CN218818469U - 一种基于psd的出水装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于PSD的出水装置，包括：主控模块、红外发射模块、PSD感应模块、信号放大模块和驱动模块；PSD感应模块包括第一透镜、第二透镜和PSD传感器；第一透镜和第二透镜设置在同一水平面，PSD传感器设置在第二透镜后方；红外发射模块与主控模块相连接；第一透镜与红外发射模块通过光路连接以接收红外信号，第二透镜接收感应物体反射的红外信号并聚焦到所述PSD传感器；PSD传感器与信号放大模块相连接；主控模块与信号放大模块相连接以根据接收的电信号控制驱动模块驱动出水装置出水。本实用新型能够适用不同安装位置及安装方式，并且能够降低颜色差异对感应距离的影响。

Description

一种基于PSD的出水装置

技术领域

本实用新型涉及自动感应技术领域，特别是一种基于PSD的出水装置。

背景技术

当前市面上常见的红外感应出水装置存在如下痛点：

现有红外感应窗使用的红外技术受遮挡物颜色和粗糙度影响较大；

因人手/人体皮肤颜色差异，导致感应距离有差异；

部分出水装置设计感应面朝下，遇到不锈钢等光滑面感应距离加大导致出现自感应，造成水资源浪费。

PSD是一种基于横向光电效应的位置传感器件。可将光敏面上的光点位置转化为电信号。基于PSD设计可测量位置的感应装置，测量位置结果与入射光强无关，所以可以解决颜色差异对感应距离的影响。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提出一种基于PSD的出水装置，能够适用不同安装位置及安装方式，并且能够降低颜色差异对感应距离的影响。

本实用新型采用如下技术方案：

一种基于PSD的出水装置，包括：主控模块、红外发射模块、PSD感应模块、信号放大模块和驱动模块；所述PSD感应模块包括第一透镜、第二透镜和PSD传感器；所述第一透镜和所述第二透镜设置在同一水平面，所述PSD传感器设置在所述第二透镜后方；所述红外发射模块与所述主控模块相连接；所述第一透镜与所述红外发射模块通过光路连接以接收红外信号，所述第二透镜接收感应物体反射的红外信号并聚焦到所述PSD传感器；所述PSD传感器与所述信号放大模块相连接；所述主控模块与所述信号放大模块相连接以根据接收的电信号控制驱动模块驱动出水装置出水。

优选的，所述第一透镜的中心到所述第二透镜的中心的距离设置为使得白色感应物体反射的红外信号聚焦到所述PSD传感器的位置为中心位置。

优选的，所述信号放大模块包括减法器和放大器；所述PSD传感器的第一电流输出端通过第一分压电阻与所述减法器的同向输入端相连接，所述PSD传感器的第二电流输出端通过第二分压电阻与所述减法器的反向输入端相连接；所述减法器的输出端与所述放大器的同相输入端相连接；所述放大器的输出端与所述主控模块相连接。

优选的，所述减法器的正向电源端与所述主控模块的电源输出端相连接，所述减法器的负向电源端接地；所述放大器的正向电源端与所述主控模块的电源输出端相连接，所述减法器的负向电源端接地。

优选的，所述信号放大模块还包括：第一高通滤波器和第二高通滤波器；所述第一高通滤波器设置在所述第一分压电阻和所述减法器的同向输入端之间；所述第二高通滤波器设置在所述第二分压电阻和所述减法器的反向输入端之间。

优选的，所述的基于PSD的出水装置，还包括供电模块；所述供电模块与所述主控模块相连接以供电。

优选的，所述供电模块包括电池。

优选的，所述的基于PSD的出水装置，还包括LDO稳压模块；所述LDO稳压模块与所述供电模块和主控模块分别相连接。

优选的，所述PSD传感器的光谱响应范围为760～1100nm。

优选的，所述第一透镜和所述第二透镜为平凸透镜。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

(1)本实用新型的基于PSD的出水装置，包括：主控模块、红外发射模块、PSD感应模块、信号放大模块和驱动模块；PSD传感器输出的两路电流信号与信号放大模块相连接，主控模块与信号放大模块相连接以根据接收的电信号控制驱动模块驱动出水装置出水，实现简单，能够适用不同安装位置及安装方式，并且能够降低颜色差异对感应距离的影响；

(2)本实用新型的基于PSD的出水装置，所述PSD感应模块包括第一透镜、第二透镜和PSD传感器，其中第一透镜起发散光的效果，增加感应面积，第二透镜起聚光效果，通过聚光可以减少红外发射的功率来降低功耗；第一透镜先将红外发射模块的光聚集，然后发散出去；

(3)本实用新型的基于PSD的出水装置，所述第一透镜的中心到所述第二透镜的中心的距离设置为使得白色感应物体反射的红外信号聚焦到所述PSD传感器的位置为中心位置，在不需要计算感应物体与红外发射模块之间的距离的前提下，进一步解决人手/人体颜色差异导致感应距离有差异的问题；

(4)本实用新型的基于PSD的出水装置，所述的供电模块采用电池，一方面能够适用于不同的安装环境，另一方面在信号处理方面采用单电源设计，能够确保信号不会失真。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本实用新型的技术手段，从而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下列举本实用新型的具体实施方式。

根据下文结合附图对本实用新型具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本实用新型的上述及其他目的、优点和特征。

附图说明

图1为本实用新型实施例的基于PSD的出水装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的PSD感应模块的反射示意图；

图3为现有技术的PSD模型感应示意图；

图4为本实用新型实施例的主控模块的电路图；

图5为本实用新型实施例的供电模块和LDO稳压模块的电路图；

图6为本实用新型实施例的红外发射模块的电路图；

图7为本实用新型实施例的PSD感应模块和信号放大模块的电路图；

图8为本实用新型实施例的驱动模块的电路图；

图9为本实用新型实施例的出水装置使用示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

参见图1和图2所示，本实用新型一种基于PSD的出水装置，包括：主控模块10、红外发射模块20、PSD感应模块30、信号放大模块40和驱动模块50；所述PSD感应模块30包括第一透镜301、第二透镜302和PSD传感器303；所述第一透镜301和所述第二透镜302设置在同一水平面，所述PSD传感器303设置在所述第二透镜302后方；所述红外发射模块20与所述主控模块10相连接；所述第一透镜301与所述红外发射模块20通过光路连接以接收红外信号，所述第二透镜302接收感应物体反射的红外信号并聚焦到所述PSD传感器303；所述PSD传感器303与所述信号放大模块40相连接；所述主控模块10与所述信号放大模块40相连接以根据接收的电信号控制驱动模块50驱动出水装置出水。

具体的，所述红外发射模块20与所述主控模块10相连接，用于根据主控模块10发出的控制信号，按预设发射周期(如每250ms)发射发射红外信号；所述第一透镜301与所述红外发射模块20通过光路连接以接收所述红外信号；当没有感应物体将红外信号反射到第二透镜302时，所述PSD传感器303两电流端均输出0，主控模块10根据电信号判断出没有感应物体，不控制驱动模块50动作，当有感应物体如手进入感应区域后，感应物体将红外信号反射到第二透镜302，第二透镜302接收感应物体反射的红外信号并聚焦到所述PSD传感器303(所述第二透镜302到所述PSD传感器303的距离设置为第二透镜302的焦距)，所述PSD传感器303两电流端均输出电流，所述信号放大模块40将两电流转换成电压信号并进行放大后发送至主控模块10，主控模块10根据电信号判断出有感应物体，控制驱动模块50动作，驱动模块50驱动出水装置出水。

本实施例中，所述第一透镜301和所述第二透镜302为平凸透镜。第一透镜301起发散光的效果，增加感应面积，第二透镜302起聚光效果，通过聚光可以减少红外发生的功率来降低功耗。

在出水装置安装使用之前，需要对第一透镜301的中心到所述第二透镜302的中心的距离b进行调整，具体的将所述第一透镜301的中心到所述第二透镜302的中心的距离b设置为使得白色感应物体反射的红外信号聚焦到所述PSD传感器303的位置为中心位置。

参见图2所示，不同颜色对光的吸收不一样，吸光最严重的颜色为黑色(深色物体)，白色(浅色物体)的感应距离为AP，黑色(深色物体)的感应距离为AP’。为了降低颜色差异对距离的影响，本实施例以黑色物体能感应的距离为基准，在确定使用的透镜型号，红外发射模块20的功率后，能够确定黑色物体的距离。白色物体感应距离比较强，所以需要降低白色物体的感应距离，由PSD模型(参见图3所示，现有技术)可知，入射光的位置会产生感应电流I1和I2，利用差分的方法(I1-I2)可以降低黑白直接的色感应距离，但是还存在白色物体感应距离比黑色物体感应距离远的情况。

黑色物体感应距离近是因为PSD传感器303接收的光强信号不够，通过将白色物体反射产生的感应电流调整到I1-I2＝0，使入射光接近PSD传感器303的中心点，再进行差分可以进一步有效减小白色物体的距离，黑色物体还是维持原先距离，这样就可以做到黑白距离接近。

参见图4所示，本实施例中，所述主控模块10可使用包含双运放的芯片PIC16LF1709。需要说明的是，在其他实施例中，还可以使用其他型号的处理芯片，具体根据需要进行选择，本实施例不做限制。

参见图1所示，所述的基于PSD的出水装置，还包括供电模块60；所述供电模块60与所述主控模块10相连接以供电。本实施例中，所述供电模块60优选为电池。

所述的供电模块60采用电池，一方面能够适用于不同的安装环境，另一方面在信号处理方面采用单电源设计，能够确保信号不会失真。

随着电池的使用，电池输出的电压可能会不稳定，为了保证主控模块10及其他模块的正常工作，需要对供电模块60进行稳压。具体的，所述的基于PSD的出水装置，还包括LDO稳压模块70；所述LDO稳压模块70设置与所述供电模块60相连接以进行稳压，所述LDO稳压模块70与主控模块10相连接将稳压后的电源提供给主控模块10及其他模块使用。本实施例的供电模块60和LDO稳压模块70的电路图参见图5所示。

参见图6所示，为本实施例的红外发射模块20的电路图。具体的，所述主控模块10通过TR-TX2端口发送信号控制所述红外发射模块20对外发射红外信号。

参见图7所示，所述信号放大模块40包括减法器和放大器；所述PSD传感器303的第一电流输出端通过第一分压电阻与所述减法器的同向输入端相连接，所述PSD传感器303的第二电流输出端通过第二分压电阻与所述减法器的反向输入端相连接；所述减法器的输出端与所述放大器的同相输入端相连接；所述放大器的输出端与所述主控模块10相连接。

所述减法器的正向电源端与所述主控模块10的电源输出端相连接，所述减法器的负向电源端接地；所述放大器的正向电源端与所述主控模块10的电源输出端相连接，所述减法器的负向电源端接地。

所述信号放大模块40还包括：第一高通滤波器和第二高通滤波器；所述第一高通滤波器设置在所述第一分压电阻和所述减法器的同向输入端之间；所述第二高通滤波器设置在所述第二分压电阻和所述减法器的反向输入端之间。

图7中，U4为PSD传感器303，可以将光信号转化为电流信号，本发明的PSD传感器303采用接收光谱在760-1100nm频段，直接可以接收红外光谱以减少滤波设计，从而简化电路。当有红外信号反射到PSD传感器303上时，U4的1脚和3脚产生与照射位置对应大小的电流I1和I2。第一分压电阻R24和第二分压电阻R26为对地的下拉电阻，可以直接将PSD传感器303产生的电流信号转化为电压信号，产生的第一电压U1＝I1*R24，产生的第二电压U2＝I2*R26。电容C10和电阻R19组成第一RC高通滤波器，电容C11和电阻R17组成第二RC高通滤波器。如发射设定的红外发射时间为250ms发射一次，则发射频率为4Hz，第二RC高通滤波器的滤波频率设定就低于4Hz，频率F＝1/(2π*R17*C11)，第一RC高通滤波器同理。

运放A、电阻R16、R23、R25和R2组成减法器，输出放大倍数A＝R2/R16-R25/R23。由于3.3v的信号经过放大会导致电压信号的波形失真，因此直接相减然后放大。

电阻R14和电容C4组成高通滤波器，电阻R13、R15和运放B组成同向放大器，将输入的电压信号放大一定倍数，其中电阻R13和R15为分压电阻，放大倍数B＝(R13+R15)/R15。

PSD传感器303两路信号经减法器和放大器处理后输出给主控模块10，基于硬件进行减法运算和放大运算以解决单运放增益不大、主控模块10延时严重和ADC采样精度误差的问题。此外，为了保证了信号都为正向，所述减法器和放大器均使用同向放大器，无需再做另外的信号方向处理，适用于电池供电的场合。

参见图8所示，为本实施例的驱动模块50的电路图。主控模块10根据放大器的输出OUTB判断出有感应物体时，控制驱动模块50动作，驱动模块50驱动出水装置出水。

本实施例中，所述的出水装置包括龙头、花洒或马桶等。参见图9所示，为所述出水装置为龙头时的使用示意图。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式；但本实用新型的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于PSD的出水装置，其特征在于，包括：主控模块、红外发射模块、PSD感应模块、信号放大模块和驱动模块；所述PSD感应模块包括第一透镜、第二透镜和PSD传感器；所述第一透镜和所述第二透镜设置在同一水平面，所述PSD传感器设置在所述第二透镜后方；所述红外发射模块与所述主控模块相连接；所述第一透镜与所述红外发射模块通过光路连接以接收红外信号，所述第二透镜接收感应物体反射的红外信号并聚焦到所述PSD传感器；所述PSD传感器与所述信号放大模块相连接；所述主控模块与所述信号放大模块相连接以根据接收的电信号控制驱动模块驱动出水装置出水。

2.根据权利要求1所述的基于PSD的出水装置，其特征在于，所述第一透镜的中心到所述第二透镜的中心的距离设置为使得白色感应物体反射的红外信号聚焦到所述PSD传感器的位置为中心位置。

3.根据权利要求1所述的基于PSD的出水装置，其特征在于，所述信号放大模块包括减法器和放大器；所述PSD传感器的第一电流输出端通过第一分压电阻与所述减法器的同向输入端相连接，所述PSD传感器的第二电流输出端通过第二分压电阻与所述减法器的反向输入端相连接；所述减法器的输出端与所述放大器的同相输入端相连接；所述放大器的输出端与所述主控模块相连接。

4.根据权利要求3所述的基于PSD的出水装置，其特征在于，所述减法器的正向电源端与所述主控模块的电源输出端相连接，所述减法器的负向电源端接地；所述放大器的正向电源端与所述主控模块的电源输出端相连接，所述减法器的负向电源端接地。

5.根据权利要求3所述的基于PSD的出水装置，其特征在于，所述信号放大模块还包括：第一高通滤波器和第二高通滤波器；所述第一高通滤波器设置在所述第一分压电阻和所述减法器的同向输入端之间；所述第二高通滤波器设置在所述第二分压电阻和所述减法器的反向输入端之间。

6.根据权利要求1所述的基于PSD的出水装置，其特征在于，还包括供电模块；所述供电模块与所述主控模块相连接以供电。

7.根据权利要求6所述的基于PSD的出水装置，其特征在于，所述供电模块包括电池。

8.根据权利要求6所述的基于PSD的出水装置，其特征在于，还包括LDO稳压模块；所述LDO稳压模块与所述供电模块和主控模块分别相连接。

9.根据权利要求1所述的基于PSD的出水装置，其特征在于，所述PSD传感器的光谱响应范围为760～1100nm。

10.根据权利要求1所述的基于PSD的出水装置，其特征在于，所述第一透镜和所述第二透镜为平凸透镜。

Images