公共廁所智能化技術分析

谷 春 山

(北京市城市管理研究院，北京 100028)

1 智能化公廁的提出

以習近平新時代中國特色社會主義思想為指導，深入貫徹黨的十九大和十九屆三中、四中全會精神，全面貫徹落實習近平生態文明思想和按照習近平總書記對“廁所革命”作出的系列重要指示精神，為改善市民如廁環境，提升公廁服務品質。借助“十三五”期間北京市開啟“第五次公廁革命”的時間窗口，結合建設“國際一流的和諧宜居之都”的契機，推進公共廁所智能化的科學研究，勢在必行。

對于“廁所革命”我個人認為應該是技術的革命，運用現代化先進的技術來改變人們的如廁環境，而不是簡單的公共廁所改造或增加服務配套功能。目前對于北京市公共廁所智能化技術研究方面還比較少，多數的研究只是對公共廁所的節水、節電方面的研究，目前北京市公共廁所的智能化水平較低，雖然有一些公共廁所功能比較齊全如“第五空間”和“興舍”等，但只是如廁以外的配套服務功能，如環衛工人的休息間、上網、休閑娛樂等設施。缺少真正意義的技術方面的應用。

對我國最大的人口集散地和交通樞紐站北京西站地區公廁使用情況調研，日均客流量18萬人/d～20萬人/d，高峰期間日客流量達到40萬人/d～60萬人/d。在人流量如此密集地區的公廁經常會出現臟、臭等現象，而且還會出現嚴重的排隊現象。如這類公廁要是引用智能化系統會很好的解決臟臭現象。

2 智能化公廁的目的和意義

智能化公廁就是利用現代微處理控制技術、傳感技術、電控節水技術、空氣清新技術，為人們生理代謝的場所營造良好、適宜的環境，同時為用電、排水節儉提供良好的保障，這樣一個具有自動智能處理系統的人類生理代謝環境。

3 智能化公廁的技術分析

3.1 硬件系統設計框架

智能化系統以可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller，以下簡稱“PLC中央控制器”)為核心，簡稱PC或PLC是一種數字運算操作的電子系統，專門在工業環境下應用而設計。它采用可以編制程序的存儲器，用來在執行存儲邏輯運算和順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字或模擬的輸入(I)和輸出(O)接口，控制各種類型的機械設備或生產過程。這樣一個控制設備PLC中央控制器運用在公共廁所中可以對公廁內環境傳感器數據的采集、電氣設備的控制以及人為設定的控制策略可實現公共廁所的信息化、智能化。

系統框架圖如圖1所示。系統包含如廁人流監測、公廁環境監測、廁位使用監測、用電監測以及照明、水電閘、通風系統的控制功能。

由于公廁的規模各不相同，為了能夠滿足大部分公廁的智能化需求，該中控系統采用模塊化設計，所有的傳感器信號接口、控制接口以及存儲容量都可根據實際系統定制開發。中控系統的基本配置可以滿足20個～100個廁位規模的公廁。

3.2 智能化模塊

1)信息采集傳感器。

針對公廁的環境特點，系統對公廁的主要信息采集對象為環境溫度、濕度、光照強度、二氧化碳濃度、PM10濃度、PM2.5濃度、人流量、廁位占用情況、用電量情況等，如圖2，圖3所示。使用的傳感器具體指標如下：

a.溫度：-40 ℃～85 ℃，精度±0.5 ℃;b.濕度：0%RH～100%RH，精度±3%RH;c.光照強度：0 lx～65 535 lx，精度±7%FS;d.CO2濃度：0 ppm～5 000 ppm，精度±200 ppm;e.PM10：0 μg/m3～999 μg/m3;f.PM2.5：0 μg/m3～999 μg/m3;g.人流量信息(男女廁分別采集，進出人數分別計數);h.廁位占用情況(更新周期：5 s);i.用電量統計(最大支持4路單獨計量)。

2)智能化控制策略。

a.人流量統計。實現公廁的人流量信息統計。實現男女廁間人流量分別統計，每日自動將前一天的統計數據清零。當人流傳感器記錄的人數不合理時(離開人數大于進入人數、進入人數長期未歸零等)，系統會通過當前時間、廁位占用情況、公廁內溫度、CO2濃度等其他輔助信息自動進行數據修正。

b.照明自動控制。系統根據當前時間、公廁光照強度、溫度、CO2濃度、廁位占用情況、人流數據等數據綜合判斷當前是否需要開燈，以節約用電。

c.室內環境自調。系統根據公廁內的溫濕度、CO2濃度等傳感器數據自動對環境舒適度進行評級，進而控制通風、除臭等設備進行環境調節。

d.信息展示與數據處理。實現公廁環境、引導信息、廁位占用等數據的直觀展示，同時根據用戶定制格式自動生成日、月數據報表并導出。

由于智能化的顯示系統位置放在公共區域并且如廁人都能看清一目了然，所以在選擇顯示界面時采用了工業控制中常用的組態軟件進行界面設計，如圖4所示，該方案的優點如下：

1)界面設計周期短，有常用的各種控件可用，如實時曲線、歷史曲線、報表系統等；

2)接入硬件設備方便，系統包含常用通訊協議的支持，運行穩定性高，擴展性強；

3)數據管理方便，組態軟件自帶數據庫管理功能，可以實現數據的整體規劃、存儲等。

4 結語

本研究利用核心硬件PLC編程，通過S485總線通訊把四合一傳感器、顆粒物傳感器、人流量傳感器、廁位占用傳感器、電量統計傳感器等設備傳輸給PLC，經過CPU運算輸出給相應的控制設備。然后經過組態軟件編寫，通過畫面屏幕展示給公廁使用者和管理者。此研究成果直觀展現我市“第五次公廁革命”的成果，為政府監管部門提供有力的科技支撐，為建設“國際一流的和諧宜居之都”提供環境衛生基礎，滿足民眾對當代社會環境衛生的需求。