安心馬桶應(yīng)用及關(guān)鍵技術(shù)

趙建偉 宋炳強 劉 歡

德州學(xué)院機電工程學(xué)院

實現(xiàn)馬桶自動進行開啟、沖水、加熱坐墊圈、換坐墊等功能，方便衛(wèi)生，更能達到預(yù)防馬桶傳染疾病的功能，本文從清潔生活、保障人體健康的基本概念出發(fā)，探討其在應(yīng)用中所需要用到的關(guān)鍵技術(shù)以及進一步提升衛(wèi)生條件的必要性，希望能夠為改善如廁條件提供一些參考意見。

隨著生活條件的改善，坐式馬桶成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚慕M成部分，但是馬桶的衛(wèi)生安全問題卻一直困擾著我們。使用馬桶時，身體和有毒物質(zhì)之間形成了一個封閉空間，接觸時間長了，這些毒氣會引發(fā)痔瘡、肛門炎、慢性陰道炎，甚至宮頸癌等婦科腫瘤；沖水時馬桶蓋打開，馬桶內(nèi)的瞬間氣旋最高可以將致病菌帶到6 米高的空中，還會污染牙刷、漱口杯、毛巾等用品，并通過它們進入口腔和呼吸道；公用不潔馬桶會導(dǎo)致諸如皮膚病（毛囊炎、體癬等）、婦科病等傳染病的感染。雖然坐墊可以在一定程度上減少共用馬桶帶來的危害，但是人們由于疏忽，懶惰或換坐墊不衛(wèi)生等原因?qū)ψ鴫|的利用率不高，由此帶來嚴重的健康問題。為此我們設(shè)計了安心馬桶，安心馬桶保留了傳統(tǒng)坐式馬桶的樣式，在傳統(tǒng)馬桶的基礎(chǔ)上增加了自動開啟馬桶、沖水、加熱，換坐墊和自動排氣的功能。其最主要的目的是改善如廁條件，從而進一步達到預(yù)防馬桶傳染疾病的功能，讓人們的如廁更加安心，更加健康。安心馬桶，將多種功能的簡易操作方式融為一體，使馬桶的使用進入自動化、零接觸狀態(tài)，排氣扇可設(shè)置時間間隔自動排氣，能夠有效防止有毒氣體積攢。

安心馬桶基本內(nèi)容

安心馬桶實現(xiàn)了人與馬桶的零接觸。馬桶開關(guān)為兩個固定在墻壁上的熱釋電傳感器，可以檢測到人體的經(jīng)過。把熱釋電傳感器固定在墻壁，并把感應(yīng)區(qū)豎直向下，這樣可以避免人經(jīng)過馬桶時馬桶打開，只有人手在感應(yīng)區(qū)劃過時馬桶才接收到有效信息，實現(xiàn)馬桶的開啟。兩個開關(guān)分別為小便感應(yīng)區(qū)和大便感應(yīng)區(qū)，手在小便感應(yīng)區(qū)劃過，安裝在馬桶內(nèi)的排氣扇開啟，排出馬桶內(nèi)氣體，馬桶蓋和馬桶圈會同時打開，人離開后自動蓋好并沖水；當(dāng)在大便感應(yīng)區(qū)劃過時，通過排氣扇排出馬桶內(nèi)氣體，馬桶蓋自動打開，馬桶圈自動換取一次性坐墊（市面上普遍可買到的普通一次性坐墊），人離開后自動關(guān)閉馬桶蓋并沖水，排氣扇可設(shè)置時間間隔自動排氣，防止有毒氣體積攢。

安心馬桶的關(guān)鍵技術(shù)

整體來說，安心馬桶功能的實現(xiàn)分為三個步驟，首先自動打開馬桶，兩個熱釋電傳感器可以檢測到人體的經(jīng)過，傳感器感應(yīng)區(qū)豎直向下，這樣可以避免人經(jīng)過馬桶時馬桶的打開，只有人手在感應(yīng)區(qū)劃過時馬桶才接收到有效信息，實現(xiàn)馬桶的開啟。其次是自動更換坐墊，靜電吸附一次性坐墊，吸附后能自動釋放靜電，安全可靠。最后是人離開后自動閉合馬桶蓋并且沖水。這三個步驟的實現(xiàn)，主要得益于五個方面的關(guān)鍵技術(shù)。

人體檢測

安心馬桶的人體檢測部分主要兩個熱釋電傳感器和一個光電對管組成。作為馬桶開關(guān)的兩個熱釋電傳感器固定在墻壁上，可以檢測到人體的經(jīng)過。熱釋電傳感器是基于熱電效應(yīng)原理的熱電型紅外傳感器。其內(nèi)部的熱電元由高熱電系數(shù)材料組成，其極化隨溫度的變化而變化。能以非接觸式檢測出物體放出的紅外線能量變化并將其轉(zhuǎn)換為電信號輸出。所以當(dāng)人手劃過豎直向下的感應(yīng)區(qū)時傳感器可以輸出電信號，實現(xiàn)開啟馬桶功能；馬桶蓋處安裝有光電對管，馬桶蓋打開后對管開始工作，檢測是否有人，人離開后對管無反射信號，此時馬桶蓋自動關(guān)閉，并且排氣沖水。

自動開啟關(guān)閉

自動開啟關(guān)閉部分由舵機實現(xiàn)功能。舵機具有扭力大，旋轉(zhuǎn)角度準確等優(yōu)點。利用舵機實現(xiàn)馬桶蓋的開關(guān)，方便實現(xiàn)，且調(diào)節(jié)便捷。舵機安裝在馬桶蓋的兩側(cè)，接收到開啟信息后，舵機旋轉(zhuǎn)九十度（可調(diào)節(jié)），帶動馬桶蓋開啟，接收到關(guān)閉信息后舵機回轉(zhuǎn)相同角度，關(guān)閉馬桶。

自動更換坐墊

自動更換坐墊部分由通電線圈實現(xiàn)。馬桶坐墊圈內(nèi)布有線圈，當(dāng)接收到更換坐墊的指令時，與線圈相連接的繼電器導(dǎo)通，線圈通電，進而使馬桶坐墊圈帶有靜電，利用靜電可將一次性坐墊吸附到坐墊圈上，當(dāng)坐墊圈放下走后，線圈接地端自動導(dǎo)通，釋放靜電，可靠性安全性高。坐墊圈內(nèi)也鋪有電熱絲，在寒冷的冬天，可以加熱坐墊圈，我們接觸到的將不再是那個冰冷的馬桶。

自動排氣

自動排氣部分由安裝在馬桶內(nèi)的排氣扇開啟實現(xiàn)功能。安心馬桶主控芯片自帶計時器，人們可以根據(jù)自己的意愿設(shè)定馬桶自動排氣的時間，操作簡單明了，只需按下兩個按鍵進行數(shù)字的加減即可。排氣管道出口直接和馬桶排水口連接，氣體將隨馬桶內(nèi)的水排出，不污染室內(nèi)環(huán)境，馬桶出水口前有U形管，可將排氣口與室內(nèi)環(huán)境徹底隔絕。

無線遙控

無線遙控部分由無線模塊及一個小型遙控器實現(xiàn)功能。安心馬桶內(nèi)裝有2272 無線模塊，人們可以通過手中的遙控器對馬桶進行主要的操作（提前加熱坐墊圈，即時排氣等）。

安心馬桶的實際應(yīng)用

①馬桶可以自動開啟排氣扇排氣，排氣管道出口直接和馬桶排水口連接，氣體將隨馬桶內(nèi)的水排出，馬桶出水口前有U 形管，可將排氣口與室內(nèi)環(huán)境徹底隔絕。防止有毒氣體積攢外泄污染室內(nèi)環(huán)境。

②感應(yīng)區(qū)采用人體紅外感應(yīng)。小便感應(yīng)裝置接受信號后，排氣扇工作，排掉馬桶內(nèi)有毒氣體，馬桶蓋和馬桶圈會同時打開，人離開后馬桶蓋自動蓋好，水箱自動沖水后結(jié)束工作；大便感應(yīng)區(qū)收到信號后，排氣扇進入工作狀態(tài)，排出氣體。馬桶蓋自動打開，馬桶圈自動換取一次性坐墊，人在如廁時排氣扇處在工作狀態(tài)。人離開后排氣扇關(guān)閉，馬桶蓋蓋好，水箱沖水。

③馬桶坐墊圈的設(shè)計更加人性化。在冬天可通電加熱坐墊圈，讓人遠離冰冷的馬桶。

④各部分工作時間都可以通過遙控器設(shè)置，對主要功能，滿足不同情況的需要；一次性坐墊不足時會自動提醒更換；馬桶在不工作時處在休眠狀態(tài)，節(jié)省電能。帶有蓄電池，在停電狀態(tài)下仍可持續(xù)工作。

安心馬桶的應(yīng)用意義

本文設(shè)計了一個生活中已經(jīng)很常見的智能馬桶控制器。安心馬桶采用STC12 單片機作為主控芯片，對馬桶機械部分進行改進和控制以滿足全自動，零接觸功能，設(shè)計更加人性化。該系統(tǒng)不僅能給人們生活帶來便利，而且可以有效改善如廁條件，從而進一步達到預(yù)防馬桶傳染疾病的功能，讓人們的如廁更加安心，更加健康。