王晨，蘇偉峰，陳道來，周子欣，王寧波，鄭國棟，馬浴菁，連慧玉

（1.上海對外經(jīng)貿(mào)大學；2.無錫太湖學院）

1 引言

隨著社會的飛速發(fā)展，我國城市正處于發(fā)展階段，現(xiàn)狀呈現(xiàn)建設規(guī)劃不全面、亟待完善與提升、局部區(qū)域人口密度大、階段性人流密度大等特點。旅游景區(qū)、各大公園、大型商業(yè)街等是任何一級政府注重投入的發(fā)展經(jīng)濟的產(chǎn)業(yè)，也是一個城市重要的名片，但是公共廁所卻成為了讓人詬病的地方，公廁所長期存在的臟亂差，給游客留下了不好的印象。特別在黃金周時間游客扎堆、如廁排隊，幾乎已經(jīng)成為了節(jié)日里的普遍現(xiàn)象。這樣一來嚴重影響了旅客進行二次銷售的欲望。大型體育賽事(國際馬拉松等)、各種大型展會、大型演出等時間短、人流量過大的大型活動[1]。由于公廁數(shù)量少，男女廁所比例不合理[2]，廁所排局不合理等。導致公眾急事不能及時解決，基本需求得不到滿足，大大影響各種賽事、演出及活動的客戶體驗。

2 系統(tǒng)硬件設計方案

2.1 解決方案

2.1.1 對傳統(tǒng)的公廁改造

結合公廁用戶的需求，通過無線通信（ZigBee協(xié)議，Modbus協(xié)議等）、物聯(lián)網(wǎng)（云服務器[3]）、等技術實現(xiàn)公廁的智能通風、智能照明、智能除臭等，以提升公廁服務品質(zhì)、優(yōu)化管理質(zhì)量為目標，從設計、應用、管理上實現(xiàn)線下技術應用及線上可視化管理 。

2.1.2 公廁智慧管理

智慧管理側重于通過各類傳感器技術采集、無線通信傳輸、云平臺存儲，并實現(xiàn)對公廁運營過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行分析和統(tǒng)計，通過監(jiān)控指揮平臺實時進行遠程管控，以實現(xiàn)對公廁的環(huán)境檢測及控制。智慧公廁是將公廁改造和智慧管理兩者有機結合，通過改造公廁基礎設施，提升公廁服務質(zhì)量。通過對公廁各類傳感器數(shù)據(jù)的采集分析可快速發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，為用戶提供良好的如廁環(huán)境。智慧公廁解決方案采用物聯(lián)網(wǎng)技術架構，依托大數(shù)據(jù)、智能傳感、移動互聯(lián)網(wǎng)與 PC 端云計算技術，對公廁服務所涉及的人、物、事進行全過程實時管理。合理設計規(guī)劃公廁管理模式，提升公廁保潔作業(yè)質(zhì)量，降低公廁運營成本，提高應急處理能力，實時掌握一線管理和作業(yè)水平，提高管理效率，為日常經(jīng)營管理和決策提供強有力的數(shù)據(jù)支持[4]。

1）公廁設備

通過人流量計數(shù)攝像頭，采集人流信息，再通過公廁外的顯示器顯示人數(shù)。通過溫濕度傳感器，采集公廁內(nèi)部環(huán)境參數(shù)，從而采取相應措施處理、通過一鍵報警按鈕，改善公廁使用安全性，人體熱感應紅外裝置坑位檢測。同時，采用智能電表、智能水表、智能皂液設備、人臉識別取紙設備。

使用智能除臭設備、除濕設備、智能熱水設備（采用太陽能）、智能照明設備，進行二氧化碳空氣檢測、有毒氣體檢查、PM2.5空氣檢測。

2）公廁現(xiàn)場服務系統(tǒng)

廣告投放，公廁遠程協(xié)助檢修，公廁檢查登記，公廁人流信息顯示，環(huán)境顯示，坑位引導顯示。

3）智慧公廁小程序

公廁狀況遠程監(jiān)測，公廁遠程控制，云端管理平臺。

3 總體設計方案

3.1 傳感器信息采集

該裝置采用的是人體感應熱釋體紅外檢測傳感器HC-SR501，其人體紅外感應模塊 是基于紅外線技術的自動控制產(chǎn)品。靈敏度高、可靠性強、超低功耗，超低電壓工作模式[5]。廣泛應用于各類自動感應電器設備，尤其是干電池供電的自動控制產(chǎn)品，其工作原理是：人進入其感應范圍則輸出高電平，人離開感應范圍則自動延時關閉高電平，輸出低電平。同時可預留光敏控制模塊位置，設置光敏控制，白天或光線強時不感應。

3.2 總體變量數(shù)據(jù)采集模塊

采用485通訊方式，將采集的人流數(shù)據(jù)等傳送到內(nèi)置核心板中，對數(shù)據(jù)進行分析，同時采取一定動作反應，例如排水沖洗等等[6]。通過控制線播控機可以及時發(fā)出播控指令，也可以隨時讀取錄像機、切換臺、還有視頻服務器的狀態(tài)。以上只是播控機房的系統(tǒng)控制圖。上載、總控機房的系統(tǒng)控制大致和這相同。RS422總線、RS485和RS422電路原理基本相同，都是以差動方式發(fā)送和接受，不需要數(shù)字地線。差動工作是同速率條件下傳輸距離遠的根本原因，這正是二者與RS232的根本區(qū)別，因為RS232是單端輸入輸出，雙工工作時至少需要數(shù)字地線、發(fā)送線和接受線三條線(異步傳輸)，還可以加其他控制線完成同步等功能。計算機控制在廣電播控系統(tǒng)中運用會越來越廣泛，而且隨著計算機技術的不斷發(fā)展，智能化也會不斷提高，系統(tǒng)也會更加龐大，這就要求我們能更深入了解計算機的基礎理論，這樣才能更深入的了解系統(tǒng)，維護系統(tǒng)，保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，更好的保障安全 播出。

3.3 技術實現(xiàn)-智能化控水控電設備

3.3.1 傳動方案設計

老式?jīng)_水裝置利用的是浮力構造，利用浮力球帶動的普通杠桿，當注入水槽里的水達到一定高度時，浮力球會帶動杠桿裝置進行沖水工作，但是這種裝置會一直工作，無論是否有人使用廁所。而基于這種裝置，我們進行一定的改進，利用傳感器模塊，使用智能杠桿，對水槽的進出水裝置進行控制。利用同樣的原理，可以對電燈進行控制。

3.3.2 結構設計

綜合考慮，將本裝置設計為三個單元，即控制單元a、信息收集單元b、轉動單元c?？刂茊卧捎脝纹瑱C的操作原理，對硬件層進行定向控制，將各個模塊結合起來，信息收集單元采用的是激光傳感器定向收集使用者的動作狀態(tài)，從而讓控制單元更好的控制轉動模塊，達到一定的目的。

3.3.3 信息收集單元

信息收集單元采用的是兩束激光傳感器A、B，通過安裝在門框的兩束平行的激光傳感器A、B，采集到進入廁所的人，當有人通過門時，傳感器A首先接收到信號，B再次接收到信號，定義為進入；反之，當傳感器B接收到信號，其次A再接收到信號，定義為出去；當傳感器接收到信號時，反饋值給控制的系統(tǒng)，系統(tǒng)再控制轉動裝置。

3.3.4 轉動單元

轉動單元采用的是智能杠桿，通過步進電機控制的杠桿轉動，結合繼電器的步進電機，在中央控制器單片機的控制下，進行一定的轉動，從而控制注水口與出水口的開關。采用5V 1A的步進電機控制杠桿，通過單片機設定好的程序代碼，進行工作，杠桿一端X連接阻水塞，另一端Y連接控制出水口的阻塞，將5V 1A的步進電機安裝在支點處。通過計算使用25cm的杠桿最為省力，降低步進電機的工作環(huán)境要求，并且也保證了使用者的人身安全。

3.3.5 具體流程

1）控水設備

首先設備處于休息狀態(tài)，注水口的阻塞關閉，出水口的懸塞打開。當有使用者通過激光傳感器時，通過信息收集單元，如果當A傳感器接收到信號時，反饋信號給中央控制器，中央控制器給出一個低電平傳輸?shù)娇刂聘軛U的步進電機，通過步進電機控制杠桿端，使X端上拉，Y端下降，系統(tǒng)進行注水工作，（如果可設計另有一種方案，當注水時，B傳感器接收到信號時，智能杠桿控制X端下降Y端上升）延時設置為5min（根據(jù)實地的水槽計算，注滿水所需要的時間），延時過后，中央控制再次給出一個低電平，讓步進電機控制智能杠桿，控制X端下降，Y端上升，進行沖洗工作，沖洗完畢后，即結束一個循環(huán)。

2）控電設備

該設備根據(jù)光線以及人流控制公廁的燈，節(jié)約電力資源的浪費， 當外界已有的光照強度大于室內(nèi)的光照強度時，光敏電阻無限大致使電路實現(xiàn)斷路，人流傳感器保持工作狀態(tài)無法工作，當外界的光照強度較小時，光敏電阻的阻值會減小，使電路導通即處于工作狀態(tài)，電路形成一個閉合環(huán)路，但此時燈的開關并沒有打開，需要人流傳感器的觸發(fā)，才能使電燈點亮。該裝置增加總閥控制電路，把開關設計在對廁所供電的總線上，利于直接控制電的工作，也增加了一定程度的安全性能，避免引起由于電通過水流造成的安全事故。同時，該設備還利用智能電表，采集用電情況，并能及時將數(shù)據(jù)傳遞至智能云端，有利于數(shù)據(jù)的采集和后期分析利用。該設備將市電220V通過變壓器調(diào)至一定的低壓為系統(tǒng)供電，保證了電磁閥門、燈具、傳感器等進行工作。

圖1 控水原理圖解

4 控水的流程原理系統(tǒng)流程圖如圖1所示