感應(yīng)式水龍頭設(shè)計(jì)思路探究

張紅星 黃宏開

摘? ? 要：日益發(fā)展的社會經(jīng)濟(jì)與科學(xué)技術(shù)背景下，顯著提升了人們的生活水平，而在建筑節(jié)能領(lǐng)域之中，也加大了對感應(yīng)式水龍頭的研究與應(yīng)用力度。在應(yīng)用感應(yīng)式水龍頭之后，可將水資源浪費(fèi)的問題有效解決，有助于節(jié)能環(huán)保目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。因此，本文圍繞感應(yīng)式水龍頭設(shè)計(jì)思路展開研究，探討了工作原理、系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則及電路設(shè)計(jì)，以供參考。

關(guān)鍵詞：感應(yīng)式;水龍頭;設(shè)計(jì)思路

1? 前言

日常生活中，大多數(shù)人都有水龍頭忘關(guān)的情況存在，浪費(fèi)了大量水資源。而感應(yīng)式水龍頭的應(yīng)用，可將水資源浪費(fèi)情況顯著減少，實(shí)現(xiàn)能耗節(jié)省。因此，感應(yīng)式水龍頭逐漸得到了更為廣泛的運(yùn)用。本文就感應(yīng)式水龍頭設(shè)計(jì)思路展開研究，期望能在建筑節(jié)能領(lǐng)域之中得到更充分的應(yīng)用，推動(dòng)節(jié)能環(huán)保目標(biāo)的進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。

2? 感應(yīng)式水龍頭工作原理

感應(yīng)式水龍頭的組成成分主要包含變壓電路、固態(tài)繼電器、單片機(jī)控制電路、電磁閥控制水龍頭及紅外收發(fā)電路模塊等。利用變壓器將220VAC降壓為16VAC和15VAC之后，經(jīng)整流、濾波、穩(wěn)壓后再次成為16VDC和15VDC，其中16VDC經(jīng)三端穩(wěn)壓集成模塊S7805輸出5VDC負(fù)責(zé)紅外收發(fā)模塊和單片機(jī)的供電，而15VVDC則是在繼電器的運(yùn)用下負(fù)責(zé)電磁水閥供電。開機(jī)運(yùn)行之后，倘若有物體將紅外收發(fā)管阻擋之后，會將一個(gè)信號傳送給單片機(jī)，單片機(jī)在對繼電器吸合的控制下完成水龍頭打開與閉合的控制。通過機(jī)械手柄的增設(shè)，在未通電的情況下也可完成水龍頭的開關(guān)，如此一來水龍頭適用范圍也就得到了拓寬。

3? 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

3.1? 低負(fù)荷使用原則

設(shè)計(jì)期間，設(shè)計(jì)者應(yīng)當(dāng)著重考慮如何將水龍頭使用者的無謂動(dòng)作減少。不論在設(shè)計(jì)任何產(chǎn)品時(shí)，都應(yīng)當(dāng)以使用者的生理與心理角度出發(fā)，思考如何才能感受到舒適、高效，促使產(chǎn)品設(shè)計(jì)得以充分體現(xiàn)出人性化[1]。具體而言應(yīng)從下述幾點(diǎn)出發(fā)：

其一，將使用者動(dòng)作重復(fù)次數(shù)減少;其二，將使用者持續(xù)性體力負(fù)荷減少;其三，結(jié)合使用者的具體條件，確保裝填處于自然狀態(tài)。此類設(shè)計(jì)的益處十分顯著，所以設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)密切結(jié)合此類設(shè)計(jì)理念，對設(shè)計(jì)問題認(rèn)真思考。如掀壓式龍頭相對于螺旋式而言，省力更顯著。

3.2? 經(jīng)濟(jì)耐用原則

一方面，耐久性設(shè)計(jì)。產(chǎn)品良好的性能，能夠?yàn)橘徺I者的使用提供安心、貼心的保障。作為人們?nèi)粘Ｓ闷分坏乃堫^，需將因零件而導(dǎo)致故障發(fā)生的可能盡量避免，為產(chǎn)品提供經(jīng)久耐用的保障，盡量實(shí)現(xiàn)簡約化的設(shè)計(jì)，并將人們長時(shí)間使用的需求滿足。而另一方面則是低成本設(shè)計(jì)。水龍頭的設(shè)計(jì)應(yīng)與通用設(shè)計(jì)理念相符合，具體為產(chǎn)品使用公平性和價(jià)格公平性。倘若設(shè)計(jì)成本偏高，那么產(chǎn)品就會傾向于富人專屬，市場面較窄，大規(guī)模生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益難以達(dá)成。而當(dāng)前時(shí)代下，人們對于生活品質(zhì)要求十分高，這也使得水龍頭產(chǎn)品逐漸具備了智能化，同時(shí)設(shè)計(jì)也需強(qiáng)調(diào)簡單質(zhì)樸。

3.3? 增進(jìn)節(jié)水意識

日益匱乏的水資源督促人們必須著重關(guān)注節(jié)約用水，而在設(shè)計(jì)水龍頭產(chǎn)品時(shí)倘若將節(jié)約用水忽略，那么就難以被人們接受。同時(shí)，水龍頭作為節(jié)水器具之一，有助于使用者節(jié)水習(xí)慣的培養(yǎng)。如某感應(yīng)水龍頭一次出水僅有一公升，完全能將一個(gè)人快速洗手滿足，與普通水龍頭相比，每次節(jié)約水量約6公升，實(shí)現(xiàn)了節(jié)水意識的顯著提升。

4? 電路設(shè)計(jì)

4.1? 變壓電路

首先在T型鐵的運(yùn)用下將220V交流降壓為15V和16V電流，匝數(shù)比分別是44：3和55：4;隨后，在二極管橋式的運(yùn)用下整流，并用電容濾波，即可將穩(wěn)定的直流電獲取。

4.2? 紅外收發(fā)模塊

一體化紅外發(fā)射、接收模塊，內(nèi)部由紅外發(fā)射、接收電路和信號處理、放大電路等組成。信號線平時(shí)輸出高電平，在一定頻率紅外線的發(fā)射下，在非接觸形式下倘若與前方一定范圍物體相碰撞反射后，反社會來的紅外線會由接收電路接收并放大處理，信號線輸出低電平。模塊附設(shè)信號與電源指示燈，電源接通后電源指示燈亮，而感應(yīng)范圍內(nèi)有物體進(jìn)入后，信號指示燈亮。具有工作穩(wěn)定可靠、適用范圍廣等優(yōu)勢，在各類自動(dòng)控制裝置中皆可適用。

4.3? 電磁繼電器控制電路

電磁繼電器是在電磁鐵的運(yùn)用下完成工作電路控制的一種開關(guān)?？稍诘碗妷?、弱電流電路通斷的運(yùn)用下，對高電壓、強(qiáng)電流電路通斷進(jìn)行間接控制。其具備輸入回路（控制系統(tǒng)）與輸出回路（被控制系統(tǒng)），通常在自動(dòng)控制電路中應(yīng)用，實(shí)質(zhì)上是依托較小的電流對較大電流進(jìn)行控制的“自動(dòng)開關(guān)”。因此，運(yùn)用于電路之中，具備安全保護(hù)、自動(dòng)調(diào)節(jié)及電路轉(zhuǎn)換等功能。

三極管應(yīng)在工作飽和狀態(tài)下，其集電極電流應(yīng)該是：

因此，基極電流最少應(yīng)該為：

上述電路運(yùn)用下，先驅(qū)動(dòng)射隨三極管做電流放大，隨后將另一三極管導(dǎo)通驅(qū)動(dòng)，進(jìn)而將繼電器通斷驅(qū)動(dòng)。因射隨具有極高的輸入阻抗，所以可用單片機(jī)輸出的小電流進(jìn)行繼電器的控制。

單片機(jī)P0.1口輸出了高電平后，會將電磁鐵帶動(dòng)，此時(shí)銜鐵就會接觸常開觸點(diǎn)接觸，如此一來即可將電磁閥水龍頭打開[2]。而當(dāng)單片機(jī)P0.1口輸出了低電平后，會立刻停止電磁鐵的工作，銜鐵轉(zhuǎn)入常閉觸點(diǎn)，水龍頭關(guān)閉。如此一來即可將借助低電壓、弱電流進(jìn)行高電壓、強(qiáng)調(diào)劉控制的目的達(dá)成。

4.4? 電磁閥水龍頭

選擇CJV23-C12A1型LC12V常閉型電磁閥，流量孔徑在2mm內(nèi)，壓力約0MPa～1.0MPa，流體溫度約-5～80℃，使用范圍擴(kuò)大，使用期限增強(qiáng)。電源采用12V，不但可實(shí)現(xiàn)能源節(jié)省，同時(shí)還能有效保障人體安全。因電磁閥屬于磁感式器件，閉合與斷開會有感生電動(dòng)勢瞬間產(chǎn)生，會在一定程度上影響電路。對此，可將一個(gè)電容器并接在電磁閥水龍頭上，如此即可將其對電路的副作用消除。

5? 結(jié)語

本文提出的感應(yīng)式水龍頭設(shè)計(jì)，是在水龍頭自動(dòng)控制中融入了單片機(jī)系統(tǒng)，將傳統(tǒng)水龍頭能源浪費(fèi)、維修困難等問題有效解決。同時(shí)，在自動(dòng)、手動(dòng)兩用式電磁閥水龍頭的運(yùn)用下，即便出現(xiàn)了停電依舊能夠使用，在便利、安全、節(jié)能及衛(wèi)生等方面具有顯著優(yōu)勢。而作為現(xiàn)代化感應(yīng)式節(jié)能環(huán)保型水龍頭，在設(shè)計(jì)中也應(yīng)該考慮更優(yōu)質(zhì)材料的使用，以便其使用壽命得到延長。

參考文獻(xiàn)：

[1] 密金榮.感應(yīng)水龍頭設(shè)計(jì)思路研究[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2016（2）：13～14.

[2] 楊麗寰.感應(yīng)式自動(dòng)水龍頭的設(shè)計(jì)[J].科技展望，2016（5）.