程棁

摘 要 為了使人們的生活更舒適、快捷，本團(tuán)隊(duì)研制了單片機(jī)的TDS檢測系統(tǒng)，其能根據(jù)小便槽積水處的電導(dǎo)率變化自動沖廁。有人使用小便槽時，電導(dǎo)率傳感器檢測到小便槽積水的電導(dǎo)率發(fā)生變化，傳送給單片機(jī)處理數(shù)據(jù)后控制步進(jìn)電機(jī)，打開管道水閥，完成小便槽的沖洗。此系統(tǒng)沖洗方式更準(zhǔn)確、先進(jìn)、節(jié)約水資源。并且本系統(tǒng)相對于紅外、壓力感應(yīng)系統(tǒng)的成本更低，具有廣闊的市場前景，能夠很好的運(yùn)用到公廁或家庭衛(wèi)生間。

【關(guān)鍵詞】STC89C52 TDS 電導(dǎo)率 自動沖廁

如廁可以將人身體的雜質(zhì)、毒素排出體外，良好的如廁習(xí)慣可以使人們的身體更加健康?，F(xiàn)有的許多小便槽沖洗方法有很多不足的地方，目前最常見的紅外、壓力感應(yīng)沖廁系統(tǒng)也不能準(zhǔn)確的判斷是否有人使用小便槽。因此，研制出新型、自動化的小便槽沖洗系統(tǒng)勢在必行。

本設(shè)計(jì)基于TDS檢測技術(shù)自制探針，將探針置于小便槽積水處，當(dāng)有人如廁時，根據(jù)檢測小便槽積水處的電導(dǎo)率變化，通過單片機(jī)、繼電器等的工作自動沖洗小便槽。其完全可以克服傳統(tǒng)小便槽的沖洗問題，而且該系統(tǒng)便宜、衛(wèi)生，可以讓人們生活更加高效、便捷，還能節(jié)約水資源。

1 電路分析

實(shí)現(xiàn)過程：基于單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換法自動沖廁組成框圖。采用ADC0832芯片通過A/D轉(zhuǎn)化間接測電導(dǎo)率，把電極和被測溶液等效為電阻，通過ADC0832芯片將被測溶液以電壓的形式讀取，利用TDS檢測技術(shù)并通過單片機(jī)轉(zhuǎn)換為電導(dǎo)率。設(shè)計(jì)中加入溫度補(bǔ)償消除溫度對電導(dǎo)率測量值的影響，顯示電路顯示電導(dǎo)率，報警電路提示沖廁過程，按鍵電路通過單片機(jī)實(shí)現(xiàn)手動沖廁功能。單片機(jī)通過比對數(shù)據(jù)來決定是否打開水泵進(jìn)行沖廁。

主要技術(shù)：TDS檢測技術(shù)

TDS值代表了水中溶解物雜質(zhì)含量，TDS值越大，水中溶解物越多，說明水中的可導(dǎo)電物質(zhì)含量大。通過檢測溶解性總固體（TDS），可以分析水的電導(dǎo)率。電導(dǎo)率是表示物質(zhì)導(dǎo)電性能的物理指標(biāo)。電導(dǎo)率越大物質(zhì)的導(dǎo)電性能越強(qiáng)，相應(yīng)的電阻就越小，反之物質(zhì)導(dǎo)電性能越小，電阻越大，電導(dǎo)率也越小。人體尿液富含礦物質(zhì)，其中鈉離子、鉀離子尤為豐富，使用TDS檢測技術(shù)即可測出可導(dǎo)電物質(zhì)。通過電導(dǎo)率測量電路實(shí)現(xiàn)電壓信號的采集，通過單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并計(jì)算出電導(dǎo)率。

導(dǎo)體的導(dǎo)電能力與導(dǎo)體本身的自由電荷在電場作用下的運(yùn)動有關(guān)，所以其導(dǎo)電能力與導(dǎo)體的性質(zhì)及它的長度和橫截面積有關(guān)。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

硬件電路系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：單片機(jī)最小系統(tǒng)（單片機(jī)、時鐘電路和復(fù)位電路組成）、TDS測量電路（探針、A/D轉(zhuǎn)換）、溫度補(bǔ)償電路、數(shù)碼管顯示電路、水泵控制電路（繼電器、外接電源、執(zhí)行部分）、報警電路及按鍵電路。

2.1 電路圖

如圖1所示。

2.2 TDS檢測電路

測量電路工作原理：通過TDS檢測電路設(shè)計(jì)，結(jié)合ADC0832芯片A/D轉(zhuǎn)換的特點(diǎn)，通過測量液體環(huán)境電壓并利用TDS檢測技術(shù)計(jì)算出電導(dǎo)率。RV1為模擬液體環(huán)境電阻值，即液體環(huán)境電導(dǎo)率變化通過RV1的電阻值變化模擬。RV1左側(cè)和下端為探針兩級，即電導(dǎo)率探針。CH0、CHI并聯(lián)，與GND 端共同構(gòu)成探針兩級，均與RV1連接，CH0、CHI并聯(lián)的探針在RV1左側(cè)，GND 端探針在RV1下端。RV1電阻值變化通過探針將模擬信號以電壓的形式反饋給ADC0832，ADC0832將信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳輸至單片機(jī)。

3 數(shù)據(jù)測量

電導(dǎo)率溫度補(bǔ)償流程如圖2所示。程序開始運(yùn)行，讀取溫度值Temp，將溫度值進(jìn)行區(qū)間比較；當(dāng)1≤Temp<10時，將值帶入Ks=Kt/（0.00169t+0.5583）；當(dāng)10≤Temp<20時，將值帶入Ks=Kt/（0.018t+0.5473）；當(dāng)20≤Temp<30時，將值帶入Ks=Kt/（0.00189t+0.5281）；當(dāng)320≤Temp時，將值帶入Ks=Kt/（0.022t+0.45）。通過相應(yīng)公式求出Ks的值，并將Ks的值賦給K，K帶入TDS求值公式，最后輸出補(bǔ)償后的電導(dǎo)率值。

系統(tǒng)測量數(shù)據(jù)如表1所示。表中使用情況分三種：初始狀態(tài)代表沒有使用小便槽，此時電壓理論值的范圍為4.50-5.00V，水泵狀態(tài)為停止；使用中代表有人使用小便槽，此時電壓理論值的范圍為5.00-2.50V，水泵狀態(tài)為停止；使用后代表使用小便槽結(jié)束后，此時電壓理論值的范圍為0.01-4.50V，水泵狀態(tài)為運(yùn)轉(zhuǎn)。小便槽使用后，通過沖廁恢復(fù)至初始狀態(tài)。

4 結(jié)論

本設(shè)計(jì)基于TDS檢測技術(shù)自制探針，將探針置于小便槽積水處，能根據(jù)檢測小便槽積水處的電導(dǎo)率變化，通過單片機(jī)、繼電器等的工作自動沖洗小便槽。本設(shè)計(jì)使用適當(dāng)?shù)乃瓿尚”悴蹧_洗的同時還通過溫度補(bǔ)償修正更進(jìn)一步讓水資源得到合理的運(yùn)用。而且該系統(tǒng)便宜、衛(wèi)生，可以讓人們生活更加高效、便捷，節(jié)約水資源，具有廣闊的市場前景，能夠很好運(yùn)用到公廁或家庭衛(wèi)生間中。

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作者單位

長江師范學(xué)院 重慶市 408100endprint