公共廁所智能化技術(shù)分析

谷 春 山

(北京市城市管理研究院，北京 100028)

1 智能化公廁的提出

以習(xí)近平新時(shí)代中國(guó)特色社會(huì)主義思想為指導(dǎo)，深入貫徹黨的十九大和十九屆三中、四中全會(huì)精神，全面貫徹落實(shí)習(xí)近平生態(tài)文明思想和按照習(xí)近平總書(shū)記對(duì)“廁所革命”作出的系列重要指示精神，為改善市民如廁環(huán)境，提升公廁服務(wù)品質(zhì)。借助“十三五”期間北京市開(kāi)啟“第五次公廁革命”的時(shí)間窗口，結(jié)合建設(shè)“國(guó)際一流的和諧宜居之都”的契機(jī)，推進(jìn)公共廁所智能化的科學(xué)研究，勢(shì)在必行。

對(duì)于“廁所革命”我個(gè)人認(rèn)為應(yīng)該是技術(shù)的革命，運(yùn)用現(xiàn)代化先進(jìn)的技術(shù)來(lái)改變?nèi)藗兊娜鐜h(huán)境，而不是簡(jiǎn)單的公共廁所改造或增加服務(wù)配套功能。目前對(duì)于北京市公共廁所智能化技術(shù)研究方面還比較少，多數(shù)的研究只是對(duì)公共廁所的節(jié)水、節(jié)電方面的研究，目前北京市公共廁所的智能化水平較低，雖然有一些公共廁所功能比較齊全如“第五空間”和“興舍”等，但只是如廁以外的配套服務(wù)功能，如環(huán)衛(wèi)工人的休息間、上網(wǎng)、休閑娛樂(lè)等設(shè)施。缺少真正意義的技術(shù)方面的應(yīng)用。

對(duì)我國(guó)最大的人口集散地和交通樞紐站北京西站地區(qū)公廁使用情況調(diào)研，日均客流量18萬(wàn)人/d～20萬(wàn)人/d，高峰期間日客流量達(dá)到40萬(wàn)人/d～60萬(wàn)人/d。在人流量如此密集地區(qū)的公廁經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)臟、臭等現(xiàn)象，而且還會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的排隊(duì)現(xiàn)象。如這類(lèi)公廁要是引用智能化系統(tǒng)會(huì)很好的解決臟臭現(xiàn)象。

2 智能化公廁的目的和意義

智能化公廁就是利用現(xiàn)代微處理控制技術(shù)、傳感技術(shù)、電控節(jié)水技術(shù)、空氣清新技術(shù)，為人們生理代謝的場(chǎng)所營(yíng)造良好、適宜的環(huán)境，同時(shí)為用電、排水節(jié)儉提供良好的保障，這樣一個(gè)具有自動(dòng)智能處理系統(tǒng)的人類(lèi)生理代謝環(huán)境。

3 智能化公廁的技術(shù)分析

3.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架

智能化系統(tǒng)以可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller，以下簡(jiǎn)稱(chēng)“PLC中央控制器”)為核心，簡(jiǎn)稱(chēng)PC或PLC是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)門(mén)在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在執(zhí)行存儲(chǔ)邏輯運(yùn)算和順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬的輸入(I)和輸出(O)接口，控制各種類(lèi)型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程。這樣一個(gè)控制設(shè)備PLC中央控制器運(yùn)用在公共廁所中可以對(duì)公廁內(nèi)環(huán)境傳感器數(shù)據(jù)的采集、電氣設(shè)備的控制以及人為設(shè)定的控制策略可實(shí)現(xiàn)公共廁所的信息化、智能化。

系統(tǒng)框架圖如圖1所示。系統(tǒng)包含如廁人流監(jiān)測(cè)、公廁環(huán)境監(jiān)測(cè)、廁位使用監(jiān)測(cè)、用電監(jiān)測(cè)以及照明、水電閘、通風(fēng)系統(tǒng)的控制功能。

由于公廁的規(guī)模各不相同，為了能夠滿足大部分公廁的智能化需求，該中控系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，所有的傳感器信號(hào)接口、控制接口以及存儲(chǔ)容量都可根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)定制開(kāi)發(fā)。中控系統(tǒng)的基本配置可以滿足20個(gè)～100個(gè)廁位規(guī)模的公廁。

3.2 智能化模塊

1)信息采集傳感器。

針對(duì)公廁的環(huán)境特點(diǎn)，系統(tǒng)對(duì)公廁的主要信息采集對(duì)象為環(huán)境溫度、濕度、光照強(qiáng)度、二氧化碳濃度、PM10濃度、PM2.5濃度、人流量、廁位占用情況、用電量情況等，如圖2，圖3所示。使用的傳感器具體指標(biāo)如下：

a.溫度：-40 ℃～85 ℃，精度±0.5 ℃;b.濕度：0%RH～100%RH，精度±3%RH;c.光照強(qiáng)度：0 lx～65 535 lx，精度±7%FS;d.CO2濃度：0 ppm～5 000 ppm，精度±200 ppm;e.PM10：0 μg/m3～999 μg/m3;f.PM2.5：0 μg/m3～999 μg/m3;g.人流量信息(男女廁分別采集，進(jìn)出人數(shù)分別計(jì)數(shù));h.廁位占用情況(更新周期：5 s);i.用電量統(tǒng)計(jì)(最大支持4路單獨(dú)計(jì)量)。

2)智能化控制策略。

a.人流量統(tǒng)計(jì)。實(shí)現(xiàn)公廁的人流量信息統(tǒng)計(jì)。實(shí)現(xiàn)男女廁間人流量分別統(tǒng)計(jì)，每日自動(dòng)將前一天的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)清零。當(dāng)人流傳感器記錄的人數(shù)不合理時(shí)(離開(kāi)人數(shù)大于進(jìn)入人數(shù)、進(jìn)入人數(shù)長(zhǎng)期未歸零等)，系統(tǒng)會(huì)通過(guò)當(dāng)前時(shí)間、廁位占用情況、公廁內(nèi)溫度、CO2濃度等其他輔助信息自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)修正。

b.照明自動(dòng)控制。系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前時(shí)間、公廁光照強(qiáng)度、溫度、CO2濃度、廁位占用情況、人流數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)綜合判斷當(dāng)前是否需要開(kāi)燈，以節(jié)約用電。

c.室內(nèi)環(huán)境自調(diào)。系統(tǒng)根據(jù)公廁內(nèi)的溫濕度、CO2濃度等傳感器數(shù)據(jù)自動(dòng)對(duì)環(huán)境舒適度進(jìn)行評(píng)級(jí)，進(jìn)而控制通風(fēng)、除臭等設(shè)備進(jìn)行環(huán)境調(diào)節(jié)。

d.信息展示與數(shù)據(jù)處理。實(shí)現(xiàn)公廁環(huán)境、引導(dǎo)信息、廁位占用等數(shù)據(jù)的直觀展示，同時(shí)根據(jù)用戶定制格式自動(dòng)生成日、月數(shù)據(jù)報(bào)表并導(dǎo)出。

由于智能化的顯示系統(tǒng)位置放在公共區(qū)域并且如廁人都能看清一目了然，所以在選擇顯示界面時(shí)采用了工業(yè)控制中常用的組態(tài)軟件進(jìn)行界面設(shè)計(jì)，如圖4所示，該方案的優(yōu)點(diǎn)如下：

1)界面設(shè)計(jì)周期短，有常用的各種控件可用，如實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線、報(bào)表系統(tǒng)等；

2)接入硬件設(shè)備方便，系統(tǒng)包含常用通訊協(xié)議的支持，運(yùn)行穩(wěn)定性高，擴(kuò)展性強(qiáng)；

3)數(shù)據(jù)管理方便，組態(tài)軟件自帶數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的整體規(guī)劃、存儲(chǔ)等。

4 結(jié)語(yǔ)

本研究利用核心硬件PLC編程，通過(guò)S485總線通訊把四合一傳感器、顆粒物傳感器、人流量傳感器、廁位占用傳感器、電量統(tǒng)計(jì)傳感器等設(shè)備傳輸給PLC，經(jīng)過(guò)CPU運(yùn)算輸出給相應(yīng)的控制設(shè)備。然后經(jīng)過(guò)組態(tài)軟件編寫(xiě)，通過(guò)畫(huà)面屏幕展示給公廁使用者和管理者。此研究成果直觀展現(xiàn)我市“第五次公廁革命”的成果，為政府監(jiān)管部門(mén)提供有力的科技支撐，為建設(shè)“國(guó)際一流的和諧宜居之都”提供環(huán)境衛(wèi)生基礎(chǔ)，滿足民眾對(duì)當(dāng)代社會(huì)環(huán)境衛(wèi)生的需求。