基于STC89C52蹲便器自動沖水抽紙系統的設計

劉立坤 劉 靜

淮南師范學院電氣信息工程學院，安徽淮南 232038

引言

在許多人流量較大的地方，傳統的手動沖便及抽紙裝置效果不佳，使用壽命也較短，且容易傳播細菌，給人們的身體健康帶來極大威脅。所以設計出一套合理的蹲便器自動沖水抽紙系統勢在必行。

隨著科技的不斷發展，單片機的應用與普及是人們始料未及的[1]。而本系統所基于的STC89C52芯片是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統可編程Flash存儲器[2]。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應用系統提供高靈活、超有效的解決方案。和傳統的AT89C51單片機相比，其具有可直接使用串口下載程序等特點，使用起來更加方便快捷。

1 系統總方案設計

蹲便器自動沖水抽紙系統結構圖如圖1所示。整個系統由信號檢測系統、信號處理系統和信號輸出系統組成。信號檢測系統由紅外傳感器和激光傳感器組成。紅外傳感器主要檢測是否有人如廁，激光傳感器用來檢測抽紙是否用完（檢測結果輸出方式以其對應的LED發光二極管是否發光表現）。信號處理系統由STC89C52單片機最小系統構成，其中包括了供電系統以及驅動電磁閥和步進電機啟動的驅動系統。而信號輸出系統則由語音系統、沖水系統和抽紙系統。

圖1 蹲便器系統結構圖

2 系統硬件設計

2.1 信號檢測系統

蹲便器的信號檢測系統主要由紅外傳感器和激光傳感器組成。本系統采用的是3cm～50cm可調紅外避障傳感器，這是一種集發送與接收于一體的光電傳感器[3]。前方無障礙，輸出高電平，有障礙輸出口會從高電平變成低電平。背面有一個電位器可以調節障礙的檢測距離，一旦調節好電位器，則在有效距離內輸出低電平[4]，低電平剛好給單片機識別。而激光傳感器也是運用相似的原理作用于電路中，用來檢測蹲便器抽紙是否用完。

2.2 信號處理系統

蹲便器信號處理系統主要由單片機最小系統組成。單片機最小系統的核心元件采用STC89C52單片機用來控制整個電路的正常運轉。STC89C52是一種帶8K字節閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM-Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS8的微處理器。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。

2.3 信號輸出系統

語音系統、沖水系統和抽紙系統組成了蹲便器的信號輸出系統。

語音模塊主要由W T V 0 2 0組成。WTV020是一款功能強大的一次性可編程詫音芯片，音頻輸出為PWM戒DAC模式。可選控制方式有挄鍵控制模式、幵口控制模式、串口控制模式等。挄鍵控制模式的觸發方式靈活；串口模式下可控制音量、打開戒關閉功放、有循環播放和停止功能。

沖水系統由電磁閥組成。電磁閥是用來控制流體的自動化基礎原件，屬于執行器；并不限于液壓，氣動，用于控制液壓流動方向。電磁閥通電時電磁線圈產生電磁力，把關閉鍵從閥座上提起，閥門打開，從而沖水；斷電時電磁力消失，彈簧把關閉減壓在閥座上，閥門關閉，沖水結束。

抽水系統由步進電機組成。它的用途是將電脈沖轉化為角位移。通過控制脈沖的個數即可控制角位移量（步進角），從而達到準確定位的目的；同時通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。步進電機是機電控制中一種常用的執行機構，在自動化儀表、自動控制、機器人、自動生產流水線等領域的應用相當廣泛。

3 系統軟件設計

根據所設計的硬件系統編寫出可以被單片機識別的程序，程序流程圖如圖2所示。

4 系統演示結果

蹲便器系統實物如圖3所示。

而系統演示預期結果和最終演示結果如表1所示。

表1 系統預期結果和演示結果

圖2 蹲便器系統軟件流程圖

圖3 蹲便器系統實物

5 結語及分析

經過演示，整個系統可以達到預期效果，即人在方便后自動抽紙沖水。為人們的生活帶來了便利也防止細菌交叉感染，保障了人體的身體健康。

在整個的設計及演示中，還存在一些問題。比如抽紙系統有時要按下兩次才會出紙，出現此問題的原因首先在于硬件的觸點有時接觸不靈敏，其次在于系統軟件設計時對于按鍵的延遲設的過于長。此外，還可以對本蹲便器的沖水系統進行改進，使得此系統變得更加節水，環保。

[1]謝維成,楊家國.單片機原理與應用及C51單片機程序設計[M].北京：清華大學出版社,2011(7):33-35

[2]中國電子信息產業發展研究院.2011中國物聯網產業發展指南[M]北京：機械工業出版社,2011(1):4-6

[3]田裕鵬,姚恩濤,李開宇.傳感器原理[M].北京：科學出版社,2007(3):23-27

[4]康光華,鄒壽彬,秦臻.電子技術基礎（數字部分）[M].北京：高等教育出版社,2005(5):46-48