校園公廁全自動(dòng)節(jié)水系統(tǒng)

　　一、校園公廁全自動(dòng)節(jié)水系統(tǒng)的研發(fā)過(guò)程
　　
　　2007年的時(shí)候，一次偶然的機(jī)會(huì)，我參加了由中國(guó)地理協(xié)會(huì)舉辦的“地球小衛(wèi)士”論文大賽，當(dāng)時(shí)我所選擇的論文課題是“關(guān)注校園用水問(wèn)題”。也就是在那次論文的寫(xiě)作過(guò)程中，我發(fā)現(xiàn)了校園用水的巨大弊端，并萌生了自己動(dòng)腦解決這種問(wèn)題的想法。
　　論文完成后，我便著手于校園用水的具體調(diào)查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了其中存在著以下兩大問(wèn)題：
　　1　學(xué)校是一個(gè)廢水量產(chǎn)生巨大的場(chǎng)所，據(jù)初步估計(jì)，一所普通型寄宿制學(xué)校每天所產(chǎn)生的廢水量達(dá)到3噸之多。
　　2　學(xué)校公廁所采用的機(jī)械式?jīng)_水系統(tǒng)是最大的校園水資源浪費(fèi)途徑，這主要體現(xiàn)在其不合理的沖洗規(guī)律與大水漫沖的方式。
　　找到問(wèn)題的關(guān)鍵點(diǎn)后，我向自己提出了疑問(wèn)：能不能將所發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)。用一種方法來(lái)同時(shí)解決兩個(gè)問(wèn)題呢?經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的思考、與老師的交流和查閱資料，我發(fā)現(xiàn)解決這個(gè)疑問(wèn)最可行的方法就是設(shè)計(jì)一套特殊的校園公廁沖水系統(tǒng)。
　　確立基本思路后，我便將調(diào)查的重點(diǎn)放在了學(xué)校的公廁上，很快我又將目光聚集在普通學(xué)校公廁所使用的機(jī)械式水箱之上，對(duì)!問(wèn)題就出在這個(gè)常見(jiàn)的水容器上——由于機(jī)械式的緣故。它根本無(wú)法達(dá)到符合校園特殊作息規(guī)律的放水方式，另一方面，它在沖洗廁所的過(guò)程中還存在著巨大的凈水消耗量。于是設(shè)計(jì)一種特殊的水箱變成了該沖水系統(tǒng)的關(guān)鍵。
　　受到這些調(diào)查的啟發(fā)，我決定設(shè)計(jì)一種特殊的水箱，并且在我的預(yù)想中它應(yīng)該具備以下兩大功能：
　　①蓄／放水嚴(yán)格符合學(xué)校的特殊作息規(guī)律：
　　
　　
　　②沖洗所用的部分水將來(lái)自于學(xué)校本身所產(chǎn)生的廢水。
　　有了想法的我便找到科技站的輔導(dǎo)老師與之溝通，在討論的過(guò)程中，老師向我提出了廢水如何收集的問(wèn)題，聯(lián)系物理上所學(xué)的知識(shí)，我給出的答案是：“可以將樓上的下水管道連接在樓下的特殊水箱上，使其依靠自身的重力勢(shì)能自然蓄滿。”同時(shí)為了達(dá)到更好的公廁沖洗效果，我們決定將功能②改為“一部分沖洗所用水來(lái)自于學(xué)校本身產(chǎn)生的廢水，并使水箱具備廢水一凈水的順序放水模式。”
　　
　　二、研究試制
　　
　　1　第一次試制
　　有了設(shè)計(jì)目標(biāo)后，我便開(kāi)始了模型的設(shè)計(jì)，為了實(shí)現(xiàn)功能①，我決定在該特殊水箱中引入電動(dòng)時(shí)控機(jī)制，使其同學(xué)校的電鈴聯(lián)動(dòng)，達(dá)到符合學(xué)校特殊作息規(guī)律的目的。至于功能②，為了實(shí)現(xiàn)在不同廢水蓄水量下都能以廢水一凈水的順序放水。我又引入了“浮子一杠桿一機(jī)械閥”系統(tǒng)。同時(shí)考慮到水箱的防護(hù)措施，我又在設(shè)計(jì)中加入了廢水沉淀槽與過(guò)量滿溢口兩個(gè)部分，終于完成了設(shè)計(jì)方案(見(jiàn)圖1)。
　　征得老師的認(rèn)可后，有趣的實(shí)物制作環(huán)節(jié)便開(kāi)始了。由于演示的需要，水箱的材質(zhì)不得不設(shè)計(jì)為透明材質(zhì)，同時(shí)為對(duì)應(yīng)電學(xué)與機(jī)械原理部分，我還需要一個(gè)時(shí)控開(kāi)關(guān)、幾個(gè)電閥門(mén)和一些機(jī)械零件——這些東西在銀川這個(gè)機(jī)電不是很發(fā)達(dá)的城市并不常見(jiàn)，沒(méi)有辦法的我只好求助于網(wǎng)絡(luò)購(gòu)物，總算在一番周折后備齊了模型零部件。
　　因?yàn)樽约菏悄泻⒆樱瑥男【蛺?ài)搗鼓東西，所以模型的裝配并沒(méi)有花太多的時(shí)間。倒是該水箱的機(jī)械控制部分的調(diào)試花了不少時(shí)間，這其中主要調(diào)節(jié)的便是杠桿的精度、機(jī)械閥門(mén)的靈敏度以及浮子的施力情況等。令我欣慰的是，家人與老師的理解與支持令我最終完成了這項(xiàng)冗長(zhǎng)的工作，完成了可以流暢運(yùn)行且符合預(yù)期目標(biāo)的系統(tǒng)模型(見(jiàn)圖2)。
　　2　第二次試制(本次申報(bào)制作)
　　第一次試制后，盡管這個(gè)剛出爐的系統(tǒng)模型達(dá)到了我的預(yù)期目標(biāo)，可是在多次的演示中，它的弊端也漸漸暴露出來(lái)，這主要是水箱機(jī)械部分的低精確度性，由于臟水密度的多變性，使得用于控制杠桿的浮子無(wú)法精確受力，致使與之聯(lián)動(dòng)的機(jī)械閥門(mén)靈敏度大大下降。這些因素最終所導(dǎo)致的就是臟水一凈水的放水順序不能很好的體現(xiàn)。鑒于此，我決定對(duì)第一次的試制模型進(jìn)行改進(jìn)，再次與輔導(dǎo)老師溝通后，我們一致認(rèn)為應(yīng)該用電學(xué)原理來(lái)代替機(jī)械原理。
　　思路看上去清晰明了，可是具體設(shè)計(jì)起來(lái)就變得十分困難，由于要考慮到安全性、節(jié)能性、高效性和精確性等諸多因素，水箱的改進(jìn)部分。即電學(xué)部分的設(shè)計(jì)一直一籌莫展，直到我偶然間觀察到了小區(qū)樓道中照明燈所使用的光敏開(kāi)關(guān)，是的!解決問(wèn)題的關(guān)鍵就是它!可以利用它來(lái)大幅度提升水箱的靈敏度!
　　憑借著靈感與努力的力量，不久我就拿出了第二套設(shè)計(jì)方案(見(jiàn)圖3)，這次的原理幾乎得到了所有人的肯定。于是趁熱打鐵，我很快便投入到了新系統(tǒng)模型的制作當(dāng)中。
　　由于有了之前的經(jīng)驗(yàn)，這次的模型制作與調(diào)試工作進(jìn)行的比較平穩(wěn)，大約兩星期后，新系統(tǒng)模型便出現(xiàn)在了所有關(guān)注我的人面前，飽受他們的提議后，我又對(duì)模型局部做了些許修改，最終在兩個(gè)多月的努力后敲定了成品!
　　
　　三、產(chǎn)品推廣
　　
　　該產(chǎn)品可應(yīng)用于所有作息規(guī)律特殊、人流量大的場(chǎng)所。且作品耐損性高，成本便宜，易于推廣。
　　
　　四、存在的問(wèn)題和受到的啟發(fā)
　　
　　雖然經(jīng)過(guò)大大小小的修改后。該系統(tǒng)模型已趨于完善，但用科學(xué)那敏銳的眼光尋視時(shí)，它仍然存在著很多的不足，例如補(bǔ)加設(shè)計(jì)的沉淀物取出的方法仍比較繁瑣；電學(xué)部分還有簡(jiǎn)化的空間；自主設(shè)計(jì)的光敏系統(tǒng)還可更加精確等等。這項(xiàng)發(fā)明并未停止。因?yàn)槲胰詫⒃谔剿鞯牡缆飞侠^續(xù)前行。
　　當(dāng)所有的事情的暫時(shí)告一段落的時(shí)候。我深深地感到：通過(guò)這次的科技創(chuàng)新，我所收獲的不僅僅是科學(xué)的知識(shí)，更重要的是，我體驗(yàn)到了自主創(chuàng)新的樂(lè)趣，相信這種快樂(lè)來(lái)會(huì)在我今后的成長(zhǎng)道路上一直伴我前