蔣求生 周 姣
湘潭醫(yī)衛(wèi)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,湖南 湘潭 411102
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環(huán)保廁所智能控制器研究*
蔣求生 周 姣
湘潭醫(yī)衛(wèi)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,湖南 湘潭 411102
打包廁所是一種簡(jiǎn)便的環(huán)保廁所,智能控制器由人體紅外感應(yīng)器、指示燈、打包按鈕、袋滿檢測(cè)器、微電腦、背景音樂(lè)、步進(jìn)電機(jī)、排氣風(fēng)扇、照明燈等構(gòu)成,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別,自動(dòng)打包、自動(dòng)處理,可營(yíng)造舒適的如廁環(huán)境。
環(huán)保廁所;控制器;微電腦
目前市面上的打包廁所主要是機(jī)械式打包廁所,一般為腳踏式自動(dòng)打包更換塑料袋,適用于戶外施工、臨時(shí)集會(huì)等場(chǎng)所,具有不用水、不用電、不排污等特點(diǎn)。但使用環(huán)境簡(jiǎn)陋,通風(fēng)、照明、打包均需手動(dòng)操作,使用情況表明,由于有人沒(méi)有踩踏板導(dǎo)致系統(tǒng)不打包,廁所異味很重。針對(duì)這一情況,設(shè)計(jì)全自動(dòng)打包廁所控制器。
如圖1所示,打包廁所智能控制器由人體紅外感應(yīng)器2、打包按鈕5、袋滿監(jiān)測(cè)器6作為系統(tǒng)輸入與微電腦控制器1連接,指示燈4、顯示屏3、背景音樂(lè)10、步進(jìn)電機(jī)9、排氣扇8、照明燈7作為系統(tǒng)的輸出與微電腦控制器1連接,電源11與微控制連接為系統(tǒng)供電。如圖2所示,微電腦控制器1由輸入信號(hào)處理模塊電路板12、單片機(jī)控制電路板13、語(yǔ)音模塊電路板14、驅(qū)動(dòng)模塊電路板15構(gòu)成。如圖3所示,輸入信號(hào)處理模塊電路板12由紅外傳感器接口16、按鈕接口21、袋滿傳感器接口17、按鈕信號(hào)識(shí)別及整形電路18、人體紅外信號(hào)識(shí)別及整形電路19、袋滿信號(hào)識(shí)別及整形電路20、輸入信號(hào)接口22構(gòu)成。如圖4所示,驅(qū)動(dòng)模塊電路板15由照明燈接口23、步進(jìn)電機(jī)接口24、指示燈接口25、排氣扇接口26、照明驅(qū)動(dòng)電路27、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路28、指示燈驅(qū)動(dòng)電路29、排氣扇驅(qū)動(dòng)電路30、驅(qū)動(dòng)信號(hào)接口31構(gòu)成。如圖5所示,單片機(jī)控制電路板由通訊端口32、LCD顯示接口34、輸入模塊接口34、驅(qū)動(dòng)模塊接口35、電源轉(zhuǎn)換及濾波電路36、單片機(jī)最小系統(tǒng)37、濕度監(jiān)測(cè)電路38、溫度監(jiān)測(cè)電路39、萬(wàn)年歷電路40、語(yǔ)音模塊接口41構(gòu)成。
圖1 系統(tǒng)構(gòu)成圖
圖2 微電腦控制器構(gòu)成圖
當(dāng)如廁者打開(kāi)廁所門(mén),進(jìn)入廁所時(shí),系統(tǒng)的紅外人體探測(cè)器2能感應(yīng)到人體信號(hào)并發(fā)送給微電腦控制器1,微電腦控制器1接到人體探測(cè)信號(hào)后同時(shí)啟動(dòng)照明燈、排氣扇進(jìn)行換氣,啟動(dòng)語(yǔ)音系統(tǒng)先播放歡迎語(yǔ),然后播放舒緩的背景音樂(lè)營(yíng)造舒適的如廁環(huán)境,同時(shí)指示燈4變綠表示系統(tǒng)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài),當(dāng)如廁者方便完后,按動(dòng)一下打包按鈕,系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)打包廁程序,控制步進(jìn)電機(jī)9旋轉(zhuǎn)1圈,進(jìn)而帶動(dòng)打包機(jī)構(gòu)進(jìn)行一次打包動(dòng)作,并進(jìn)行計(jì)次,當(dāng)如廁者開(kāi)門(mén)離開(kāi)廁所時(shí),系統(tǒng)通過(guò)紅外人體探測(cè)器感測(cè)后,播放致謝語(yǔ),然后自動(dòng)關(guān)閉照明與排氣以及背景音樂(lè),指示燈回到紅燈待機(jī)狀態(tài)。
圖3 輸入信號(hào)處理模塊電路板構(gòu)成圖
圖4 驅(qū)動(dòng)模塊電路板構(gòu)成圖
圖5 單片機(jī)控制電路板構(gòu)成圖
輸入信號(hào)處理模塊電路的工作為,當(dāng)打包按鈕5按下時(shí),在按鈕接
口21上體現(xiàn)一個(gè)短路信號(hào),通過(guò)按鈕信號(hào)識(shí)別及整形電路產(chǎn)生一個(gè)單片機(jī)能識(shí)別的可靠的打包信號(hào)通過(guò)輸入信號(hào)接口22送給單片機(jī)控制電路板13;當(dāng)人體進(jìn)入廁所時(shí),人體紅外感應(yīng)圈2通過(guò)紅外傳感器接口16將感應(yīng)到的電信號(hào)傳給輸入信號(hào)處理模塊電路板12,進(jìn)行人體紅外信號(hào)識(shí)別及整形處理,在通過(guò)輸入信號(hào)接口22送給單片機(jī);當(dāng)袋滿時(shí),由于機(jī)械牽引的原理改變袋滿傳感器的狀態(tài),傳感器通過(guò)袋滿傳感器接口17將信號(hào)送入到輸入信號(hào)處理模塊電路板12,進(jìn)行袋滿信號(hào)識(shí)別及整形處理,繼而通過(guò)輸入信號(hào)接口22送入單片機(jī)進(jìn)行處理。
系統(tǒng)的照明燈工作流程為單片機(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng)信號(hào)接口31發(fā)送驅(qū)動(dòng)電平信號(hào)給照明燈驅(qū)動(dòng)電路27,通過(guò)控制相應(yīng)的繼電器的通斷控制連接在照明燈接口23上的燈;系統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)工作流程為單片機(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng)信號(hào)接口31發(fā)送信號(hào)給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路28,通過(guò)控制相應(yīng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的PWM信號(hào)控制連接在步進(jìn)電機(jī)接口24上的步進(jìn)電機(jī);系統(tǒng)的排氣扇工作流程為單片機(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng)信號(hào)接口31發(fā)送驅(qū)動(dòng)電平信號(hào)給排氣扇驅(qū)動(dòng)電路30,通過(guò)相應(yīng)繼電器的通斷控制連接在排氣扇接口26上的排氣扇;系統(tǒng)的指示燈工作流程為單片機(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng)信號(hào)接口31發(fā)送驅(qū)動(dòng)電平信號(hào)給指示燈驅(qū)動(dòng)電路29,通過(guò)相應(yīng)繼電器的通斷控制連接在指示燈接口25上的指示燈,沒(méi)人如廁時(shí),亮紅燈表示廁所待機(jī)狀態(tài),有人如廁時(shí)亮綠燈,表示廁所處于工作狀態(tài)中,當(dāng)袋滿需換袋時(shí),系統(tǒng)亮黃燈并閃爍,表示系統(tǒng)能夠進(jìn)入報(bào)警狀態(tài);
單片機(jī)最小系統(tǒng)37通過(guò)溫度檢測(cè)電路38、濕度檢測(cè)電路39、萬(wàn)年歷電路40以及輸入模塊接口34將相應(yīng)的溫度、濕度、時(shí)間、使用計(jì)次狀態(tài)等信息通過(guò)LCD顯示接口33在顯示屏3上進(jìn)行顯示。打包廁所智能控制器的電源轉(zhuǎn)換及濾波電路36,將市電220V轉(zhuǎn)換成為單片機(jī)、LCD、濕度檢測(cè)、溫度檢測(cè)、萬(wàn)年歷、語(yǔ)音模塊需要的+5V電壓,轉(zhuǎn)換成指示燈和步進(jìn)電機(jī)所需的24V。打包廁所智能控制器的地單片機(jī)控制電路板13上的通訊端口32用于通過(guò)USB通訊線與上位機(jī)通訊,對(duì)控制器進(jìn)行初始化處理,以及故障檢測(cè)。打包廁所智能控制器的地單片機(jī)控制電路板13上的溫度檢測(cè)電路39的核心元件為DS18B20,萬(wàn)年歷電路40的核心元件為DS1302,濕度檢測(cè)電路38的核心元件為DHT11。
通過(guò)打包的方式收集大小便,可節(jié)約水資源,實(shí)現(xiàn)資源有機(jī)化再利用。通過(guò)人體感應(yīng)器進(jìn)行系統(tǒng)識(shí)別與自動(dòng)化控制,提高了系統(tǒng)的可靠性與實(shí)用性、舒適性。通過(guò)自動(dòng)感應(yīng)的方式控制照明與排氣,可節(jié)能。通過(guò)自動(dòng)控制并播放令人舒適的背景音樂(lè),可給如廁者帶來(lái)舒適感,提高了系統(tǒng)的性能。
[1]牛珊珊.城市臨時(shí)性可移動(dòng)廁所設(shè)計(jì)研究[D].合肥工業(yè)大學(xué),2015.
[2]周燕,梅小樂(lè),杜兵.國(guó)內(nèi)外生態(tài)廁所類(lèi)型分析及其應(yīng)用研究[J].北方環(huán)境,2013(06).
[3]陳潤(rùn)東.智能型生態(tài)廁所的綠色研究和開(kāi)發(fā)[D].安徽理工大學(xué),2012.
*湖南省教育廳科研項(xiàng)目“基于厭氧-好氧組合工藝的生態(tài)環(huán)保廁所研究”(編號(hào):14C1112)。
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