JP4835208B2 - Urinal washing device and urinal washing system - Google Patents
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Description
本発明は、小便器洗浄装置及び小便器洗浄システムに関し、さらに詳細には、マイクロ波ドップラセンサから出力されるドップラ信号に基づいて尿流検出を行い、ボール部内に洗浄水を供給する小便器洗浄装置及び小便器洗浄システムに関する。 The present invention relates to a urinal cleaning device and a urinal cleaning system, and more particularly, urinal cleaning that detects urine flow based on a Doppler signal output from a microwave Doppler sensor and supplies cleaning water into a ball portion. The present invention relates to an apparatus and a urinal cleaning system.
従来より、マイクロ波ドップラセンサを用いて人体や尿流を検出し、小便器のボール部内を洗浄する小便器洗浄装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。 2. Description of the Related Art Conventionally, a urinal cleaning device that detects a human body or urine flow using a microwave Doppler sensor and cleans the inside of a urinal ball has been known (see, for example, Patent Document 1).
この種の小便器洗浄装置は、赤外線によって人体検出などを行う小便器洗浄装置に比べ、センサを小便器内に配置することができる点で有効である。すなわち、マイクロ波が陶器を透過することができるという特性を利用して、マイクロ波ドップラセンサを小便器の内側に隠すことができるため、小便器洗浄装置の美観を向上させることができるのである。 This type of urinal cleaning device is effective in that the sensor can be arranged in the urinal compared to a urinal cleaning device that detects human bodies by infrared rays. That is, since the microwave Doppler sensor can be hidden inside the urinal using the characteristic that microwaves can pass through the pottery, the aesthetics of the urinal cleaning device can be improved.
また、マイクロ波ドップラセンサはドップラ効果を利用していることから、速度を検出することによって、尿流を使用者の体の動き等と区別して検出できる点で有効である。すなわち、マイクロ波ドップラセンサにより尿流を検出した後にのみ小便器のボール部内を洗浄することによって、利用者が用を足していないときに小便器の洗浄を行ってしまうことを防止することができる。 Further, since the microwave Doppler sensor uses the Doppler effect, it is effective in that the urine flow can be detected separately from the movement of the user's body by detecting the speed. That is, by cleaning the inside of the urinal ball only after detecting the urine flow by the microwave Doppler sensor, it is possible to prevent the urinal from being cleaned when the user is not using it. .
ところが、このような小便器洗浄装置を蛍光灯のあるトイレブースに設置した場合、蛍光灯の配置や小便器洗浄装置の配置によっては、蛍光灯が発生するノイズがマイクロ波ドップラセンサによって受信されることがある。このようにノイズが受信されると、マイクロ波ドップラセンサから出力されるドップラ信号にノイズの影響が出る。このようにドップラ信号にノイズが混入すると、誤検出や検出漏れを起こしてしまうことがあり、尿流等の検出が困難になることがある。 However, when such a urinal cleaning device is installed in a toilet booth with a fluorescent lamp, noise generated by the fluorescent lamp is received by the microwave Doppler sensor depending on the arrangement of the fluorescent lamp and the urinal cleaning device. Sometimes. When noise is received in this way, the Doppler signal output from the microwave Doppler sensor is affected by the noise. When noise is mixed in the Doppler signal in this way, erroneous detection or detection omission may occur, which may make it difficult to detect urine flow or the like.
そこで、本出願人は、特許文献２に示すように、適応フィルタやノッチフィルタなどのデジタルフィルタを用いて、蛍光灯などからのノイズをマイクロ波ドップラセンサから出力されるドップラ信号から除去する便器洗浄装置を提案している。
ところで、上記のような小便器洗浄装置は、家庭用トイレブースなどを除き、同一トイレブース内に複数設置されることが多い。たとえば、空港、駅、ホテル等のトイレブースなどである。しかし、上記のような小便器洗浄装置が同一トイレブース内に複数設置されると、隣接した小便器洗浄装置のマイクロ波センサ同士が影響しあい、人体や尿流の正常な検出ができないことがある。 By the way, in many cases, a plurality of such urinal cleaning devices are installed in the same toilet booth except for a home toilet booth. For example, toilet booths at airports, stations, hotels, etc. However, when a plurality of urinal cleaning devices as described above are installed in the same toilet booth, the microwave sensors of adjacent urinal cleaning devices may affect each other and normal detection of the human body and urine flow may not be possible. .
このようなマイクロ波センサ同士の影響を低減する問題に対して、特開２００５−２６５６１５号公報には、マイクロ波ドップラセンサの動作をランダム周期で間欠的に行うことによって、マイクロ波ドップラセンサ同士の影響を無視できる程度にまで抑制し、マイクロ波ドップラセンサによる検出精度を向上させる技術が提案されている。 In response to such a problem of reducing the influence between the microwave sensors, Japanese Patent Laid-Open No. 2005-265615 discloses that the operation of the microwave Doppler sensor is intermittently performed at a random cycle, thereby A technique for suppressing the influence to a level that can be ignored and improving the detection accuracy by the microwave Doppler sensor has been proposed.
そこで、小便器洗浄装置に本技術、すなわちマイクロ波ドップラセンサの動作をランダム周期で間欠的に行う技術を適用することにより、マイクロ波センサ同士の影響を低減することが考えられる。 Therefore, it is conceivable to reduce the influence of the microwave sensors by applying the present technology, that is, the technology of intermittently operating the microwave Doppler sensor in a random cycle to the urinal washing apparatus.
ところが、当該技術を上記従来の小便器洗浄装置にそのまま適用すると、デジタルフィルタによるノイズ低減効果が十分に得られなくなり、誤検出や検出漏れの恐れがあることが本発明者の鋭意研究によって見出された。すなわち、マイクロ波ドップラセンサの動作をランダム周期で間欠的に行うと、適応フィルタなどのデジタルフィルタによるノイズ除去機能が低減するのである。 However, if the technique is applied to the conventional urinal washing apparatus as it is, the noise reduction effect by the digital filter cannot be obtained sufficiently, and there is a risk of false detection or detection omission, and the present inventors have conducted intensive research. It was done. That is, when the operation of the microwave Doppler sensor is intermittently performed at a random cycle, the noise removal function by a digital filter such as an adaptive filter is reduced.
そこで、本発明は、マイクロ波ドップラセンサの動作をランダム周期で間欠的に行う場合においても、蛍光灯などからのノイズによる誤動作を抑制することができる小便器洗浄装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a urinal cleaning device that can suppress malfunction due to noise from a fluorescent lamp or the like even when the operation of a microwave Doppler sensor is intermittently performed at a random cycle. .
そこで、請求項１に記載の発明は、小便器と、前記小便器のボール部内へ洗浄水を供給する給水バルブと、前記ボール部に向けて電波を送信し、その反射波を受信してドップラ信号を生成するマイクロ波ドップラセンサと、前記ドップラ信号に基づいて尿流検出を行い、当該尿流検出に応じて前記給水バルブを制御し、前記ボール部内に洗浄水を供給する制御部と、を有する小便器洗浄装置において、前記制御部は、ランダムなサンプリング周期で前記マイクロ波ドップラセンサを間欠動作させるセンサ制御手段と、前記サンプリング周期で出力されるドップラ信号を順次Ａ／Ｄ変換してドップラ信号データを生成するＡ／Ｄ変換手段と、前記ドップラ信号データを所定の等間隔サンプリング周期のデータへ補間する周期補間手段と、補間した前記等間隔サンプリング周期のデータに含まれるノイズを除去するデジタルフィルタと、を有し、前記デジタルフィルタの出力に応じて前記尿流検出を行うことを特徴とする。
Accordingly, the invention described in
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の小便器洗浄装置において、前記デジタルフィルタは、適応フィルタであることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the urinal washing apparatus according to the first aspect, the digital filter is an adaptive filter.
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の小便器洗浄装置において、前記周期補間手段は、前記Ａ／Ｄ変換手段が出力する、連続した少なくとも２つ以上のＡ／Ｄ出力値を元に、前記補間を行うことを特徴とする。
The invention described in
また、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか1項に記載の小便器洗浄装置を複数設けてなる小便器洗浄システムとした。
The invention described in
請求項１及び請求項４に記載の発明によれば、マイクロ波ドップラセンサを備えた小便器洗浄装置において、ランダム周期でマイクロ波ドップラセンサを間欠的に動作させることによって、他の小便器洗浄装置との干渉を可及的に抑制しつつ、ランダム周期で得られたデータを補間することによってデジタルフィルタのノイズ低減効果の低下を抑制して、尿流検出の精度を向上させることができる。
According to invention of
また、請求項２に記載の発明によれば、ランダム周期で得られたデータを補間することによって適応フィルタによるノイズ低減効果の低下を抑制することができ、尿流検出の精度を向上させることができる。 In addition, according to the second aspect of the present invention, it is possible to suppress a reduction in noise reduction effect due to the adaptive filter by interpolating data obtained in a random cycle, and to improve the accuracy of urine flow detection. it can.
また、請求項３に記載の発明によれば、連続した少なくても２つ以上のＡ／Ｄ出力値を元に補間するので、制御部に新たな部品を追加することなく構成できる。 According to the third aspect of the present invention, since interpolation is performed based on at least two continuous A / D output values, it is possible to configure without adding new components to the control unit.
以下、本発明の最良の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態においては、図１に示すように、トイレブース内に人体検出や尿流検出をマイクロ波ドップラセンサを用いて行う小便器洗浄装置Ａを複数隣接させて配置した小便器洗浄装置システムＳに関して説明する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, the best embodiment of the invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, as shown in FIG. 1, a urinal washing apparatus system S in which a plurality of urinal washing apparatuses A that perform human body detection and urine flow detection using a microwave Doppler sensor are arranged adjacent to each other in a toilet booth. Will be described.
図２は本発明の実施形態における小便器洗浄装置Ａの全体構成図、図３は小便器洗浄装置Ａの制御部８の概略構成図である。
FIG. 2 is an overall configuration diagram of the urinal cleaning apparatus A according to the embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the
図２に示すように、本実施形態における小便器洗浄装置Ａは、小便器１と、ボール部２と、給水路３の中途部に設けられ、小便器１のボール部２内へ洗浄水を供給する給水バルブ４と、ボール部２の底部に配置され、小便器１のボール部内の汚水を排水する排水路５と、この排水路５に連通するトラップ管路６と、小便器１のボール部２に向けて電波を送信し、その反射波を受信してドップラ信号を生成するマイクロ波ドップラセンサ７と、このマイクロ波ドップラセンサ７から出力されるドップラ信号に基づいて尿流検出を行い、この尿流検出の結果に応じて給水バルブ４を制御し、ボール部２内に洗浄水を供給する制御部８とを有している。なお、給水バルブ４は、電磁弁などから構成される。
As shown in FIG. 2, the urinal washing apparatus A according to the present embodiment is provided in the middle part of the urinal 1, the
マイクロ波ドップラセンサ７は、小便器１の上部背面側に配置され、ボール部２を含む斜め下前方に向けてマイクロ波を放射して送信し、このマイクロ波の反射波を受信するものであり、尿流検出、すなわち小便器１のボール部２に尿が流れたことのほか、小便器１に人体が近づいてきたこと（人体近接）や小便器から人体が遠ざかったこと（人体離反）を検出するために用いられるものであり、図３に示すように構成されている。
The
すなわち、マイクロ波ドップラセンサ７は、小便器１の上部背面側から正面側のボール部２に向けて電波を送信するために１０．５２５ＧＨｚの電気信号である送信信号Ｓ１を生成する発振器71と、発振器71から出力される送信信号Ｓ１を１０．５２５ＧＨｚのマイクロ波として送信する送信手段72と、送信手段72から送信されたマイクロ波が検出対象物によって反射され、その反射波を受信して電気信号に変換した受信信号Ｓ２を出力する受信手段73と、送信信号Ｓ１の周波数と受信信号Ｓ２の周波数との差分信号であるドップラ信号Ｓ３を出力する差分検出手段74から構成される。
That is, the
このマイクロ波ドップラセンサ７は、ドップラ効果を利用して以下の式（１）に基づいて検出対象物の動きを検出するために用いられるものである。
The
基本式：ΔＦ＝ＦＳ―Ｆｂ＝２×ＦＳ×ν／ｃ ・・・（１）
ΔＦ：ドップラ 周波数（ドップラ信号Ｓ３の周波数）
ＦＳ：送信周波数（送信信号Ｓ１の周波数）
Ｆｂ：反射周波数（受信信号Ｓ２の周波数）
ν：物体の移動速度
ｃ：光速（３００×１０6 ｍ／ｓ）
Basic formula: ΔF = FS−Fb = 2 × FS × ν / c (1)
ΔF: Doppler frequency (frequency of Doppler signal S3)
FS: Transmission frequency (frequency of transmission signal S1)
Fb: reflection frequency (frequency of received signal S2)
ν: object moving speed c: speed of light (300 × 10 6 m / s)
すなわち、送信手段72から送信された周波数ＦＳのマイクロ波は、速度νで移動している物体に反射する。この反射波は、相対運動によるドップラ周波数シフトを受けているためその周波数はＦｂとなる。そして、差分検出手段74によって、送信波と反射波の周波数差ΔＦであるドップラ信号Ｓ３が検出信号として取り出され、このドップラ信号Ｓ３に基づいて、人体検出（人体接近検出や人体離反検出）及び尿流検出が行われる。 That is, the microwave of the frequency FS transmitted from the transmission means 72 is reflected by the object moving at the speed ν. Since this reflected wave has undergone a Doppler frequency shift due to relative motion, its frequency is Fb. Then, the difference detection means 74 extracts the Doppler signal S3, which is the frequency difference ΔF between the transmitted wave and the reflected wave, as a detection signal. Based on the Doppler signal S3, human body detection (human body approach detection or human body separation detection) and urine Flow detection is performed.
ここで、本実施形態においては、物体の速度νが０．７（ｍ／ｓ）程度以下の速度であるときに、小便器洗浄装置Ａを利用する人体が存在するものとして検出し、物体の速度νが１．４〜２．６（ｍ／ｓ）の速度のときにボール部２内に尿が流れているものとして検出するようにしている。したがって、人体検出するドップラ信号Ｓ３は凡そ５０（Ｈｚ）以下となり、尿流検出するドップラ信号Ｓ３は凡そ１００〜１８０（Ｈｚ）となる。
Here, in this embodiment, when the speed ν of the object is about 0.7 (m / s) or less, it is detected that the human body using the urinal cleaning device A exists, When the velocity ν is 1.4 to 2.6 (m / s), it is detected that urine is flowing in the
また、マイクロ波ドップラセンサ７は、制御部８に接続されており、この制御部８によってその動作が制御され、かつドップラ信号Ｓ３に基づいた処理が行われる。
Further, the
制御部８は、図３に示すように、マイクロ波ドップラセンサ７から出力されるドップラ信号Ｓ３を増幅する増幅器10と、マイクロコンピュータ11から構成される。
As shown in FIG. 3, the
マイクロコンピュータ11は、乱数を発生する乱数発生器26と、マイクロ波ドップラセンサ７からのマイクロ波送信タイミングを乱数発生器26が生成する乱数に基づいて制御するセンサ制御手段としての送信タイミング制御手段27とを有している。ここで、乱数発生器26は、１〜α（たとえば、α＝1000）の範囲内の乱数ｘを生成するように構成しているものとする。
The
送信タイミング制御手段27は、乱数発生器26が生成する乱数ｘに基づいて、以下の式（２）による演算を行い、マイクロ波ドップラセンサ７を駆動させるためのタイミングｔ（ｎ）を生成する。ここで、ｎはタイミングを生成するたびに＋１だけインクリメントされる変数であり、ｔ（ｎ）はｎ番目のタイミング、β(ｎ)はｎ番目の乱数ｘを意味する。なお、ここでは、Ｔ１＝２（ｍｓ）とし、式（２）の演算をＴ１ごとに行うこととする。ただし、Ｔ１は２（ｍｓ）に限られるものではなく、たとえば、０．２（ｍｓ）としてもよい。
Based on the random number x generated by the
ｔ（ｎ）＝（ｎ−１）×Ｔ１＋β（ｎ）／α×Ｔ１（ｍｓ）・・・（２） t (n) = (n−1) × T1 + β (n) / α × T1 (ms) (2)
このように生成されるタイミングｔ（ｎ）ごとに、マイクロ波ドップラセンサ７を駆動させるためのＨｉｇｈレベルの駆動信号Ｓ10がＴ２幅（ここでは、Ｔ２＝１０μsとする。）で送信される。このようにして生成された駆動信号Ｓ10の例を図４に示す。
At each timing t (n) generated in this way, a high-level drive signal S10 for driving the
マイクロ波ドップラセンサ７は、Ｈｉｇｈレベルの駆動信号Ｓ10が送信タイミング制御手段27から送信されている間、発振器71を動作させ、送信手段72からマイクロ波を出力し、その反射波に基づいたドップラ信号Ｓ３を出力する。
The
このようにランダムな不等間隔サンプリング周期で取得及び出力されるドップラ信号Ｓ３は、増幅器10で増幅され、マイクロコンピュータ11に入力される。
The Doppler signal S3 acquired and output in such a random sampling interval of irregular intervals is amplified by the
マイクロコンピュータ11は、増幅器10で増幅されたドップラ信号Ｓ４をＡ／Ｄ変換してデジタルドップラ信号データＳ５を生成するＡ／Ｄ変換手段としてのＡ／Ｄコンバータ20を有しており、送信タイミング制御手段27から出力されるＨｉｇｈレベルの駆動信号Ｓ10と同期して動作するように構成されている。このように駆動信号Ｓ10によりランダムな不等間隔サンプリング周期でマイクロ波ドップラセンサ７及びＡ／Ｄコンバータ20を間欠動作させ、デジタルドップラ信号データＳ５を生成する。図５にデジタルドップラ信号データＳ５（ｔ（１）〜ｔ（９））の例を示す。
The
また、マイクロコンピュータ11は、Ａ／Ｄコンバータ20から出力されるデジタルドップラ信号データＳ５を所定の等間隔サンプリング周期（ここでは、２(ms)とする。）のデータへ補間する周期補間手段21、補間したデジタルドップラ信号データＳ６（以下、「補間データＳ６」とする。）に含まれるノイズを除去するデジタルフィルタである適応フィルタ22、人体検出に必要な周波数帯域Ｆ１（５０（Ｈｚ）以下）を通過させそれ以外の帯域を除去するための第１帯域フィルタ23aと尿流検出に必要な周波数帯域Ｆ２（１００〜１８０（Ｈｚ））を通過させそれ以外の帯域を除去するための第２帯域フィルタ23bとを有するバンドパスフィルタ23、適応フィルタ22及びバンドパスフィルタ23によってノイズ除去されたデジタルドップラ信号データＳ８，Ｓ８’から人体検出や尿流検出を行う検出判定処理部24、人体検出や尿流検出に基づいた検出判定処理部24からの制御によって給水バルブ４を制御する給水バルブ制御部25などを有している。また、マイクロコンピュータ11は、周期補間手段21から出力される補間データＳ６を遅延させる遅延回路30をも有している。
The
検出判定処理部24は、人体検出周波数帯域Ｆ１のドップラ信号Ｓ８が所定期間継続して一定の閾値以上のとき人体近接検出を行い、給水バルブ制御部25を介して給水バルブ４を制御して、小便器１のボール部２上部から洗浄水を所定期間供給することにより利用者が排尿する前にボール部２内を事前洗浄する。その後、検出判定処理部24は、尿流検出周波数帯域Ｆ２のドップラ信号Ｓ８’が所定期間継続して一定の閾値以上のとき尿流検出を行い、この尿流検出が終了したときと判定すると、その後人体検出周波数帯域Ｆ１のドップラ信号Ｓ８が所定期間継続して一定の閾値以下のとき人体離反検出を行い、ボール部２上部から洗浄水を供給する(以下、「本洗浄」という。)。なお、尿流検出する前に、所定期間継続して人体検出周波数帯域Ｆ１のドップラ信号Ｓ８が所定期間継続して一定の閾値以下のときには、検出判定処理部24は、人体離反したことを検出し、本洗浄は行わない。
The detection
ところで、上記適応フィルタ22やバンドパスフィルタ23は、人体検出や尿流検出を精度よく行うためにノイズを除去するものである。
By the way, the
たとえば、適応フィルタ22は、蛍光灯９からのノイズを除去するために設けられたものである。すなわち、上述のように小便器１の設置場所における照明器具として多用されている蛍光灯９はノイズを発生することが知られている。特にマイクロ波ドップラセンサ７の指向特性パターン内に蛍光灯９が存在する場合、蛍光灯９が発するノイズがマイクロ波ドップラセンサ７で受信されやすくなる。蛍光灯９が発するノイズがマイクロ波ドップラセンサ７によって受信されたとき、マイクロ波ドップラセンサ７から出力されるドップラ信号には蛍光灯９が発するノイズが混入することになる。適応フィルタ22はノイズが混入したドップラ信号からそのノイズを除去するのである。
For example, the
蛍光灯９からのノイズの特徴は、ある程度の周期性が見られること、完全な正弦波ではなく所々に波形の乱れや大きなうねりが見られることなどがあることであり、このことは本出願人の特開２００４−２９３２１６号明細書で詳解している。すなわち、蛍光灯９に供給する商用電源の周波数が例えば６０Ｈｚのとき、蛍光灯９のノイズの周波数スペクトルは、１２０Ｈｚを最大振幅ピークとし、その２倍の２４０Ｈｚにもピークが見られ、さらに２０Ｈｚとその２倍の４０Ｈｚ、３倍の６０Ｈｚにもピークが見られる。このように蛍光灯９のノイズは、１２０Ｈｚを基本成分としながらも、そのｎ次高調波成分や、電源周波数とは直接は関連のない周波数とそのｎ次高調波成分などが、複雑に組み合わされた波形となっている。なお、商用電源の周波数が５０Ｈｚのとき、蛍光灯９のノイズの周波数スペクトルは、１００Ｈｚを最大振幅ピークとし、その２倍の２００Ｈｚにもピークが見られることになる。小便器洗浄装置Ａは、人体検出は５０Ｈｚ以下のドップラ信号を検出することによって行い、尿流検出は１００〜１８０Ｈｚのドップラ信号を検出することによって行うため、蛍光灯９からのノイズは可及的に低減する必要がある。
The characteristic of the noise from the
そこで、本実施形態における小便器洗浄装置Ａにおいては、適応フィルタ22を設けて蛍光灯ノイズなどの周期性のあるノイズを除去するようにしている。すなわち、適応フィルタ22によってドップラ信号の周期性成分を予測し、観測したドップラ信号からこれを減算することによって、周期成分である蛍光灯９のノイズを効果的に取り除くのである。なお、人体検出や尿流検出すべきドップラ信号Ｓ３は、１８０Ｈｚ以下の周波数成分が多く含まれるものの、時間軸で見ればランダム性周波数成分の信号になっている。これは、人体が近接したり離反するときには人体の速度が時間的に変わるためであり、また壁面を流れる水流も含めて、尿流が移動したり、脈動したりすることによって形成される様々な水流をマイクロ波ドップラセンサ７が検出しているためである。このように、ランダム性周波数成分つまり人体移動や尿流の検出成分だけを得ることができる。すなわち、適応フィルタ22では、周期性成分を取り除き、人体検出及び尿流検出に必要なランダム性周波数成分は取り除かれないのである。
Therefore, in the urinal washing apparatus A according to the present embodiment, an
本実施形態の小便器洗浄装置Ａにおける適応フィルタ22の構成および動作について、図３，図６を参照してさらに詳しく説明する。
The configuration and operation of the
これらの図に示すように、Ａ／Ｄコンバータ20から出力されたデジタルドプラ信号データＸ［ｎ］は、遅延回路30に入力される。Ｚ-1はＺ変換を表しており、本実施形態においては、Ｚ変換を行う遅延素子30ａが１０段で遅延回路30を構成している。遅延素子30ａは各サンプリング時間（ここでは、デジタルドップラ信号データＳ５のサンプリング時間と同じ１００μsとする）毎に次段へ入力信号値を送出するので、本実施形態の遅延回路30より出力されるデジタルドプラ信号データＸ［ｎ］は、１０サンプリング前の入力信号に等しい。
As shown in these drawings, the digital Doppler signal data X [n] output from the A /
本実施形態においては、適応フィルタ22を、デジタルフィルタ31と、信号加算回路32と、フィルタ係数更新回路33とで構成している。
In the present embodiment, the
デジタルフィルタ31は、遅延回路30から送出される信号を受信し、ノイズ予測波形ｙ［ｎ］を出力する。本実施形態ではデジタルフィルタ31として64段のＦＩＲ型のデジタルフィルタを用いている。ＦＩＲ型デジタルフィルタのフィルタ係数ｈ０〜ｈ63を、各対応する遅延素子30aの各段とそれぞれ乗算し、さらに、その結果の加算合計を算出して出力信号ｙ［ｎ］を得る。各フィルタ係数ｈ０〜ｈ63は、後述するフィルタ係数更新回路33により、入力信号ｘ［ｎ］に含まれる蛍光灯９のノイズなど周期成分信号のみを取り出すように予め調節されており、出力信号ｙ［ｎ］はノイズ除去に最適な信号となっている。
The
また、信号加算回路32は、入力信号ｘ［ｎ］に、デジタルフィルタ31の出力信号ｙ［ｎ］の反転信号すなわち逆位相信号である−ｙ［ｎ］を加算する。前述したように、ｙ［ｎ］は入力信号に含まれる周期成分、すなわち蛍光灯９のノイズなどの周期成分信号となっているので、結果的に周期性ノイズの逆位相信号を入力信号ｘ［ｎ］と加算することになる。
The
そして、加算結果ε［ｎ］は、入力信号ｘ［ｎ］から蛍光灯９のノイズなどの周期性ノイズが取り除かれた信号となっている。なお、デジタルフィルタ31の周期性ノイズの予測信号ｙ［ｎ］は、ｘ［ｎ］のノイズ成分と完全に一致しないので、加算結果ε［ｎ］は必ずしも０にはならない。
The addition result ε [n] is a signal obtained by removing periodic noise such as noise of the
次に、フィルタ係数更新回路33は、ノイズ予測誤差である前述した加算結果ε［ｎ］を最小にすべく、デジタルフィルタ31のフィルタ係数ｈ０〜ｈ63を調節する機能を有している。本実施形態では適応フィルタ22の係数更新方法として、計算処理を簡略化することが可能なＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）法を使用している。このＬＭＳ法によれば、加算結果ε［ｎ］にステップサイズμ49の２倍を乗じた上で、各対応する遅延素子の各段をさらに乗じ、現在時刻の各フィルタ係数ｈ［ｎ］に足し合わせて、次時刻の各フィルタ係数ｈ［ｎ＋１］を得ている。
Next, the filter
この方法により、計算開始時刻においては残差ε［ｎ］の絶対値は大きいものの、時刻が経過するにつれてε［ｎ］の絶対値が０に収束していくという結果が得られる。ここで、ステップサイズμ49は収束の速度と収束後の誤差量を決定するパラメータであり、一般には０＜μ＜１なる値を設定する。 According to this method, although the absolute value of the residual ε [n] is large at the calculation start time, the absolute value of ε [n] converges to 0 as time elapses. Here, the step size μ49 is a parameter for determining the convergence speed and the error amount after convergence, and generally a value of 0 <μ <1 is set.
以上のように、本実施形態の小便器洗浄装置Ａは、遅延回路30と適応フィルタ22とを備え、適応フィルタ22に、デジタルフィルタ31、信号加算回路32およびフィルタ係数更新回路33を設けたことにより、蛍光灯９からのノイズを除去することができ、これによって、小便器洗浄装置Ａの誤動作をなくすことができる。
As described above, the urinal washing apparatus A of the present embodiment includes the
なお、ノイズ成分を除去する手段として、適応フィルタ22に代えて、例えば、ノッチフィルタも有効である。すなわち、特定の周波数のみを選択して減衰させるものである。ノイズの周波数が既知であれば、その周波数を選択減衰するようにノイズの特性を選定することにより、ノイズを効率的に除去することができる。なお、ノッチフィルタの周波数の選択範囲より人体検出や尿流検出の周波数の範囲の方が十分広ければ、ノイズ周波数部分を減衰させても尿流検出に大きな影響はない。なお、商用電源の２次高調波のノイズは、西日本地域では１２０Ｈｚ、東日本地域では１００Ｈｚとなり地域によって除去する周波数を変える必要がある。さらに、目的とする尿流の周波数範囲に、複数の周波数のノイズ成分が見られる場合、一つのノッチフィルタでは対応できないので複数個のノッチフィルタを使用することとなる。本実施形態においては、周波数が既知でなくても、複数個のノイズであってもノイズの状況に応じて有効にノイズ除去を行うため、適応フィルタ22を設けている。
As a means for removing the noise component, for example, a notch filter is also effective instead of the
ところで、本実施形態における小便器洗浄装置Ａは、上述のようにマイクロ波ドップラセンサ７及びＡ／Ｄコンバータ20をランダムな不等間隔サンプリング周期で間欠動作させており、適応フィルタ22に入力されるデジタルドップラ信号データＳ５は、ランダムな周期でサンプリングされたデジタルデータとなる。
By the way, the urinal washing apparatus A according to the present embodiment intermittently operates the
このように、生成されたデジタルドップラ信号データＳ４を適応フィルタ22やバンドパスフィルタ23などのデジタルフィルタに入力すると、これらのフィルタの特性を十分に生かすことができない恐れがある。すなわち、ドップラ信号のノイズを十分に除去することができない恐れがある。また、適応フィルタ22に代えて、ノッチフィルタを適用した場合であっても同様である。
As described above, if the generated digital Doppler signal data S4 is input to a digital filter such as the
そこで、本実施形態における小便器洗浄装置Ａは、適応フィルタ22やバンドパスフィルタ23の前段にデジタルドップラ信号データＳ５を所定の等間隔サンプリング周期（ここでは、０．１ｍｓとする。）のデータへ補間する周期補間手段21を設けている。
Therefore, the urinal washing apparatus A according to the present embodiment converts the digital Doppler signal data S5 into data having a predetermined equidistant sampling period (here, 0.1 ms) before the
ランダムに離散しているデジタルドップラ信号データＳ５を所定の等間隔サンプリング周期へ補間する方法としては、２点補間法、ラグランジェ補間法などがある。 As a method of interpolating the randomly distributed digital Doppler signal data S5 into a predetermined equal interval sampling period, there are a two-point interpolation method, a Lagrangian interpolation method, and the like.
２点補間法は、隣接する２つのデータの中間値を算出して所定の等間隔サンプリング周期への補間を行う補間方法である。すなわち、隣接するデジタルドップラ信号データＳ５をそれぞれ直線で結び、所定周期（ここでは、２ｍｓとする。）毎にその直線と交わる位置へデジタルドップラ信号データＳ５を補完するのである。図７は、２点補間によってデジタルドップラ信号データＳ５を補間した様子を示す図であり、白丸はデジタルドップラ信号データＳ５を、黒丸は補間データＳ６を示している。 The two-point interpolation method is an interpolation method in which an intermediate value between two adjacent data is calculated and interpolation is performed at a predetermined equidistant sampling period. That is, the adjacent digital Doppler signal data S5 is connected with a straight line, and the digital Doppler signal data S5 is complemented to a position where the digital Doppler signal data S5 intersects with the straight line every predetermined period (here, 2 ms). FIG. 7 is a diagram illustrating a state in which the digital Doppler signal data S5 is interpolated by two-point interpolation. A white circle indicates the digital Doppler signal data S5, and a black circle indicates the interpolation data S6.
次に、ラグランジェ補間法について説明する。なお、ここでは、４点のデジタルドップラ信号データＳ５を元に、所定の等間隔サンプリング周期への補間を行うものについて説明するが、これに限られるものではない。 Next, the Lagrange interpolation method will be described. In addition, although what demonstrates the interpolation to a predetermined equal interval sampling period based on 4 points | pieces of digital Doppler signal data S5 is demonstrated here, it is not restricted to this.
図８に示すように、４点のデジタルドップラ信号データ（Ｘ0、ｆ0），（Ｘ1，ｆ1），（Ｘ2，ｆ2），（Ｘ3，ｆ3）について、ラグランジェ補間を行う場合、Ｘの値Ｌ（Ｘ）は次のように算出することができる。 As shown in FIG. 8, when Lagrange interpolation is performed for four points of digital Doppler signal data (X0, f0), (X1, f1), (X2, f2), (X3, f3), the value L of X (X) can be calculated as follows.
図９は、デジタルドップラ信号データＳ５をそのまま入力した場合（無補間）、デジタルドップラ信号データＳ５を周期補間手段21によって２点補間して入力した場合（２点補間）、デジタルドップラ信号データＳ５を周期補間手段21によってラグランジェ補間して入力した場合（ラグランジェ補間）の、それぞれの適応フィルタ22におけるノイズ除去特性を示している。なお、マイクロ波ドップラセンサ７を等間隔で間欠動作させたときにマイクロ波ドップラセンサ７から出力されるドップラ信号を入力した場合（等間隔サンプリング）の適応フィルタ22におけるノイズ除去特性も参考のために図示している。
FIG. 9 shows the case where the digital Doppler signal data S5 is inputted as it is (no interpolation), when the digital Doppler signal data S5 is inputted by two-point interpolation by the periodic interpolation means 21 (two-point interpolation), and the digital Doppler signal data S5 is inputted. The noise removal characteristics of each
この図に示すように、デジタルドップラ信号データＳ５をそのまま入力した場合に比べデジタルドップラ信号データＳ５を補間して入力した場合の方が適応フィルタ22におけるノイズ除去特性が改善していることがわかる。特に、蛍光灯９によるノイズ周波数４０Ｈｚ，１００Ｈｚ，１２０Ｈｚ，１８０Ｈｚ，２００Ｈｚでは、デジタルドップラ信号データＳ５をそのまま入力した場合に比べノイズ除去が半減している。したがって、マイクロ波ドップラセンサ７の動作をランダム周期で間欠的に行った場合でも、適応フィルタ22によるノイズ除去機能の低減を抑えることができる。
As shown in this figure, it can be seen that the noise removal characteristics in the
次に、バンドパスフィルタ23について説明する。このバンドパスフィルタ23は、いわゆる帯域通過フィルタである。
Next, the
バンドパスフィルタ23は、第１帯域フィルタ23aと第２帯域フィルタ23bとから構成され、適応フィルタ22と同様に、これらはＦＩＲ型デジタルフィルタを使用している。ここで、第１帯域フィルタ23aは、そのフィルタ係数ｈ［ｎ］として、人体の検出範囲である５０Ｈｚまでの信号を取り出すように設定されおり、第２帯域フィルタ23bは、そのフィルタ係数ｈ［ｎ］として、尿流の検出範囲である１００Ｈｚ〜１８０Ｈｚを取り出すように設定されている。なお、バンドパスフィルタ23と適応フィルタ22の順番を交換し、バンドパスフィルタ23、適応フィルタ22の順番に配置しても、同様の機能、効果が得られる。
The
また、バンドパスフィルタ23についても適応フィルタ22の場合と同様に、デジタルドップラ信号データＳ５をそのまま入力するとノイズ除去機能が低下するが、デジタルドップラ信号データＳ５を補間した後の補間データを入力することによりバンドパスフィルタ23のノイズ除去機能の低下を抑制することが可能となる。
Similarly to the case of the
ここで、図10のフローチャートを参照して、本実施形態の小便器洗浄装置Ａの動作について説明する。 Here, with reference to the flowchart of FIG. 10, operation | movement of the urinal washing apparatus A of this embodiment is demonstrated.
小便器洗浄装置Ａの電源がＯＮされると、送信タイミング制御手段27はランダムな不等間隔のパルス信号を含む駆動信号Ｓ10をマイクロ波ドップラセンサ７に出力し、マイクロ波ドップラセンサ７をランダムな不等間隔サンプリング周期で間欠動作させる（ＳＴＥＰ１）。
When the power of the urinal washing apparatus A is turned on, the transmission timing control means 27 outputs a drive signal S10 including random unequal-interval pulse signals to the
マイクロ波ドップラセンサ７から間欠出力されたドップラ信号Ｓ３は、増幅器10で増幅され、Ａ／Ｄコンバータ20によってＡ／Ｄ変換されてデジタルドップラ信号データＳ５が生成される。ここで、デジタルドップラ信号データＳ５は、ランダムな不等間隔サンプリングによる離散的なデータであるため、上述のように後段の適応フィルタ22やバンドパスフィルタ23などのデジタルフィルタのノイズ除去機能に影響を及ぼす。そこで、デジタルドップラ信号データＳ５を所定周期の等間隔サンプリングデータとなるように補間する周期補間手段21を設けており、この周期補間手段21によって補間データが生成され、後段の適応フィルタ22へ出力される。
The Doppler signal S3 intermittently output from the
上述のようにマイクロ波ドップラセンサ７の受信手段73は、送信マイクロ波の反射波に加え、蛍光灯９などからのノイズも受信してしまう。そのためドップラ信号Ｓ３にノイズ成分が混入される。したがって、補間データＳ６にもノイズが含まれることになるが、上述のように適応フィルタ22及びバンドパスフィルタ23によりノイズが取り除かれる。すなわち、適応フィルタ22によってドップラ信号Ｓ３の周期性成分のみを予測し、観測したドップラ信号からこれを減算して、ランダム性周波数成分のみ得る。そして、バンドパスフィルタ23を介して、人体検出のための周波数帯域（５０Ｈｚ以下）の信号Ｓ８と、尿流検知のための周波数帯域（１００Ｈｚ〜１８０Ｈｚ）の信号Ｓ８’とが検出判定処理部24に入力される。
As described above, the receiving means 73 of the
検出判定処理部24は、使用者が小便器１に近づくのを待つ（ＳＴＥＰ２）。すなわち、検出判定処理部24において、入力された信号Ｓ８の振幅の移動平均の算出を逐次行う。検出判定処理部24によって算出された信号Ｓ８の移動平均値が、あらかじめ設定された振幅の判定閾値より大きくかつ一定時間連続して継続した場合、人体接近検出を行う。
The detection
人体接近検出を行う（ＳＴＥＰ２：Ｙｅｓ）と、検出判定処理部24は、給水バルブ制御部25を制御して、給水バルブ４を開き、ボール部２内に洗浄水を供給して小便器１の事前洗浄を行う（ＳＴＥＰ３）。
When human body approach detection is performed (STEP 2: Yes), the detection
その後、検出判定処理部24は、使用者が小便器１から離れるか（ＳＴＥＰ４）、使用者が放尿するのを待つ（ＳＴＥＰ５）。
Thereafter, the detection
使用者が小便器１から離れたことの検出（人体離反検出）は、検出判定処理部24において、入力された信号Ｓ８の振幅の移動平均の算出を逐次行い、その移動平均値が、あらかじめ設定された振幅の判定閾値よりも一定時間に亘って小さいことを検出することによって行われる。
The detection that the user has left the urinal 1 (detection of human body separation) is performed by sequentially calculating the moving average of the amplitude of the input signal S8 in the detection
また、使用者が放尿したことの検出（尿流検出）は、検出判定処理部24において、入力された信号Ｓ８’の振幅の移動平均の算出を逐次行い、その移動平均値が、あらかじめ設定された振幅の判定閾値より大きくかつ一定時間連続して継続したことを検出することによって行われる。
In addition, detection of urination by the user (urine flow detection) is performed by sequentially calculating a moving average of the amplitude of the input signal S8 ′ in the detection
人体離反検出したとき（ＳＴＥＰ４：Ｙｅｓ）、検出判定処理部24は、使用者が放尿せずに小便器１から離れたと判定し、Ｓ１の処理に戻す。
When human body separation is detected (STEP 4: Yes), the detection
一方、尿流検出したとき（ＳＴＥＰ５：Ｙｅｓ）、その後使用者が小便器１から離れるまで待つ（ＳＴＥＰ６）。すなわち、検出判定処理部24において、入力された信号Ｓ８の振幅の移動平均の算出を逐次行い、その移動平均値が、あらかじめ設定された振幅の判定閾値より大きくかつ一定時間連続して継続するまで待つ。
On the other hand, when the urine flow is detected (STEP 5: Yes), the process waits until the user leaves the urinal 1 (STEP 6). That is, the detection
使用者が小便器１から離れたとき（ＳＴＥＰ６：Ｙｅｓ）、検出判定処理部24は、給水バルブ制御部25を制御して、給水バルブ４を開き、ボール部２内に洗浄水を供給して小便器１の本洗浄を行う（ＳＴＥＰ７）。
When the user leaves the urinal 1 (STEP 6: Yes), the detection
以上のように本実施形態における小便器洗浄装置Ａによれば、マイクロ波ドップラセンサ７をランダム周期で間欠動作させることによって、マイクロ波ドップラセンサを利用した小便器洗浄装置が隣接したときにおいて、マイクロ波ドップラセンサ同士の影響を抑制し、マイクロ波ドップラセンサによる検出精度を向上させることができると共に、ランダム周期で間欠動作させたマイクロ波ドップラセンサから出力させたドップラ信号を補間することによって、適応フィルタなどのデジタルフィルタによるノイズ低減効果への影響を抑制することが可能となる。
As described above, according to the urinal washing apparatus A in the present embodiment, when the
以上、本発明の実施の形態のうちいくつかを図面に基づいて詳細に説明したが、これらは例示であり、上記記載の態様を始めとして、当業者の知識に基づいて、種々の変形、改良を施した他の実施形態で実施をすることができる。 Although several embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings, these are merely examples, and various modifications and improvements can be made based on the knowledge of those skilled in the art including the above-described embodiments. It can implement in other embodiment which gave.
たとえば、本実施形態においては、マイクロ波ドップラセンサ７は、小便器１の上部背面側から正面側のボール部２に向けて電波を送信するようにしたが、これに限られるものではなく、マイクロ波ドップラセンサ７を小便器１の下部背面側に取り付け、起立した使用者の正面に向かって斜め上方に向けて電波を送信するようにしてもよく、また、マイクロ波ドップラセンサ７を小便器１の高さ方向の中央付近の背面側に設置し、水平方向、あるいは斜め下方へ向けて電波を送信するようにしてもよい。
For example, in the present embodiment, the
また、本実施形態においては、１０．５２５ＧＨｚのマイクロ波を用いたマイクロ波ドップラセンサについて説明したが、これに限られず、電波を利用するものであれば、その周波数は限られない。また、赤外線等の光波や超音波等の音波を利用するドップラセンサを用いてもよい。 In the present embodiment, the microwave Doppler sensor using a 10.525 GHz microwave has been described. However, the present invention is not limited to this, and the frequency is not limited as long as radio waves are used. Further, a Doppler sensor that uses light waves such as infrared rays or sound waves such as ultrasonic waves may be used.
また、乱数発生器26と、送信タイミング制御手段27とをマイクロコンピュータ11で構成するようにしたが、これに限られるものではなく、その他の半導体集積回路で構成するようにしてもよい。
Further, although the
Ａ 小便器洗浄装置
１ 小便器
２ ボール部
３ 給水路
４ 給水バルブ
５ 排水路
６ トラップ管路
７ マイクロ波ドップラセンサ
８ 制御部
９ 蛍光灯
１０ 増幅器
１１ マイクロコンピュータ
２０ Ａ／Ｄコンバータ
２１ データ補間手段
２２ 適応フィルタ
２３ バンドパスフィルタ
２４ 検出判定処理部
２５ 給水バルブ制御部
２６ 乱数発生器
２７ 送信タイミング制御手段
３０ 遅延回路
３１ デジタルフィルタ
３２ 信号加算回路
３３ フィルタ係数更新回路
７１ 発振器
７２ 送信手段
７３ 受信手段
７４ 差分検出手段
A
Claims (4)
前記制御部は、
ランダムなサンプリング周期で前記マイクロ波ドップラセンサを間欠動作させるセンサ制御手段と、
前記サンプリング周期で出力されるドップラ信号を順次Ａ／Ｄ変換してドップラ信号データを生成するＡ／Ｄ変換手段と、
前記ドップラ信号データを所定の等間隔サンプリング周期のデータへ補間する周期補間手段と、
補間した前記等間隔サンプリング周期のデータに含まれるノイズを除去するデジタルフィルタと、を有し、
前記デジタルフィルタの出力に応じて前記尿流検出を行う
ことを特徴とする小便器洗浄装置。 A urinal, a water supply valve that supplies cleaning water into the ball portion of the urinal, a microwave Doppler sensor that transmits a radio wave toward the ball portion, receives a reflected wave thereof, and generates a Doppler signal; and In the urinal washing apparatus having a control unit that performs urine flow detection based on a Doppler signal, controls the water supply valve according to the urine flow detection, and supplies wash water into the ball unit,
The controller is
Sensor control means for intermittently operating the microwave Doppler sensor at a random sampling period;
A / D conversion means for sequentially A / D converting the Doppler signals output at the sampling period to generate Doppler signal data;
Periodic interpolation means for interpolating the Doppler signal data into data of a predetermined equidistant sampling period;
A digital filter for removing noise included in the interpolated data of the equally spaced sampling period,
The urine washing device is characterized in that the urine flow is detected according to the output of the digital filter.
前記Ａ／Ｄ変換手段が出力する、連続した少なくとも２つ以上のＡ／Ｄ出力値を元に、前記補間を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の小便器洗浄装置。 The periodic interpolation means includes
The urinal washing device according to claim 1 or 2, wherein the interpolation is performed based on at least two continuous A / D output values output by the A / D conversion means.
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