电子水龙头控制技术专利分析

胡莹莹 高晓薇

摘要：本文对电子水龙头控制技术的相关专利申请情况进行了研究，梳理了国内电子水龙头控制技术的技术发展脉络，同对电子水龙头控制方式的类型予以分类，并选取了与各控制类型相关的技术分支相关的典型案例进行分析，并给出了相关建议。

关键词：水龙头;电子;触控;声控;人体感应

中图分类号：TH 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）12-0062-03

Abstract： The related patent applications of electronic faucet control technology were studied， and the technical development of domestic electronic faucet control technology was sorted out. The types of electronic faucet control methods were classified， and the technical branches related to each control type were selected. Typical cases are analyzed and recommendations are given.

Key words： Faucet; electronics; touch; voice control; human body induction

1 引言

电子水龙头是指通过单片机、微控制器、感应元件等元器件以及相应的控制程序[1]实现对水龙头出水状态和水温的自动控制，在实现智能调控、简便操作的同时防止疾病传播、节能减排。电子水龙头依托于控制感应电路以及龙头主体内部的机械部件，根据操作方式的不同，分为触控式和非触控式两大类，而非触控式具体还可分为人体感应式和声控式两种[2-3]。

2 专利分布总体情况

从电子水龙头相关操作方式的专利技术出发，选择中国专利文摘数据库（CNABS）、德温特世界专利索引数据库（DWPI）以及Patentics客户端的中、外文全文数据库检索。并对行业内重点申请人、行业地域分布、主要技术分支的申请情况以及技术分支演进情况等方面进行标引与分析。数据截止时间为2018年12月31日。

2.1 申请量年度分布

图1为电子水龙头控制技术的中国、国外及全球专利申请量年度分布情况，可以看出，国外研发始于1989年，中国于1991年起步;自2009年起，由于感应控制技术获得重大推广突破并获得阶段性成果，且该技术成果快速转化并产业化，故全球相关申请量出现大幅增长，且得益于中国庞大的用户群体和国家对于科技创新的支持，中国相关专利申请量始终占据全球申请量的大部分比重。

2.2 重要申请人排名

通过检索发现，中国和国外相关专利申请在申请人类别上存在较大差异，国外相关领域申请人均为企业申请人，从图2可知，反观国内，国内相关邻域申请人由企业、个人和高校组成，企业申请人虽占据过半比重，但个人申请数量也占据了较大比重，达到了整体申请量的1/3。而从图3可知，申请量排名第一的为科勒公司，作为国外知名卫浴企业，其研发历史悠久，在国内也占据较大市场份额;其次为厦门建霖工业和九牧厨卫，这两家公司是中国品牌历史较为悠久的厨卫生产企业，均主营智能厨卫领域，在电子水龙头研发领域已经具有一定的技术积淀，研发出了自己的原创技术，在国外部分国家也有专利布局，同时，国内主要申请人中，排名第六、八、九均为个人，这也与图2的结果互相印证，说明中国关于电子水龙头领域的研发主体较为多元化，这些个人申请的专利大部分会转让给相关企业生产并投入市场。

2.3 技术演进过程

通过对电子水龙头控制技术各个时期的专利文献进行梳理和筛选，选择一级技术分支作为重点研究对象，以时间节点为分界线，并详细阅读其中部分重点专利（重点专利的选取的原则是同族数、引用频次并结合重点申请人进行筛选），总结出电子水龙头控制技术的技术演进发展阶段。

第一阶段：1985—2000年，这一时间段内，电子水龙头的三种操作方式均已出现，且存在一定的地域发展特点，中国和日本致力于对于水龙头控制技术的研究方向在于摆脱常规的旋转开闭操作模式，此阶段中国专利技术采用较为簡单的单点触控电容感应电路（CN2091394U）;而日本在技术发展上更为领先，已将液晶屏触控感应操作方式应用于水龙头操作中（JPH8-296260A）;而作为恒温龙头技术起源国，美国对于该技术的发展理念在于摆脱与水龙头表面的接触，采用人体感应和声控方式开闭龙头（US4520516A，US4921211A），完全避免接触龙头表面交叉感染的问题;而声控方式则是使用者预先将自己的语音命令进行输入（US5868311A）。

第二阶段：2000—2012年，这一阶段专利申请量增长较快，技术层面而言，在触控技术方面，主要从触控感应电路优化、界面设置、后备电源供应，以及加强用户体验方面进行优化发展[4]（例如WO2008057630A2，US8376313B2）;而人体感应技术方面，其发展路线主要从单一的控制出水向多维度控制转变（即从单一控制水流通断向水流温度控制、流动状态控制转变），这种功能需求上的变化对控制方面降低乃至消除误操作的概率提出了更高的要求，并衍生出三个方式：一是，采用多个位置传感器进行感应控制[5]（US2008/0238665A1）;二是，在感应控制方面采用了手势判断的方式来降低误操作概率（US8006712B2）;三是，人体感应操作方式与其他两种操作方式协同控制以提高操作准确性（DE202008006405U1）;而对于声控操作方式，由于不同用户在语言、口音方面的不同，故其控制技术在语音识别方面还存在技术壁垒，主要发展路线是与人体感应控制相结合的协同控制技术（WO0202879A2）。

第三阶段：2012年以后，这一阶段的电子水龙头产品在功能上发展更为多元化。经过前期的发展，在触控操作技术无论在精度控制以及用户体验方面已经较为成熟，其发展主流方向在于多功能、智能化方面发展，智能家居变为主流，水质检测、温度闭环控制，远程控制以及大数据采集等功能与触控式操作集成（例如CN105465473A，CN106678419A），使得电子水龙头功能更加丰富;而在人体感应方面，其发展主路线仍以精确控制和减少误操作为主，而实现精确控制的手段已从多传感器区域感应转向手势判断，手势判断方式在减少误操作方面优于多区域感应判断的方式（例如US9347207B2，WO2018017780A1），但其存在技术难点，即具体的手势研判方式，这基于对用户操作习惯的了解以及动作判断精确性，目前，该类型相关技术申请较少，仍有待挖掘和布局;声控感应方面的技术发展缓慢，2012年之后的典型申請仅体现在声控感应方式与其他功能的集成（US2016/0340207A1），其控制方式本身的难点仍未攻克。

3 结语

从操作层面来讲，触控技术发展已经比较成熟，其技术路线呈多元化发展，电子水龙头作为家居物品的一种，其发展理念与智能家居概念相吻合，并与大数据技术相结合，未来需要攻克的技术问题主要在远程控制和多功能集成优化上;从人体感应控制技术的专利申请情况可知，国外在这方面的发展较为领先，且掌握了核心技术;而在中国，人体感应式水龙头多应用于公共领域，其操作方式较为单一，灵敏度较差，在人体感应控制的精准度方面仍有许多技术难点需要攻克，以打破国外技术壁垒，从技术和经济上开创国有品牌;声控式感应控制技术的专利申请量相对较少，究其根源，语音识别技术是一门多学科交叉的技术领域，目前仍处于快速发展阶段，未诞生重大的实质性技术成果，后期研发以及专利技术布局还有一段很长的路要走。

参考文献：

[1] 董奇志.恒温控制装置在水龙头中的应用及工作原理[J].电机电器技术，2002（3）：17-18.

[2] 莫建麟等.基于单片机的恒温水龙头设计[J].现代电子技术，2009（19）：146-150.

[3] 宁礼佳，郭婷婷，陶志明，等.流量可控式红外线感应水龙头控制模块设计[J].节能技术，2013（3）：146-150.