摘 要：基于AT89C51單片機(jī)的全自動坐便器控制系統(tǒng)，主要由紅外感應(yīng)系統(tǒng)，單片機(jī)控制系統(tǒng)和外圍設(shè)備及其驅(qū)動電路3部分組成。該系統(tǒng)通過2個紅外感應(yīng)中斷，分別感應(yīng)到人的靠近和人體停留的時間，并將信息傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理，由單片機(jī)進(jìn)行分析，根據(jù)人體停留的時間長短做出判斷，并決定采用合適的工作方式，通過電機(jī)轉(zhuǎn)動座圈和上蓋，并驅(qū)動落水閥和殺菌除臭電路工作。該系統(tǒng)有效地節(jié)約水資源，而且可以殺滅各種有害菌，保證人們的身體健康。

關(guān)鍵詞：節(jié)水控制；殺菌除臭；單片機(jī)；紅外感應(yīng)

中圖分類號：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1004373X(2008)1605504

Design of Electrical Control System of Fullautomatic Urinal

YANG Jingzhi，F(xiàn)U Lijuan

(Laiwu Vocational College，Laiwu，271100，China)

Abstract：The fullautomatic urinal based on the AT89C51 is mainly composed of IR induction，controller based on single chip computer，peripherals and their driving electrical circuits.This system responds interruption through two IR inductions，which can induct the nearing of a person and can induct the length of time that the person stayed.The information is delivered to the single chip computer，and then the single chip computer is carried on a processing according to the information and decides to adopt which kind of work method to run，and turn to arousing motors to turn the upper cover，and drives the falling water equipment.The system saves efficiently water resources，can kill various harmful germ to assurance people′s healthy.

Keywords：water save control;disinfection and deodorization;single chip computer;IR induction

收稿日期：20080109 該設(shè)計研制了在坐便器上能夠自動完成沖洗、殺菌、除臭、節(jié)水的自動化裝置。該產(chǎn)品設(shè)計目標(biāo)主要針對寫字樓、賓館、居民家庭等，對節(jié)能、環(huán)保有著重大現(xiàn)實意義及深遠(yuǎn)的社會意義。

1 系統(tǒng)組成及工作原理

本系統(tǒng)主要由3部分組成：紅外感應(yīng)系統(tǒng)，單片機(jī)控制系統(tǒng)，外圍設(shè)備及其驅(qū)動系統(tǒng)。3個系統(tǒng)聯(lián)動工作，首先由紅外感應(yīng)系統(tǒng)在其感應(yīng)范圍內(nèi)感應(yīng)到有人，發(fā)送信息給單片機(jī)控制系統(tǒng)，由單片機(jī)控制系統(tǒng)控制電機(jī)帶動坐圈的座蓋轉(zhuǎn)動，并由紅外線確定感應(yīng)時間的長短，來確定最后的沖水時間，以達(dá)到節(jié)水的功能。外圍設(shè)備包括落水閥，片裝陶瓷臭氧發(fā)生器，坐圈電機(jī)與上蓋電機(jī)。單片機(jī)系統(tǒng)控制外圍設(shè)備驅(qū)動電路，以控制外圍設(shè)備使其工作。

2 紅外感應(yīng)系統(tǒng)

紅外感應(yīng)系統(tǒng)采用SM9576集成芯片。SM9576是一個紅外線傳感控制器，內(nèi)部包含紅外線發(fā)射驅(qū)動和紅外線接收、檢測電路，當(dāng)發(fā)射出去的紅外線信號被物體反射回來，由接收管接收、放大、檢測，再由輸出電路去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

根據(jù)實際需要，需要使得在有人的感應(yīng)出現(xiàn)和人停留的整個過程中，輸出一個持續(xù)的電平，當(dāng)SM9576的P0，P1都斷開時，OUT0的輸出符合要求，只是在有感應(yīng)時輸出高電平，在沒有感應(yīng)時輸出的是低電平，可以在后期信號處理的時候加一個信號反轉(zhuǎn)功能即可滿足AT89C2051中斷的需要。電路如圖1所示。

紅外感應(yīng)電路紅外線發(fā)射管一直發(fā)射紅外線，當(dāng)有人接近時紅外線接收管接收信號，經(jīng)過芯片內(nèi)部的處理之后在12腳輸出高電平。當(dāng)沒有感應(yīng)的時候12腳的輸出位低電平。這樣就簡單的實現(xiàn)了需要的功能。

在紅外中斷進(jìn)入AT89C2051單片機(jī)之前，還要經(jīng)過一個信號處理電路，使信號源更穩(wěn)定，符合AT89C2051中斷的要求，而且讓AT89C2051單片機(jī)不受外界的干擾。信號處理電路如圖2所示。

首先用2個二極管IN4007進(jìn)行電壓鉗位。由于AT89C2051的中斷是低電平中斷，而SM9576在紅外感應(yīng)出現(xiàn)后，輸出的是高電平，所以在進(jìn)入單片機(jī)之前需要將高電平進(jìn)行反轉(zhuǎn)，再經(jīng)過一個光耦隔離芯片，可以使得電平翻轉(zhuǎn)，而且使單片機(jī)信號不會對源信號進(jìn)行干擾，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3 單片機(jī)控制系統(tǒng)

單片機(jī)選用AT89C2051，AT89C2051是一種帶2 kB閃爍可編程可擦除只讀存儲器(PEROM)的低電壓、高性能CMOS 8位微處理控制器。

3.1 基于AT89C2051的控制電路

首先將單片機(jī)的端口進(jìn)行分配，如表1所示。

本系統(tǒng)有2個工作方式：一個是家用工作方式，一個是賓館方式。工作在家用方式時，待機(jī)時坐圈和上蓋都是打開的，而工作在賓館方式時，待機(jī)時坐圈和上蓋都是閉合的，有感應(yīng)時座圈和上蓋全部打開，工作完后再將座圈和上蓋全部關(guān)閉。其余的工作過程都一樣。

一共有3種工作情況，下面就家用工作方式為例進(jìn)行一一分析。

第一種情況：坐便器正常待機(jī)工作，坐圈和上蓋都打開，若男士小便，則紅外線0進(jìn)行感應(yīng)，記錄工作時間，因為沒有紅外線1的感應(yīng)，所以自定義為男士小便。結(jié)束后，先將坐圈蓋上，然后將上蓋蓋上，進(jìn)行6 s沖水，然后進(jìn)行5 min的殺菌除臭工作，最后將上蓋和坐圈依次打開。

第二種情況：坐便器正常待機(jī)工作，坐圈和上蓋都打開，若女士小便，則首先感應(yīng)紅外線1，將坐圈放下，這時候紅外線0進(jìn)行感應(yīng)計時，若計時時間小于90 s，則在感應(yīng)到人離開后將上蓋蓋上，進(jìn)行6 s沖水，然后進(jìn)行5 min的殺菌除臭工作，最后將上蓋和坐圈依次打開。

第三種情況：坐便器正常待機(jī)工作，坐圈和上蓋都打開，若大便，則首先感應(yīng)紅外線1，將坐圈放下，這時候紅外線0進(jìn)行感應(yīng)計時，若計時時間大于90 s，則在感應(yīng)到人離開后將上蓋蓋上，進(jìn)行10 s沖水，然后進(jìn)行5 min的殺菌除臭工作，最后將坐圈和上蓋依次打開。

本設(shè)計采用了槽型光電開關(guān)。發(fā)射器為一個紅外線發(fā)射器，接收器是一個光敏三極管。兩者通過光的通斷工作。

基于AT89C2051單片機(jī)的控制系統(tǒng)電路如圖3所示。

本電路主要是進(jìn)行4個方面的控制：落水閥控制、殺菌裝置控制、電機(jī)1的正反轉(zhuǎn)控制以及電機(jī)2的正反轉(zhuǎn)控制。

落水閥與殺菌裝置控制：當(dāng)需要落水閥和殺菌裝置動作的時候，只需將P1.5和P1.4置0即可，置0后通過非門輸出即可輸出高電平，使相應(yīng)的外圍電路動作。

電機(jī)旋轉(zhuǎn)時的工作過程：當(dāng)有電機(jī)旋轉(zhuǎn)的請求時，單片機(jī)將三態(tài)門的使能端置0，讓單片機(jī)控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)，這時單片機(jī)輸出低電平，通過非門后輸出高電平，使得電機(jī)啟動旋轉(zhuǎn)，并延時1 s，然后將三態(tài)門的使能端置1，使得單片機(jī)不能控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)。這時電機(jī)帶動的擋板插入槽型，光電開端的檢測處，使光敏三極管關(guān)閉，而輸出高電平，通過此高電平來控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)，當(dāng)電機(jī)帶動擋板轉(zhuǎn)出槽型光電開關(guān)的檢測處時，說明電機(jī)旋轉(zhuǎn)到位，光敏三極管導(dǎo)通，使得其輸出低電平，這時電機(jī)兩端沒有電壓，則電機(jī)停止旋轉(zhuǎn)。電機(jī)正方轉(zhuǎn)控制：由軟件判斷電機(jī)需要正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)，需要正轉(zhuǎn)時則將P3.0或P3.1置1，選通多路選擇器的1通道，使得電壓正相加在電機(jī)的兩端，則電機(jī)進(jìn)行正轉(zhuǎn)；當(dāng)需要電機(jī)反轉(zhuǎn)時，則將P3.0或P3.1置0，選通多路選擇器的0通道，使得電壓反相加在電機(jī)的兩端，則電機(jī)進(jìn)行反轉(zhuǎn)。

4 外圍設(shè)備組成及其驅(qū)動電路

外圍電路主要包括片裝陶瓷臭氧發(fā)生器、電控落水閥和2個減速電機(jī)。這些設(shè)備相對于單片機(jī)來說，電壓比較高，不能由單片機(jī)的輸出直接驅(qū)動，所以需要在外圍設(shè)備與單片機(jī)控制電路之間加上驅(qū)動電路。以保證設(shè)備能夠運行。

4.1 片狀陶瓷臭氧發(fā)生器

本系統(tǒng)的臭氧發(fā)生器件采用新型的片狀陶瓷狀臭氧發(fā)生器SW150型焊接式臭氧片。其工作時只需要在2端加上12 V的直流電壓即可。該陶瓷臭氧發(fā)生器的驅(qū)動電路如圖4所示：

當(dāng)CON6口（控制殺菌裝置接口）有高電平輸出時，代表需要進(jìn)行進(jìn)行殺菌除臭工作，則第一個三極管導(dǎo)通，使得集電極輸出低電平，從而使得功率三極管導(dǎo)通，使得12 V的電壓加在了片裝陶瓷臭氧發(fā)生器上，使其工作。

4.2 自動沖水裝置

電控落水閥是通過時間控制電路來控制沖水時間。當(dāng)坐便器坐蓋蓋合后，自動沖洗開關(guān)接通電源，控制電路開始工作；首先啟動自動沖洗電路，通過強觸發(fā)電路給電磁鐵線圈通電，通過電磁力的作用吸合帶動鐵心，帶動瀉水閥和橡皮蓋上提，使水下流沖洗，當(dāng)沖洗干凈后及時關(guān)閉電源，電磁力小時，使落水閥和橡皮蓋落到原來的狀態(tài)，關(guān)閉水閥，水會停止下流。根據(jù)電源開關(guān)電路的導(dǎo)通、斷開控制瀉水閥的打開、關(guān)閉，從而實現(xiàn)自動沖洗的目的。

落水閥驅(qū)動電路如圖4所示，只是CON6控制工作變成CON5（控制落水閥接口），電源電壓變?yōu)?4 V。

4.3 電機(jī)及其正反轉(zhuǎn)驅(qū)動

在本系統(tǒng)中，采用直流齒輪減速電機(jī)。電機(jī)的驅(qū)動電路如圖5所示。當(dāng)CON1（電機(jī)1正轉(zhuǎn)接口）出現(xiàn)高電平時，前端三極管導(dǎo)通，從而使得功率三極管也導(dǎo)通，與其相應(yīng)的功率三極管也導(dǎo)通，將12 V電壓正向加到電機(jī)兩端。使得電機(jī)正轉(zhuǎn)。當(dāng)CON2（電機(jī)1反轉(zhuǎn)接口）出現(xiàn)高電平時，電機(jī)的工作原理相同，只是通過另外2個功率三極管，將12 V的電壓反相加到電機(jī)兩端，使得電機(jī)反轉(zhuǎn)。電機(jī)2與電機(jī)1的工作原理相同，因此不再介紹。

5 單片機(jī)控制系統(tǒng)的軟件編程

本程序的設(shè)計主要是實現(xiàn)2個紅外線感應(yīng)中斷，通過內(nèi)部程序的控制，實現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)電路，殺菌除臭電路以及落水閥電路的動作。程序的設(shè)計流程圖如圖6所示。

程序的設(shè)計思想：首先讓系統(tǒng)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，這時處理器處于休眠狀態(tài)，但是外部的管腳依然有效。由紅外線進(jìn)行外部感應(yīng)，使單片機(jī)產(chǎn)生中斷，從而使單片機(jī)退出休眠模式而開始工作。然后通過2個紅外線的中斷感應(yīng)判斷需要外圍設(shè)備怎樣動作，從而送出相應(yīng)的動作信號。動作完畢之后，使單片機(jī)再進(jìn)入休眠待機(jī)工作狀態(tài)。等待下一次中斷產(chǎn)生。

參 考 文 獻(xiàn)

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作者簡介 楊景芝 女，1970年出生，講師，在讀碩士研究生。