盥洗污水凈化設(shè)備盥洗功能的電氣設(shè)計和實現(xiàn)

張新娟，李善欽

（中山市技師學(xué)院電氣應(yīng)用系，廣東中山528403）

盥洗污水凈化設(shè)備盥洗功能的電氣設(shè)計和實現(xiàn)

張新娟，李善欽

（中山市技師學(xué)院電氣應(yīng)用系，廣東中山528403）

為實現(xiàn)盥洗污水凈化設(shè)備無接觸、高效的洗手功能，介紹了一種以單片機、紅外傳感器、電磁閥等為主要器件的盥洗設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計及電氣實現(xiàn)。該設(shè)備能實現(xiàn)紅外感應(yīng)自動出水、溫水冷水自動控時出水，當有異物阻擋導(dǎo)致異常出水時能進行聲光報警，具有節(jié)能、低碳、環(huán)保的意義。

自動控時出水；單片機；紅外感應(yīng)；電磁閥

DOI：10.3969/j.issn.1009-9492.2015.01.018

0　前言

職業(yè)學(xué)校的汽車系學(xué)生幾乎大量的時間都是待在實訓(xùn)室進行實操，由于要經(jīng)常接觸汽車的零部件，上完課后手上滿是油污，現(xiàn)狀是學(xué)生上完課后用滿是油污的手擰開水龍頭，然后用洗衣粉洗手，要洗干凈手得大量沖水，關(guān)水龍頭前還得先把水龍頭洗干凈，否則手又臟了。而洗后的污水中會含有油污、鐵屑還有洗衣粉等化學(xué)物質(zhì)，污水未經(jīng)任何處理就排入下水道。本設(shè)備的設(shè)計和開發(fā)能夠更人性化的給學(xué)生洗手，學(xué)生無需用水去擰水龍頭放水，而是靠紅外感應(yīng)出水，洗手液也靠紅外感應(yīng)流出，水龍頭是先小流量出溫水、后大流量出冷水，能更有效的將手洗干凈，然后手走水停，無需再去關(guān)水龍頭。如有異物長時間阻擋導(dǎo)致異常放水，能夠智能限時停水，且聲光報警。這種非接觸型設(shè)計還可應(yīng)用于酒店、賓館、醫(yī)院等容易產(chǎn)生細菌和病毒的交叉感染的場所［1］。這種以小型單片機為核心器件的紅外線感應(yīng)自動盥洗裝置，可以省去手動的繁瑣動作，衛(wèi)生設(shè)備實現(xiàn)自動化。

1　設(shè)計任務(wù)要求

本盥洗設(shè)備在使用時要求手放在水龍頭紅外感應(yīng)區(qū)，水龍頭即會自動感應(yīng)出水，先小流量出37℃左右溫水10秒鐘，再大流量出冷水，直到手離開感應(yīng)區(qū)停止出水。如果出水總時間超過2分鐘則會異常聲光報警，并自動切斷電源，以避免有異物長時間處在紅外感應(yīng)區(qū)內(nèi)，導(dǎo)致異常放水。等檢修人員排除故障后，可重新啟動。

2　系統(tǒng)組成及設(shè)計

系統(tǒng)的組成包括帶紅外感應(yīng)探頭水龍頭、水膽、電磁閥3個、節(jié)流閥1一個、三通接口2個、水管及接頭若干，連接如圖1所示。系統(tǒng)的工作由以單片機為核心的電路板控制。

圖1　系統(tǒng)組成圖

電路板控制分為水膽充水準備、水膽加熱控制和水流出水控制三部分。

2.1水膽充水準備

水膽充水準備：插上總電源，按下按鈕開關(guān)，電磁閥1、電磁閥2打開，進行水膽充水，水龍頭出水則表示水膽充滿水，松開按鈕開關(guān)，電磁閥1、電磁閥2關(guān)閉，水膽加熱程序和出水控制程序開始運作。這一步是設(shè)備每次重新使用時，都必須進行的，以保證水膽是充滿水的，防止加熱管干燒，引發(fā)故障和危險。

2.2水膽加熱控制設(shè)計

由安裝在水膽內(nèi)側(cè)的金屬熱電阻來探測水膽內(nèi)溫度，采用1.8 kW加熱管對水進行加熱，水溫控制在37℃左右。由于水的加熱有延遲，水流也會導(dǎo)致水溫波動，為了防止加熱管頻繁通電斷電，在設(shè)計時，采用間隙控制。如在加熱時，溫度上升到39℃時停止加熱，而由于放水或者自然冷卻導(dǎo)致水溫下降時，則溫度下降到35℃時才加熱。并且這樣也能將水溫誤差控制在±2℃范圍內(nèi)。加熱如圖2所示。

圖2　加熱示意圖

2.3水流出水控制設(shè)計

護理人員需要根據(jù)患者的具體病歷資料和治療實情況,針對不同患者制定針對性的護理方案,并將不同患者的護理重點內(nèi)容列出。日常的護理工作中,需要逐步落實方案中的項目。在護理工作中。首先需要對患者進行一定的心理護理,患者多伴有一定的緊張等情緒,如果無法有效疏解患者的情緒,則會對患者的工作產(chǎn)生嚴重的不良影響,甚至最終導(dǎo)致恐懼等。相關(guān)的護理工作者必須與患者進行積極的心理溝通,并進行適當?shù)墓膭钆c支持,患者能夠在積極向上的氛圍里更好的提升自身的綜合能力。

圖3　系統(tǒng)動作總流程圖

出水控制：手放在感應(yīng)區(qū)，由紅外探頭感應(yīng)，傳送感應(yīng)信號給電路板，由電路板輸出信號控制電磁閥1、電磁閥2同時打開，水膽內(nèi)溫水由自來水壓壓上來從水龍頭出水，保持10秒鐘，關(guān)閉電磁閥1、電磁閥2，同時打開電磁閥3，放未加熱的自來水直至手離開感應(yīng)區(qū)。溫水流量大小由節(jié)流閥調(diào)節(jié)。一般洗手不會超過2分鐘，為防止由其他異物長時間處于感應(yīng)區(qū)，而導(dǎo)致異常放水，在設(shè)計上加了報警顯示，當放水總時間超過2分鐘時，則會聲光報警，提醒檢修人員檢查，同時自動關(guān)斷水。系統(tǒng)動作總流程如圖3所示。

3　系統(tǒng)電路控制板設(shè)計

本系統(tǒng)的電路控制板包含電源模塊、紅外控制模塊、單片機主控制模塊、溫度控制模塊、DC24V降DC5V模塊、電磁閥和加熱管驅(qū)動模塊等6部分。

3.1電源模塊

電源模塊采用DC 24V開關(guān)電源，開關(guān)電源可以直接驅(qū)動額定電壓為DC 24V的電磁閥。另外總電源還要提供AC 220V供給加熱管工作。

3.2紅外控制模塊

紅外模塊連接水龍頭的紅外感應(yīng)探頭，感應(yīng)信號傳送給單片機進行處理。

圖4　主控模塊

主控模塊的核心為80C51單片機，如圖4所示。采用單片機控制可以簡化電路設(shè)計，提高系統(tǒng)設(shè)計的靈活性，并且可以根據(jù)需要，方便地增加系統(tǒng)的功能，提高系統(tǒng)的智能化程度。80C51單片機內(nèi)帶4 kB快閃可編程及可擦除存儲器（FPEROM），便于開發(fā)和調(diào)試，非常適合本系統(tǒng)的應(yīng)用。P22用于接收充水按鈕信號，P23用于接收溫度信號，P24、P25用于接收紅外信號；P10、P11、P12用于控制電磁閥，P21用于控制加熱管，整個系統(tǒng)采用中斷方式控制設(shè)備工作。

3.4 DC24V降DC5V模塊

DC24V降DC5V模塊如圖5所示，這個模塊MC34063U芯片及外圍電路將開關(guān)電源輸出的DC24V降為DC5V，為單片機提供電源。

圖5　DC24V降DC5V模塊

3.5電磁閥和加熱管驅(qū)動電路模塊

電磁閥和加熱管驅(qū)動電路模塊如圖6，分別通過單片機P10、P11、P12、P21控制繼電器的啟閉，達到控制電磁閥和加熱管開關(guān)的目的。

4　安裝與調(diào)試

系統(tǒng)安裝的難點在于電磁閥、水管的安裝距離調(diào)試，水管的長短會影響出水反應(yīng)的延遲，還有加熱管、電磁閥驅(qū)動電源之間的強弱電隔離，水膽外殼需接地以防止漏電而觸電危險等。電路板制作實物如圖7所示。

圖6　電磁閥和加熱管驅(qū)動電路模塊

圖7　電路板實物圖

5　小結(jié)

本設(shè)計實現(xiàn)了盥洗設(shè)備紅外感應(yīng)自動出水，能進行溫水、冷水控時出水，當有異物阻擋導(dǎo)致異常出水時能進行聲光報警。實驗表明，該設(shè)備反應(yīng)靈敏，工作可靠，完全符合設(shè)計要求。

［1］黃家鵬，陳鵬，陳虎.醫(yī)用自潔洗手器研制與應(yīng)用［J］.中華醫(yī)院感染學(xué)雜志，2005，15（4）：376-377.

［2］王紅.一種單片機控制的自動洗手機的硬件設(shè)計［J］.科技資訊，2007（22）：69.

（編輯：阮毅）

Design and Realization of the Washing Function of the Washing and Sewage Purification Equipment

ZHANG Xin-juan，LI Shan-qin
（Department of Electrical Application，Zhongshan Technician College，Zhongshan528403，China）

In order to realize the washing and sewage purification equipment of no contact and high efficiency washing，this paper introduces a kind of system design and electrical device based on MCU，infrared sensor and electromagnetic valve.The device can realize the automatic infrared inductive，warm water and cold water automatic time control yielding water，and when a blocking cause abnormal water，it can carry out sound and light alarm，having the advantages of energy saving，low carbon，environmental significance.

automatic time control yielding water；single chip microcomputer；infrared sensor；solenoid valve

TM925.02

A

1009-9492（2015）01-0069-03

2014-06-27

張新娟，女，1981年生，湖南漣源人，碩士研究生，講師。研究領(lǐng)域：電氣自動化技術(shù)。已發(fā)表論文4篇。