公共衛(wèi)生間水電節(jié)能管理控制器設(shè)計(jì)

戴明川　張俊佳

【摘 要】隨著社會(huì)的發(fā)展，人們的節(jié)能意識(shí)也逐漸增強(qiáng)，水、電資源作為一種重要的公共資源，如何將其合理有效的利用也逐漸得到社會(huì)的重視。本文針對(duì)目前許多公共衛(wèi)生間存在的常流水、常明燈問(wèn)題，并利用成熟技術(shù)設(shè)計(jì)了一種新型的公共衛(wèi)生間水電節(jié)能管理控制器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)公共衛(wèi)生間的供水、供電進(jìn)行綜合管理，達(dá)到了節(jié)約公共衛(wèi)生間水、電資源的目的，并具有技術(shù)穩(wěn)定性好，前期投入成本低，維護(hù)方便等特點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】公共衛(wèi)生間；節(jié)能；控制器；單片機(jī)

0 前言

隨著社會(huì)發(fā)展，公眾的節(jié)約環(huán)保意識(shí)也逐漸加強(qiáng)，如何合理有效的利用我們現(xiàn)有的公共資源也成為了社會(huì)的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。水、電作為一種重要的公共生產(chǎn)和生活資源，如何將其有效利用，達(dá)到節(jié)約水電的目的也人們關(guān)心的一大熱點(diǎn)問(wèn)題。公共衛(wèi)生間作為公共資源中水電的主要消耗點(diǎn)之一，長(zhǎng)期存在常流水、常亮燈的一種現(xiàn)象，造成了極大的水電資源的浪費(fèi)，因此，公共衛(wèi)生間的水電節(jié)能也逐漸得到重視。目前在一些公共場(chǎng)所的公共衛(wèi)生間大量感應(yīng)水龍頭，感應(yīng)式小便沖便器等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)約用水，但是這些方式前期投入大，后期維護(hù)不大方便、成本較高，因此，在如學(xué)校、醫(yī)院等大量的公共場(chǎng)所依然存在常流水、照明常亮燈的想象，造成大量的水電資源浪費(fèi)。為了解決這一問(wèn)題，本文采用成熟技術(shù)設(shè)計(jì)了一種新型的水電節(jié)能管理控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)公共衛(wèi)生間的供水供電進(jìn)行綜合管理與控制，并且具有技術(shù)穩(wěn)定性好，前期投入成本低，維護(hù)方便等特點(diǎn)。

1 節(jié)能裝置管理控制器總體方案設(shè)計(jì)

本控制器主要由紅外探測(cè)器電路、AT89S52單片機(jī)最小系統(tǒng)電路、電磁水閥控制電路、電路開(kāi)關(guān)控制電路等組成。其總體結(jié)構(gòu)原理，如圖1所示。

本設(shè)計(jì)的節(jié)能控制器采用以AT89S52單片機(jī)為控制器的控制核心。由AT89S52單片機(jī)、按鍵S1、晶振Y1構(gòu)成最小系統(tǒng)，保證單片機(jī)的正常運(yùn)行。紅外探測(cè)器采用熱釋電紅外線（PIR）傳感器。單片機(jī)通過(guò)P0.0輸出端口來(lái)控制供水水管電磁閥門(mén)線圈的得電與失電，從而控制電磁閥門(mén)的導(dǎo)通與關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)生間有人時(shí)對(duì)便池周期性的沖水，無(wú)人時(shí)關(guān)斷水源，防止常流水的現(xiàn)象出現(xiàn)。單片機(jī)通過(guò)P2.0輸出端口來(lái)控制電燈電路開(kāi)關(guān)的通斷，從而控制電燈線路的通斷，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)生間有人時(shí)電燈周期性的通電點(diǎn)亮，無(wú)人時(shí)電燈關(guān)斷，防止常亮燈的現(xiàn)象。

2 節(jié)能裝置控制器硬件設(shè)計(jì)

2.1 探測(cè)電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用紅外探測(cè)器采用熱釋電紅外線（PIR）傳感器。熱釋電紅外傳感器一種新型高靈敏度探測(cè)元件，是一種能檢測(cè)人體發(fā)射的紅外線而輸出電信號(hào)的傳感器，由熱釋電紅傳感器構(gòu)成本裝置控制器的人員進(jìn)出檢查裝置。PIR以非接觸形式檢測(cè)出人體輻射的紅外線能量的變化，并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出。將這個(gè)電壓信號(hào)加以放大和整形變換成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)關(guān)信號(hào)送入單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)檢查該電平信號(hào)來(lái)判斷和啟動(dòng)執(zhí)行相應(yīng)的操作程序，控制電磁水閥啟停和電燈線路的通斷。其工作原理如圖2所示。

在VCC電源端接電容C1、C2，利用C1和R2來(lái)穩(wěn)定工作電壓，同樣輸出端也多加了穩(wěn)壓元件穩(wěn)定信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)到人體移動(dòng)信號(hào)時(shí)，電荷信號(hào)經(jīng)過(guò)內(nèi)部的FET放大后，經(jīng)過(guò)C2，R1的穩(wěn)壓后使輸出變?yōu)楦唠娢唬俳?jīng)過(guò)NPN三極管的轉(zhuǎn)化和74LS04反相器的處理，最終輸出OUT為低電平，將該電平信號(hào)送至單片機(jī)處理。

2.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的節(jié)能控制器采用以AT89S52單片機(jī)為控制器的控制核心。由AT89S52單片機(jī)、按鍵S1、晶振Y1構(gòu)成最小系統(tǒng)，保證單片機(jī)的正常運(yùn)行，其最小系統(tǒng)如圖3所示。

節(jié)能控制器采用的AT89S52單片機(jī)具有控制功能較強(qiáng)，I/O接口較豐富，雙定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，價(jià)格便宜等特點(diǎn)。較強(qiáng)的控制功能能實(shí)現(xiàn)從探測(cè)到控制的的綜合感知與控制，豐富的I/O口可以實(shí)現(xiàn)控制器的功能擴(kuò)展，雙定時(shí)器/計(jì)數(shù)器有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)供水和供電2個(gè)系統(tǒng)的同時(shí)分別控制。與此同時(shí)，AT89S52單片機(jī)較豐富的I/O接口有利于后續(xù)產(chǎn)品的升級(jí)與改造。

2.3 電磁水閥控制電路設(shè)計(jì)

單片機(jī)通過(guò)P0.0輸出端口來(lái)控制供水水管電磁閥發(fā)線圈的得電與失電，從而控制電磁閥門(mén)的導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)生間有人時(shí)對(duì)便池周期性的沖水，防止常流水的現(xiàn)象。電磁水閥控制電路設(shè)計(jì)如圖4所示

當(dāng)單片機(jī)接收到傳感器檢測(cè)到的有人信號(hào)時(shí)，單片機(jī)啟用定時(shí)器定時(shí)，按照一定的周期和時(shí)限讓P0.0輸出一個(gè)高電平，從而使NPN三極管V2導(dǎo)通，電磁繼電器線圈得電，電磁閥閥芯得電吸合，控制電磁水閥閥門(mén)打開(kāi)，進(jìn)行沖水操作。

2.4 電燈控制線路設(shè)計(jì)

單片機(jī)通過(guò)P2.0輸出端口來(lái)控制電燈電路開(kāi)關(guān)的通斷，從而控制電燈線路的通斷，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)生間有人時(shí)電燈周期性的通電點(diǎn)亮，無(wú)人時(shí)自動(dòng)關(guān)斷，防止常亮燈的現(xiàn)象。電燈控制線路設(shè)計(jì)如圖5所示。

當(dāng)單片機(jī)接收到傳感器檢測(cè)到的有人信號(hào)時(shí)，單片機(jī)立即啟用定時(shí)器定，與此同時(shí)讓P2.0輸出一個(gè)高電平，從而使NPN三極管V3導(dǎo)通，V3導(dǎo)通集電極輸出一個(gè)電平作用在可控硅SCR的控制極控制SCR導(dǎo)通，SCR導(dǎo)通致使橋式整流電路BRIDGE1導(dǎo)通，橋式整流電路BRIDGE1導(dǎo)通電燈線路得電，電燈通電點(diǎn)亮。當(dāng)定時(shí)器定時(shí)時(shí)間到，P2.0輸出一個(gè)低電平，三極管V3關(guān)斷，可控硅SCR的控制極為低電平使SCR關(guān)斷，SCR關(guān)斷致使橋式整流電路BRIDGE1斷開(kāi)，電燈線路斷開(kāi)，電燈失電關(guān)滅。

以上供水、供電的時(shí)間周期均可通過(guò)單片機(jī)的軟件根據(jù)不同場(chǎng)合和不同用戶的需求而設(shè)定。

3 液壓節(jié)能裝置管理控制器軟件設(shè)計(jì)

節(jié)能裝置管理控制器在無(wú)人進(jìn)出公共衛(wèi)生間時(shí)處于待機(jī)狀態(tài)；當(dāng)有人進(jìn)出衛(wèi)生間時(shí)，安裝在衛(wèi)生間入口的紅外探測(cè)器探測(cè)到有人信號(hào)，紅外探測(cè)器向節(jié)能裝置管理控制器發(fā)送一個(gè)開(kāi)關(guān)量信號(hào)，節(jié)能裝置管理控制器中的主控芯片分別啟動(dòng)2個(gè)定時(shí)器，分別控制電磁水閥和電燈控制開(kāi)關(guān)的啟動(dòng)狀態(tài)與時(shí)間?？紤]到人員入廁的目的不同，電磁水閥以1分鐘為周期，每間隔10秒啟動(dòng)一次，進(jìn)行沖水；電燈立即啟動(dòng)點(diǎn)亮，控制器以5分鐘為周期關(guān)斷電燈；執(zhí)行完對(duì)應(yīng)操作之后再次檢測(cè)是否有人進(jìn)出，如果無(wú)人進(jìn)出則結(jié)束操作重新進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。其工作流程如圖6所示。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)發(fā)展，節(jié)約能源尤其是水、電資源會(huì)越來(lái)越得到公眾的重視。公共衛(wèi)生間作為公共資源中水、電的主要消耗點(diǎn)之一，如何更好的實(shí)現(xiàn)公共衛(wèi)生間的水、電節(jié)資源的合理有效利用也會(huì)逐漸的得到更多的重視。因此，可以在可見(jiàn)的將來(lái)針對(duì)公共衛(wèi)生間的節(jié)能產(chǎn)品也會(huì)得到更大的發(fā)展。本設(shè)計(jì)采用目前成熟技術(shù)設(shè)計(jì)的一種新型的水電節(jié)能管理控制器，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)公共衛(wèi)生間的供水和供電進(jìn)行綜合管理與控制，達(dá)到節(jié)約水、電資源的目的，同時(shí)給后續(xù)的開(kāi)發(fā)留出了足夠的端口，有利于設(shè)計(jì)的進(jìn)一步升級(jí)與改造。

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]