陳之酉

（蘇州工業(yè)園區(qū)工業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 蘇州 215123）

在公共男廁所,我們經(jīng)常會(huì)看到人們?cè)谑褂眯”愠貢r(shí),有尿液滴濺在地上,造成便跡難以清洗和增加細(xì)菌流動(dòng)很不衛(wèi)生，而且我國(guó)人口眾多，如果這一問(wèn)題不處理好，就會(huì)造成很大的環(huán)境污染。根據(jù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，造成這一現(xiàn)象的主要原因是因?yàn)槿藗冊(cè)谑褂眠^(guò)程中，站立的位置不對(duì)，這就要求我們?cè)O(shè)計(jì)一種新型小便池，可以規(guī)范人們?cè)谑褂脮r(shí)的站立位置，防止尿液滴濺，保護(hù)環(huán)境，提高國(guó)民素質(zhì)。

1 現(xiàn)有環(huán)保小便池及其缺陷

目前市場(chǎng)上的環(huán)保小便池，主要有以下三種功能：

（一）在便池的設(shè)計(jì)上可以分別收集小便和大便，并且在使用時(shí)通過(guò)排氣扇把意味向下排放，不用時(shí)有擋板自動(dòng)隔離，去出臭味；此外，還把洗手池的下水管與小便收集桶相連，起到節(jié)水作用。

（二）在設(shè)計(jì)上將洗手池和小便池一體化，充分利用洗手水清潔小便池，起到節(jié)水作用。

（三）將便池與各種醫(yī)療檢測(cè)裝置相連，使便池具有健康檢測(cè)功能。

綜上所述，我國(guó)在便池節(jié)水、除臭、便于收集肥料以及結(jié)合醫(yī)療設(shè)備進(jìn)行健康檢測(cè)方面已有相關(guān)研究報(bào)道。但并未解決因人們使用小便池時(shí)，站立位置不對(duì)，有尿液滴濺在地上,造成便跡難以清洗，并增加細(xì)菌流動(dòng)，造成細(xì)菌流動(dòng)污染環(huán)境這一問(wèn)題。這就要求我們?cè)O(shè)計(jì)一款新型環(huán)保小便池，可以規(guī)范人們?cè)谑褂脮r(shí)的站立位置，如果站立位置符合要求則可以使用小便池，不符合要求則不能使用小便池，起到防止尿液滴濺，保護(hù)環(huán)境的作用。

2 新型環(huán)保小便池的總體設(shè)計(jì)

根據(jù)上述缺陷，這就要求我們?cè)O(shè)計(jì)一種新型環(huán)保小便池，解決因人們使用小便池時(shí)，站立位置不對(duì)，有尿液滴濺在地上,造成便跡難以清洗，并增加細(xì)菌流動(dòng)，造成細(xì)菌流動(dòng)污染環(huán)境這一問(wèn)題。本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)在于在小便池的外側(cè)增加一塊可收縮的擋板，當(dāng)人們需要上廁所時(shí)，站到規(guī)定位置時(shí)傳感器感應(yīng)到，發(fā)出信號(hào)，控制電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，帶動(dòng)蓋板自動(dòng)收縮，人們就可以使用；當(dāng)使用結(jié)束人離開(kāi)后，傳感器感應(yīng)消失，撤消信號(hào)，控制電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)控制蓋板自動(dòng)放下。

2.1 功能說(shuō)明

1）當(dāng)需要使用時(shí)，人們站到劃線規(guī)定位置，雙腳下兩個(gè)傳感器感應(yīng)到，發(fā)出信號(hào)，控制電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，收起蓋板。不會(huì)影響人們正常使用，又能防止尿液濺出或直接滴在地上,造成便跡難以清掃，并產(chǎn)生細(xì)菌流動(dòng)的現(xiàn)象。

圖1 結(jié)構(gòu)圖

圖2 實(shí)物圖

2）當(dāng)使用結(jié)束時(shí)，人們離開(kāi)劃線位置，雙腳下兩個(gè)傳感器無(wú)感應(yīng)，撤消信號(hào)，控制電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，放下蓋板。

通過(guò)這套系統(tǒng)，就可以很直觀的告訴使用者，他該站立的位置，防止使用小便池時(shí)尿液滴濺，減少細(xì)菌流動(dòng)，起到保護(hù)環(huán)境的作用。

2.2 原理圖（圖1、圖2）及各部件作用說(shuō)明

1）傳感器：檢測(cè)使用者雙腳站立位置是否正確，正確傳感器發(fā)出信號(hào)控制電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；站立位置不正確，傳感器則無(wú)信號(hào)發(fā)出。2）電動(dòng)機(jī)：系統(tǒng)動(dòng)力源裝置，帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)桿。3）轉(zhuǎn)動(dòng)桿：帶動(dòng)蓋板收起和放下。

4）蓋板：限制使用者的站立位置，未在規(guī)定位置，不得使用小便池，遮擋異味。

3 傳感器的選用

傳感器用于檢測(cè)是否有物體存在于傳感器的感應(yīng)范圍內(nèi),并以此作為判斷使用者雙腳是否站立到位。

3.1 性能比較

1）磁性開(kāi)關(guān)，在實(shí)際應(yīng)用中，主要用于檢測(cè)氣缸中活塞的運(yùn)動(dòng)位置，可在被測(cè)物體(如在氣缸的活塞或活塞桿)上安裝磁性物質(zhì)，在氣缸缸筒外面的兩端各安裝一個(gè)磁感應(yīng)式接近開(kāi)關(guān)，就可以用這兩個(gè)傳感器分別標(biāo)識(shí)氣缸運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)極限位置。故不適用于此設(shè)備中。

2）光電接近開(kāi)關(guān)(本文中簡(jiǎn)稱光電開(kāi)關(guān))，通常在環(huán)境條件比較好、無(wú)粉塵污染上的場(chǎng)合下使用。光電開(kāi)關(guān)工作時(shí)對(duì)被測(cè)對(duì)象幾乎無(wú)任何影響。因此，在生產(chǎn)線上被廣泛地使用。通常用于生產(chǎn)線設(shè)備中，用以檢測(cè)是否有物料存在，光電開(kāi)關(guān)就會(huì)感應(yīng)到，發(fā)出信號(hào)，通過(guò)控制程序，就可以利用該信號(hào)狀態(tài)來(lái)判斷出傳送帶或送料機(jī)構(gòu)中有無(wú)物料，從而判斷是否驅(qū)動(dòng)下一機(jī)構(gòu)動(dòng)作。而本文所設(shè)計(jì)的新型環(huán)保小便池工作原理，當(dāng)人們需要上廁所時(shí)，站到規(guī)定位置時(shí)傳感器感應(yīng)到，發(fā)出信號(hào)，控制電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，帶動(dòng)蓋板自動(dòng)收縮，人們就可以使用；當(dāng)使用結(jié)束人離開(kāi)后，傳感器感應(yīng)消失，撤消信號(hào)，控制電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)控制蓋板自動(dòng)放下。所以光電傳感器完全可以滿足以上功能要求。

3）光纖式光電接近開(kāi)關(guān)，光纖式光電開(kāi)關(guān)由光纖檢測(cè)頭、光纖放大器兩部分組成，光纖放大器和光纖檢測(cè)頭是分離的兩部分，光纖檢測(cè)頭的尾端部分分成兩條光纖，使用時(shí)分別插入放大器的兩個(gè)光纖孔。光纖式光電開(kāi)關(guān)的輸出連接至PLC。光纖式光電開(kāi)關(guān)也是光纖傳感器的一種，光纖傳感器傳感部分沒(méi)有電路連接，不產(chǎn)生熱量，只利用很少的光能，這些特點(diǎn)使光纖傳感器成為危險(xiǎn)環(huán)境下的理想選擇。光纖傳感器還可以用于關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備的長(zhǎng)期高可靠性和穩(wěn)定性的監(jiān)視。相對(duì)于傳統(tǒng)傳感器，光纖傳感器具有下述優(yōu)點(diǎn)：抗電磁干擾、可工作于惡劣環(huán)境，傳輸距離遠(yuǎn)，使用壽命長(zhǎng)，此外，由于光纖頭具有較小的體積，所以可以安裝在空間很小的地方。光纖放大器根據(jù)需要來(lái)放置。比如有些生產(chǎn)過(guò)程中煙火、電火花等可能引起爆炸和火災(zāi)，而光能不會(huì)成為火源，不會(huì)引起爆炸和火災(zāi)，所以可以將光纖檢測(cè)頭設(shè)置在危險(xiǎn)場(chǎng)所，將放大器單元設(shè)置在非危險(xiǎn)場(chǎng)所進(jìn)行使用。根據(jù)調(diào)節(jié)的強(qiáng)度，光纖傳感器可以檢測(cè)不同的物品或者檢測(cè)距離，所以光纖傳感器完全可以滿足新型環(huán)保小便池的功能要求。

3.2 價(jià)格比較

1）磁性開(kāi)關(guān)的價(jià)格比較便宜，售價(jià)大概在20-200元之間，常用的大概在30元左右。

2）光電接近開(kāi)關(guān)的價(jià)格，相對(duì)于磁性開(kāi)關(guān)的價(jià)格略高一點(diǎn)，相對(duì)于光纖式光電接近開(kāi)關(guān)的價(jià)格便宜很多。售價(jià)大概在80-300元之間，常用的大概在100元左右。

3）光纖式光電接近開(kāi)關(guān)的價(jià)格最高，售價(jià)大概在300-1800元之間，常用的大概在800元左右。

綜上所述，根據(jù)各類傳感器的性能和價(jià)格的比較，選用光電接近開(kāi)關(guān)(光電式傳感器)，首先光電式傳感器完全可以滿足新型環(huán)保小便池設(shè)計(jì)的功能要求，而且價(jià)格相對(duì)比較便宜，適合批量組裝使用。本設(shè)備選用上海通爾生產(chǎn)型號(hào)為G012-MDNA-A的光電式傳感器，檢測(cè)距離0-200cm。

4 程序設(shè)計(jì)

4.1 PLC可編程邏輯控制器

在機(jī)電一體化設(shè)備中，有一個(gè)可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller,簡(jiǎn)稱PLC)模塊，PLC種類有三菱系列、西門子系列、歐姆龍系列、松下系列，本論文僅以三菱PLC為例來(lái)講解。

圖3 三菱FX2N-48MR結(jié)構(gòu)圖

三菱FX2N-48MR結(jié)構(gòu)圖3所示。它有X0-X7、X10-X17、X20-X27共24個(gè)輸入，Y0-Y7、Y10-Y17、Y20-Y27共24個(gè)輸出組成。三菱FX2N-48MRPLC主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程器組成。

4.2 PLC程序設(shè)計(jì)

1）電氣控制原理圖（圖4）

圖4 電氣控制原理圖

2）I/O 分配表（表 1）

表1 新型環(huán)保小便池I/O分配

3）PLC 程序設(shè)計(jì)（圖 5）

圖5 PLC程序設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的新型環(huán)保便池，當(dāng)人們需要上廁所時(shí)，站到規(guī)定位置時(shí)傳感器感應(yīng)到，發(fā)出信號(hào)，控制電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，帶動(dòng)擋板自動(dòng)收縮，人們就可以使用；當(dāng)使用結(jié)束人離開(kāi)后，傳感器感應(yīng)消失，撤消信號(hào)，控制電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)控制擋板自動(dòng)放下。此套裝置可以解決因人們使用小便池時(shí)，站立位置不對(duì)，有尿液滴濺在地上,造成便跡難以清洗，并增加細(xì)菌流動(dòng)，造成細(xì)菌流動(dòng)污染環(huán)境這一問(wèn)題。本設(shè)計(jì)可以起到提高國(guó)民素質(zhì)，規(guī)范國(guó)民行為習(xí)慣，保護(hù)環(huán)境的作用。

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