電子水龍頭控制技術專利分析

胡瑩瑩 高曉薇

摘要：本文對電子水龍頭控制技術的相關專利申請情況進行了研究，梳理了國內電子水龍頭控制技術的技術發展脈絡，同對電子水龍頭控制方式的類型予以分類，并選取了與各控制類型相關的技術分支相關的典型案例進行分析，并給出了相關建議。

關鍵詞：水龍頭;電子;觸控;聲控;人體感應

中圖分類號：TH 文獻標識碼：A 文章編號：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

電子水龍頭是指通過單片機、微控制器、感應元件等元器件以及相應的控制程序[1]實現對水龍頭出水狀態和水溫的自動控制，在實現智能調控、簡便操作的同時防止疾病傳播、節能減排。電子水龍頭依托于控制感應電路以及龍頭主體內部的機械部件，根據操作方式的不同，分為觸控式和非觸控式兩大類，而非觸控式具體還可分為人體感應式和聲控式兩種[2-3]。

2 專利分布總體情況

從電子水龍頭相關操作方式的專利技術出發，選擇中國專利文摘數據庫（CNABS）、德溫特世界專利索引數據庫（DWPI）以及Patentics客戶端的中、外文全文數據庫檢索。并對行業內重點申請人、行業地域分布、主要技術分支的申請情況以及技術分支演進情況等方面進行標引與分析。數據截止時間為2018年12月31日。

2.1 申請量年度分布

圖1為電子水龍頭控制技術的中國、國外及全球專利申請量年度分布情況，可以看出，國外研發始于1989年，中國于1991年起步;自2009年起，由于感應控制技術獲得重大推廣突破并獲得階段性成果，且該技術成果快速轉化并產業化，故全球相關申請量出現大幅增長，且得益于中國龐大的用戶群體和國家對于科技創新的支持，中國相關專利申請量始終占據全球申請量的大部分比重。

2.2 重要申請人排名

通過檢索發現，中國和國外相關專利申請在申請人類別上存在較大差異，國外相關領域申請人均為企業申請人，從圖2可知，反觀國內，國內相關鄰域申請人由企業、個人和高校組成，企業申請人雖占據過半比重，但個人申請數量也占據了較大比重，達到了整體申請量的1/3。而從圖3可知，申請量排名第一的為科勒公司，作為國外知名衛浴企業，其研發歷史悠久，在國內也占據較大市場份額;其次為廈門建霖工業和九牧廚衛，這兩家公司是中國品牌歷史較為悠久的廚衛生產企業，均主營智能廚衛領域，在電子水龍頭研發領域已經具有一定的技術積淀，研發出了自己的原創技術，在國外部分國家也有專利布局，同時，國內主要申請人中，排名第六、八、九均為個人，這也與圖2的結果互相印證，說明中國關于電子水龍頭領域的研發主體較為多元化，這些個人申請的專利大部分會轉讓給相關企業生產并投入市場。

2.3 技術演進過程

通過對電子水龍頭控制技術各個時期的專利文獻進行梳理和篩選，選擇一級技術分支作為重點研究對象，以時間節點為分界線，并詳細閱讀其中部分重點專利（重點專利的選取的原則是同族數、引用頻次并結合重點申請人進行篩選），總結出電子水龍頭控制技術的技術演進發展階段。

第一階段：1985—2000年，這一時間段內，電子水龍頭的三種操作方式均已出現，且存在一定的地域發展特點，中國和日本致力于對于水龍頭控制技術的研究方向在于擺脫常規的旋轉開閉操作模式，此階段中國專利技術采用較為簡單的單點觸控電容感應電路（CN2091394U）;而日本在技術發展上更為領先，已將液晶屏觸控感應操作方式應用于水龍頭操作中（JPH8-296260A）;而作為恒溫龍頭技術起源國，美國對于該技術的發展理念在于擺脫與水龍頭表面的接觸，采用人體感應和聲控方式開閉龍頭（US4520516A，US4921211A），完全避免接觸龍頭表面交叉感染的問題;而聲控方式則是使用者預先將自己的語音命令進行輸入（US5868311A）。

第二階段：2000—2012年，這一階段專利申請量增長較快，技術層面而言，在觸控技術方面，主要從觸控感應電路優化、界面設置、后備電源供應，以及加強用戶體驗方面進行優化發展[4]（例如WO2008057630A2，US8376313B2）;而人體感應技術方面，其發展路線主要從單一的控制出水向多維度控制轉變（即從單一控制水流通斷向水流溫度控制、流動狀態控制轉變），這種功能需求上的變化對控制方面降低乃至消除誤操作的概率提出了更高的要求，并衍生出三個方式：一是，采用多個位置傳感器進行感應控制[5]（US2008/0238665A1）;二是，在感應控制方面采用了手勢判斷的方式來降低誤操作概率（US8006712B2）;三是，人體感應操作方式與其他兩種操作方式協同控制以提高操作準確性（DE202008006405U1）;而對于聲控操作方式，由于不同用戶在語言、口音方面的不同，故其控制技術在語音識別方面還存在技術壁壘，主要發展路線是與人體感應控制相結合的協同控制技術（WO0202879A2）。

第三階段：2012年以后，這一階段的電子水龍頭產品在功能上發展更為多元化。經過前期的發展，在觸控操作技術無論在精度控制以及用戶體驗方面已經較為成熟，其發展主流方向在于多功能、智能化方面發展，智能家居變為主流，水質檢測、溫度閉環控制，遠程控制以及大數據采集等功能與觸控式操作集成（例如CN105465473A，CN106678419A），使得電子水龍頭功能更加豐富;而在人體感應方面，其發展主路線仍以精確控制和減少誤操作為主，而實現精確控制的手段已從多傳感器區域感應轉向手勢判斷，手勢判斷方式在減少誤操作方面優于多區域感應判斷的方式（例如US9347207B2，WO2018017780A1），但其存在技術難點，即具體的手勢研判方式，這基于對用戶操作習慣的了解以及動作判斷精確性，目前，該類型相關技術申請較少，仍有待挖掘和布局;聲控感應方面的技術發展緩慢，2012年之后的典型申請僅體現在聲控感應方式與其他功能的集成（US2016/0340207A1），其控制方式本身的難點仍未攻克。

3 結語

從操作層面來講，觸控技術發展已經比較成熟，其技術路線呈多元化發展，電子水龍頭作為家居物品的一種，其發展理念與智能家居概念相吻合，并與大數據技術相結合，未來需要攻克的技術問題主要在遠程控制和多功能集成優化上;從人體感應控制技術的專利申請情況可知，國外在這方面的發展較為領先，且掌握了核心技術;而在中國，人體感應式水龍頭多應用于公共領域，其操作方式較為單一，靈敏度較差，在人體感應控制的精準度方面仍有許多技術難點需要攻克，以打破國外技術壁壘，從技術和經濟上開創國有品牌;聲控式感應控制技術的專利申請量相對較少，究其根源，語音識別技術是一門多學科交叉的技術領域，目前仍處于快速發展階段，未誕生重大的實質性技術成果，后期研發以及專利技術布局還有一段很長的路要走。

參考文獻：

[1] 董奇志.恒溫控制裝置在水龍頭中的應用及工作原理[J].電機電器技術，2002（3）：17-18.

[2] 莫建麟等.基于單片機的恒溫水龍頭設計[J].現代電子技術，2009（19）：146-150.

[3] 寧禮佳，郭婷婷，陶志明，等.流量可控式紅外線感應水龍頭控制模塊設計[J].節能技術，2013（3）：146-150.