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(tǒng)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(tǒng)勢在必行。

隨著科技的不斷發(fā)展，單片機的應用與普及是人們始料未及的[1]。而本系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。和傳統(tǒng)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(tǒng)總方案設計

蹲便器自動沖水抽紙系統(tǒng)結構圖如圖1所示。整個系統(tǒng)由信號檢測系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)和信號輸出系統(tǒng)組成。信號檢測系統(tǒng)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(fā)光二極管是否發(fā)光表現(xiàn)）。信號處理系統(tǒng)由STC89C52單片機最小系統(tǒng)構成，其中包括了供電系統(tǒng)以及驅動電磁閥和步進電機啟動的驅動系統(tǒng)。而信號輸出系統(tǒng)則由語音系統(tǒng)、沖水系統(tǒng)和抽紙系統(tǒng)。

圖1 蹲便器系統(tǒng)結構圖

2 系統(tǒng)硬件設計

2.1 信號檢測系統(tǒng)

蹲便器的信號檢測系統(tǒng)主要由紅外傳感器和激光傳感器組成。本系統(tǒng)采用的是3cm～50cm可調紅外避障傳感器，這是一種集發(fā)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(jié)障礙的檢測距離，一旦調節(jié)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(tǒng)

蹲便器信號處理系統(tǒng)主要由單片機最小系統(tǒng)組成。單片機最小系統(tǒng)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(jié)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(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。

2.3 信號輸出系統(tǒng)

語音系統(tǒng)、沖水系統(tǒng)和抽紙系統(tǒng)組成了蹲便器的信號輸出系統(tǒng)。

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(fā)方式靈活；串口模式下可控制音量、打開戒關閉功放、有循環(huán)播放和停止功能。

沖水系統(tǒng)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(zhí)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(tǒng)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(shù)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(zhí)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(tǒng)軟件設計

根據所設計的硬件系統(tǒng)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(tǒng)演示結果

蹲便器系統(tǒng)實物如圖3所示。

而系統(tǒng)演示預期結果和最終演示結果如表1所示。

表1 系統(tǒng)預期結果和演示結果

圖2 蹲便器系統(tǒng)軟件流程圖

圖3 蹲便器系統(tǒng)實物

5 結語及分析

經過演示，整個系統(tǒng)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(tǒng)有時要按下兩次才會出紙，出現(xiàn)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(tǒng)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(tǒng)進行改進，使得此系統(tǒng)變得更加節(jié)水，環(huán)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(yè)發(fā)展研究院.2011中國物聯(lián)網產業(yè)發(fā)展指南[M]北京：機械工業(yè)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(shù)字部分）[M].北京：高等教育出版社,2005(5):46-48