例如使得来自用户手的反射与在 12至18kHz的脉沖频带中的任意不期望有的接收IR(例如，在光照非常 强的条件下)相比具有更大的区别。同时，出现这种高水平的可能性通 常小于在使用更低的预定水平的时候，除非稍稍提高给发射器的电 流。在一些罕见情况中，用户会将其手非常迅速的朝着分配机运动， 并且会烦扰，因为必须等待比第一次扫描速率改变为第二扫描速率肯 定所需时间更长的时间并且等待另 一个0.2秒(在采用t2=0.1时)，虽然 这个时间可以忽略。因此可以包括另一个最重要的控制，其中即使当 在第一扫描速率模式中时，也可以使用与背景水平相比高30%以上(或 者在前面段落中所述的情况中更高的量例如高95%)的任意单个接收 扫描信号来使得产品立即分配，而无需等于或高于预定水平的连续扫 描。这也可以应用在第二扫描速率模式中。在其间已经以第 一速率扫描的一段更长时间t4的不活动时期之 后，可以允许该系统假设在分配机附近没有任何可能用户。在这种情 况中，甚至可以认为时间tl太短以致于不能实现最佳节能并且因此该 系统能够将扫描速率改变为第三扫描速率(低于第一扫描速率)，其间 在经过时间t3之后只发出一次扫描脉冲。但是在这种情况中，在接收 到等于或高于预定水平(例如高于背景水平15。/。或更多)的IR信号时， 则该系统应该能够将扫描速率直接改变为第二更高的扫描速率，而不 是首先采用初始第一扫描速率。但是，在这种情况中，合适的是需要 至少两次扫描，但是优选更多次扫描以引起产品分配。例如，在设有 该分配机的盥洗室进入黑暗状态然后在随后某个时刻将灯打开时，可 以认为IR接收水平确定用户存在。为了避免在这种情况中分配产品， 适当的是让该系统在允许分配之前有时间考虑背景IR水平。在背景水平IR方面，如上所述这将随着时间变化。同样，在分 配机范围内存在固定物体(例如，肥皂盘、其它容器或其它固定物体)需要作为背景IR考虑。为了这样考虑，已经发现最好对最近记录的接 收信号R取移动平均值以便以连续的基础改变QO。例如，可以使用四个最近接收到的IR信号值，从而通过将例如 这四个最近接收到的IR信号值的总和除4来形成背景信号水平的平均 值。在接收到每个新IR值时，从计算中去除四个数值中的最旧值(通过 从在控制电路中的最近数值的寄存器或存储器中将它去除)，并且根据 这些最近数值计算出新的平均值。针对最近记录的数值组计算移动平知的:并且因此似;在这里不需要做任何进一步说明。^用来形成(移动)平均值的前面各个单扫描的预定数量通常为2-10 次扫描，优选为3-6次扫描，并且最优选为4次或5次扫描。如果使用三 次或更少次扫描来形成接收IR的平均值并且在设定将第二电流提供 给发射器时使用该平均值，则出现困难，即由于手暂时存在然后移走， 最后数值包括高IR值，这使得接收IR出现虛假的高平均值。必要时该 现象当然可以有利地用在通过将造成出现分配的那组IR接收值(例 如，最后三次连续扫描)与没有造成出现分配的最近那组IR接收值进 行比较来设定提供给发射器的电流水平。在使用四次或更多次扫描 时，虽然使用太多数值会造成分配不能对背景变化进行足够迅速的反 应，从而这因此在某些情况中会使得分配机对用户存在反应更慢，但 是这为背景IR提供了更稳定结果。通过使用背景IR水平的移动平均值，其另一个优点在于，在刚 刚拉出手巾或其它产品的用户将其手保持在分配出口处时，所接收到 的IR水平将保持较高。但是，为了防止用户这样造成大量产品例如纸 巾材料排出，在用户手相对不动时将把用户的手当作背景IR，因此将 不会出现分配。为了进一步分配产品(例如纸)，用户因此必须使其手 运动离开分配机传感器以能够读取"真实，，背景IR(即，在用户手没有 太靠近该装置的情况下的背景IR)。只有在用户手重新朝着分配机传 感器运动时，才能使得产品分配再次出现。可以防止由于不必要地反复抽取手巾而造成分配机误用的另一个手段在于通过除了上面移动平均值之外或者甚至作为其可选方案在手巾分配之间布置可调节的最小经过时间(例如在2至10秒之间的时 间)。但是，通常不需要该特征，由于在大多数情况下系统确定用户正以防止出现这种误用。还要理解的是，在分配机的电池随着时间放电时，提供给传感器 的电能也会受到影响，这会引起更不有效的操作。为了防止这种情况 出现并且因此确保可用于提供给传感器的稳定电压(直到接近总电池 耗尽的时间)，可以釆用恒电流吸收器(constant current sink)。用 来提供电压稳定性的这种恒电流吸收器本身在电子领域中是公知的， 因此在这里似乎不需要作任何进一步说明，但是要理解的是，在这里 所述的其在这种分配机的感测电路中的应用尤其有利。使恒电流吸收 器工作所需的额外能量可以忽略不计，因此这种装置的使用在电池可 用寿命方面几乎可以不考虑。提供给发射器的电能另外布置成通过自动控件而在0.001mA至 0.1mA(使用6V电池装置)之间变化，以便考虑来自前次扫描的所接收 到的反射信号强度，尤其是与没有造成发那配的那些反射信号(即，后 者表示稳定背景IR)相比的那些导致出现分配的那些反射信号，并且 将发射IR的水平调节至更合适的水平。通过使提供给发射器的电流在例如lmA至100mA之间变化来实 现这种变化(即，IOO次变化可能性)。这可以通过使用PWM(脉冲宽度 调制器)模块106(将在后面描述)来实现，其中将方PWM信号转换成其 输出与PWM占空因数成比例的DC电压，并且MCU根据由传感器接收加在发射器电路上的DC电压，因此调节所发射的IR信号的电能。例 如，如果在出现分配时反射信号强度在最后几次扫描(例如五次扫描) 上非常低，则这可能是因为用户的手的通常亮度较低并且背景光水平 相对较高。这会使得接收信号水平只是刚刚高于与背景IR相比的预定 水平，除非用户的手非常靠近传感器，从而这会导致在一些情况中难以检测。在这种情况下，最好提高提供给IR发射器的电能以便接收到 更容易觉察到的信号变化，即使第一电流增大至第二更高电流，并且 该电流用于将发送出的下一次扫描脉沖(或者多个脉冲)(除非检测到 背景IR的进一步变化，这会导致发送给发射器的电流作出进一步变 化)。同样，如果用户的手的通常亮度较高并且背景IR水平较低，则 最好在接收到容易觉察到的信号水平变化(即，与背景IR水平相比在 分配期间的反射IR水平)时降低提供给IR发射器的电能。这样，提供 给发射器的电能仍然受到进一步优化以便考虑这些条件同时提供可 靠快速的感测和分配。因此，与在非常高光照条件中不同，可以使用 提供给传感器的非常低电能。这样，还要理解的是，可以如此优化该 分配机，从而将其中可能用户的存在造成从第一扫描速率改变为第二 扫描速率的第一检测区域选择为位于离排出口大约20至60cm优选大 约25cm至50cm的位置处。显然，在提供给发射器的电能方面的进一 步增大将提高检测范围，但是能耗将以高得多的速率增大，并且也更 容易出现错误检测。因此，离分配机大约50cm的范围以便能够检测用 户对于大多数设备而言是优选的。但是在将电流水平从第一电流改变为第二电流时，最好如此设计 控制电路，从而在允许改变为不同电流水平之前使第一和第二电流水 平保持恒定例如至少一秒(或者甚至更长)。通过按照上述方式改变提供给发射器的电流，从而优化提供给发 射器的电能以考虑背景条件，以便在不消耗不必要的电池电能的情况 下提供可靠快速的感测和分配。除了通过(如上)将反射IR数值与 一般背景水平比较之外，能够用 来改变IR发射器电流的可选且可能更简单的方法在于设定在控制电 路中的所谓"标准值"或"阈值"，这是在正常操作条件中接收到的所期 望的检测信号强度的数值。所提供的电流可以例如为5mA。如果这种 标准值被称为Al,则在操作期间可以使得控制电路(其MCU)从预定数 量的最新接收到的IR数值中计算出IR水平A2(即，最近数值的移动平均值)。如果A2〉A1(即，所检测到的反射运动平均信号水平A2高于所 存储的标准信号水平)，则可以优选以步进的方式降低提供给发射器的 电流。相反，在A2〈A1的情况中，则可以优选以递增的方式提高提供 给发射器的电流。对于每个单扫描而言，提供给发射器的电流通常应该保持基本上恒定。因此，对于第一电流水平和第二电流水平而言，将电流基本上 保持恒定在那个相应电流水平处。还要清楚的是，不仅仅存在两个电 流水平，因为一旦在一个单扫描中发出所述第二电流水平，那个第二 电流水平变为用于下一次扫描的第 一电流水平，并且该第二电流水平 将为所要设定的下一个电流水平(在每次扫描之间升高或下降或者不 改变)，这都取决于所接收到的IR的最近移动平均值的结果。从预定数量的前面单扫描中计算出平均接收IR。优选的是，预 定数量的前面单扫描指的是紧邻最新扫描之前的那些扫描。合适的预 定扫描次数可以为2至10次扫描，优选为3至6次扫描，并且最优选为 四次或五次扫描。为了计算出平均接收IR，使用最后的(例如四次)单 扫描，并且对于每次扫描使用所有IR接收器输入的平均值。在所计算的下一个平均IR上，然后重新使用最新四次单扫描(从计算中去除前 面扫描中的最旧扫描)。除了将包括来自发射IR的IR反射的接收值在内的前面接收到的 IR数值取平均值之外，进行背景IR测量的另一种方式在于进行接收扫 描(即，在发射器关闭的情况下启动接收电路少量时间)，并且测量输 入IR的水平。这可以通过例如MCU来进行。然后可以使用预定数量 的前面单个接收扫描的平均值来按照已经说明的方式形成接收IR的 平均值(在停用发射器的情况下)。在使用关闭的发射器来建立背景IR的情况中，优选还可以固定 接收IR水平(尤其在剩余电池电能非常低从而提供给发射器的电流水 平不应或不能进一步增大的情况下)，该IR水平在接通IR发射器时例 如大约为由IR接收器接收到的IR数值的90% 。但是也可以选择例如 85%以上的其它数值。与外部影响相比，在接收IR的这个绝对水平下的IR变化对于能够精确区分由于用户存在而导致的接收IR的变化而 言往往太小，并且这会导致不正确分配。由于需要使传感器接收系统 饱和的背景IR绝对水平低很多，所以这种情况在其中没有使用有限频 率脉沖IR的分配机中更容易出现(即，与前面有限15kHz频率发射和上 述12-18kHz检测系统相反)。还要理解的是，可以如此优选分配机，从而将其中可能用户的存 在引起从第一扫描速率改变为第二扫描速率的第一检测区域的最外 面边缘选择为位于离排出口大约20-60cm优选25cm-50cm的位置处。 进一 步提高提供给发射器的电能以实现更长的范围将增大检测范围， 但是能耗将以大得多的速率增大，并且尽管对发射器电流供应水平进 行了附加测量，也会更容易出现错误检测。在另一个优选实施方案中，可以将分配机布置成具有两种操作模 式， 一种模式为前面所述的感测模式(或者"用户感测"模式)，其中正 在进行主动IR感测，另一种模式为悬挂手巾模式，其中在例如每次分 配纸巾并被移去(例如，撕下)时，新的纸手巾从分配机排出。为此， 例如如图2所示的切割边缘16可以如此安装，从而在切割边缘(往往被 称为切割器杆)上施加压力使得开关启动以启动电机M发出准备被撕 下的新纸片。该装置还可以包括手动开关，从而在分配机将正常持续 使用并且主动IR传感器系统的使用暂时多余时，该悬桂手巾模式可以 由用户手动设定或者通过定时电路例如以已知的周期自动设定。尽管出现从提供给发射器的第一电流到第二电流的任意变化，在 IR感测系统完全饱和并且因此不能检测出来自用户的更高IR辐射水 平与背景水平相比的差别时，悬桂手巾模式例如也能够适用于非常高的背景IR条件(例如高于5000并且优选高于100001ux)中。分配机因此 布置成相对于阈值(即，最大阈值)检测IR辐射水平，并且在达到所述 阈值时，传感器控制系统(即，用于传感器系统的控制系统)将分配机 的分配模式从用户感测模式(即，将接收IR与背景IR进行比较以如上 所述一样启动分配)切换到其中 一片手巾纸从排出口 8送出并且保持悬 挂在那里直到将它取出的悬挂手巾模式，由此另一个纸手巾从排出口8送出并且重新保持悬挂在那里。但是，在悬挂手巾模式正在工作期间优选仍然计算出平均接收 IR检测值，并且在平均接收IR的数值低于阈值时控制系统布置成将模 式从悬挂手巾模式切换回到分配模式。立即切换并不总是合适，因为平均IR只是暂时低于阈值并且该 装置会在悬挂和用户感测模式之间持续切换，这会让用户糊涂。因此， 优选的是，在切换回到用户感测模式之前包括具有第一预定时间(例如 五秒或更长，或者甚至更长的时间段)的时间延迟。通过设置控制系统软件(或者任选硬件)来实现更进一步的改进， 从而如果在那个时期内平均接收IR的数值高于最大IR阈值时防止在 所述第一预定时期内切换回到所述用户感测模式。还有这有助于使暂 时背景IR变化的作用进一步平滑化。在使用发射脉冲IR(例如如上所述在15kHz AC电压下)的分配机 中，特别由需要变化到悬挂手巾模式所处的光引起的背景IR水平通常 为非常高的水平(例如高达100001ux或更大)。但是，从用户感测模式 到悬挂手巾模式的模式变化在更便宜类型的分配机系统中尤为有利， 其中IR没有脉冲化，但是主要发射宽频带IR，并且接收宽频带。在这 些情况中，传感器系统的接收侧的饱和水平在低得多的光照水平(例如 大约10001ux)处出现。因此，从用户感测模式到悬挂手巾模式的切换 将给这些装置提供好处，且不会增加有限脉沖频率发射以及在接收器 侧上的特殊放大器和滤波器的费用。其中切换到悬挂手巾模式是有用的另一种情况是在接近电池完 全放电的时候，那时主动IR感测系统的能耗对于电池的剩余电量而言 太高(在与放入该装置的正常使用相关的时候)。在低电池电能的这种 情况中，可以采用自动切换(通过包括感测系统的分配机控制系统)到悬挂手巾模式并且关闭用于感测模式的发射器。可选的是，该装置可 以配备可以由服务器使用的低电池电能警告指示器，以在更换电池之前使手动开关运动到悬挂手巾模式。图6显示出根据本发明的分配机的一个实施方案的基本系统的方框图，其中用虚线表示的部分包括用于IR信号调制的基本部件、用来 给包含微处理器的主控制单元(MCU)的A/D调制提供信号的IR发射和 IR接收部件。方框101和102分别表示IR发射器和接收器，它们大体上与前面所 述的发射器IO、 12和上述的接收器9、 11、 13对应。这些IR发射器和 接收器优选为光电二极管。显示出位于虛线之外的手指出由发射器 101发射出的IR辐射由手反射回到接收器102。单元103为光电转换器， 用于在IR信号传送给滤波和放大单元104之前将它转换的光电转换 器，在那里带通滤波器和放大电路操作以将在有限频带中的中央频率 周围的接收信号放大并且由此相对抑制其它IR频率。然后由于IR信号 为AC信号，所以将该信号传送给信号整流单元105。从该单元105将 信号传送到MCU的A/D模块中。PWM模块106的输出由MCU控制，从而来自PWM的方波信号占 空因数由MCU改变以调节施加在发射器电路上的DC电压并且因此调 节所发射的IR信号的功率。PWM106与D/A转换器107连接，并且连接 到IR发射器驱动电路单元109中，该单元包括前面所述的恒电流吸收 器。还将来自发出15kHz(士0.5。/。)脉冲调制信号(或者如果认为适当的 话另一种频率的调制信号)的相位频率检测模块108的信号输送给所述 IR发射器驱动电路，以便通过发射器驱动电路109驱动发射器101以在 短时间间隔内发射调制IR信号(例如每个信号发射大约lms)。在这方 面，应该指出的是，在发射调制信号之前，MCU应该首先已经使用于 接收信号的滤波器和放大电路单元104在发射调制脉冲之前进行短时 间例如2.5ms操作，以便使得接收器电路稳定，从而从发射IR信号中 可靠地检测接收IR。由于该单元104在发射IR扫描脉冲时已经操作， 并且由于滤波器和放大单元器以发射脉冲的中央频率为中心，所以无 需进一步使发射脉沖和接收脉冲的定时同步。来自单元109的信号馈入到IR发射器接通/断开控制单元110。 MCU的输入/输出模块118必要时也馈入到按需要接通和断开的单元 IIO中，由此通过发射器101进行IR扫描。为了启动微处理器(即，将它唤醒以便以一定速率进行扫描)，RC 唤醒电路115馈入到MCU的唤醒检测单元114。单元117为外部中断检 测单元。从输入输出模块118开始馈给单元119，它可以被当作用来在由于 确定用户存在于分配区域中所以传感器系统(优选包括MCU和软件) 已经检测出应该分配产品时驱动电机M。其它外设单元111 、 112分别为纸张感测电路单元和低电能检测电 路(即，用于检测接近电能耗尽的电池)。单元116指示出用来驱动MCU 还有所有其它外设和电机的电池电能。单元120可以为电机过载电路， 它例如在纸张卡在分配机中时或者在分配机中没有任何纸张时切断 提供给电机的电能。单元121为纸长控制单元，它如此操作，从而在 每次使得电机操作以通过排出口 8排出 一定长度纸张7时分配出恒定 长度的纸张(其自身可以通过可变电阻等的手动操作来进行变化调 节)。该单元121还可以包括低电能补偿模块，通过它在低电能下使得 电机转动更长时间以便分配相同长度的纸张，但是该单元可以简单地 为脉冲位置控制系统，其中在一系列脉冲中统计电机的转动次数，并 且只有在已经实现正确数量的脉冲时停止转动。这种脉沖位置控制系 统例如可以包括位置固定的光遮断器，它能够检测在固定在电机驱动 轴上(或者任选在与驱动电机可操作连接的驱动辊5上)的相应带狹缝 单元中的狭缝。单元122可以为低纸张检测电路，并且单元123可以为 用来指示外壳是打开或是关闭的单元。这例如能够用来在外壳关闭时 例如在补充新纸巻之后使得纸张的第一部分从纸巻自动输送穿过排 出口 ，从而使给分配机补充纸巻的人确认该装置在已经关闭之后正在 正确地分配。虽然在这里未示出，但是一系列警告或状态指示灯例如可以与各 种单元例如单元lll、 112、 120至123相关以给潜在用户或分配机服务 员或修理人员(在分配机电机卡住或分配机需要重新装纸等时)指示特 定情况。图7显示出可以用来对在MCU中的微处理器进行定时唤醒的RC控制电路的一个实施方案。这种电路的原理是^^知的，并且在当前情况中，用于电阻器Re的合适数值为820kOhm，并且对于电容器而言为 0.33微法拉。虽然在图6中没有具体显示出，但是RC唤醒电路使用 MCU的输入/输出单元118来提供微处理器的定时唤醒功能，从而以规 定的时间间隔(例如tl、 t2或t3)发生扫描。当在输入/输出处出现由高 到低的电压降时，由于该RC电路，所以MCU将被"唤醒，，并且进行扫 描。导致进行扫描的这种唤醒也需要支持软件。同样，可以使得时间 tl和/或t2和/或t3的长度适当地作为RC电路时间常数的倍数，由此在要扫描。在这方面，要指出的是，RC电路在输入处受到电压变化(借 助在从电池电压源通过二极管之后获取的作为MCU供应电压源的 VDD)。在电池(或多个电池)的电压下降时，在图7的电路中在RC时间 常数方面将出现增大，因此初始设定的时间tl、 t2和t3将随着电池的 电能更完全耗尽而变化。例如，在对于6V的电池电平而言将时间tl设 定为0.17秒的优选水平处的情况下，下降至4.2V的耗尽水平将使时间 tl增大至0.22s。因此，在这里所使用的tl、 t2、 t3等的数值要被理解 为在完全充电的电池源下的数值。图8显示出具有与在图7中所示的电路相比使用更少电流的改进 RC电路。在图8中，使用三个二极晶体管来减小在MCU睡眠时所消耗 的电流。在正常条件下，在MCU内的数字电路在逻辑高电压状态和耗用 电流非常低的逻辑低电压状态中工作。但是，在RS唤醒电路如图7所 示一样连接时(其中，"至MCU"的指示表示与MCU的输入/输出端口连 接)，由于在RC电路中的充电和放电过程，这在MCU的输入/输出端口 处产生出电压变化，该电压变化为渐进电压变化。这为在MCU中的数 字电路形成相对较长的工作时期，这又导致与在正常操作条件期间存 在的情况相比在IC内部电路中内在电流消耗更高。这在一定程度上导 致在其"断开"循环(即，MCU的"睡眠"循环)期间MCU的能耗更高。通过在图8中的电路，该变型包括使用通向MCU的两个输入/输出端口 PA7(在该图中的右手边)和PB7(在该图中的左手边)。该电路的 重要方面在于，已经加入了两个级联的晶体管Q2和Q3，它们一起改 变RC充电特征。MCU的PA7管脚然后赋予更加陡峭的充电曲线。通 过在所示实施例中分别为820kOhm和0.68uF的R4和Cl来确定用于唤 醒MCU的延迟时间常数。当然也可以选择用于其它时间常数的其它数 值。在Q2和Q3转换之后实现了在端口PA7处的最快电压变化，这减 小从逻辑高电压向逻辑低电压电平过渡所需的时间。如图8所示的这 种电路与图7相比在睡眠期间对于大致相同的RC时间常数而言能够 实现40。/。的节能。因此，图8的RC定时电路特别有利于最大地节约电 能。
权利要求
1.一种分配机，用于自动分配存储在所述分配机的产品供应源中的产品，所述分配机包括电源，优选为电池电源，和主动IR感测系统，所述IR传感器系统包括至少一个IR发射器和至少一个IR接收器，其中所述IR感测系统布置成至少以第一扫描速率扫描可能用户的存在，并且其中布置传感器控制系统使得给所述主动IR发射器提供第一电流，该第一电流在一次或多次单扫描期间基本上恒定但是对于下一次扫描而言可以改变为不同的第二基本上恒定的电流，所述第一和第二电流根据由所述至少一个IR接收器在预定数目的在先单扫描期间接收到的平均接收IR的信号强度来确定。
2. 如权利要求1所述的分配机，其中在由所述IR接收器接收到 的平均IR从第一平均接收IR增大至第二更高的平均接收IR时使得 所述第二电流高于所述第一电流，并且在由所述IR接收器接收到的 平均IR从第一平均接收IR降低至第二更低的平均接收IR时使得所 述第二电流低于所述第一电流。
3. 如权利要求1所述的分配机，其中在控制电路中已经对应于在 正常操作条件下接收到的所期望检测的信号强度的数值设定了第一 标准值Al，并且其中控制系统布置成计算预定数量的最新接收到的 IR数值的移动平均值A2,并且其中当A2>A1时，优选地按照递进的 方式降低提供给发射器的电流，并且在A2<A1的情况下，优选地按 照递进的方式增大提供给发射器的电流。
4. 如权利要求1所述的分配机，其中在先单扫描的所述预定数量 为2-10次扫描，优选为3-6次扫描，并且最优选为四次或五次扫描。
5. 如前面权利要求中任一项所述的分配机，其中所述第一电流和 所述第二电流可以在固定的最大和最小极限值内改变。
6. 如权利要求5所述的分配机，其中所述最大极限值比所迷最小 极限值大10-150，优选大50-120，并且更优选大95-105。
7. 如前面权利要求中任一项所述的分配机，其中所述传感器系统还能够以第二扫描速率扫描，其中所述第二扫描速率高于所述第一扫 描速率，其中所述传感器系统布置成对于第一预定数量的单扫描当接收到大于背景IR水平之上的预定数值的反射IR水平时将所述扫描速 率从所述第一扫描速率改变为所述第二扫描速率，并且其中所述传感 器系统在对于第二预定数量的单扫描检测到等于或大于背景IR信号 强度水平之上的预定IR信号强度水平的所接收到的IR信号强度中的 变化时引起所述分配才几分配产品。
8. 如权利要求7所述的分配机，其中所述预定信号强度水平比背 景水平高10%以上，优选比背景水平高12%以上，并且更优选比背 景水平高15%以上。
9. 如前面权利要求中任一项所述的分配机，其中所述传感器系统 包括多个IR接收器和至少一个IR发射器，优选的是IR接收器的数 量比IR发射器的数量多至少一个，并且其中在所有接收器处接收到 的IR数值用来在一个单扫描期间形成接收IR的单个平均值。
10. 如权利要求9所述的分配机，其中所述传感器系统包括至少 两个IR发射器和至少三个IR接收器，其中每个发射器在其每个横向 侧上具有一个接收器，从而发射器和接收器沿着跨过分配机的横向方 向按照接收器-发射器-接收器-发射器-接收器的顺序，并且其中在每个 发射器和每个横向相邻的接收器之间的间隔基本上相等。
11. 如前面权利要求中任一项所述的分配机，其中所述分配机包 括在其下表面上或其附近的排出口 ，并且其中所述发射器和接收器中 的每一个布置在所述下表面上。
12. 如前面权利要求中任一项所述的分配机，其中所述分配机为 被布置用来贮存纸张源并且分配所述纸张源的至少一部分的纸手巾 分配机。
13. 如前面权利要求中任一项所述的分配机，其中所述IR发射器 由传感器控制系统控制以提供这样水平的IR辐射，以使得由所述发 射器提供的检测区域能够检测处于离所述排出口达大约25cm、优选 离所述排出口达大约50cm的位置处的可能用户的存在。
14. 如前面权利要求中任一项所述的分配机，其中所述传感器系 统布置成只是以第一发射频率发射IR辐射，并且其中所述传感器系 统布置成检测在有限频率检测范围内的辐射，其中所述第一发射频率 优选大约为15kHz，并且所述频率检测范围优选大约为12kHz至大约 18kHz。
15. 如前面权利要求中任一项所述的分配机，其中所述分配机为 纸手巾分配机，并且其中所述传感器控制系统布置成检测平均接收IR 的最大阈值，由此所述传感器控制系统将所述分配机的分配模式从用 户感测模式切换为悬挂手巾模式。
16. 如权利要求15所述的分配机，其中所述传感器控制系统在测 量出平均接收IR低于所述最大阈值时将所述分配模式从所述悬挂手 巾模式切换成所述用户感测模式。
17. 如权利要求16所述的分配机，其中所述控制系统布置成具有 一个时间延迟，以使得在测量出平均接收IR低于所述最大阈值时， 从所述悬挂手巾模式到所述用户感测模式的所述切换操作延迟至少 第一预定时间。
18. 如权利要求17所述的分配机，其中所述第一预定时间至少为5秒。
19. 如权利要求16或17所述的分配机，其中所述控制系统布置 成如果在所述第一预定时间内所述最大阈值被超过，则防止切换到所 述用户感测模式。
20. 如前面权利要求中任一项所述的分配机，其中在切断每个IR 发射器的情况下测量接收IR的平均值。
21. 如权利要求20所述的分配机，其中所述传感器控制系统被布 置成使得当在断开每个IR发射器的情况下接收IR的平均值高于在接 通每个IR发射器情况下接收IR平均值的90%,则停用所述用户感 测模式。
22. 如权利要求21所述的分配机，其中所述控制系统在停用所述 用户感测模式之后切换到悬挂手巾模式。
23. 如权利要求21所述的分配机，其中在检测到在断开每个IR 发射器的情况下接收IR的平均值在每个IR接收器接通情况下接收 IR的平均值的90%以下时，所述控制系统从所述悬挂手巾模式切换 回到所述用户感测模式。
24. 如前面权利要求中任一项所述的分配机，其中使用恒电流吸 收器来向每个IR发射器提供恒定电流。
全文摘要
一种用于分配存储在分配机中的产品的自动电动分配机，该分配机包括用于检测用户的主动IR感测系统。所述IR传感器系统包括至少一个IR发射器和至少一个IR接收器。所述IR感测系统布置成至少以特定扫描速率扫描可能用户的存在。传感器控制系统给所述主动IR发射器提供第一电流，该第一电流在一次或多次单扫描期间基本上恒定但是对于下一次扫描而言可以改变为不同的第二基本上恒定的电流。所述第一和第二电流根据由所述至少一个IR接收器在预定次数的在先单扫描期间接收到的平均接收IR的信号强度来确定。在简化系统中，可以将最近接收到的IR数值的平均值与在控制系统中设定的标准数值进行比较，以便改变提供给IR发射器的电流。这种系统优化了检测并且节能。
文档编号H03K17/94GK101223693SQ200580051056
公开日2008年7月16日 申请日期2005年7月13日 优先权日2005年7月13日
发明者航 吴, 莫建邻, 莫经伦 申请人:Sca卫生产品股份公司