电容式感应水龙头

本专利申请要求于2018年9月14日提交的第62/731,743号美国临时专利申请的优先权，该临时专利申请的披露内容通过援引而明确地并入本文。

本披露总体上涉及流体输送装置，更具体地，涉及一种没有手动阀手柄的电容式感应水龙头。

本发明提供了一种用于使用对水龙头的各个区域的触摸来控制水龙头的温度和流速的方法，从而控制不需要手柄、杠杆或旋钮的独特美学设计的创造。

说明性地，水龙头包括位于水槽台板下方的电子比例阀(EPV)，该EPV用于调节水温和流速。EPV说明性地从喷管接收电子通信以控制水。

该水龙头说明性地包括用于电容式感应的电子设备。在说明性实施例中，两个传感器监测未直接电容耦合的上部喷管和下部套筒。LED阵列可以包含在喷管中，并由电子设备操作，以通过提供流速设定点和温度设定点的反馈以及实际水温和特殊模式的指示来帮助水龙头的操作。

电容式感应可以通过EPV进行，从而实现消除喷管内的电子设备。

在一个说明性实施例中，水龙头被分成与电容式传感器耦合的两个区或感应区域：上部喷管和下部套筒。然而，应当理解，感应区域的数量和位置可以变化。在说明性实施例中，可以按如下方法实现水控制：

单次轻拍喷管以将水打开/关闭。

单次轻拍套筒以使水温在多种设置(110F，100F，90F，全冷)之间循环。

两次轻拍喷管以使流速在多种设置(1.5gpm，1.0gpm，0.5gpm)之间循环。

触摸并握持(抓握)套筒以缓慢减小流速；当达到期望的流速时，用户松开。

触摸并握持(抓握)喷管将不会产生任何变化，因为执行此动作是使喷管在水槽上方旋转。

可以定义其他触摸协议，包括触摸和抓握的各种组合(例如，抓握喷管、两次轻拍套筒等)，以用于其他与水龙头相关的任务。例如，其他触摸协议可以定义高级设置(清洁模式、加热水、分配2杯水等)。在说明性实施例中，触摸序列可以将水龙头置于编程模式，在该模式下，用户可以设置触摸协议和/或默认水流速和温度。水龙头的自定义也可以远程进行，例如经由移动电子装置或网页以无线方式进行。例如，用户可以远程地将触摸协议(例如，轻拍序列)改变成不同的配置。

说明性地，如果在某个固定的持续时间(诸如五分钟)内关闭并重新打开水，则将保留先前使用的设置。如果自上次使用以来已超过该固定的持续时间，则设置可以恢复为可由用户自定义的默认设置。

根据本披露的说明性实施例，一种水龙头包括：喷管；套筒，支撑所述喷管；通道，引导流体流过所述喷管；以及可电动操作阀，被配置成供应流体通过所述通道。所述第一触摸感应区域由所述喷管限定，并且第二触摸感应区域由所述套筒限定。至少一个电容式传感器可操作地耦合到所述第一触摸感应区域和所述第二触摸感应区域，所述至少一个电容式传感器提供输出信号。控制器可操作地耦合到所述可电动操作阀和所述至少一个电容式传感器。所述控制器被配置成监测来自所述至少一个电容式传感器的输出信号，并区分用户轻拍所述喷管的所述第一触摸感应区域、用户轻拍所述套筒的所述第二触摸感应区域、用户抓握所述喷管的所述第二触摸感应区域和用户抓握所述套筒的所述第二触摸感应区域。所述控制器被配置成响应于来自所述至少一个电容式传感器的输出信号来控制所述可电动操作阀。

根据本披露的另一个说明性实施例，一种水龙头包括：分配出口；可电动操作阀，被配置成向所述分配出口供应流体；第一触摸感应区域；以及第二触摸感应区域，与所述第一触摸感应区域间隔开。至少一个电容式传感器可操作地耦合到所述第一触摸感应区域和所述第二触摸感应区域，所述至少一个电容式传感器提供输出信号。所述控制器可操作地耦合到所述可电动操作阀和所述至少一个电容式传感器，所述控制器被配置成：监测来自所述至少一个电容式传感器的输出信号，并区分用户轻拍所述第一触摸感应区域、用户轻拍所述第二触摸感应区域、用户抓握所述第一触摸感应区域和用户抓握所述第二触摸感应区域。所述控制器被配置成响应于来自所述至少一个电容式传感器的输出信号来控制所述可电动操作阀。用户轻拍被定义为用户触摸所述第一感应区域和所述第二感应区域中的至少一者持续60msec至300msec，并且用户抓握被定义为用户触摸所述第一感应区域和所述第二感应区域中的至少一者持续大于300msec。

根据本披露的另一个说明性实施例，一种水龙头包括：分配出口；可电动操作阀，被配置成向所述分配出口供应流体；第一触摸感应区域；以及第二触摸感应区域，与所述第一触摸感应区域间隔开。至少一个电容式传感器可操作地耦合到所述第一触摸感应区域和所述第二触摸感应区域，所述至少一个电容式传感器提供输出信号。控制器可操作地耦合到所述可电动操作阀和所述至少一个电容式传感器，所述控制器被配置成响应于来自所述至少一个电容式传感器的输出信号来控制所述可电动操作阀。流量传感器流体联接到所述可电动操作阀并与所述控制器通信，所述流量传感器被配置成感测水流速并向所述控制器提供指示感测到的水流速的信号。温度传感器流体联接到所述可电动操作阀并与所述控制器通信，所述温度传感器被配置成感测水温并向所述控制器提供指示感测到的水温的信号。多个光发射器可操作地耦合到所述控制器，其中，所述多个光发射器的第一模式提供对感测到的水流速和感测到的水温中的至少一者的指示，并且所述多个光发射器的第二模式提供对水流速和水温中的至少一者的设定点值的指示。说明性地，所述多个光发射器的所述第一模式包括：所述光发射器中的至少一个的稳定照明提供对感测到的水流速和感测到的水温中的至少一者的指示，并且所述多个光发射器的所述第二模式包括：所述光发射器中的至少一个的闪烁照明提供对水流速和水温中的至少一者的设定点值的指示。

通过考虑以下对例示了目前认为执行本发明的最佳模式的说明性实施例进行的详细描述，本发明的附加特征和优点将对于本领域技术人员而言变得显而易见。

附图说明

附图的详细描述具体针对所附的附图，在附图中：

图1是本披露的示出为安装到水槽台板上的说明性电子水龙头的透视图；

图2是图1的电子水龙头的框图；

图3是图1的电子水龙头的截面的局部透视图；

图4是图3的电子水龙头的说明性电路板的透视图；以及

图5A至图5D是图1的电子水龙头的说明性操作的流程图。

具体实施方式

出于促进和理解本披露原理的目的，现在将参照附图中展示的实施例，这些实施例将在本文中进行描述。

首先参考图1和图2，本披露的说明性电子水龙头10包括由套筒14支撑的输送喷管12。套筒14被配置成由安装台板支撑，诸如支撑水槽盆18的水槽台板16。分配出口20由输送喷管12限定，并且被配置成将水分配到水槽盆18中。底座22可以设置在套筒14下方，并且说明性地包括指示灯24。可以理解，底座22可以是与套筒14分开的部件，或者可以与该套筒一体形成。进一步地，指示灯24可以位于水龙头10上的任何地方，或者甚至位于相邻的水槽台板16上的任何地方。

可电动操作阀26说明性地位于水槽台板16的下方，并且经由柔性热水供应管30流体联接到热水源28，并且经由柔性冷水供应管34流体联接到冷水源32。出口管36流体联接到可电动操作阀26，并且延伸穿过输送喷管12。出口管36说明性地是柔性的，并且可以流体联接到下拉式喷头38，该下拉式喷头可移除地联接到喷管12的出口端39。

说明性地，可电动操作阀26可以是电子比例阀，该电子比例阀被配置成控制从水源28和32供应到与分配出口20流体连通的出口管36的水的流速和温度。说明性可电动操作阀26可以是美国专利号9,458,612中详细描述的类型的电磁阀，该美国专利的披露内容通过援引而明确地并入本文。

在图1和图2的说明性实施例中，热水源28和冷水源32直接流体联接到可电动操作阀26，以在无需任何手动控制的情况下提供全自动水龙头10。在某些其他说明性实施例中，具有至少一个手动阀手柄(未示出)的单独手动阀组件可以与可电动操作阀26串联设置。在这样的说明性实施例中，手动阀组件可以独立于可电动操作阀26来控制流速和/或水温。

可电动操作阀26说明性地由来自控制器40的输入信号控制。因为可电动操作阀26由控制器40以电子方式控制，所以可以使用来自传感器的输出来控制水的流动，这些传感器说明性地为第一电容式传感器42和第二电容式传感器44，如本文进一步讨论的。说明性地，控制器40可以与可电动操作阀26集成在一起，或者可以间隔开并经由有线或无线通信与可电动操作阀26通信。

说明性地，第一触摸传感器电极46电耦合到输送喷管12，而第二触摸传感器电极48电耦合到套筒14。喷管12说明性地至少部分地由导电材料制成，以形成第一触摸传感器电极46。类似地，套筒14至少部分地由导电材料形成，以形成第二触摸传感器电极48。第一触摸传感器电极46在输送喷管12上限定第一触摸感应区域47，而第二触摸传感器电极48在套筒14上限定第二触摸感应区域49。应当理解，触摸传感器电极和触摸感应区域的数量和位置可以变化，例如用以提供与诸如分配所测量量等高级特征有关的专用触摸点或区域。例如，可以在输送喷管12和套筒14中的每一者上提供多个电容性隔离的触摸感应区域47、49。在其他说明性实施例中，可以单独地或与喷管12和套筒14上的触摸感应区域一起在喷头38上限定一个或多个触摸感应区域47、49。在一个说明性实施例中，第三触摸感应区域51可以位于输送喷管12上的第一触摸感应区域47与套筒14上的第二触摸感应区域49之间。此第三触摸感应区域51可以专用于控制流动(经由如在本文进一步定义的轻拍和抓握)。

说明性地，第一电极46直接耦合到控制器40的第一电容式传感器42，并且第二电极48直接耦合到控制器40的第二电容式传感器44。在图1的说明性实施例中，导线50a和50b可以用于将第一电极46连接到第一电容式传感器42，并将第二电极48连接到第二电容式传感器44。在这样的说明性实施例中，电绝缘体53可以位于喷管12与套筒14中间，使得它们不会电容耦合在一起。在其他说明性实施例中，喷管12的电极46可以电容耦合到套筒14的电极48。美国专利号8,613,419中示出了水龙头部件之间的说明性电容耦合布置，该美国专利的披露内容通过援引而明确地并入本文。

应当理解，根据本发明，可以使用任何常规的电容式传感器。例如，参见美国专利号6,962,168，其通过援引而明确地并入本文。

参考图3和图4，底座22的指示灯24说明性地包括支撑多个周向地间隔开的光发射器54的基板52(例如，印刷电路板)。光发射器54说明性地包括多色发光二极管(LED)，并且更具体地，包括三色(红色、绿色和蓝色)LED。在一个说明性实施例中，在基板52上以环形圈布置(即，沿周向地隔开)十二个不同的LED。这样，以说明性环形圈定位三十六个不同的像素。

如图3和图4所示，光发射器54支撑在基板52的下表面55上，使得光被向下引导。透镜或光导管56将来自光发射器54的光径向地向外扩散并传输到外表面58。透镜56说明性地由诸如丙烯酸等半透明聚合物形成。底座22进一步包括底座支撑件或支架60以及支撑该透镜和基板的间隔物62。

如本文中进一步详细描述的，光发射器54可以由控制器40操作以提供流速设定点和温度设定点的反馈，以及实际水温和特殊模式的指示。这样，可以提供水流量传感器64和/或水温传感器66，以检测供应到排出口20的水的流速和/或温度，并将指示流速和/或温度的信号提供给控制器40。在说明性实施例中，一些或第一组光发射器54(说明性地为十二个LED中的三个)可以指示设定点水温。这些光发射器54可以是固态的(稳定照明)、闪烁的或追逐的(提供沿周向(例如，成圆圈)旋转的光的外观)。在此说明性实施例中，其余的或第二组光发射器54(说明性地为十二个LED中的九个)可以指示来自温度传感器66的实际水温或感测到的水温并且是固态的(稳定照明)。说明性地，以类似于水温的、分别包括第一组和第二组光发射器54的方式，光发射器54的亮度或强度可以指示设定点水流速和感测到的水流速。在从水龙头10分配水的过程中，光发射器54可以提供完成所分配水量的倒计时，而不是示出设定点水温和实际水温。

以下是对控制器40用来处理两个电极46和48的“触摸”条件的算法的描述，这两个电极电容耦合到检测电容变化的第一电容式传感器42和第二电容式传感器44。对如何以及何时触摸电极46和48的解释用于确定何时致动可电动操作阀26。该算法说明性地存储在存储器68内的机器可读介质(即软件)上，并由控制器40的处理器70来处理。处理器70说明性地包括内部时钟或定时器。

应当理解，本文详细描述的方法和设备可以与在PCT国际专利申请公开号WO2008/088534和美国专利申请公开号2007/0157978中披露的水龙头结合使用，这些专利申请的披露内容通过援引明确地并入本文。

将首先描述存储在存储器68中并由控制器40的处理器70执行的检测算法的说明性实施例，这些检测算法用于例如区分接近和触摸以及区分对喷管12或套筒14的短时轻拍和较长时间抓握。在检测算法的第一示例中使用以下定义。接近被定义为电容测量值高于接近阈值。“轻拍”是短时间的触摸，旨在打开或关闭水或流体。更具体地，“轻拍”被说明性地定义为电容测量值超过触摸阈值持续最少60msec、最多300msec。触摸阈值大于接近阈值。“两次轻拍”被说明性地定义为连续轻拍，其中轻拍间的最大持续时间为300msec。更具体地，两次轻拍算法等待轻拍之间的最大持续时间为300msec。每次发生轻拍时，处理器70的定时器都会重置为0，并等待至多300msec，以查看是否发生后续轻拍。

“抓握”(或“触摸/握持”)是较长持续时间的触摸，诸如当用户抓握喷管12以便将喷管从水槽盆的一个区域移动到另一个区域时，或者当用户抓握并握持套筒时。更具体地，“抓握”被说明性地定义为电容测量值超过触摸阈值持续大于300msec。美国专利号8,561,626中详细描述了关于说明性电容接近阈值和触摸阈值的其他细节，该美国专利的披露内容通过援引而明确地并入本文。

参考图5A至图5D，操作电子水龙头10的说明性方法开始于框102。在判定框104处，如果控制器40经由电容式传感器42、44中的任一个在水龙头10的附近检测到用户，则光发射器54被点亮以指示当前设定点(例如，对于水流速和水温二者而言为低、中或高)。例如，光强度可以表示水流速，而光颜色可以表示水温。这样，接近感应可以用于在水被打开之前开启LED环以指示当前设置。这提供了视觉参考，因为没有手柄来提供此反馈。可选地，如果功耗不是问题，则在不使用时可以始终点亮光发射器54来表示设定点。

然后，该方法继续进行到判定框108，在该框处，控制器40确定是否已经检测到对喷管12单次轻拍。如果是，则该方法继续进行到判定框110，在该框处，控制器40确定水是否在流动(经由来自可电动操作阀26的关于其位置的反馈或来自流量传感器64的反馈)。如果水在流动，则该方法继续进行到框112，在该框处，控制器40通过关闭可电动操作阀26来关闭水。在框114处，控制器40关闭光发射器54。在框116处，该方法然后返回到开始框102。

返回框110，如果水不流动，则在框118处，控制器40通过打开可电动操作阀26来打开水。在框120处，控制器40以追逐模式接通光发射器54(其中，至少一些光发射器54按周向布置相继闪烁)从而限定设定点。接下来，控制器激活光发射器以提供对当前的或感测到的水状况的指示(例如，可以分别由流量传感器64和温度传感器66测量的水流速和/或水温)。在框116处，该方法然后返回到开始框102。

返回框108，如果未检测到对喷管12的单次轻拍，则在框124处，控制器40确定电容式传感器是否检测到对喷管12的两次轻拍。如果是，则该方法继续进行到框126，在该框处，控制器40确定设定点是否处于最高流速预设值。说明性地，最高流速预设值或设定点为1.4加仑每分钟(gpm)。如果处于最高流速预设值，则在框128处，控制器40将阀26打开至最低流速设定点。说明性地，最低流速预设值或设定点为0.4加仑每分钟(gpm)。在框130处，控制器40将光发射器亮度设置为低以与低流速相关联。在框132处，该方法然后返回到开始框102。

返回框126，如果控制器40确定设定点不处于最高流速预设值，则在框134处将流速增大到下一个最高设定点。说明性地，流速预设值或设定点处于0.4加仑每分钟(gpm)为低，处于0.8加仑每分钟(gpm)为中，并且处于1.4加仑每分钟(gpm)为高。应当理解，这些设定点可以变化并且可以由用户配置。在框136处，控制器40增加光发射器54的亮度以与较高的流速相关联。在框132处，该方法然后返回到开始框102。

返回框124，如果未检测到对喷管12的两次轻拍，则该方法继续进行到框138，在该框处，控制器40确定是否检测到对套筒14的轻拍。如果是，则该方法继续进行到框140，在该框处，控制器40确定设定点是否处于最高温度预设值。说明性地，最高温度预设值或设定点为110华氏度(F)。如果是，则在框142处，控制器40操作阀26以达到其最低温度设定点。说明性地，最低温度预设值或设定点为60华氏度(F)或全冷。在框144处，控制器40将光发射器54操作成追逐模式(其中，至少一些光发射器54按周向布置相继闪烁)以表示新温度设定点。光发射器54还可以提供对新温度设定点的颜色指示，其中，蓝色代表冷，紫色代表中等，并且红色代表热。在框150处，该方法然后返回到开始框102。

再次参考框140，如果控制器40确定设定点不处于最低温度预设值，则在框146处，控制器40使阀增大为以下一个最高温度设定点操作。说明性地，温度预设值或设定点处于60华氏度(F)为冷，处于95华氏度(F)为暖，并且处于110华氏度(F)为热。应当理解，这些设定点可以变化并且可以由用户配置。在框148处，控制器40将光发射器54至光发射器54操作成追逐模式(其中，至少一些光发射器54按周向布置相继闪烁)以表示新温度设定点。光发射器54还可以提供对新温度设定点的颜色指示，其中，蓝色代表冷，紫色代表中等，并且红色代表热。在框150处，该方法然后返回到开始框102。

如果在框138处未检测到对套筒14的轻拍，则该方法继续进行到框152，在该框处确定是否检测到对套筒14的触摸/握持(即，抓握)。如果是，则该方法继续进行到框154，在该框处，控制器40确定流速设置是否处于最小值。如果是，则该方法继续进行到框156，在该框处，光发射器54闪烁以指示这种最小流速。在框158处，控制器40暂停流动，然后将流速返回至最大值。在框160处，控制器40将光发射器亮度返回至最大亮度。在框162处，控制器40确定是否仍然存在对套筒14的触摸/握持。如果是，则该方法返回框154。如果不是，则该方法前进至框168，在该框处，返回开始框102。

返回到框154，如果控制器40确定流速设置不是最小值，则该方法继续进行到框164，在该框处，将流速设置减小0.1加仑每分钟(gpm)。在框166处，控制器40降低光发射器54的亮度，然后继续进行到框162。

应当理解，水龙头10不限于以上详细描述的触摸协议。更具体地，可以定义其他触摸协议，包括触摸和抓握的各种组合(例如，抓握喷管、两次轻拍套筒等)，以用于更多其他与水龙头相关的任务。另外的说明性触摸协议包括：

抓握套筒14并轻拍喷管12，其中，轻拍的次数确定分配的量(例如，3次轻拍分配3杯水)。

抓握喷管12(点亮半边光环)、抓握套筒14(点亮另外半边光环)几秒钟，会将水龙头10置于“清洁模式”或“空闲(vacation)模式”，在该模式中，除了相同的例程进行颠倒之外，电容式感应被忽略。LED指示是可选的。5至10分钟后会自动退出清洁模式。

抓握喷管12并三次轻拍套筒14以进入编程模式；设置温度和流速；重复抓握和三次轻拍以退出(或者20秒后超时)。

抓握套筒14并且两次/三次轻拍喷管12以初始化加热功能(水流动直到其达到95F，然后关闭)。

应当理解，说明性电子水龙头通过触摸水龙头部件来促进对水温和流速的控制，从而实现不需要手柄、杠杆或旋钮的独特美学设计。另外，电子水龙头允许惯用右手或惯用左手的用户从水龙头的任一侧进行对称输入。

虽然已经参考某些优选实施例详细描述了本发明，但是如所附权利要求中所描述和限定的变化和修改存在于本发明的精神和范围内。