УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ СВЕТИЛЬНИКОМ ДЛЯ ТУАЛЕТА Российский патент 2018 года по МПК H05B37/02 

Предлагаемое изобретение относится к средствам управления источниками освещения, преимущественно в туалетах.

В настоящее время широко известны искусственные источники освещения, управляемые датчиками движения, в том числе инфракрасными датчиками движения, называемые также PIR-датчик, пироэлектрический датчик.

К примеру, по патенту на полезную модель RU №103167 (опубл. 27.03.2011) известен плафон с датчиком движения для лампы. Или светильник с датчиком движения по патенту на изобретение RU №2366120 (опубл. 27.08.2009).

Такие устройства позволяют экономить электроэнергию. К примеру, школьный туалет для мальчиков оснащен подобным устройством. При этом такой источник света, управляемый инфракрасным датчиком движения, имеет определенные недостатки, один из которых заключается в том, что источник освещения, связанный с таким датчиком, имеет определенное время работы, которое устанавливается при настройке и остается неизменным после настройки, так называемое время задержки работы освещения. Например, некоторые датчики позволяют настроить время задержки от 6 секунд до 12 мин. Однако каждому человеку требуется индивидуальное время для посещения туалета. При пользовании писсуаром или унитазом пользователь какое-то время не двигается. Автор заметил, что если ему требуется большее время на туалет, может закончиться время задержки, установленное для инфракрасного датчика движения источника освещения, свет отключается. Чтобы свет снова включился, надо произвести какое-то движение, например, руками, но это затруднительно при пользовании писсуаром. Или можно установить большое время задержки, но тогда экономия электроэнергии будет не достаточна, желательно, чтобы источник освещения отключался быстрее, после того как пользователь покинет туалет. Желательно, чтобы устройство для управления источником света было простым и недорогим. Таким образом, стоит проблема усовершенствования системы управления освещением в подобных местах.

Известен автоматический туалетный модуль по патенту на полезную модель RU №138200 (опубл. 10.03. 2014) с освещением и датчиком присутствия в кабине, однако датчик присутствия не связан с управлением освещением. Известен также туалет по патенту на полезную модель RU №103544 (опубл. 20.01.2011), снабженный датчиком присутствия, однако датчик не связан с управлением освещением так же, как и в полезной модели по патенту RU 75405 (опубл. 10.08.2008) «Автоматическое устройство управления сливом писсуара».

Известны другие, кроме указанных выше, устройства управления освещением.

К примеру, по патенту на изобретение RU №2565578 (опубл. 20.10.2015) известно устройство, включающее ультразвуковой или радиочастотный датчик, содержащий передатчик(и) и множество приемников, конфигурационный блок и источники света. Такое устройство довольно сложно. Принцип работы ультразвукового датчика движения заключается в исследовании окружающего пространства с помощью звуковых волн, при обнаружении изменения частоты отраженного сигнала из-за движения объектов (так называемый эффект Доплера) датчик запускает заложенную в него функцию. Таким образом, такой датчик срабатывает на движение, его недостатком является также то, что он может не сработать при плавных движениях.

Известно также устройство управления светильником в туалете, содержащее беспроводной инфракрасный датчик движения, называемый также PIR-датчик, со встроенной платой управления и антенной, радиоуправляемый силовой блок со встроенной платой управления и антенной, и светильник (статья в Интернете «Умный туалет» в обычной квартире» https://geektimes.ru/post/240514/, опубликована 21.10.2014). Однако такое устройство дорого, датчик срабатывает только на движение и отключает свет через 40 секунд, после того как пользователь покинет туалет, и недостаточно экономит электроэнергию.

Известно также устройство, содержащее три инфракрасных светодиода и инфракрасный приемник (TSOP 1736) «Детектор наличия человека в туалете» (статья в Интернете https://geektimes.ru/post/258096/ «Детектор наличия человека в туалете», опубликована 23.08.2013), у этого устройство есть свои недостатки, в частности индивидуальная настройка, сложность установки, много компонентов, устанавливаемых в разных местах.

Известны комбинированные датчики, содержащие инфракрасный датчик и звуковой датчик, к примеру, марки Camelion LX-2000 или марки Uniel USN-01 - инфракрасный датчик движения со встроенным микрофоном, предназначенные для устройств управления освещением. Но они срабатывают при движении и звуке.

Известны также другие устройства с комбинированными датчиками или использующие одновременно два датчика. Например, устройство для управления светильником для подъезда по патенту на полезную модель RU №98663 (опубл. 20.10.2010), или светильник и устройство для управления работой светильника по патенту на полезную модель RU №90166 (опубл. 27.12.2009), содержащие первый датчик - датчик движения, выбранный из ряда: инфракрасный, сверхвысокочастотный, ультразвуковой приемопередатчик, выполняющий функцию датчика движения, комбинация из двух датчиков движения, один из которых инфракрасный датчик, а второй - сверхвысокочастотный датчик. При этом первый датчик (или комбинация датчиков) электрически соединен с последовательно соединенными: блоком усиления сигнала, пороговым устройством (двухпороговым компаратором) и таймером, устройство содержит линзу, расположенную перед датчиком движения. Пороговое устройство (компаратор), блок усиления сигнала и таймер могут быть элементами встроенной в датчик электрической платы, линза также может быть встроена непосредственно в датчик. Устройство, кроме того, содержит блок питания, соединенный с ним второй датчик - датчик освещенности, блок управления нагрузкой, электрически соединенный с лампой освещения, при этом второй датчик освещенности соединен с блоком управления нагрузкой, который соединен с таймером, блок питания электрически соединен со всеми названными блоками устройства, а первый датчик движения расположен с возможностью его электромагнитного или ультразвукового взаимодействия с линзой. Это техническое решение принято за ближайший аналог заявляемому изобретению. Эти устройства очень сложны, дороги и не предназначены для туалетов, так как содержат датчик освещенности, а туалеты, как правило, не содержат источников естественного освещения. Кроме того, первый датчик срабатывает только на движение, такое устройство управления для светильника не решает указанную выше проблему.

Перед автором стояла задача создания простой конструкции устройства управления светильником, предназначенного для освещения туалета. При этом предполагалось, что устройство должно обеспечивать освещение, пока пользователь находится в туалете, даже если пользователь не двигается. Хотя данное техническое решение предназначено для туалетов, в особенности для туалетов с писсуарами, однако оно может быть использовано и в других помещениях или для освещения мест, где пользователь может находиться, не совершая движений, и где освещение необходимо только на время присутствия пользователя. Кроме того, предлагаемое устройство управления может обеспечивать работу не только светильника, но может быть подключено к другим устройствам, например к вытяжному вентилятору туалета или автоматическому сливу писсуара.

Для достижения указанного технического результата устройство управления светильником для туалета содержит связанные электрически между собой: два датчика, один из которых инфракрасный PIR-датчик движения со встроенной электрической платой и линзой; блок управления; блок питания; светильник, блок питания соединен с обоими датчиками, блоком управления и светильником, оба датчика и светильник соединены с блоком управления, при этом в качестве второго датчика использован ультразвуковой датчик расстояния - приемопередатчик, со встроенной электрической платой, при этом он выполнен с возможностью реагировать на изменение расстояния во время использования унитаза или писсуара туалета пользователем - установлен и отрегулирован таким образом, чтобы определять расстояние до поверхности унитаза или до поверхности писсуара, и так, чтобы пользователь находился в поле действия акустического излучения ультразвукового датчика расстояния во время пользования унитазом или писсуаром, ультразвуковой датчик расстояния выдает сигнал об измеренном расстоянии до унитаза или писсуара туалета в блок управления; блок управления сравнивает полученное от ультразвукового датчика расстояния значение расстояния с записанным в памяти значением расстояния до поверхности унитаза или писсуара и, если измеренное ультразвуковым датчиком расстояния значение расстояния меньше, чем записанное в памяти, поддерживает работу светильника, игнорируя сигнал инфракрасного PIR-датчика движения об отсутствии движения. Целесообразно в качестве блока управления использовать микроконтроллер. Целесообразно отрегулировать ультразвуковой датчик расстояния измерять расстояние до ободка унитаза.

Устройство управления светильником для туалета работает следующим образом.

Инфракрасный PIR-датчик движения (далее - «датчик движения») установлен и отрегулирован таким образом, чтобы обнаруживать движение, когда пользователь входит в туалет, при обнаружении движения он выдает на блок управления - предпочтительно микроконтроллер (далее - «контроллер») - цифровой сигнал «Обнаружено движение» (HIGH), или «Движения нет» (LOW), если движение отсутствует. Настраивается датчик движения известным способом. Ультразвуковой датчик расстояния - приемопередатчик (далее - «датчик расстояния») использует акустическое излучение для определения расстояния до объекта. Его принцип работы отличается от работы ультразвукового датчика движения, он основан на определении времени, которое понадобилось звуку для движения от датчика до объекта и отраженного от объекта звука назад к датчику. Он установлен и отрегулирован таким образом, чтобы определять расстояние до поверхности унитаза или до поверхности писсуара с необходимой погрешностью, например погрешностью в 5 см, а также так, чтобы пользователь находился в поле действия акустического излучения датчика расстояния во время пользования унитазом или писсуаром. Полученное при настройке датчика расстояния значение расстояния до поверхности унитаза или до поверхности писсуара (контрольное расстояние) выдается на контроллер и записывается в память контроллера, и оно соответствует состоянию, когда пользователь не использует унитаз или писсуар (отсутствие пользователя). Как только пользователь попадает в поле действия акустического излучения датчика расстояния при использовании унитаза или писсуара, расстояние, измеряемое датчиком расстояния, изменяется - уменьшается, полученное значение расстояния до пользователя (уменьшенное расстояние) выдается на контроллер и сравнивается с контрольным, уменьшенное расстояние соответствует состоянию присутствия пользователя. Как только пользователь выходит из поля действия акустического излучения датчика расстояния, датчик снова выдает на контроллер значение контрольного расстояния, соответствующее отсутствию пользователя. Настройка датчика расстояния при открытой крышке унитаза может привести к ситуации, когда закрытая крышка будет восприниматься контроллером как присутствие пользователя, это также надо учитывать при настройке датчика, например настраивать датчик измерять расстояние до ободка унитаза. Датчик расстояния в отличие от датчика движения имеет узкое поле действия. При установке датчика расстояния непосредственно над унитазом пользователь не всегда будет попадать в поле действия акустического излучения датчика расстояния, так как, мужчины, например, пользуются унитазом так же, как и писсуаром, стоя перед ним. Таким образом, датчик расстояния желательно устанавливать, например, на потолке, под углом к унитазу или писсуару, так, чтобы пользователь при их использовании находился между датчиком расстояния и унитазом или писсуаром. Контроллер запрограммирован таким образом, чтобы при получении сигнала «Обнаружено движение» от датчика движения, включать светильник. При получении от датчика расстояния значения уменьшенного расстояния (присутствие пользователя) контроллер поддерживает работу светильника, игнорируя сигнал датчика движения об отсутствии движения, при получении одновременно сигнала от датчика движения об отсутствии движения и от датчика расстояния значения контрольного расстояния (отсутствие пользователя) контроллер отключает светильник. Когда пользователь входит в туалет, он попадает в зону действия датчика движения, который выдает контроллеру цифровой сигнал «Обнаружено движение», контроллер подает сигнал на включение светильника, затем пользователь попадает в зону действия датчика расстояния, контроллер поддерживает работу светильника. При этом даже если пользователь замрет на длительное время, светильник будет продолжать работать. После отправления своих нужд пользователь выходит из поля действия датчика расстояния, но его движения активируют сигнал «Обнаружено движение» от датчика движения на контроллер, который продолжает поддерживать работу светильника, пока пользователь не покинет туалет. Понятно, что некоторое время, даже после того как пользователь покинет туалет, светильник может продолжать работать, пока не закончится время задержки датчика движения, но предлагаемое устройство управления светильником туалета позволяет значительно уменьшить это время, тем самым способствуя экономии электроэнергии. Светильник не работает при получении контроллером сигнала «Движения нет» от датчика движения и значения контрольного расстояния от датчика расстояния. Блок питания преобразует сетевое напряжение до требуемых для датчиков и контроллера значений. Связь между устройством и датчиками - проводная, но специалисту в этой области техники понятно, что в устройстве, по крайней мере, между некоторыми его частями может использоваться и беспроводная связь, например радиосвязь. Микроконтроллер в качестве блока управления позволяет разместить устройство компактно, упрощает конструкцию. Можно использовать и другие управляющие устройства в качестве блока управления.

Устройство управления светильником для туалета, содержащее связанные электрически между собой: два датчика, один из которых инфракрасный PIR-датчик движения со встроенной электрической платой и линзой; блок управления; блок питания; светильник, при этом блок питания соединен с обоими датчиками, блоком управления и светильником, оба датчика и светильник соединены с блоком управления, использование при этом в качестве второго датчика ультразвукового датчика расстояния - приемопередатчика, со встроенной электрической платой, выполненного с возможностью реагировать на изменение расстояния во время использования унитаза или писсуара туалета пользователем благодаря тому, что он установлен и отрегулирован таким образом, чтобы определять расстояние до поверхности унитаза или до поверхности писсуара, и так, чтобы пользователь находился в поле действия акустического излучения ультразвукового датчика расстояния во время пользования унитазом или писсуаром, и выдает сигнал об измеренном расстоянии до унитаза или писсуара туалета в блок управления; блок управления сравнивает полученное от ультразвукового датчика расстояния значение расстояния с записанным в памяти значением расстояния до поверхности унитаза или писсуара и, если измеренное ультразвуковым датчиком расстояния значение расстояния меньше, чем записанное в памяти, поддерживает работу светильника, игнорируя сигнал инфракрасного PIR-датчика движения об отсутствии движения; использование в качестве блока управления микроконтроллера, регулирование ультразвукового датчика расстояния таким образом, чтобы он измерял расстояние до ободка унитаза, обеспечивает работу светильника все время, пока пользователь находится в туалете, даже в то время когда пользователь не двигается. Устройство имеет простую конструкцию и позволяет экономить электроэнергию.

Дополнительным преимуществом настоящего изобретения является небольшая стоимость устройства, что повышает его эффективность по сравнению с аналогами.

Отличительными признаками предлагаемого устройства от указанного выше известного, наиболее близкого к нему, является то, что в устройстве управления светильником для туалета в качестве второго датчика использован ультразвуковой датчик расстояния - приемопередатчик, со встроенной электрической платой, при этом он выполнен с возможностью реагировать на изменение расстояния во время использования унитаза или писсуара туалета пользователем - установлен и отрегулирован таким образом, чтобы определять расстояние до поверхности унитаза или до поверхности писсуара, и так, чтобы пользователь находился в поле действия акустического излучения ультразвукового датчика расстояния во время пользования унитазом или писсуаром, ультразвуковой датчик расстояния выдает сигнал об измеренном расстоянии до унитаза или писсуара туалета в блок управления; блок управления сравнивает полученное от ультразвукового датчика расстояния значение расстояния с записанным в памяти значением расстояния до поверхности унитаза или писсуара и, если измеренное ультразвуковым датчиком расстояния значение расстояния меньше, чем записанное в памяти, поддерживает работу светильника, игнорируя сигнал инфракрасного PIR-датчика движения об отсутствии движения. В частном случае в качестве блока управления использован микроконтроллер. В другом частном случае ультразвуковой датчик расстояния отрегулирован измерять расстояние до ободка унитаза.

Совокупность всех указанных существенных признаков позволила создать простую конструкцию устройства управления светильником для туалета, обеспечивающего работу светильника все время, пока пользователь находится в туалете, даже если пользователь не двигается.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами. На фигуре 1 показана схема устройства, на фигуре 2 упрощенно показан один из вариантов размещения устройства в туалете (блок питания условно не показан), где 1 - датчик движения, 2 - контроллер, 3 - светильник, 4 - датчик расстояния, 5 - блок питания. На фигуре 2 буквой «А» отмечено контрольное расстояние, измеряемое датчиком расстояния 4, буквой «а» отмечено уменьшенное расстояние, измеряемое датчиком расстояния 4. Специалисту в данной области техники понятно, что контроллер 2, блок питания 5 и датчики 1 и 4 могут быть размещены в одном корпусе или в разных корпусах, датчик движения 1 может быть смонтирован в одном корпусе со светильником, контроллер 2 может быть установлен в другом удобном месте и даже в другом помещении. К контроллеру 2 могут быть подключены и другие устройства, такие как вытяжной вентилятор или устройство автоматического слива, и по сигналам датчиков 1 и 4 он может ими управлять. Такое устройство может быть полезно в проекте «умного дома».

Опытный образец предлагаемого устройства был реализован автором, в макете были использованы: микроконтроллер - «Arduino UNO», ультразвуковой датчик расстояния - модуль HC-SR04, пироэлектрический инфракрасный (PIR) датчик движения с выходами для дополнительной настройки и коннекторами для сигнала, питания и земли «PIR (motion) sensor» компании «Adafruit», программа для контроллера была написана самим автором и приведена ниже. Все элементы устройства легкодоступны, устройство может использоваться с любыми светильниками и может быть реализовано в условиях промышленного производства.

Программа для микроконтроллера «Arduino UNO»:

Изобретение предназначено для управления источниками освещения, преимущественно в туалетах. Устройство управления светильником для туалета содержит связанные электрически между собой: два датчика, один из которых инфракрасный PIR-датчик движения со встроенной электрической платой и линзой; блок управления; блок питания; светильник, блок питания соединен с обоими датчиками, блоком управления и светильником, оба датчика и светильник соединены с блоком управления, при этом в качестве второго датчика использован ультразвуковой датчик расстояния - приемопередатчик со встроенной электрической платой, при этом он выполнен с возможностью реагировать на изменение расстояния во время использования унитаза или писсуара туалета пользователем - установлен и отрегулирован таким образом, чтобы определять расстояние до поверхности унитаза или до поверхности писсуара, и так, чтобы пользователь находился в поле действия акустического излучения ультразвукового датчика расстояния во время пользования унитазом или писсуаром; ультразвуковой датчик расстояния выдает сигнал об измеренном расстоянии до унитаза или писсуара туалета в блок управления; блок управления сравнивает полученное от ультразвукового датчика расстояния значение расстояния с записанным в памяти значением расстояния до поверхности унитаза или писсуара, и если измеренное ультразвуковым датчиком расстояния значение расстояния меньше, чем записанное в памяти, поддерживает работу светильника, игнорируя сигнал инфракрасного PIR-датчика движения об отсутствии движения. Устройство имеет простую конструкцию и обеспечивает работу светильника все время, пока пользователь находится в туалете, даже если пользователь не двигается. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство управления светильником для туалета, содержащее связанные электрически между собой: два датчика, один из которых инфракрасный PIR-датчик движения со встроенной электрической платой и линзой; блок управления; блок питания; светильник, блок питания соединен с обоими датчиками, блоком управления и светильником, оба датчика и светильник соединены с блоком управления, отличающееся тем, что в качестве второго датчика использован ультразвуковой датчик расстояния - приемопередатчик со встроенной электрической платой, при этом он выполнен с возможностью реагировать на изменение расстояния во время использования унитаза или писсуара туалета пользователем - установлен и отрегулирован таким образом, чтобы определять расстояние до поверхности унитаза или до поверхности писсуара, и так, чтобы пользователь находился в поле действия акустического излучения ультразвукового датчика расстояния во время пользования унитазом или писсуаром, ультразвуковой датчик расстояния выдает сигнал об измеренном расстоянии до унитаза или писсуара туалета в блок управления; блок управления сравнивает полученное от ультразвукового датчика расстояния значение расстояния с записанным в памяти значением расстояния до поверхности унитаза или писсуара и, если измеренное ультразвуковым датчиком расстояния значение расстояния меньше, чем записанное в памяти, поддерживает работу светильника, игнорируя сигнал инфракрасного PIR-датчика движения об отсутствии движения.

2. Устройство управления светильником для туалета по п. 1, отличающееся тем, что в качестве блока управления использован микроконтроллер.

3. Устройство управления светильником для туалета по п. 1, отличающееся тем, что ультразвуковой датчик расстояния отрегулирован измерять расстояние до ободка унитаза.