岳秀明

摘 要：本系統(tǒng)突出衛(wèi)生間的人性化智能控制，其具有可靠、穩(wěn)定、無操作的特點。系統(tǒng)采用ATmega328P單片機(jī)為核心的Arduino UNO R3開發(fā)板作為實現(xiàn)平臺，通過傳感器采集空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)、人員進(jìn)出數(shù)量、如廁時間的數(shù)據(jù)。可以方便快捷的進(jìn)行衛(wèi)生間排氣通風(fēng)、照明控制、沖水控制。設(shè)計節(jié)省了平均使用時間，減少資源浪費，能夠有效的實現(xiàn)節(jié)約能源的目的。

關(guān)鍵詞：智能控制;排氣通風(fēng);照明控制;沖水控制

1 緒論

在日常生活中，衛(wèi)生間是常用場所，尤其是公共衛(wèi)生間，更是解決了人們?nèi)粘３鲂兄须y免要遭遇的尷尬之急，但是公共衛(wèi)生間卻存在著許多衛(wèi)生問題。以校園衛(wèi)生間為例，大部分都存在著大小便不沖、味道難聞、排氣不通、照明設(shè)施故障等諸多問題。

隨著智能化技術(shù)的快速發(fā)展，智能控制在衛(wèi)生間應(yīng)用也發(fā)揮作用，對于衛(wèi)生間照明用電，沖水實現(xiàn)了精確控制，實現(xiàn)了節(jié)約用水用電。本衛(wèi)生間智能控制系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)是能實現(xiàn)大幅度的減少燈具的使用時間和能源消耗，相對于普通的照明系統(tǒng)，至少可以節(jié)約20%～25%的資源需求，減少家庭和學(xué)校、醫(yī)院、公共衛(wèi)生間等大型場合的電費支出。同時，排氣系統(tǒng)能達(dá)到保證空氣暢通，衛(wèi)生間無異味，減少衛(wèi)生間細(xì)菌傳染，滿足人們對于衛(wèi)生間里干凈、清潔要求，同時提高公共衛(wèi)生間的管理維護(hù)效率的要求。

2 智能控制系統(tǒng)的總體設(shè)計思路

2.1 ?衛(wèi)生間控制系統(tǒng)現(xiàn)狀

目前國內(nèi)外衛(wèi)生間照明控制的基本方式有區(qū)域控制、網(wǎng)絡(luò)控制、點控制、節(jié)能控制等。如在學(xué)校教學(xué)樓的公共廁所使用時間基本是白天，照明是手動點控制開關(guān)，沖水為手壓式壓力沖水閥，沒有排氣扇。而宿舍衛(wèi)生間使用時間為全天，照明是區(qū)域控制，由宿管電箱控制，沖水為手壓式壓力沖水閥，沒有安裝排氣扇。

通過研究照明、排氣、沖水等存在問題，得出需要解決的幾個關(guān)鍵問題主要包括傳感器采集數(shù)據(jù)參數(shù)干擾問題、數(shù)據(jù)傳輸問題、如何實現(xiàn)弱電路對強(qiáng)電路的進(jìn)行控制的問題、照明燈具的開關(guān)兼容手動自動措施、如何實現(xiàn)智能化，解決以上關(guān)鍵問題是本系統(tǒng)設(shè)計的主要目標(biāo)。

2.2 ?衛(wèi)生間智能控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

該智能控制系統(tǒng)主要組成部分有輸入單元、系統(tǒng)單元[2]和輸出單元。輸入單元即是傳感器對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，然后轉(zhuǎn)換為電信號進(jìn)行傳輸。系統(tǒng)單元是單片機(jī)處理輸入單元的信號，經(jīng)過處理得到的反饋。輸出單元是接收系統(tǒng)單元的處理指令，然后作出相應(yīng)的控制。

通常情況下，高校衛(wèi)生間控制系統(tǒng)主要是保障人走燈滅通風(fēng)，如果有人進(jìn)入衛(wèi)生間，通過門時會觸感傳感器，微處理器根據(jù)信號的不同，可以判斷是有人進(jìn)去還是有人出來，統(tǒng)計進(jìn)出的人數(shù)差，判斷這個值是否等于0來打開或者是關(guān)閉照明。超聲波傳感器監(jiān)測人如廁時間，通過時間來確定沖水閥打開時間，從而達(dá)到節(jié)約用水的目的。氨氣傳感器和煙霧傳感器用來監(jiān)測衛(wèi)生間空氣問題，當(dāng)氨氣濃度大于預(yù)設(shè)值時，打開排氣扇;當(dāng)煙霧濃度達(dá)到預(yù)設(shè)值時，打開排氣扇;根據(jù)兩個信號時或的關(guān)系，當(dāng)有一個滿足條件時，就打開排氣扇，進(jìn)行衛(wèi)生間通風(fēng)。

2.3 ?實現(xiàn)智能化的途徑和解決方案

在衛(wèi)生間智能控制系統(tǒng)設(shè)計中，主要考慮到了節(jié)能環(huán)保、方便快捷兩方面因素，對衛(wèi)生間照明排氣沖水進(jìn)行系統(tǒng)性的改造，做到系統(tǒng)能高效利用能源，最低限度的能源實現(xiàn)衛(wèi)生間照明，空氣暢通以及節(jié)約用水。在保證照明質(zhì)量的同時，有效的避免能源的浪費。

衛(wèi)生間智能控制系統(tǒng)主要由中央控制單元、門口數(shù)量檢測單元[3]、空氣監(jiān)測單元、燈光控制單元、排氣通風(fēng)控制單元、智能沖水閥這幾部分組成。

在本系統(tǒng)中，每個單獨的衛(wèi)生間都會有一個中央處理器[4]，采用的是國產(chǎn)的Arduino UNO R3，低功耗高性能以ATmega328為核心的單片機(jī)，主要組成部分有復(fù)位按鈕、外接電源孔、自動保險絲，其中傳感器[5]將數(shù)據(jù)輸入單片機(jī)，單片機(jī)將數(shù)據(jù)采集起來并且存儲，通過內(nèi)置時鐘和燒寫的程序進(jìn)行處理，然后將處理結(jié)果發(fā)送到繼電器實現(xiàn)低電壓控制市電的操作。

3 系統(tǒng)調(diào)試及問題分析

3.1 ?系統(tǒng)調(diào)試

靜態(tài)調(diào)試：對于硬件電路進(jìn)行檢測，檢測是否有未連接的部分，焊口是否牢固等。同時用萬用表進(jìn)行電路檢查，開路、短路的地方是否滿足要求，電源地線是否達(dá)到要求等。繼電器是否符合相關(guān)工藝規(guī)范。

軟件調(diào)試：Arduino的語言是建立在C/C++基礎(chǔ)上的，其實也就是基礎(chǔ)的C語言。

用C語言進(jìn)行衛(wèi)生間智能控制系統(tǒng)的開發(fā)，當(dāng)軟件編寫完成之后，在Virtual Breadboard軟件當(dāng)中進(jìn)行系統(tǒng)運行，實現(xiàn)軟件的程序檢查調(diào)試。通過Virtual Breadboard軟件進(jìn)行具體的調(diào)試。

動態(tài)調(diào)試：當(dāng)軟件調(diào)試完成之后，把程序燒寫在單片機(jī)上，然后進(jìn)行實際調(diào)試。通過實際檢查，發(fā)現(xiàn)一些邏輯過程當(dāng)中的問題。

3.2 ?出現(xiàn)的問題及分析解決

問題1：在環(huán)境光滿足衛(wèi)生間自用時，系統(tǒng)仍在工作。

分析解決：在戶外設(shè)置幾個光照強(qiáng)度傳感器，通過參考室內(nèi)戶外光差設(shè)置補償參數(shù)，根據(jù)室內(nèi)光照不滿足使用時的參數(shù)作為對照量，當(dāng)環(huán)境光不滿足衛(wèi)生間自用時，進(jìn)行工作。

問題2：門口的計數(shù)裝置是由2個光點傳感器組合實現(xiàn)的方向判斷，當(dāng)門口有同時進(jìn)出的2個人，可能會出現(xiàn)邏輯判斷錯誤，將本來一個一進(jìn)一出判斷為兩出或者兩進(jìn)。

分析解決：問題待定，暫時只有增加其他傳感器進(jìn)行判別。

問題3：熱釋電傳感器會在人不動的時候檢測不到。

分析解決：熱釋電傳感器就和青蛙眼一樣，只能識別活動的物體，當(dāng)人有很小的一段時間動作低于熱釋電檢測的距離時，傳感器便會返回一個無人的參數(shù)，不是很準(zhǔn)確，已經(jīng)更換為超聲波傳感器。

4 總結(jié)

該系統(tǒng)突出人性化的智能控制，具有可靠、穩(wěn)定、無操作的特點。以ATMEGA328單片機(jī)為核心的Arduino UNO R3開發(fā)板作為開發(fā)平臺，實時監(jiān)測光電紅外信號、時鐘信號、煙霧傳感器信號、氨氣傳感器信號以及熱釋電紅外信號，智能控制衛(wèi)生間設(shè)備，合理有效解決各類大、中專院校的衛(wèi)生間光照、沖水和異味問題，具有重要的使用價值和現(xiàn)實意義。

參考文獻(xiàn)

[1]王嘉.基于用戶行為的智能衛(wèi)浴產(chǎn)品設(shè)計研究[D].大連：大連理工大學(xué)，2016.

[2]王少軍.智能控制及其在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].綠色環(huán)保建材，2018（06）：224.

[3]賈興丹，萬秋華，于海.光電編碼器測速方法現(xiàn)狀與展望[J].儀表技術(shù)與傳感

（作者單位：山東協(xié)和學(xué)院）