基于STC12C5410AD的智能廁所控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

曾鑠峰，王昌龍，高 源，王文卓

(揚(yáng)州大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225127)

0 引言

眾所周知，廁所是衡量文明的重要標(biāo)志，如果沒有廁所直接在室外方便，排泄物會(huì)污染食物和水源，有數(shù)據(jù)表明，每年有將近200萬兒童因?yàn)槌粤吮慌判刮镂廴镜氖澄锒鴮?dǎo)致死亡。我國的廁所普及率在逐年上升，并且?guī)呐涮自O(shè)施也在不斷完善。但是廁所的硬件建設(shè)和發(fā)展水平還不夠先進(jìn)，不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開關(guān)燈、清理和報(bào)警的功能。為此，本文設(shè)計(jì)了一種基于STC12C5410AD單片機(jī)的智能廁所控制系統(tǒng)。

1 智能廁所控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案

1.1 智能廁所控制系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能

(1) 客人進(jìn)入廁所，4腳漫反射光電開關(guān)檢測到有人，于是打開燈并開始噴泡沫3 s。

(2) 除了自動(dòng)開燈和噴泡沫外，人工開關(guān)也需要實(shí)現(xiàn)隨時(shí)沖洗和開關(guān)燈。

(3) 客人離開廁所后，4腳漫反射光電開關(guān)檢測到無人，于是關(guān)燈并開始噴泡沫3 s。

(4) 如果客人在廁所內(nèi)遇到緊急情況，隨時(shí)可以按報(bào)警按鈕，室外報(bào)警燈亮，并且發(fā)送短信到管理者的手機(jī)上。

1.2 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案

智能廁所系統(tǒng)主要包括檢測系統(tǒng)、處理系統(tǒng)、動(dòng)作系統(tǒng)和報(bào)警系統(tǒng)。檢測系統(tǒng)主要通過4腳漫反射光電開關(guān)來檢測是否有人在廁所，從而將檢測信號發(fā)送給處理系統(tǒng)，經(jīng)處理系統(tǒng)分析后控制繼電器和限位開關(guān)等動(dòng)作系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)作，如果有人按下報(bào)警按鈕，則可以通過集成的短信模塊向管理者發(fā)送短信。

2 控制電路設(shè)計(jì)

智能廁所系統(tǒng)的控制電路主要由主控模塊、物聯(lián)網(wǎng)模塊、檢測模塊、電源模塊和開關(guān)控制模塊等組成。主控模塊主要采用STC12C5410AD單片機(jī)，它是一款增強(qiáng)型的單片機(jī)。相比于傳統(tǒng)的8051單片機(jī)，該單片機(jī)的速度更快，功耗更低，抗靜電和抗干擾能力更強(qiáng)。STC12C5410AD單片機(jī)的引腳1連接復(fù)位電路，復(fù)位電路由一個(gè)10 μF的電容和一個(gè)10 kΩ的電阻組成，在電源開啟的瞬間，電流擊穿電解質(zhì)，相當(dāng)于通路，引腳1接高電平，當(dāng)電容充滿電后，相當(dāng)于短路，引腳接低電平，通過一個(gè)脈沖起到復(fù)位作用；時(shí)鐘電路由引腳12和引腳13引出。主控模塊電路如圖1所示。

2.1 電源模塊

電源模塊主要是將24 V電源電壓轉(zhuǎn)換為5 V的電壓，采用MC7805ACT芯片進(jìn)行穩(wěn)壓，為防止芯片過熱，在MC7805前串聯(lián)一個(gè)穩(wěn)壓二極管，起到分壓和穩(wěn)壓的作用，并且并聯(lián)電容來濾除電路中的高低頻電流。為了避免打開電源開關(guān)時(shí)電流過大將單片機(jī)燒壞，在單片機(jī)VCC端接一個(gè)電容。電源模塊電路如圖2所示。

2.2 紅外線檢測模塊

紅外線檢測模塊主要由M18激光漫反射光電傳感器紅外感應(yīng)開關(guān)和LM393電壓比較器兩部分組成，與傳統(tǒng)的LED光源激光光電傳感器檢測相比，激光漫反射光電傳感器可以不受顏色的干擾，內(nèi)置CMOS的傳感器更能穩(wěn)定檢測反射率較高的物體，并且IP67級防水能滿足環(huán)境要求。當(dāng)廁所來人時(shí)，激光漫反射光電傳感器的輸出電平發(fā)生變化，采用SOP封裝的LM393則比較出電平的變化，并將放大信號輸送給單片機(jī)進(jìn)行處理，單片機(jī)將處理的信號發(fā)送給驅(qū)動(dòng)器從而控制步進(jìn)電機(jī)將廁所板打開，廁所自動(dòng)噴沫，LED燈和風(fēng)扇也打開。

2.3 物聯(lián)網(wǎng)模塊

有人云平臺是一個(gè)面向企業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)平臺，它可以將設(shè)備中的信息通過串口數(shù)據(jù)上傳到云平臺，避免了開發(fā)者自己建立云服務(wù)器，管理者只需登錄到有人云的網(wǎng)站，便可隨時(shí)隨地查詢到各個(gè)廁所的狀態(tài)。采用有人云物聯(lián)網(wǎng)模塊，將單片機(jī)的串口信息通過物聯(lián)網(wǎng)模塊發(fā)送到云服務(wù)器上，從而將報(bào)警信息發(fā)送到管理者手機(jī)上。

圖1 主控模塊電路

圖2 電源模塊電路

2.4 動(dòng)作模塊

本廁所的動(dòng)作模塊主要實(shí)現(xiàn)開關(guān)LED燈和風(fēng)扇、自動(dòng)噴沫、開關(guān)廁所板的功能。噴沫系統(tǒng)主要是兩種不同的液體進(jìn)行混合后發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生泡沫來達(dá)到清潔廁所的目的，所以只需將24 V繼電器通電即可。廁所板主要是防止沖廁所的泡沫飛濺到客人的衣物上，開關(guān)廁所板的功能通過步進(jìn)電機(jī)來實(shí)現(xiàn)。選用步進(jìn)電機(jī)的主要原因是其擁有良好的啟停性能，比伺服電機(jī)更加經(jīng)濟(jì)劃算，容易控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)角度。電扇和廁所板電路如圖3所示，噴沫系統(tǒng)電路如圖4所示。

2.5 按鍵模塊

按鍵模塊主要實(shí)現(xiàn)四個(gè)功能：報(bào)警功能、噴沫功能、開關(guān)燈扇功能和清潔劑次數(shù)歸零功能。按鍵模塊電路如圖5所示。

3 軟件設(shè)計(jì)

智能廁所的軟件部分通過C語言在keil軟件上進(jìn)行編寫，以STC12C5410AD單片機(jī)最小系統(tǒng)為基礎(chǔ)進(jìn)行拓展，紅外線檢測模塊將是否有人的信息轉(zhuǎn)換成可供單片機(jī)識別的信號，通過采集報(bào)警模塊、按鍵模塊和紅外線檢測模塊所發(fā)送出的數(shù)字信號，單片機(jī)開始進(jìn)行識別和處理，并進(jìn)一步控制燈扇、噴沫裝置等模塊的開啟和關(guān)閉。主程序流程圖如圖6所示。

圖5 按鍵模塊電路

4 結(jié)束語

針對智能廁所大多存在系統(tǒng)不完善、功能單一的問題，設(shè)計(jì)了基于STC12C5410AD單片機(jī)的智能廁所控制系統(tǒng)，主要對系統(tǒng)的軟硬件進(jìn)行了設(shè)計(jì)。本文所設(shè)計(jì)的智能廁所結(jié)構(gòu)簡單，容易實(shí)現(xiàn)，通過紅外線檢測模塊檢測廁所是否有客人，并且將檢測信號傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)將自動(dòng)實(shí)現(xiàn)開燈和開排氣扇的功能，并且還能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)噴沫，自動(dòng)清潔廁所的功能。當(dāng)客人出現(xiàn)緊急情況時(shí)按下報(bào)警按鈕，單片機(jī)收到報(bào)警信息，經(jīng)過處理，將報(bào)警信息上傳到有人云平臺，有人云將報(bào)警信息發(fā)送到管理者手機(jī)中。此智能廁所的設(shè)計(jì)可以使客人更加方便地使用廁所，并且使得管理者能夠及時(shí)地處理廁所的緊急情況。

圖6 主程序流程圖