學(xué)生公寓小便池感應(yīng)沖水裝置的研究與實(shí)踐

摘 要：本文介紹了長條狀小便池人體感應(yīng)自動(dòng)噴水系統(tǒng)。采用紅外線感應(yīng)開關(guān)，熱釋電紅外探頭將接收到的微弱信號(hào)加以放大，通過STC單片機(jī)處理后，驅(qū)動(dòng)電磁閥，完成小便池自動(dòng)沖水的目的。本裝置能探測來自移動(dòng)人體，人體進(jìn)入探測區(qū)域，熱釋電紅外探頭，檢測人體位置，單片機(jī)開始計(jì)數(shù)，滿足設(shè)定次數(shù)值，便會(huì)驅(qū)動(dòng)水路電磁閥動(dòng)作，小便池開始自動(dòng)噴水。該設(shè)計(jì)也可作為企業(yè)、賓館及商場的衛(wèi)生間、水房等處的自動(dòng)節(jié)水系統(tǒng)，起到“人來水自開，人走水自停”的作用，既新穎方便，又節(jié)約用水，在某些場所還能起到威懾盜竊活動(dòng)的防范作用。本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，本身不發(fā)任何類型的輻射和信號(hào)，器件功耗很小，價(jià)格低廉，隱蔽性好，應(yīng)用范圍廣，所以可以通過擴(kuò)展而達(dá)到實(shí)際的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：長條狀小便池人體感應(yīng)自動(dòng)噴水；紅外線感應(yīng)開關(guān)；探測區(qū)域；單片機(jī)；電磁閥

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.16.245

1 前言

1.1 課題的背景與目的

節(jié)能與環(huán)保已經(jīng)成為當(dāng)代產(chǎn)品開發(fā)的首要考慮因素和最大賣點(diǎn)。目前市面用小便池沖水控制系統(tǒng)都是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)近距離通過人體紅外感應(yīng)控制電磁閥來延時(shí)自動(dòng)沖水，但對(duì)于公共場所，如學(xué)校、車站等人流密集的地方，一般采用長條狀小便池，采用的是一根輸水管固定在小便池上方，沖水管上有很多小孔，水從小孔流出沖洗小便池。但人們每次站的位置都是不固定的，因而使用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的人體紅外感應(yīng)系統(tǒng)就不適用于此。對(duì)此有的采用24小時(shí)長流水沖洗，稍有節(jié)水意識(shí)的也僅是采用定時(shí)沖水，即使無人用時(shí)也會(huì)沖水。由此可見，如何有效的減少水資源的浪費(fèi)和更好的管理水資源已成為一個(gè)不可忽視問題。

1.2 人體感應(yīng)自動(dòng)控水系統(tǒng)簡述

長條狀小便池的自動(dòng)控水系統(tǒng)，其紅外感應(yīng)裝置上的紅外感應(yīng)探頭設(shè)置于紅外感應(yīng)透鏡的焦點(diǎn)位置，紅外感應(yīng)透鏡可收集傘面區(qū)域紅外信號(hào)，將紅外感應(yīng)裝置設(shè)置在長條狀小便池站立處，人體橫向置于紅外感應(yīng)透鏡的傘面信號(hào)收集區(qū)域內(nèi)，人們小便時(shí)每次站的位置即使是不固定的，也能被紅外感應(yīng)裝置感應(yīng)到，感應(yīng)到人體存在后，為避免誤判斷，通過控制器的數(shù)據(jù)計(jì)算，達(dá)到穩(wěn)定的數(shù)據(jù)后，控制器操縱整個(gè)電磁、水路等系統(tǒng)，讓小便池的水路開始計(jì)時(shí)噴水，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控水系統(tǒng)對(duì)長條狀小便池的節(jié)水控制。

2 自動(dòng)控水系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1 自動(dòng)控水系統(tǒng)的構(gòu)成

長條狀小便池的自動(dòng)控水系統(tǒng)，包括紅外感應(yīng)裝置、水用電磁閥、控制器、AC/DC轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)控制器和沖水管。

其中，紅外感應(yīng)裝置上設(shè)置有紅外感應(yīng)探頭，紅外感應(yīng)裝置和水用電磁閥分別連接至單片機(jī)控制器，控制器連接至AC/DC電源轉(zhuǎn)換器，AC/DC電源轉(zhuǎn)換器接入市電。

沖水管設(shè)置于長條狀小便池上方，一端連接水用電磁閥管口的一端，水用電磁閥管口的另一端接入自來水供水端，沖水管另一端封口，沖水管上設(shè)置有多個(gè)沖水孔；還包括收集傘面區(qū)域紅外信號(hào)的紅外感應(yīng)透鏡，紅外感應(yīng)透鏡設(shè)置在紅外感應(yīng)裝置上，使紅外感應(yīng)探頭置于紅外感應(yīng)透鏡的焦點(diǎn)位置。紅外感應(yīng)裝置設(shè)置在使長條狀小便池站立處橫向，置于紅外感應(yīng)透鏡的傘面信號(hào)收集區(qū)域內(nèi)的位置。

2.2 自動(dòng)控水系統(tǒng)的電路連接圖

首先是電220V交流電，經(jīng)過電源轉(zhuǎn)換模塊輸出低壓直流12V，12V的低壓電為控水系統(tǒng)供電。單片機(jī)得到工作電源后同時(shí)輸出給人體紅外感應(yīng)模塊，紅外感應(yīng)裝置、水用電磁閥、控制器、AC/DC轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)控制器上電進(jìn)行初始化，并將各自準(zhǔn)備到初始設(shè)定位置。此時(shí)人體紅外感應(yīng)模塊便會(huì)不停地檢測是否有人存在，當(dāng)有人存在便會(huì)向單片機(jī)發(fā)出高低電平信號(hào)，此信號(hào)經(jīng)過單片機(jī)計(jì)數(shù)處理，數(shù)據(jù)有效后驅(qū)動(dòng)電磁閥動(dòng)作，電磁閥打開延時(shí)10秒，10秒后自動(dòng)關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)定時(shí)噴水的目的。

3 自動(dòng)控水系統(tǒng)的組成

3.1 自動(dòng)控水系統(tǒng)電路

該電路的主要元件是熱釋電紅外傳感器模塊及STC系列單片機(jī)控制器，因其抗干擾性好、探測靈敏度高、工作溫度范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。單片機(jī)STC12C5616AD是專為自動(dòng)化控制配套設(shè)計(jì)的集成電路，采用 CMOS工藝制造，具有性能指標(biāo)高、一致性好、功耗低、外圍電路簡單、安裝調(diào)試方便、工作可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。

3.1.1 自動(dòng)控水基本結(jié)構(gòu)和原理

首先通過人體紅外感應(yīng)探頭將有效信號(hào)送到單片機(jī)進(jìn)行延時(shí)計(jì)數(shù)處理，處理有效后去驅(qū)動(dòng)電磁閥打開10秒，10秒后自動(dòng)關(guān)閉，關(guān)閉信號(hào)消失后延時(shí)50秒會(huì)再次判斷是否有人存在，以此循環(huán)，這樣避免人員比較集中時(shí)電磁閥頻繁動(dòng)作。

3.1.2 自動(dòng)控水系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

（1）抗電磁干擾 。自動(dòng)控水系統(tǒng)的抗電磁波干擾性能符合GB10408中4.6.1要求，一般手機(jī)電磁干擾不會(huì)引起誤報(bào)。

（2）抗燈光干擾 。自動(dòng)控水系統(tǒng)在正常靈敏度的范圍內(nèi)，受3米外H4鹵素?zé)敉高^玻璃照射，不產(chǎn)生報(bào)警。

自動(dòng)控水系統(tǒng)的安裝要求：安裝在小便池中心正上方2米高度的房頂上，與墻緊貼一側(cè)。

3.2 熱釋電紅外感應(yīng)裝置

熱釋電紅外傳感器是一種能檢測人或動(dòng)物發(fā)射的紅外線而輸出電信號(hào)的傳感器。早在1938年，有人提出過利用熱釋電效應(yīng)探測紅外輻射，但并未受到重視，直到六十年代，隨著激光、紅外技術(shù)的迅速發(fā)展，才又推動(dòng)了對(duì)熱釋電效應(yīng)的研究和對(duì)熱釋電晶體的應(yīng)用。

3.3 水用電磁閥

電磁閥采用低壓直流12V供電設(shè)計(jì)，常態(tài)下為常閉狀態(tài)，也就是不出水，只有電磁閥線圈得到12V電源后，便會(huì)打開閥芯使水通過，線圈失電便會(huì)自動(dòng)關(guān)閉閥芯。電磁閥的接管孔徑為1/2，流量孔徑為16mm，壓力范圍為0-1MPa，閥體材質(zhì)黃銅，流體溫度適合-5～80度。

3.4 AC/DC電源轉(zhuǎn)換器

此電源主要是用來為小便池自動(dòng)控水系統(tǒng)提供低壓直流12V2A的負(fù)載能力。為小便池持續(xù)穩(wěn)定提供保證

4 結(jié)論

現(xiàn)代化的生活離不開自動(dòng)供水的使用，但目前水資源的浪費(fèi)已成為人們普遍關(guān)注的問題，隨著電子技術(shù)和自動(dòng)化水平的不斷提高，以及各種高準(zhǔn)確度，高性能傳感器的應(yīng)用，自動(dòng)節(jié)能水具成為人們理想的選擇。人體紅外線自動(dòng)感應(yīng)噴水裝置與其他自動(dòng)控制燈（如，聲控，光控等）相比，具有許多顯著的優(yōu)點(diǎn)：可以避免自然界的聲音引起誤操作，也可避免無人時(shí)水資源的浪費(fèi).所以人體紅外感應(yīng)自動(dòng)控水系統(tǒng)必將成為自動(dòng)節(jié)水系統(tǒng)的主流。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐瑋，徐富軍，沈建良.C51單片機(jī)高效入門[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[2]周興華.手把手教你學(xué)單片機(jī)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005.

[3]肖景和.紅外線、熱釋電與超聲波遙控電路[M].北京：人民郵電出版社，2003.

[4]求是科技.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)實(shí)例導(dǎo)航[M].北京：人民郵電出版社，2004.

[5]張友德.單片機(jī)微型機(jī)原理、應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)[M].上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，2004.

[6]童師白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].西安：高等教育出版社 ，2001第三版.

[7]謝自美.電子線路設(shè)計(jì)···實(shí)驗(yàn)·測試[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2004.

[8]楊文龍.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2005.

作者簡介：田繼輝（1987-），男，天津人，本科，初級(jí)，研究方向：自動(dòng)控制。endprint