佟志博

遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

基于單片機(jī)的智能出水水龍頭的設(shè)計(jì)

佟志博

遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

本文主要圍繞著基于單片機(jī)的智能感應(yīng)式自動(dòng)水龍頭進(jìn)行了設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中包括了硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，主要是介紹單片機(jī)程序設(shè)計(jì)的流程，控制模塊以及鍵盤按鍵模塊。本文設(shè)計(jì)的智能水龍頭，根據(jù)用戶的需求量自動(dòng)排出水量，同時(shí)還能顯示用水量，還具有節(jié)水的功能。

單片機(jī) 智能水龍頭 紅外線

1 引言

傳統(tǒng)意義上的供水的水龍頭是不受任何限制的，這樣從而會(huì)大大地造成資源的極大浪費(fèi)。隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的領(lǐng)先，傳統(tǒng)的水龍頭逐步被感應(yīng)式以及腳碰式和手觸式所代替。在生活中應(yīng)用感應(yīng)式水龍頭在一定程度上會(huì)減少水資源浪費(fèi)，而且還提高衛(wèi)生安全方面保障，但是這種感應(yīng)式水龍頭在一定程度上所投入的資金成本相對(duì)而言比較貴?，F(xiàn)今，關(guān)于自動(dòng)水龍頭不僅是國(guó)內(nèi)，國(guó)外也有很多方面研究，并且取得了一定發(fā)展。

2 系統(tǒng)工作原理

本文設(shè)計(jì)的水龍頭是基于紅外線感應(yīng)式的水龍頭，水龍頭的出水量主要是按照手和水龍頭之間的距離遠(yuǎn)近從而判讀出水量。對(duì)手與水龍頭距離的檢測(cè)需要依靠一個(gè)檢測(cè)元件，該器件的工作原理主要是運(yùn)用到了紅外線，當(dāng)水龍頭在設(shè)定的距離中出現(xiàn)了障礙物，那么障礙物就會(huì)反射出強(qiáng)度不同的紅外線，從而檢測(cè)出障礙物和水龍頭之間的距離，這樣就能夠根據(jù)障礙物對(duì)水龍頭的出水量進(jìn)行控制。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

紅外線測(cè)距傳感器的組成部分包括的部件有發(fā)射紅外信號(hào)的二極管和接收紅外線的二極管，當(dāng)二極管處于工作狀態(tài)的時(shí)候會(huì)根據(jù)紅外信號(hào)頻率的不同而發(fā)射出不同的紅外線。同時(shí)接收紅外線的二級(jí)管會(huì)接收產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的頻率的信號(hào)，當(dāng)檢測(cè)方向中有障礙物產(chǎn)生的時(shí)候，紅外信號(hào)就會(huì)處于發(fā)射的狀態(tài)中，而且這時(shí)需要依靠接收二級(jí)管實(shí)現(xiàn)接收紅外信號(hào)，接著就會(huì)通過數(shù)字傳感器的接口將信號(hào)發(fā)送給單片機(jī)，最終經(jīng)過其他方面對(duì)信號(hào)控制處理。

圖2 總體電路圖

3 系統(tǒng)電路圖

本文主要是圍繞著基于單片機(jī)對(duì)水龍頭展開控制的智能出水水龍頭的設(shè)計(jì)。總體電路圖如圖2所示。

4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)模塊

4.1 單片機(jī)控制模塊

單片機(jī)選擇的模型是STC89SC52。根據(jù)單片機(jī)自身的定時(shí)以及計(jì)數(shù)器在中斷定時(shí)配合延時(shí)程序從而完成對(duì)時(shí)間準(zhǔn)確地確定以及延時(shí)等功能。當(dāng)通過單片機(jī)對(duì)電磁閥進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的時(shí)候，1/0接口和繼電器就要連接一個(gè)uLN2003AN的驅(qū)動(dòng)電路。單片機(jī)的I/O接口電路如圖3所示。

圖3 單片機(jī)的I/O接口電路圖

4.2 鍵盤模塊

系統(tǒng)中按鍵一共有10個(gè)，分別表示的數(shù)字是從0到9，此外還包括了6個(gè)功能按鍵。鍵盤模塊中的矩陣為4*4，選用中斷掃描的方式實(shí)現(xiàn)。如果在錯(cuò)誤地按下鍵盤按鍵的時(shí)候，會(huì)使得鍵盤掃描出現(xiàn)錯(cuò)誤。鍵盤按鍵功能表如表1所示。

4.3 紅外發(fā)射電路

紅外發(fā)射電路選擇的發(fā)射管型號(hào)是TCRT5000傳感器，這個(gè)發(fā)射管的組成部分主要是包括了高發(fā)射功率紅外光電二極管，當(dāng)電路中的電源接通了以后，單片機(jī)就會(huì)將低電平發(fā)送到電路中去，接著紅外光脈沖就會(huì)沒隔0.5秒的時(shí)間發(fā)送的進(jìn)行紅外線的發(fā)射。

4.4 紅外接收電路

在紅外的接收電路中，電路中能對(duì)紅外線進(jìn)行接收，通過檢測(cè)器紅外光敏三極管能夠讓器件形成的受光區(qū)域范圍達(dá)到最大。將電濾波添加到放大器端中，能夠減小低頻區(qū)域以及高頻區(qū)域受到的干擾。檢測(cè)數(shù)據(jù)的時(shí)候通常選擇的器件是峰值檢測(cè)器。水流傳感器中的發(fā)出的脈沖信號(hào)會(huì)發(fā)送給單片機(jī)進(jìn)行處理，根據(jù)處理的結(jié)果對(duì)電磁閥閥門開關(guān)的控制，從而智能控制水流。

4.5 紅外收發(fā)模塊

在紅外收發(fā)的模塊中運(yùn)用的是紅外發(fā)射和紅外接收集成起來，該模塊中所包括的電路有紅外發(fā)射電路以及實(shí)現(xiàn)信號(hào)接收和放大處理的電路。如果信號(hào)線的輸出端為高電平，那么將固定頻率的紅外線發(fā)出之后，如果該紅外線遇到了障礙物，接收電路就會(huì)將障礙物發(fā)射回來的信號(hào)經(jīng)過放大電路處理，最終實(shí)現(xiàn)了輸出端的電平為低電平。

5 單片機(jī)程序設(shè)計(jì)的流程圖

單片機(jī)程序設(shè)計(jì)流程圖如圖4所示。

圖4 單片機(jī)程序設(shè)計(jì)流程圖

結(jié)語：本文設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)的智能水龍頭，實(shí)現(xiàn)了水龍頭根據(jù)用戶的需求量自動(dòng)排出水量，同時(shí)還能顯示用水量，系統(tǒng)中還運(yùn)用了紅外線，當(dāng)在規(guī)定的范圍之內(nèi)障礙物的時(shí)候，水龍頭會(huì)排出水。本文設(shè)計(jì)的水龍頭在很大程度上節(jié)省了水，對(duì)于節(jié)約資源以及環(huán)保方面有著很大的理論意義和實(shí)踐意義。但是由于材料的限制，還無法實(shí)現(xiàn)該水龍頭可以適應(yīng)不同溫度以及不同流體的場(chǎng)合。

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表1 按鍵功能表