王立忠+鄭闖

摘 要：目前，我學(xué)院的蹲式廁所 采用定時(shí)沖水的方式，工作效率較低，浪費(fèi)水資源。文章介紹的是一款以熱釋電紅外傳感器為檢測(cè)手段、電磁閥為沖水執(zhí)行器，基于89S51單片機(jī)控制的公廁自動(dòng)沖水系統(tǒng)。該系統(tǒng)經(jīng)實(shí)驗(yàn)和測(cè)試，已經(jīng)應(yīng)用于一處公廁。

關(guān)鍵詞：89S52；單片機(jī)；節(jié)水系統(tǒng)

1 概述

目前，我院教學(xué)樓的公廁蹲位沖水采用定時(shí)沖水方式，即根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，記錄人流密集時(shí)間點(diǎn)，將沖水時(shí)間點(diǎn)輸入到定時(shí)器中，待設(shè)定時(shí)間到開始沖水。這樣的沖水方式具有一定的弊端，比如有時(shí)學(xué)生較少，也進(jìn)行沖水，浪費(fèi)水資源；每次重新設(shè)定時(shí)間比較復(fù)雜，耗費(fèi)人力。為節(jié)約水資源，同時(shí)更高效地沖水，故設(shè)計(jì)一款依靠檢測(cè)如廁人員流量的系統(tǒng)進(jìn)行沖水作業(yè)，實(shí)現(xiàn)人多多沖，人少少?zèng)_的控制目的。本設(shè)計(jì)采用熱釋電傳感器作為人員流量信息采集傳感器，將采集的信息傳送至89S52單片機(jī)內(nèi)進(jìn)行計(jì)算和處理，再通過(guò)單片機(jī)控制電磁閥動(dòng)作以實(shí)現(xiàn)沖水。

2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本文介紹的公廁自動(dòng)沖水系統(tǒng)由89S52單片機(jī)、熱釋電紅外傳感器、電磁閥驅(qū)動(dòng)電路和電磁閥構(gòu)成。熱釋電紅外傳感器用來(lái)檢測(cè)如廁人流量，每次有人經(jīng)過(guò)都會(huì)記錄一個(gè)脈沖信號(hào)，并將該脈沖信號(hào)傳送給單片機(jī)內(nèi)進(jìn)行計(jì)數(shù)處理；單片機(jī)經(jīng)過(guò)特定程序算法的計(jì)算，通過(guò)對(duì)比記錄沖水設(shè)定值，從而向電磁閥驅(qū)動(dòng)線路發(fā)送沖水信號(hào)，帶動(dòng)電磁閥進(jìn)行沖水動(dòng)作。如圖1所示，為系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

3 系統(tǒng)特點(diǎn)

本系統(tǒng)中，應(yīng)用單片機(jī)可以提高系統(tǒng)的魯棒性，對(duì)比以往固定時(shí)間沖水，單片機(jī)具有掉電后程序不消失的特點(diǎn)，即斷電后不需人工重新設(shè)定沖水時(shí)間和頻率。此外，系統(tǒng)設(shè)定中除了按照人流量沖水外，可以分別設(shè)定幾個(gè)時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行固定時(shí)間沖水，這樣提高了沖水效率。

同時(shí)，單片機(jī)的程序更新方法簡(jiǎn)便易操作，只需在計(jì)算機(jī)重新下載程序后將單片機(jī)裝回原電路中即可，而且程序算法較簡(jiǎn)便，可以根據(jù)不同的實(shí)際情況更改沖水頻率和時(shí)間點(diǎn)，增加了系統(tǒng)的適應(yīng)性，可以方便應(yīng)用于其他任何類似公廁中，易產(chǎn)品化。

4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)中的熱釋電紅外傳感器供電電壓為直流5V，是本系統(tǒng)的前向通道，即檢測(cè)部分，該部分采用成品傳感器模塊，直接將輸出信號(hào)端連接至單片機(jī)的輸入/輸出接口。系統(tǒng)中的控制核心采用89S52單片機(jī)，其最小系統(tǒng)電路中設(shè)計(jì)了復(fù)位電路、晶振電路。為節(jié)約成本，單片機(jī)下載電路沒(méi)有制作在PCB中，在更新程序時(shí)，只需將芯片卸下后在開發(fā)板中重新更新程序即可。電磁驅(qū)動(dòng)模塊的作用是將單片機(jī)信號(hào)級(jí)別的電流放大，從而驅(qū)動(dòng)交流220V的電磁閥。為控制設(shè)計(jì)成本，電磁閥選用公廁原有電磁閥，經(jīng)一定改造后，與電磁閥驅(qū)動(dòng)電路連接。如圖2所示為系統(tǒng)電路圖。

5 節(jié)水系統(tǒng)效果

在改造前，教師在周一至周五對(duì)目標(biāo)公廁的沖水頻率進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和記錄，對(duì)比改造后同一公廁同一時(shí)間段的沖水頻率數(shù)據(jù)，新的自動(dòng)沖水系統(tǒng)確實(shí)達(dá)到了節(jié)水的目的，同時(shí)清潔程度也比以往有所加強(qiáng)。數(shù)據(jù)對(duì)比如表1所示。通過(guò)數(shù)據(jù)可以看出，改造后日平均耗水量約為1.4噸，較改造前日耗水量4.8噸每日節(jié)省水資源接近四分之三，大大節(jié)約了水資源，達(dá)到了改造目的。

6 軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用C語(yǔ)言對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編程。程序中需要設(shè)定一個(gè)定時(shí)模塊，用于記錄如廁人員進(jìn)入廁所的時(shí)間間隔。定時(shí)模塊中用單片機(jī)內(nèi)部的T1定時(shí)器，初始化一個(gè)1ms中斷程序，在中斷函數(shù)中對(duì)時(shí)間進(jìn)行累加計(jì)算和判斷。程序中對(duì)熱釋電紅外傳感器的脈沖信號(hào)采用外部觸發(fā)中斷的捕捉形式，設(shè)定一個(gè)外部觸發(fā)中斷，設(shè)置IT0=1，捕捉下降沿，在外部觸發(fā)中斷函數(shù)中進(jìn)行計(jì)數(shù)，并判斷人數(shù)和計(jì)時(shí)，最終確定何時(shí)沖水和沖水次數(shù)。最后，為了方便今后修改沖水頻率和調(diào)整沖水時(shí)間點(diǎn)，編寫的程序比較易讀易改，可以根據(jù)不同公廁實(shí)際情況設(shè)置新的沖水策略，易于產(chǎn)品化。

7 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)理論分析、電路設(shè)計(jì)和焊接制作、程序編寫調(diào)試及最終實(shí)地測(cè)試，該公廁自動(dòng)沖水系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)目的，實(shí)現(xiàn)了根據(jù)如廁人員的流量進(jìn)行沖水的目的，并根據(jù)兩周對(duì)水量使用的監(jiān)測(cè)記錄，實(shí)現(xiàn)了節(jié)水的目的。今后，將對(duì)該公廁自動(dòng)沖水系統(tǒng)進(jìn)一步完善，逐步取代我校內(nèi)所有公廁原有的定時(shí)重水系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水資源的節(jié)約目的。

參考文獻(xiàn)

[1]袁文鳳，黃夢(mèng)真.基于單片機(jī)的蹲式廁所節(jié)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].科技咨詢，2014（29）：70.

[2]黃磊，王平，胡慧慧.基于PIC單片機(jī)的智能公廁自動(dòng)沖水裝置設(shè)計(jì)[J].節(jié)能，2005（4）：45.

[3]顏麗娜，鐘承堯，張鐵民.基于STC單片機(jī)洗手間自動(dòng)沖水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].海南師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）2013，26（2）：161-163.