感應式水龍頭設計思路探究

張紅星 黃宏開

摘? ? 要：日益發展的社會經濟與科學技術背景下，顯著提升了人們的生活水平，而在建筑節能領域之中，也加大了對感應式水龍頭的研究與應用力度。在應用感應式水龍頭之后，可將水資源浪費的問題有效解決，有助于節能環保目標的實現。因此，本文圍繞感應式水龍頭設計思路展開研究，探討了工作原理、系統設計原則及電路設計，以供參考。

關鍵詞：感應式;水龍頭;設計思路

1? 前言

日常生活中，大多數人都有水龍頭忘關的情況存在，浪費了大量水資源。而感應式水龍頭的應用，可將水資源浪費情況顯著減少，實現能耗節省。因此，感應式水龍頭逐漸得到了更為廣泛的運用。本文就感應式水龍頭設計思路展開研究，期望能在建筑節能領域之中得到更充分的應用，推動節能環保目標的進一步實現。

2? 感應式水龍頭工作原理

感應式水龍頭的組成成分主要包含變壓電路、固態繼電器、單片機控制電路、電磁閥控制水龍頭及紅外收發電路模塊等。利用變壓器將220VAC降壓為16VAC和15VAC之后，經整流、濾波、穩壓后再次成為16VDC和15VDC，其中16VDC經三端穩壓集成模塊S7805輸出5VDC負責紅外收發模塊和單片機的供電，而15VVDC則是在繼電器的運用下負責電磁水閥供電。開機運行之后，倘若有物體將紅外收發管阻擋之后，會將一個信號傳送給單片機，單片機在對繼電器吸合的控制下完成水龍頭打開與閉合的控制。通過機械手柄的增設，在未通電的情況下也可完成水龍頭的開關，如此一來水龍頭適用范圍也就得到了拓寬。

3? 系統設計原則

3.1? 低負荷使用原則

設計期間，設計者應當著重考慮如何將水龍頭使用者的無謂動作減少。不論在設計任何產品時，都應當以使用者的生理與心理角度出發，思考如何才能感受到舒適、高效，促使產品設計得以充分體現出人性化[1]。具體而言應從下述幾點出發：

其一，將使用者動作重復次數減少;其二，將使用者持續性體力負荷減少;其三，結合使用者的具體條件，確保裝填處于自然狀態。此類設計的益處十分顯著，所以設計師在設計中應當密切結合此類設計理念，對設計問題認真思考。如掀壓式龍頭相對于螺旋式而言，省力更顯著。

3.2? 經濟耐用原則

一方面，耐久性設計。產品良好的性能，能夠為購買者的使用提供安心、貼心的保障。作為人們日常用品之一的水龍頭，需將因零件而導致故障發生的可能盡量避免，為產品提供經久耐用的保障，盡量實現簡約化的設計，并將人們長時間使用的需求滿足。而另一方面則是低成本設計。水龍頭的設計應與通用設計理念相符合，具體為產品使用公平性和價格公平性。倘若設計成本偏高，那么產品就會傾向于富人專屬，市場面較窄，大規模生產的經濟效益難以達成。而當前時代下，人們對于生活品質要求十分高，這也使得水龍頭產品逐漸具備了智能化，同時設計也需強調簡單質樸。

3.3? 增進節水意識

日益匱乏的水資源督促人們必須著重關注節約用水，而在設計水龍頭產品時倘若將節約用水忽略，那么就難以被人們接受。同時，水龍頭作為節水器具之一，有助于使用者節水習慣的培養。如某感應水龍頭一次出水僅有一公升，完全能將一個人快速洗手滿足，與普通水龍頭相比，每次節約水量約6公升，實現了節水意識的顯著提升。

4? 電路設計

4.1? 變壓電路

首先在T型鐵的運用下將220V交流降壓為15V和16V電流，匝數比分別是44：3和55：4;隨后，在二極管橋式的運用下整流，并用電容濾波，即可將穩定的直流電獲取。

4.2? 紅外收發模塊

一體化紅外發射、接收模塊，內部由紅外發射、接收電路和信號處理、放大電路等組成。信號線平時輸出高電平，在一定頻率紅外線的發射下，在非接觸形式下倘若與前方一定范圍物體相碰撞反射后，反社會來的紅外線會由接收電路接收并放大處理，信號線輸出低電平。模塊附設信號與電源指示燈，電源接通后電源指示燈亮，而感應范圍內有物體進入后，信號指示燈亮。具有工作穩定可靠、適用范圍廣等優勢，在各類自動控制裝置中皆可適用。

4.3? 電磁繼電器控制電路

電磁繼電器是在電磁鐵的運用下完成工作電路控制的一種開關。可在低電壓、弱電流電路通斷的運用下，對高電壓、強電流電路通斷進行間接控制。其具備輸入回路（控制系統）與輸出回路（被控制系統），通常在自動控制電路中應用，實質上是依托較小的電流對較大電流進行控制的“自動開關”。因此，運用于電路之中，具備安全保護、自動調節及電路轉換等功能。

三極管應在工作飽和狀態下，其集電極電流應該是：

因此，基極電流最少應該為：

上述電路運用下，先驅動射隨三極管做電流放大，隨后將另一三極管導通驅動，進而將繼電器通斷驅動。因射隨具有極高的輸入阻抗，所以可用單片機輸出的小電流進行繼電器的控制。

單片機P0.1口輸出了高電平后，會將電磁鐵帶動，此時銜鐵就會接觸常開觸點接觸，如此一來即可將電磁閥水龍頭打開[2]。而當單片機P0.1口輸出了低電平后，會立刻停止電磁鐵的工作，銜鐵轉入常閉觸點，水龍頭關閉。如此一來即可將借助低電壓、弱電流進行高電壓、強調劉控制的目的達成。

4.4? 電磁閥水龍頭

選擇CJV23-C12A1型LC12V常閉型電磁閥，流量孔徑在2mm內，壓力約0MPa～1.0MPa，流體溫度約-5～80℃，使用范圍擴大，使用期限增強。電源采用12V，不但可實現能源節省，同時還能有效保障人體安全。因電磁閥屬于磁感式器件，閉合與斷開會有感生電動勢瞬間產生，會在一定程度上影響電路。對此，可將一個電容器并接在電磁閥水龍頭上，如此即可將其對電路的副作用消除。

5? 結語

本文提出的感應式水龍頭設計，是在水龍頭自動控制中融入了單片機系統，將傳統水龍頭能源浪費、維修困難等問題有效解決。同時，在自動、手動兩用式電磁閥水龍頭的運用下，即便出現了停電依舊能夠使用，在便利、安全、節能及衛生等方面具有顯著優勢。而作為現代化感應式節能環保型水龍頭，在設計中也應該考慮更優質材料的使用，以便其使用壽命得到延長。

參考文獻：

[1] 密金榮.感應水龍頭設計思路研究[J].企業技術開發，2016（2）：13～14.

[2] 楊麗寰.感應式自動水龍頭的設計[J].科技展望，2016（5）.