CN104846988B - 智能冲水系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能冲水系统和方法，该系统包括：第一纳米发电机、第二纳米发电机、第一信号采集模块、第二信号采集模块、中央处理模块、冲水设备和电源模块；当使用者踩压第一纳米发电机时，输出第一正向电信号；当使用者离开时，输出第一反向电信号；第一信号采集模块基于第一正电信号和第一反向电信号，输出第一采集信号；第二信号采集模块基于第二正向电信号，输出第二采集信号；中央处理模块基于第一采集信号和第二采集信号的电压值，输出控制信号；冲水设备基于控制信号进行冲水及冲水量的控制；电源模块用于提供电能。本发明的智能冲水系统和方法，不仅能够自动冲水，还可根据受力大小控制冲水量，且误报率低，节约了用水。

Description

智能冲水系统和方法

技术领域

本发明涉及电器技术领域，具体涉及一种智能冲水系统和方法。

背景技术

自动冲水设备如水冲式马桶在日常生活中是一种很普遍的生活用具，它是指接入放水设备，通过水箱、冲水阀等专用设备以水冲洗待冲物体，但是这种冲水设备很容易出现问题，即冲水系统出现故障，使该设备不能正常使用，给人们的使用带来了极大的不便，严重影响人们的生活质量。

目前，市面上出售的水冲式马桶大多是通过红外探测技术和声音探测技术来检测是否有如厕者，而上述技术存在着探测距离短，探测不灵敏，探测区域有限，价格昂贵、冲厕不净等缺点，同时极容易误判断造成水资源的浪费。

发明内容

本发明提供一种智能冲水系统和方法，用于解决冲水设备的自动冲水和控制冲水量的问题，以及现有技术中的智能冲水系统误报率高的问题。

根据本发明的一个方面，提供一种智能冲水系统，包括：

第一纳米发电机，铺设于与冲水设备相邻的地面上，当使用者踩压地面时，第一纳米发电机输出第一正向电信号；当使用者离开地面时，第一纳米发电机输出第一反向电信号；

第二纳米发电机，设置于冲水设备内部，当待冲物体作用于冲水设备内部时，第二纳米发电机输出第二正向电信号；

第一信号采集模块，与第一纳米发电机相连，基于第一正向电信号和第一反向电信号，输出第一采集信号；

第二信号采集模块，与第二纳米发电机相连，基于第二正向电信号，输出第二采集信号；

中央处理模块，分别与第一信号采集模块和第二信号采集模块相连，基于第一采集信号和第二采集信号的电压值，输出控制信号；

冲水设备，与中央处理模块相连，基于控制信号进行冲水及冲水量的控制；

电源模块，分别与第一信号采集模块、中央处理模块和冲水设备相连，用于提供电能。

可选地，第一信号采集模块包括第一开关模块、第二开关模块、第一存储模块、第二存储模块和反相器；

第一开关模块与第一纳米发电机相连，接收到第一正向电信号时导通；

第二开关模块与第一纳米发电机相连，接收到第一反向电信号时导通；

第一存储模块与第一开关模块相连，存储第一正向电信号，并将存储的第一正向电信号得到的电压值作为第一电信号输出；

第二存储模块与第二开关模块相连，且还通过反相器与中央处理模块相连，用于存储第一反向电信号，并将存储的第一反向电信号得到的电压值通过反相器作为第二电信号输出。

可选地，中央处理模块包括第一判断信号接收端、第二判断信号接收端、第三判断信号接收端和信号发送端；

第一判断信号接收端，与第一存储模块相连，接收第一电信号；第二判断信号接收端，与反相器相连，第二电信号；第一采集信号包括第一电信号和第二电信号；

第三判断信号接收端，与第二信号采集模块相连，接收第二采集信号；

第一电信号和第二电信号的电压值的差值在预定范围内，且第二采集信号的电压值大于预设阈值，中央处理模块控制信号发送端输出控制信号。

可选地，智能冲水系统还包括：计时器；计时器与中央处理模块相连或者所计时器为中央处理模块的一部分；

第一电信号和第二电信号的电压值的差值在预定范围内，计时器开始计时并将第一计时时间发送至中央处理模块；第二采集信号的电压值大于预设阈值，计时器开始计时并将第二计时时间发送至中央处理模块；

当第一计时时间大于或等于预设的第一时间阈值，且当第二计时时间大于或等于预设的第二时间阈值，中央处理模块控制信号发送端输出控制信号。

可选地，计时器记录第一判断信号接收端接收到的第一电信号与第二判断信号接收端接收到的第二电信号之间的间隔时间小于预设的第三时间阈值，中央处理模块向第一存储模块和第二存储模块发出清零信号，第一存储模块和第二存储模块的电能清零。

可选地，第一纳米发电机和第二纳米发电机为摩擦发电机和/或氧化锌纳米发电机；其中，

摩擦发电机为三层、四层或者五层结构，摩擦发电机至少包含构成摩擦界面的两个表面，摩擦发电机具有至少两个输出端；

氧化锌纳米发电机为四层或者五层结构，氧化锌纳米发电机具有两个输出端。

可选地，构成摩擦界面的两个表面中的至少一个表面上设有微纳结构。

可选地，构成摩擦界面的两个表面之间设有多个间隔设置的弹性支撑部件。

可选地，第一纳米发电机和第二纳米发电机的外侧设置有封装套件。

根据本发明的又一个方面，提供一种智能冲水方法，包括：

步骤S101，使用者踩压第一纳米发电机，其输出第一正向电信号；

步骤S102，使用者离开第一纳米发电机，其输出第一反向电信号；

步骤S103，待冲物体作用于冲水设备的内部，第二纳米发电机输出第二正向电信号；

步骤S104，第一信号采集模块基于第一正向电信号和第一反向电信号，输出第一采集信号；

步骤S105，第二信号采集模块基于第二正向电信号，输出第二采集信号；

步骤S106，中央处理模块基于第一采集信号和第二采集信号的电压值，输出控制信号；

步骤S107，冲水设备接收控制信号，基于控制信号进行冲水及冲水量的控制。

可选地，步骤S104的具体步骤包括：

第一开关模块导通，将第一正向电信号存入第一存储模块，第一存储模块基于存储的第一正向电信号得到的电压值作为第一电信号输出；

第二开关模块导通，将第一反向电信号存入第二存储模块，第二存储模块基于存储的第一反向电信号得到的电压值通过反相器作为第二电信号输出；第一采集信号包括第一电信号和第二电信号；

步骤S105的具体步骤包括：

第二信号采集模块采集第二正向电信号，并基于采集的第二正向电信号得到的电压值作为第二采集信号输出；

步骤S106中的具体步骤包括：

中央处理模块检测并记录第一电信号的电压值、第二电信号的电压值和第二采集信号的电压值；当第一电信号和第二电信号的电压值的差值在预定范围内，且第二采集信号的电压值大于预设阈值，中央处理模块控制信号发送端输出控制信号。

可选地，第一电信号和第二电信号的电压值的差值在预定范围内，且第二采集信号的电压值大于预设阈值，中央处理模块控制控制信号发送端输出控制信号的具体步骤包括：

当第一电信号和第二电信号的电压值的差值在预定范围内，计时器开始计时并将第一计时时间发送至中央处理模块；当第二采集信号的电压值大于预设阈值，计时器开始计时并将第二计时时间发送至中央处理模块；

当第一计时时间大于或等于预设的第一时间阈值，且当第二计时时间大于或等于预设的第二时间阈值，中央处理模块控制信号发送端输出控制信号。

可选地，在步骤S106之后，还包括：

将第一存储模块、第二存储模块和第二信号采集模块的电能清零。

可选地，在步骤S106之前，还包括：

通过计时器记录中央处理模块的第一判断信号接收端接收到的第一电信号与第二判断信号接收端接收到的第二电信号之间的间隔时间；

若间隔时间小于预设的第三时间阈值并且第一电信号的电压值和第二电信号的电压值的差值在预定范围内，则将第一存储模块和第二存储模块的电能清零；

若间隔时间大于或等于预设的第三时间阈值并且第一电信号的电压值和第二电信号的电压值的差值在预定范围内，执行步骤S106。

本发明提供的智能冲水系统和方法，通过将第一纳米发电机铺设于与冲水设备相邻的地面上感知有无使用者踩压的方式和通过将第二纳米发电机设置于冲水设备的内部感知有无待冲物体的方式，实现了冲水设备自动冲水的功能，以及根据第二纳米发电机受力大小从而控制冲水设备冲水量的功能，同时又将上述两种方式结合使用，降低了该智能冲水系统的误报率。

附图说明

图1为本发明实施例一的一智能冲水系统的功能结构示意图；

图2a为本发明实施例一中的一第一纳米发电机、第二纳米发电机和马桶的立体结构示意图；

图2b为图2a所示的本发明实施例一中的一第一纳米发电机、第二纳米发电机和马桶的剖面结构示意图；

图3为本发明实施例一的另一智能冲水系统的功能结构示意图；

图4为本发明示例一中的一摩擦发电机的正向剖面示意图；

图5为本发明示例二中的一摩擦发电机的正向剖面示意图；

图6为本发明示例三中的一摩擦发电机的正向剖面示意图；

图7为本发明示例四中的一摩擦发电机的正向剖面示意图；

图8a为本发明示例五中的一氧化锌纳米发电机的立体结构示意图；

图8b为图8a所示的本发明示例五中的一氧化锌纳米发电机的正向剖面图；

图9a为本发明示例六中的一氧化锌纳米发电机的立体结构示意图；

图9b为图9a所示的本发明示例六中的一氧化锌纳米发电机的正向剖面图；

图10为本发明实施例二的一智能冲水方法的流程图；

图11为本发明实施例二的另一智能冲水方法的流程图。

具体实施方式

为充分了解本发明之目的、特征及功效，借由下述具体的实施方式，对本发明做详细说明，但本发明并不仅仅限于此。

为解决冲水设备的自动冲水和控制冲水量的问题，以及现有技术中的智能冲水系统误报率高的问题，下面以将该智能冲水系统应用于马桶为例，对本发明进行详细描述。

本发明提供一种智能冲水系统，图1为本发明实施例一的一智能冲水系统的功能结构示意图，如图1所示，智能冲水系统包括：第一纳米发电机10、第二纳米发电机20、第一信号采集模块30、第二信号采集模块40、中央处理模块50（MCU，MicroControlUnit）、冲水设备60和电源模块70。

第一纳米发电机10铺设于与马桶相邻的地面上，当使用者踩压与马桶相邻的地面时，第一纳米发电机10受到压力作用，在使用者踩压的对应位置发生形变，第一纳米发电机10输出第一正向电信号；当使用者离开与马桶相邻的地面时，第一纳米发电机10在使用者踩压的的对应位置恢复形变，第一纳米发电机10输出第一反向电信号。

进一步地，第一纳米发电机10的具体设置方式可以如图2a和图2b所示的方式环绕的设置在与马桶相邻的地面上，其具体实施方式可以根据本领域技术人员的需要进行选择，此处不做限定，但必须保证使用者在踩压第一纳米发电机10后，才能使用该马桶。

第二纳米发电机20设置于马桶的内部，当排泄物作用于马桶内部时，第二纳米发电机20受到压力作用，在排泄物作用的对应位置发生形变，第二纳米发电机20输出第二正向电信号。

进一步地，第二纳米发电机20的具体设置方式可以如图2a和图2b所示的方式设置在排泄物的进出口处，其具体实施方式可以根据本领域技术人员的需要进行选择，此处不做限定，但必须保证能够感知马桶里的排泄物，并根据其对第二纳米发电机20的压力大小进行冲水量的调节，从而使其不在马桶里存留。

图2a和图2b示出了该智能冲水系统应用于坐便式马桶的方式，当然本发明也可以应用于其它种类的冲水设备，例如：立式小便器，蹲便器等，其具体实施方式可以参照图2a和图2b所示的马桶的方式。

其中，第一纳米发电机10和第二纳米发电机20的数量可以为一个，也可以为多个；当为多个纳米发电机时，多个纳米发电机之间通过串联和/或并联的方式连接，且第一纳米发电机10和第二纳米发电机20可以为摩擦发电机和/或氧化锌纳米发电机。有关摩擦发电机和氧化锌纳米发电机的具体内容将在后面进行详细描述。

第一信号采集模块30，与第一纳米发电机10相连，基于第一正向电信号和第一反向电信号，输出第一采集信号。

第二信号采集模块40，与第二纳米发电机20相连，用于采集第二正向电信号，并基于采集的第二正向电信号，输出第二采集信号。

中央处理模块50，分别与第一信号采集模块30和第二信号采集模块40相连，基于第一采集信号和第二采集信号的电压值，输出控制信号。

冲水设备60，与中央处理模块50相连，基于中央处理模块50输出的控制信号进行冲水及冲水量的控制。

电源模块70分别与第一信号采集模块30、中央处理模块50和冲水设备60相连，用于为第一信号采集模块30、中央处理模块50和冲水设备60提供电能。

可选地，如图3所示，作为一种具体的实施方式，第一信号采集模块30包括：第一开关模块301、第二开关模块302、第一存储模块303、第二存储模块304和反相器305；第一开关模块301与第一纳米发电机10相连，第一开关模块301接收到第一纳米发电机10输出的第一正向电信号时导通；第二开关模块302与第一纳米发电机10相连，第二开关模块302接收到第一纳米发电机10输出的第一反向电信号时导通；第一存储模块303与第一开关模块301相连，且第一存储模块303还与中央处理模块50相连，第一存储模块303用于存储经第一开关模块301输出的第一正向电信号，并将存储的第一正向电信号得到的电压值作为第一电信号输出至中央处理模块50；第二存储模块304与第二开关模块302相连，且第二存储模块304还通过反相器305与中央处理模块50相连，第二存储模块304用于存储经第二开关模块302输出的第一反向电信号，并将存储的第一反向电信号得到的电压值通过反相器305作为第二电信号输出至中央处理模块50。为了比较两个电信号的电压值，反向电信号需要转换为正向电信号，才能输入至中央处理模块50进行比较，因此第二存储模块304与反相器305连接。反相器305将第二电信号转换为正向电信号后，再输入至中央处理模块50。

其中，如图3所示，中央处理模块50进一步包括：第一判断信号接收端501、第二判断信号接收端502、第三判断信号接收端503和控制信号发送端504；第一存储模块303与第一判断信号接收端501相连，第一判断信号接收端501接收来自于第一存储模块303输出的第一电信号；第二存储模块304通过反相器305与第二判断信号接收端502相连，第二判断信号接收端502接收来自于通过反相器305输出的第二电信号；第一采集信号包括第一电信号和第二电信号；第二信号采集模块40与第三判断信号接收端503相连，第三判断信号接收端503接收来自于第二信号采集模块40输出的第二采集信号；当第一电信号和第二电信号的电压值的差值在预定范围内时，且第二采集信号的电压值大于预设阈值时，中央处理模块50控制信号发送端504输出控制信号。为了更为准确的界定第一电信号和第二电信号的电压值近似相等的情况，本发明在中央处理模块50对第一电信号和第二电信号的电压值进行比较时设置了预定范围，若第一电信号和第二电信号的电压值的差值在预定范围内，则认为第一电信号的电压值和第二电信号的电压值近似相等。

可选地，作为一种更具体的实施方式，第一存储模块303包括第一电容，第二存储模块304包括第二电容，第二信号采集模块40包括第三电容；第一开关模块301包括第一晶体管，第一开关模块301的输入端为第一晶体管的阳极，第一开关模块301的输出端为第一晶体管的阴极；第二开关模块302包括第二晶体管，第二开关模块302的输入端为第二晶体管的阴极，第二开关模块302的输出端为第二晶体管的阳极。第一晶体管和第二晶体管可选为整流二极管，整流二极管可以对第一纳米发电机10输出的脉冲电信号进行整流处理，同时整流二极管还起到了开关的作用，用于控制第一纳米发电机10输出的脉冲电信号的流向。

具体地，在第一纳米发电机10输出第一正向电信号时，第一晶体管导通，第二晶体管截止，第一正向电信号的电能输入至第一电容即第一存储模块，并将第一电容存储的第一正向电信号的电压值作为第一电信号输出；在第一纳米发电机10输出第一反向电信号时，第一晶体管截止，第二晶体管导通，第一反向电信号的电能输入至第二电容即第二存储模块，并将第二电容存储的第一反向电信号的电压值作为第二电信号输出。此外，第三电容即第二信号采集模块将第二纳米发电机20输出的第二正向电信号进行存储，并将第三电容存储的第二正向电信号的电压值作为第二采集信号出。其中，第一电容、第二电容和第三电容可以为聚苯乙烯电容。

可选地，如图3所示，智能冲水系统还包括计时器80；计时器80与中央处理模块50相连，当第一电信号和第二电信号的电压值的差值在预定范围内时，即第一电信号的电压值和第二电信号的电压值近似相等时，计时器80开始计时并将第一计时时间发送至中央处理模块50；当第二采集信号的电压值大于预设阈值时，即有排泄物作用于第二纳米发电机20上，计时器80开始计时并将第二计时时间发送至中央处理模块50。可选地，计时器80也可以是中央处理模块50的一部分，即中央处理模块50本身具有计时功能。

当第一计时时间大于或等于预设的第一时间阈值时，且当第二计时时间大于或等于预设的第二时间阈值时，中央处理模块50控制控制信号发送端504输出控制信号。

其中，当第一计时时间大于或等于预设的第一时间阈值时，说明马桶周围有使用者来过后又离开，但是不能肯定该使用者是否使用过马桶；当第二计时时间大于或等于预设的第二时间阈值时，说明马桶中有排泄物；而将两者结合判断，即可判定有使用者使用过马桶后需要进行冲水，并且根据第二采集信号电压值的大小，中央处理模块50还可判断排泄物作用于第二纳米发电机20上的压力大小，即排泄物的重量，从而控制冲水设备60的冲水量，使马桶中不残留排泄物。

可选地，当计时器80记录的第一判断信号接收端501接收到的第一电信号与第二判断信号接收端502接收到的第二电信号之间的间隔时间小于预设的第三时间阈值时，中央处理模块50向第一存储模块303和第二存储模块304发出清零信号，第一存储模块303和第二存储模块304的电能清零。即第一电信号与第二电信号输出的间隔时间很短，例如预设的第三时间阈值为30s，则可能是清洁使用者员在打扫卫生或其它非正常使用马桶的情况发生，故中央处理模块50会将其视为误报信号进行忽略，也就是将第一存储模块303和第二存储模块304的电能清零，继续进行检测。

下面通过示例一至示例四具体示例介绍在本发明实施例一中的摩擦发电机的三层结构、四层结构和五层结构。示例一

图4为本发明示例一中的一摩擦发电机的正向剖面图。如图4所示，三层结构的摩擦发电机包括：依次层叠设置的第一电极层41，第一高分子聚合物绝缘层42和第二电极层43。其中，第一电极层41和第二电极层43构成摩擦发电机的信号输出端。优选地，为了进一步提高摩擦发电机的发电效率，第一高分子聚合物绝缘层42和第二电极层43相对设置的两面中的至少一个面上设置有微纳结构47（图中微纳结构47设置在第一高分子聚合物绝缘层42上）。

对于示例一中的摩擦发电机，第一高分子聚合物绝缘层42为选自聚酰亚胺薄膜、苯胺甲醛树脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纤维素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纤维素薄膜、纤维素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚邻苯二甲酸二烯丙酯薄膜、再生海绵薄膜、纤维素海绵薄膜、聚氨酯弹性体薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纤维薄膜、聚甲基薄膜，甲基丙烯酸酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚酯薄膜、聚异丁烯薄膜、聚氨酯柔性海绵薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇缩丁醛薄膜、甲醛苯酚薄膜、氯丁橡胶薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡胶薄膜、聚丙烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯薄膜和聚乙烯丙二酚碳酸盐薄膜中的任意一种。

对于示例一中的摩擦发电机，第一电极层41所用材料是铟锡氧化物、石墨烯、银纳米线膜、金属或合金；其中，金属是金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、锡、铁、锰、钼、钨或钒；合金是铝合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、锰合金、镍合金、铅合金、锡合金、镉合金、铋合金、铟合金、镓合金、钨合金、钼合金、铌合金或钽合金。

对于示例一中的摩擦发电机，第二电极层43所用材料与第一电极层41所用的金属或合金材料相同。

下面具体介绍一下如图4所示的摩擦发电机的工作过程。当该摩擦发电机的各层受到外力时，摩擦发电机中的第二电极层43与第一高分子聚合物绝缘层42表面相互摩擦产生静电荷，从而导致第一电极层41和第二电极层43之间出现电势差。由于第一电极层41和第二电极层43之间电势差的存在，自由电子将通过外电路由电势低的一侧流向电势高的一侧，从而在外电路中形成电流。当该摩擦发电机的各层恢复到原来状态时，这时形成在第一电极层41和第二电极层43之间的内电势消失，此时已平衡的第一电极层41和第二电极层43之间将再次产生反向的电势差，则自由电子通过外电路形成反向电流。因此，可以在外电路中形成交流电信号。

可选地，构成摩擦界面的两个表面之间设有弹性支撑部件。如图4所示，第一高分子聚合物绝缘层42和第二电极层43之间设有多个间隔设置的弹性支撑部件48。弹性支撑部件48可以为海绵。海绵的高度保证无使用者踩压或无排泄物作用的对应位置的摩擦界面不接触，有使用者踩压或排泄物作用的对应位置的摩擦界面接触。优选地，海绵的高度小于或等于1毫米。

可选地，摩擦发电机外侧设置有封装套件。如图4所示，第一电极层41的外侧和第二电极层43的外侧设有封装套件49。封装套件可以保护第一电极层的外侧和/或第二电极层的外侧不受外界物体的划伤，且还具有防水、防腐蚀等功能。

示例二

图5为本发明示例一中的一摩擦发电机的正向剖面图。如图5所示，四层结构的摩擦发电机包括：依次层叠设置的第一电极层51，第一高分子聚合物绝缘层52、第二高分子聚合物绝缘层54和第二电极层53。其中，第一电极层51和第二电极层53构成摩擦发电机的信号输出端。优选地，为了进一步提高摩擦发电机的发电效率，第一高分子聚合物绝缘层52和第二高分子聚合物绝缘层54相对设置的两面中的至少一个面上设置有微纳结构57。

图5中四层结构的摩擦发电机与图4中摩擦发电机的不同之处在于，该摩擦发电机增加了一层高分子聚合物绝缘层，并且是采用高分子聚合物绝缘层和高分子聚合物绝缘层进行摩擦，从而形成摩擦界面，其他可以参考图4所示的三层结构的摩擦发电机，本领域技术人可以较容易的理解其结构、材料与工作原理，此处不再赘述。

可选地，构成摩擦界面的两个表面之间设有多个间隔设置的弹性支撑部件，摩擦发电机的外侧设有封装套件。如图5所示，第一高分子聚合物绝缘层52和第二高分子聚合物绝缘层54之间设有多个间隔设置的弹性支撑部件58。弹性支撑部件58可以为上面所描述的宽度小于等于1毫米的海绵。

关于弹性支撑部件和封装套件的具体设置方式可参照上文描述，此处不再赘述

示例三

图6为本发明示例一中的一摩擦发电机的正向剖面图。如图6所示，五层结构的摩擦发电机包括：依次层叠设置的第一电极层61，第一高分子聚合物绝缘层62、第二高分子聚合物绝缘层64、居间薄膜层65和第二电极层63。其中，第一电极层61和第二电极层63构成摩擦发电机的信号输出端。优选地，为了进一步提高摩擦发电机的发电效率，第一高分子聚合物绝缘层62与居间薄膜层65和/或第二高分子聚合物绝缘层64与居间薄膜层65相对设置的两面中的至少一个面上设置有微纳结构67。

图6中五层结构的摩擦发电机可以参考图4所示的三层结构的摩擦发电机，本领域技术人可以较容易的理解其结构、材料与工作原理，此处不再赘述。

可选地，构成摩擦界面的两个表面之间设有多个间隔设置的弹性支撑部件，摩擦发电机的外侧设有封装套件。如图6所示，第一高分子聚合物绝缘层62和居间薄膜层65，以及第二高分子聚合物绝缘层64和居间薄膜层65之间设有多个间隔设置的弹性支撑部件68。第一电极层61的外侧和第二电极层63的外侧设有封装套件69。

关于弹性支撑部件和封装套件的具体设置方式可参照上文描述，此处不再赘述。

示例四

图7为本发明示例一中的一摩擦发电机的正向剖面图。如图7所示，五层结构的摩擦发电机包括：依次层叠设置的第一电极层71，第一高分子聚合物绝缘层72、第二高分子聚合物绝缘层74、居间电极层75和第二电极层73。其中，第一电极层71和第二电极层73构成摩擦发电机的信号输出端。优选地，为了进一步提高摩擦发电机的发电效率，第一高分子聚合物绝缘层72与居间电极层75和/或第二高分子聚合物绝缘层74与居间电极层75相对设置的两面中的至少一个面上设置有微纳结构77。

图7中五层结构的摩擦发电机可以参考图4所示的三层结构的摩擦发电机，本领域技术人可以较容易的理解其结构、材料与工作原理，此处不再赘述。

可选地，构成摩擦界面的两个结构之间设有多个间隔设置的弹性支撑部件，摩擦发电机的外侧设有封装套件。如图7所示，第一高分子聚合物绝缘层72和居间电极层76，以及第二高分子聚合物绝缘层74和居间电极层76之间设有多个间隔设置的弹性支撑部件78。第一电极层171的外侧和第二电极层73的外侧设有封装套件79。

关于弹性支撑部件和封装套件的具体设置方式可参照上文描述，此处不再赘述。

下面通过示例五和示例六具体示例介绍本发明实施例一的氧化锌纳米发电机的四层结构和五层结构。

示例五

本发明的四层结构的氧化锌纳米发电机如图8a和图8b所示。该氧化锌纳米发电机包括：依次层叠设置的第一电极层81，第一高分子聚合物绝缘层82，氧化锌纳米阵列84以及第二电极层83。其中，第一电极层81设置在第一高分子聚合物绝缘层82的第一侧表面上；其中，氧化锌纳米阵列84垂直生长在第二电极层83上且氧化锌纳米阵列84的另一端设置有第一高分子聚合物绝缘层82的第二侧表面（或氧化锌纳米阵列84垂直生长在第一高分子聚合物绝缘层82的第二侧表面上且氧化锌纳米阵列84的另一端设置有第二电极层83）；其中，第一电极层81和第二电极层83构成氧化锌纳米发电机的两个输出端。

其中，第一高分子聚合物绝缘层82所用的材料与如图4所示的具有三层结构的摩擦发电机的第一高分子聚合物绝缘层42所用的材料相同。

其中，第一电极层81所用材料与如图4所示的具有三层结构的摩擦发电机的第一电极层41所用材料相同。其中，第二电极层83所用材料与如图4所示的具有三层结构的摩擦发电机的第一电极层41所用的金属或合金材料相同。

下面具体介绍一下该氧化锌纳米发电机的工作原理。当该氧化锌纳米发电机受到外力（例如撞击）时，氧化锌纳米线阵列84发生弯曲而处于拉伸状态，由于氧化锌材料压电效应的存在，故将会在氧化锌纳米线阵列84的顶端产生高的电势，在氧化锌纳米线阵列84的底部产生低的电势。此时，如果外电路是导通状态，第一电极层81与第二电极层83通过外电路连接，那么自由电子将从电势较低的底部的第二电极层83流向电势较高的顶部的第一电极层81，从而在外电路中形成电流信号。而氧化锌纳米线阵列84一侧的第一高分子聚合物绝缘层82将防止电子在内部中和。当氧化锌纳米发电机各层恢复到原来状态时，氧化锌纳米发电机中的各层也恢复其原来的平板状态，因氧化锌材料压电效应的存在将会在氧化锌纳米线阵列的顶端与底端之间再次产生电势差，这时自由电子将从第一电极层81经由外电路流回到原来的第二电极层83上，从而在外电路中形成反向电流。

示例六

本发明的五层结构的氧化锌纳米发电机如图9a和图9b所示。如图9a和9b所示的五层结构的氧化锌纳米发电机，参考图8a和图8b所示的第一种结构的氧化锌纳米发电机，本领域技术人可以较容易的理解其结构、材料与工作原理，此处不再赘述。

图10为本发明实施例二的一智能冲水方法的流程图，该智能冲水方法应用于本发明实施例一的智能冲水系统，如图10所示，该智能冲水方法包括：

步骤S101，使用者踩压第一纳米发电机，其输出第一正向电信号。具体地，当使用者踩压与马桶相邻的地面时，第一纳米发电机受到压力作用，在使用者踩压的与马桶相邻的地面上的对应位置发生形变，第一纳米发电机输出第一正向电信号。

步骤S102，使用者离开第一纳米发电机，其输出第一反向电信号。具体地，当使用者离开与马桶相邻的地面时，第一纳米发电机在所述使用者踩压的与马桶相邻的地面上的对应位置恢复形变，第一纳米发电机输出第一反向电信号。

步骤S103，待冲物体作用于冲水设备的内部，第二纳米发电机输出第二正向电信号。具体地，当排泄物作用于马桶内部时，第二纳米发电机受到压力作用，在排泄物作用的对应位置发生形变，第二纳米发电机输出第二正向电信号。

步骤S104，第一信号采集模块基于第一正向电信号和第一反向电信号，输出第一采集信号。

步骤S105，第二信号采集模块基于第二正向电信号，输出第二采集信号。具体地，第二信号采集模块存储第二正向电信号，并将存储的第二正向电信号得到的电压值作为第二采集信号。

步骤S106，中央处理模块基于第一采集信号和第二采集信号的电压值，输出控制信号。

步骤S107，冲水设备接收控制信号，基于控制信号进行冲水及冲水量的控制。

图11为本发明实施例二的另一智能冲水方法的流程图，该智能冲水方法应用于本发明实施例一的另一智能冲水系统，如图11所示，该智能冲水方法包括：

步骤S111，MCU等待。

步骤S112，使用者踩压第一纳米发电机时，输出第一正向电信号。具体地，当使用者踩压与马桶相邻的地面时，第一纳米发电机受到压力作用，在使用者踩压的与马桶相邻的地面上的对应位置发生形变，第一纳米发电机输出第一正向电信号。

步骤S113，MCU检测并记录第一电信号的电压值。

步骤S114，使用者离开第一纳米发电机时，输出第一反向电信号。具体地，当使用者离开与马桶相邻的地面时，第一纳米发电机在所述使用者踩压的与马桶相邻的地面上的对应位置恢复形变，第一纳米发电机输出第一反向电信号。

步骤S115，MCU检测并记录第二电信号的电压值。

步骤S116，MCU比较第一电信号和第二电信号的电压值的差值是否在预定范围内。具体地，MCU比较第一电信号的电压值V₁和第二电信号的电压值V₂的差值是否在预定范围内，即比较|V₁-V₂|是否小于V₀;其中，V₀表示预设范围内的电压阈值，可以根据本领域技术人员的需要进行灵活设置，如果|V₁-V₂|小于V₀，可以视为第一电信号的电压值V₁和第二电信号的电压值V₂近似相等的情况。

若|V₁-V₂|<V₀，跳转步骤S117。

若|V₁-V₂|>V₀，跳转步骤S124。

步骤S117，MCU比较间隔时间是否小于预设的第三时间阈值。具体地，MCU比较通过计时器记录的第一判断信号接收端接收到的第一电信号与第二判断信号接收端接收到的第二电信号之间的间隔时间t是否小于第三时间阈值t₃。

若t<t₃，跳转步骤S124。

若t≥t₃，跳转步骤S118。

步骤S118，计时器开始计时，并将第一计时时间发送至MCU。

步骤S119，待冲物体作用于第二纳米发电机时，输出第二正向电信号。具体地，当排泄物作用于马桶内部时，第二纳米发电机受到压力作用，在排泄物作用的对应位置发生形变，第二纳米发电机输出第二正向电信号。

步骤S120，MCU检测并记录第二采集信号的电压值。

步骤S121，MCU比较第二采集信号的电压值是否大于预设阈值。

若第二采集信号大于预设阈值时，说明马桶内有排泄物存在，跳转步骤S122。

若第二采集信号小于预设阈值时，说明马桶内无排泄物，跳转步骤S125。

步骤S122，计时器开始计时，并将第二计时时间发送至MCU。

步骤S123，第一计时时间大于或等于预设的第一时间阈值，且第二计时时间大于或等于预设的第二时间阈值，中央处理模块控制控制信号发送端输出控制信号。应当注意的是，中央处理模块必须同时接收到第一采集信号和第二采集信号，才会输出控制信号，否则中央处理模块会将第一存储模块、第二存储模块和第二信号采集模块电能清零，并跳转至步骤S111。

步骤S124，将第一存储模块和第二存储模块电能清零，跳转步骤S111。

步骤S125，将第二信号采集模块电能清零，跳转步骤S111。

本发明实施例二的智能冲水方法，通过将第一纳米发电机铺设于与马桶相邻的地面上感知有无使用者踩压的方式和通过将第二纳米发电机设置于马桶的内部感知有无排泄物的方式，实现了马桶自动冲水的功能，以及根据第二纳米发电机受力大小从而控制马桶冲水量的功能，同时又将上述两种方式结合使用，降低了该智能冲水系统的误报率。

本发明中所提到的各种模块均为由硬件实现的电路，虽然其中某些模块集成了软件，但本发明所要保护的是集成软件对应的功能的硬件电路，而不仅仅是软件本身。

最后，需要注意的是：以上列举的仅是本发明的具体实施例子，当然本领域的技术使用者员可以对本发明进行改动和变型，倘若这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (16)

1.一种智能冲水系统，其特征在于，包括：

第一纳米发电机，铺设于与冲水设备相邻的地面上，当使用者踩压所述地面时，所述第一纳米发电机输出第一正向电信号；当使用者离开所述地面时，所述第一纳米发电机输出第一反向电信号；

第二纳米发电机，设置于所述冲水设备内部，当待冲物体作用于所述冲水设备内部时，所述第二纳米发电机输出第二正向电信号；

第一信号采集模块，与所述第一纳米发电机相连，基于所述第一正向电信号和所述第一反向电信号，输出第一采集信号；

第二信号采集模块，与所述第二纳米发电机相连，基于所述第二正向电信号，输出第二采集信号；

中央处理模块，分别与所述第一信号采集模块和所述第二信号采集模块相连，基于所述第一采集信号和所述第二采集信号的电压值，输出控制信号；

冲水设备，与所述中央处理模块相连，基于所述控制信号进行冲水及冲水量的控制；

电源模块，分别与所述第一信号采集模块、所述中央处理模块和所述冲水设备相连，用于提供电能。

2.根据权利要求1所述的智能冲水系统，其特征在于，所述第一信号采集模块包括第一开关模块、第二开关模块、第一存储模块、第二存储模块和反相器；

所述第一开关模块与所述第一纳米发电机相连，接收到所述第一正向电信号时导通；

所述第二开关模块与所述第一纳米发电机相连，接收到所述第一反向电信号时导通；

所述第一存储模块与所述第一开关模块相连，存储所述第一正向电信号，并将存储的所述第一正向电信号得到的电压值作为第一电信号输出；

所述第二存储模块与所述第二开关模块相连，且还通过所述反相器与所述中央处理模块相连，用于存储所述第一反向电信号，并将存储的所述第一反向电信号得到的电压值通过所述反相器作为第二电信号输出。

3.根据权利要求2所述的智能冲水系统，其特征在于，所述中央处理模块包括第一判断信号接收端、第二判断信号接收端、第三判断信号接收端和信号发送端；

所述第一判断信号接收端，与所述第一存储模块相连，接收所述第一电信号；所述第二判断信号接收端，与所述反相器相连，接收所述第二电信号；所述第一采集信号包括所述第一电信号和所述第二电信号；

所述第三判断信号接收端，与所述第二信号采集模块相连，接收所述第二采集信号；

所述第一电信号和所述第二电信号的电压值的差值在预定范围内，且所述第二采集信号的电压值大于预设阈值，所述中央处理模块控制所述信号发送端输出所述控制信号。

4.根据权利要求3所述的智能冲水系统，其特征在于，还包括：计时器；所述计时器与所述中央处理模块相连或者所述计时器为所述中央处理模块的一部分；

所述第一电信号和所述第二电信号的电压值的差值在所述预定范围内，所述计时器开始计时并将第一计时时间发送至所述中央处理模块；所述第二采集信号的电压值大于所述预设阈值，所述计时器开始计时并将第二计时时间发送至所述中央处理模块；

所述第一计时时间大于或等于预设的第一时间阈值，且所述第二计时时间大于或等于预设的第二时间阈值，所述中央处理模块控制所述信号发送端输出所述控制信号。

5.根据权利要求4所述的智能冲水系统，其特征在于，所述计时器记录所述第一判断信号接收端接收到的第一电信号与所述第二判断信号接收端接收到的第二电信号之间的间隔时间小于预设的第三时间阈值时，所述中央处理模块向所述第一存储模块和所述第二存储模块发出清零信号，所述第一存储模块和所述第二存储模块的电能清零。

6.根据权利要求1-5任一项所述的智能冲水系统，其特征在于，所述第一纳米发电机和所述第二纳米发电机为摩擦发电机和/或氧化锌纳米发电机；其中，

所述摩擦发电机为三层、四层或者五层结构，所述摩擦发电机至少包含构成摩擦界面的两个表面，所述摩擦发电机具有至少两个输出端；

所述氧化锌纳米发电机为四层或者五层结构，所述氧化锌纳米发电机具有两个输出端。

7.根据权利要求6所述的智能冲水系统，其特征在于，构成所述摩擦界面的两个表面中的至少一个表面上设有微纳结构。

8.根据权利要求6所述的智能冲水系统，其特征在于，构成所述摩擦界面的两个表面之间设有多个间隔设置的弹性支撑部件。

9.根据权利要求7所述的智能冲水系统，其特征在于，构成所述摩擦界面的两个表面之间设有多个间隔设置的弹性支撑部件。

10.根据权利要求6所述的智能冲水系统，其特征在于，所述第一纳米发电机和所述第二纳米发电机的外侧设置有封装套件。

11.根据权利要求7-9任一项所述的智能冲水系统，其特征在于，所述第一纳米发电机和所述第二纳米发电机的外侧设置有封装套件。

12.一种智能冲水方法，其特征在于，包括：

步骤S101，使用者踩压第一纳米发电机，其输出第一正向电信号；

步骤S102，使用者离开所述第一纳米发电机，其输出第一反向电信号；

步骤S103，待冲物体作用于冲水设备的内部，第二纳米发电机输出第二正向电信号；

步骤S104，第一信号采集模块基于所述第一正向电信号和所述第一反向电信号，输出第一采集信号；

步骤S105，第二信号采集模块基于所述第二正向电信号，输出第二采集信号；

步骤S106，中央处理模块基于所述第一采集信号和所述第二采集信号的电压值，输出控制信号；

步骤S107，冲水设备接收所述控制信号，基于所述控制信号进行冲水及冲水量的控制。

13.根据权利要求12所述的智能冲水方法，其特征在于，所述步骤S104的具体步骤包括：

第一开关模块导通，将所述第一正向电信号存入第一存储模块，所述第一存储模块基于存储的所述第一正向电信号得到的电压值作为第一电信号输出；

第二开关模块导通，将所述第一反向电信号存入第二存储模块，所述第二存储模块基于存储的所述第一反向电信号得到的电压值通过反相器作为第二电信号输出；所述第一采集信号包括所述第一电信号和所述第二电信号；

所述步骤S105的具体步骤包括：

所述第二信号采集模块采集所述第二正向电信号，并基于采集的所述第二正向电信号得到的电压值作为所述第二采集信号输出；

所述步骤S106中的具体步骤包括：

所述中央处理模块检测并记录所述第一电信号的电压值、所述第二电信号的电压值和所述第二采集信号的电压值；所述第一电信号和所述第二电信号的电压值的差值在预定范围内，且所述第二采集信号的电压值大于预设阈值，所述中央处理模块控制所述信号发送端输出所述控制信号。

14.根据权利要求13所述的智能冲水方法，其特征在于，所述第一电信号和所述第二电信号的电压值的差值在所述预定范围内，且所述第二采集信号的电压值大于预设阈值，所述中央处理模块控制所述控制信号发送端输出控制信号的具体步骤包括：

所述第一电信号和所述第二电信号的电压值的差值在所述预定范围内，计时器开始计时并将第一计时时间发送至所述中央处理模块；所述第二采集信号的电压值大于预设阈值，所述计时器开始计时并将第二计时时间发送至所述中央处理模块；

所述第一计时时间大于或等于预设的第一时间阈值，且所述第二计时时间大于或等于预设的第二时间阈值，所述中央处理模块控制所述信号发送端输出所述控制信号。

15.根据权利要求14所述的智能冲水方法，其特征在于，在所述步骤S106之后，还包括：

将所述第一存储模块、所述第二存储模块和所述第二信号采集模块的电能清零。

16.根据权利要求15所述的智能冲水方法，其特征在于，在所述步骤S106之前，还包括：

通过所述计时器记录所述中央处理模块的第一判断信号接收端接收到的第一电信号与第二判断信号接收端接收到的第二电信号之间的间隔时间；

若所述间隔时间小于预设的第三时间阈值并且所述第一电信号的电压值和所述第二电信号的电压值的差值在预定范围内，则将所述第一存储模块和所述第二存储模块的电能清零；

若所述间隔时间大于或等于预设的第三时间阈值并且所述第一电信号的电压值和所述第二电信号的电压值的差值在预定范围内，执行步骤S106。