劉立坤 劉 靜

淮南師范學(xué)院電氣信息工程學(xué)院，安徽淮南 232038

引言

在許多人流量較大的地方，傳統(tǒng)的手動(dòng)沖便及抽紙裝置效果不佳，使用壽命也較短，且容易傳播細(xì)菌，給人們的身體健康帶來極大威脅。所以設(shè)計(jì)出一套合理的蹲便器自動(dòng)沖水抽紙系統(tǒng)勢(shì)在必行。

隨著科技的不斷發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用與普及是人們始料未及的[1]。而本系統(tǒng)所基于的STC89C52芯片是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器[2]。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。和傳統(tǒng)的AT89C51單片機(jī)相比，其具有可直接使用串口下載程序等特點(diǎn)，使用起來更加方便快捷。

1 系統(tǒng)總方案設(shè)計(jì)

蹲便器自動(dòng)沖水抽紙系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。整個(gè)系統(tǒng)由信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)、信號(hào)處理系統(tǒng)和信號(hào)輸出系統(tǒng)組成。信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)由紅外傳感器和激光傳感器組成。紅外傳感器主要檢測(cè)是否有人如廁，激光傳感器用來檢測(cè)抽紙是否用完（檢測(cè)結(jié)果輸出方式以其對(duì)應(yīng)的LED發(fā)光二極管是否發(fā)光表現(xiàn)）。信號(hào)處理系統(tǒng)由STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)構(gòu)成，其中包括了供電系統(tǒng)以及驅(qū)動(dòng)電磁閥和步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。而信號(hào)輸出系統(tǒng)則由語音系統(tǒng)、沖水系統(tǒng)和抽紙系統(tǒng)。

圖1 蹲便器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)

蹲便器的信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)主要由紅外傳感器和激光傳感器組成。本系統(tǒng)采用的是3cm～50cm可調(diào)紅外避障傳感器，這是一種集發(fā)送與接收于一體的光電傳感器[3]。前方無障礙，輸出高電平，有障礙輸出口會(huì)從高電平變成低電平。背面有一個(gè)電位器可以調(diào)節(jié)障礙的檢測(cè)距離，一旦調(diào)節(jié)好電位器，則在有效距離內(nèi)輸出低電平[4]，低電平剛好給單片機(jī)識(shí)別。而激光傳感器也是運(yùn)用相似的原理作用于電路中，用來檢測(cè)蹲便器抽紙是否用完。

2.2 信號(hào)處理系統(tǒng)

蹲便器信號(hào)處理系統(tǒng)主要由單片機(jī)最小系統(tǒng)組成。單片機(jī)最小系統(tǒng)的核心元件采用STC89C52單片機(jī)用來控制整個(gè)電路的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。STC89C52是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM-Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS8的微處理器。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。

2.3 信號(hào)輸出系統(tǒng)

語音系統(tǒng)、沖水系統(tǒng)和抽紙系統(tǒng)組成了蹲便器的信號(hào)輸出系統(tǒng)。

語音模塊主要由W T V 0 2 0組成。WTV020是一款功能強(qiáng)大的一次性可編程詫音芯片，音頻輸出為PWM戒DAC模式?？蛇x控制方式有挄鍵控制模式、幵口控制模式、串口控制模式等。挄鍵控制模式的觸發(fā)方式靈活；串口模式下可控制音量、打開戒關(guān)閉功放、有循環(huán)播放和停止功能。

沖水系統(tǒng)由電磁閥組成。電磁閥是用來控制流體的自動(dòng)化基礎(chǔ)原件，屬于執(zhí)行器；并不限于液壓，氣動(dòng)，用于控制液壓流動(dòng)方向。電磁閥通電時(shí)電磁線圈產(chǎn)生電磁力，把關(guān)閉鍵從閥座上提起，閥門打開，從而沖水；斷電時(shí)電磁力消失，彈簧把關(guān)閉減壓在閥座上，閥門關(guān)閉，沖水結(jié)束。

抽水系統(tǒng)由步進(jìn)電機(jī)組成。它的用途是將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移。通過控制脈沖的個(gè)數(shù)即可控制角位移量（步進(jìn)角），從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電控制中一種常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在自動(dòng)化儀表、自動(dòng)控制、機(jī)器人、自動(dòng)生產(chǎn)流水線等領(lǐng)域的應(yīng)用相當(dāng)廣泛。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)所設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)編寫出可以被單片機(jī)識(shí)別的程序，程序流程圖如圖2所示。

4 系統(tǒng)演示結(jié)果

蹲便器系統(tǒng)實(shí)物如圖3所示。

而系統(tǒng)演示預(yù)期結(jié)果和最終演示結(jié)果如表1所示。

表1 系統(tǒng)預(yù)期結(jié)果和演示結(jié)果

圖2 蹲便器系統(tǒng)軟件流程圖

圖3 蹲便器系統(tǒng)實(shí)物

5 結(jié)語及分析

經(jīng)過演示，整個(gè)系統(tǒng)可以達(dá)到預(yù)期效果，即人在方便后自動(dòng)抽紙沖水。為人們的生活帶來了便利也防止細(xì)菌交叉感染，保障了人體的身體健康。

在整個(gè)的設(shè)計(jì)及演示中，還存在一些問題。比如抽紙系統(tǒng)有時(shí)要按下兩次才會(huì)出紙，出現(xiàn)此問題的原因首先在于硬件的觸點(diǎn)有時(shí)接觸不靈敏，其次在于系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)于按鍵的延遲設(shè)的過于長(zhǎng)。此外，還可以對(duì)本蹲便器的沖水系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，使得此系統(tǒng)變得更加節(jié)水，環(huán)保。

[1]謝維成,楊家國(guó).單片機(jī)原理與應(yīng)用及C51單片機(jī)程序設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社,2011(7):33-35

[2]中國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院.2011中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展指南[M]北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2011(1):4-6

[3]田裕鵬,姚恩濤,李開宇.傳感器原理[M].北京：科學(xué)出版社,2007(3):23-27

[4]康光華,鄒壽彬,秦臻.電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）[M].北京：高等教育出版社,2005(5):46-48