戴明川　張俊佳

【摘 要】隨著社會的發(fā)展，人們的節(jié)能意識也逐漸增強，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的重視。本文針對目前許多公共衛(wèi)生間存在的常流水、常明燈問題，并利用成熟技術(shù)設(shè)計了一種新型的公共衛(wèi)生間水電節(jié)能管理控制器，實現(xiàn)了對公共衛(wèi)生間的供水、供電進行綜合管理，達到了節(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，維護方便等特點。

【關(guān)鍵詞】公共衛(wèi)生間；節(jié)能；控制器；單片機

0 前言

隨著社會發(fā)展，公眾的節(jié)約環(huán)保意識也逐漸加強，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的熱點問題之一。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，達到節(jié)約水電的目的也人們關(guān)心的一大熱點問題。公共衛(wèi)生間作為公共資源中水電的主要消耗點之一，長期存在常流水、常亮燈的一種現(xiàn)象，造成了極大的水電資源的浪費，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實現(xiàn)節(jié)約用水，但是這些方式前期投入大，后期維護不大方便、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。為了解決這一問題，本文采用成熟技術(shù)設(shè)計了一種新型的水電節(jié)能管理控制器，實現(xiàn)對公共衛(wèi)生間的供水供電進行綜合管理與控制，并且具有技術(shù)穩(wěn)定性好，前期投入成本低，維護方便等特點。

1 節(jié)能裝置管理控制器總體方案設(shè)計

本控制器主要由紅外探測器電路、AT89S52單片機最小系統(tǒng)電路、電磁水閥控制電路、電路開關(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)計的節(jié)能控制器采用以AT89S52單片機為控制器的控制核心。由AT89S52單片機、按鍵S1、晶振Y1構(gòu)成最小系統(tǒng)，保證單片機的正常運行。紅外探測器采用熱釋電紅外線（PIR）傳感器。單片機通過P0.0輸出端口來控制供水水管電磁閥門線圈的得電與失電，從而控制電磁閥門的導(dǎo)通與關(guān)斷，實現(xiàn)衛(wèi)生間有人時對便池周期性的沖水，無人時關(guān)斷水源，防止常流水的現(xiàn)象出現(xiàn)。單片機通過P2.0輸出端口來控制電燈電路開關(guān)的通斷，從而控制電燈線路的通斷，實現(xiàn)衛(wèi)生間有人時電燈周期性的通電點亮，無人時電燈關(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

2.1 探測電路設(shè)計

本設(shè)計采用紅外探測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元件，是一種能檢測人體發(fā)射的紅外線而輸出電信號的傳感器，由熱釋電紅傳感器構(gòu)成本裝置控制器的人員進出檢查裝置。PIR以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線能量的變化，并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出。將這個電壓信號加以放大和整形變換成一個標(biāo)準(zhǔn)的開關(guān)信號送入單片機，單片機通過檢查該電平信號來判斷和啟動執(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。當(dāng)檢測到人體移動信號時，電荷信號經(jīng)過內(nèi)部的FET放大后，經(jīng)過C2，R1的穩(wěn)壓后使輸出變?yōu)楦唠娢?，再?jīng)過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，將該電平信號送至單片機處理。

2.2 單片機最小系統(tǒng)設(shè)計

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

節(jié)能控制器采用的AT89S52單片機具有控制功能較強，I/O接口較豐富，雙定時器/計數(shù)器，價格便宜等特點。較強的控制功能能實現(xiàn)從探測到控制的的綜合感知與控制，豐富的I/O口可以實現(xiàn)控制器的功能擴展，雙定時器/計數(shù)器有利于實現(xiàn)對供水和供電2個系統(tǒng)的同時分別控制。與此同時，AT89S52單片機較豐富的I/O接口有利于后續(xù)產(chǎn)品的升級與改造。

2.3 電磁水閥控制電路設(shè)計

單片機通過P0.0輸出端口來控制供水水管電磁閥發(fā)線圈的得電與失電，從而控制電磁閥門的導(dǎo)通，實現(xiàn)衛(wèi)生間有人時對便池周期性的沖水，防止常流水的現(xiàn)象。電磁水閥控制電路設(shè)計如圖4所示

當(dāng)單片機接收到傳感器檢測到的有人信號時，單片機啟用定時器定時，按照一定的周期和時限讓P0.0輸出一個高電平，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，控制電磁水閥閥門打開，進行沖水操作。

2.4 電燈控制線路設(shè)計

單片機通過P2.0輸出端口來控制電燈電路開關(guān)的通斷，從而控制電燈線路的通斷，實現(xiàn)衛(wèi)生間有人時電燈周期性的通電點亮，無人時自動關(guān)斷，防止常亮燈的現(xiàn)象。電燈控制線路設(shè)計如圖5所示。

當(dāng)單片機接收到傳感器檢測到的有人信號時，單片機立即啟用定時器定，與此同時讓P2.0輸出一個高電平，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，電燈通電點亮。當(dāng)定時器定時時間到，P2.0輸出一個低電平，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，電燈線路斷開，電燈失電關(guān)滅。

以上供水、供電的時間周期均可通過單片機的軟件根據(jù)不同場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

節(jié)能裝置管理控制器在無人進出公共衛(wèi)生間時處于待機狀態(tài)；當(dāng)有人進出衛(wèi)生間時，安裝在衛(wèi)生間入口的紅外探測器探測到有人信號，紅外探測器向節(jié)能裝置管理控制器發(fā)送一個開關(guān)量信號，節(jié)能裝置管理控制器中的主控芯片分別啟動2個定時器，分別控制電磁水閥和電燈控制開關(guān)的啟動狀態(tài)與時間?？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秒啟動一次，進行沖水；電燈立即啟動點亮，控制器以5分鐘為周期關(guān)斷電燈；執(zhí)行完對應(yīng)操作之后再次檢測是否有人進出，如果無人進出則結(jié)束操作重新進入待機狀態(tài)。其工作流程如圖6所示。

4 結(jié)語

隨著社會發(fā)展，節(jié)約能源尤其是水、電資源會越來越得到公眾的重視。公共衛(wèi)生間作為公共資源中水、電的主要消耗點之一，如何更好的實現(xiàn)公共衛(wèi)生間的水、電節(jié)資源的合理有效利用也會逐漸的得到更多的重視。因此，可以在可見的將來針對公共衛(wèi)生間的節(jié)能產(chǎn)品也會得到更大的發(fā)展。本設(shè)計采用目前成熟技術(shù)設(shè)計的一種新型的水電節(jié)能管理控制器，能夠?qū)崿F(xiàn)對公共衛(wèi)生間的供水和供電進行綜合管理與控制，達到節(jié)約水、電資源的目的，同時給后續(xù)的開發(fā)留出了足夠的端口，有利于設(shè)計的進一步升級與改造。

【參考文獻】

[1]楊春霞.基于ARM7TDMI-S系列單片機的紅外防盜報警系統(tǒng)設(shè)計[J].商情，2014（49）：384-384.

[2]高強，唐宏偉，王汐，劉夢圓，徐進.基于BISS0001的智能沖水器控制系統(tǒng)設(shè)計[J].儀表技術(shù)，2012（2）：40-42.

[3]盧飛躍.基于單片機的多路紅外遙控定時搶答器的設(shè)計[J].機電工程技術(shù)，2010（8）：92-94.

[4]李娟，楊錄，張艷花.基于紅外傳感器的樓宇人數(shù)統(tǒng)計系統(tǒng)的設(shè)計[J].山西電子技術(shù)，2010（6）：23-24.

[5]郭天祥.51單片機C語言教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]