陳　龍，陳朝大，鄧禧龍，唐國豪（.廣東環(huán)境保護工程職業(yè)學院，佛山　586；.廣東技術(shù)師范學院天河學院，廣州　50540）

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紅外線感應(yīng)節(jié)水裝置效果分析

陳龍1，陳朝大2，鄧禧龍1，唐國豪1
（1.廣東環(huán)境保護工程職業(yè)學院，佛山528216；2.廣東技術(shù)師范學院天河學院，廣州510540）

通過智能自動化技術(shù)來進行節(jié)水是今后節(jié)能的措施。以發(fā)展中國家普遍存在的溝槽式公廁為對象，通過紅外感應(yīng)設(shè)備來控制溝槽式小便池放水，達到節(jié)水節(jié)能的目的。設(shè)計以熱釋電紅外傳感器為主，輔以電磁水閥，實現(xiàn)精確的自動沖水控制。裝置具有靈敏度高、可靠性強、智能化、人性化等特點。

紅外感應(yīng)；節(jié)水；節(jié)能

1　節(jié)約用水的意義

水作為人類賴以生存的最寶貴的資源，是生命之源。隨著人口急劇增長，全世界耗水量迅猛增加，加上工業(yè)現(xiàn)代化進程中對自然環(huán)境帶來的嚴重水污染，淡水資源日益緊缺。

水短缺不僅成為許多國家經(jīng)濟發(fā)展的嚴重障礙，也嚴重威脅到人類的生活、健康。中國是世界上最缺水的國家之一，人均水資源占有量不到世界平均水平的25%，增強節(jié)水意識，提高節(jié)水效率，顯得尤為緊迫。但現(xiàn)實狀況是，水資源的浪費相當嚴重。在南方地區(qū)生活用水的大手大腳現(xiàn)象，十分普遍。有人計算過，如果不把水龍頭關(guān)緊，僅僅流出像火柴棒那樣細的水流，一晝夜就浪費了432L水。沖涼洗澡擦沐浴露時不關(guān)掉淋浴花灑，洗一次澡要浪費60L水。洗菜時不用盆接水洗，而是開著水龍頭沖，一頓飯則要浪費100L水［1］?？梢?，節(jié)約用水人人有責、意義重大。

2　設(shè)計方案

節(jié)能并不是不用能源，或簡單地少用能源，而是善用能源，巧用能源。生活中有許多節(jié)水的妙招，比如：洗菜、淘米的水再澆花、澆草、澆樹；洗過衣服的水再沖拖把、衛(wèi)生間等。本設(shè)計主要通過技術(shù)創(chuàng)新、設(shè)備結(jié)構(gòu)改造，采用新工藝、新技術(shù)等方法，直接減少水資源的消耗。

紅外線自動感應(yīng)節(jié)水裝置水閥開關(guān)的控制，是基于紅外線技術(shù)的自動感應(yīng)控制電路，當有人進入感應(yīng)區(qū)范圍時，專用傳感器就會探測到人體紅外光譜的變化，自動打開水閥，人不離開感應(yīng)范圍，將持續(xù)接通；人離開后，延時自動關(guān)閉水閥。從而實現(xiàn)“人到水通，人離水?！钡男阅堋ＳH切方便，安全節(jié)能，更顯示出人性化關(guān)懷。

3　工作原理

3.1紅外線及其特性

紅外線也稱紅外光或紅外輻射，是位于可見光中紅光以外的光線，故稱為紅外線。它是一種人眼看不見的電磁波，它的波長范圍大致在0.75～1000μm之間。自然界中，任何高于-273K絕對溫度的物體都將產(chǎn)生紅外光譜，不同溫度的物體釋放的紅外能量的波長是不一樣的，因此紅外波長與溫度的高低是相關(guān)的，而且輻射能量的大小與物體表面的溫度有關(guān)。人體的恒定體溫一般在37℃左右，會發(fā)出10mm左右特定波長的紅外線，被動式紅外探頭就是靠探測人體發(fā)射的紅外線而進行工作的［2］。

紅外線的特性有：

（1）具有可見光的一切特性（直線前進、折射定律、反射定律、干涉、衍射和偏振）。

（2）具有光熱效應(yīng)，能輻射熱量，且物體溫度越高紅外輻射就越多，故可利用紅外輻射測物體溫度。

（3）紅外光在介質(zhì)中傳播時，由于介質(zhì)的吸收和散射作用而被衰減，介質(zhì)的吸收紅外光是有選擇性的。

3.2紅外探測器的類型及選擇

（1）光敏紅外探測器

光電磁型探測器：利用某些材料的光電磁效應(yīng)（光生載流子的擴散運動在磁場作用下產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的一種物理效應(yīng)）工作。

（2）熱敏紅外探測器

熱敏探測器的響應(yīng)速度較低，響應(yīng)時間較長，但具有寬廣的、比較平坦的光譜響應(yīng)。

熱釋電效應(yīng)是指當一些晶體受熱時，在晶體兩端將會產(chǎn)生數(shù)量相等而符號相反的電荷，由于熱變化而產(chǎn)生的電極化現(xiàn)象［3］。

主要應(yīng)用有：①探測人體用的紅外傳感器用于防盜報警、來客告知及非接觸開關(guān)等。②供測溫使用的熱釋電紅外傳感器，其測溫范圍可達-80～1500℃。

采用紅外傳感器BISS0001芯片作為控制核心的熱釋電紅外無線感應(yīng)器應(yīng)用電路如圖1所示。該電路通過熱釋電紅外傳感器感應(yīng)人體紅外的存在，把人體紅外信號輸入到BISS0001芯片，芯片通過對紅外傳感器的電信號的處理，輸出控制電平信號，從而驅(qū)動電磁繼電器開關(guān)的通斷［4］。

圖1　應(yīng)用電路

熱釋電紅外傳感器以其價格低廉、技術(shù)性能穩(wěn)定的特點，受到專業(yè)人士和廣大用戶的歡迎。熱釋電紅外傳感器既可用于防盜報警裝置，也可以用于自動控制、接近開關(guān)、遙測等領(lǐng)域。

本文以熱釋電紅外線傳感器用于公共衛(wèi)生間男小便節(jié)水器控制電路為例介紹其應(yīng)用。

4　節(jié)水裝置組成及效果

4.1節(jié)水裝置的組成

圖2是歐普微功耗紅外線人體感應(yīng)開關(guān) （AC220V），型號：OP-18，價格28元一個。它的特點有：①全自動感應(yīng)：人到則打開，人走自動延時關(guān)閉；②自動延時：開關(guān)安裝正常后，人進入感應(yīng)范圍自動打開，人在開關(guān)感應(yīng)范圍內(nèi)活動則一直接通，若人靜止不動或離開則按最后一次活動計算延時，延時到設(shè)定時間自動關(guān)閉；③感應(yīng)范圍：圓錐角≤130°，距離≤10m；④靜態(tài)功耗：0.01W。

圖2　紅外線人體感應(yīng)開關(guān)

圖3為宏鑫牌高品質(zhì)電磁閥水閥 （AC220V），型號2W160-15（4分），價格48元一個。

交往過程中的游戲習作，生生互動，師生互動，能調(diào)動學生習作積極性，增強習作興趣，提高習作質(zhì)量。老師在游戲前注重方法指導(dǎo)，關(guān)注游戲后的總結(jié)，學生的習作水平定會提升。

圖3　電磁閥水閥

圖4是紅外線自動感應(yīng)節(jié)水裝置的制作實物圖，皮管8 元1m，導(dǎo)線加插頭14元，裝置成本大概98元。

圖4　制作實物

4.2節(jié)水量的分析

現(xiàn)在的溝槽式?jīng)_水公廁幾乎是白天12h不間斷的用自來水沖洗，造成了水資源的嚴重浪費。

流體在單位時間內(nèi)通過管道某一橫斷面的體積或重量稱為流量。用容積表示流量單位是L/S或m3/h。流量的計算公式為：

M=3600·u·A（2gP）1/2。

式中：M——體積流量，單位是m3/h；

u——水流系數(shù)，取0.6；

A——水流出橫截面積，單位是m2；

g——重力加速度9.8m/s；

P——水壓力，單位為MPa。

以一個溝槽式公廁為例，假設(shè)水管內(nèi)徑為15mm，市政給水壓力為0.3MPa。

鋼管截面積為：0.015×0.015×3.1416÷4＝0.0001767（m2）水管1h的水流量：

M＝3600×0.6×0.0001767×（2×9.8×0.3）1/2＝0.925（m3/h）

水管一年水流量，以1d白天時間12h計算：

0.925（m3/h）×12（h）×30（d）×12（月）＝3996（m3/年）

也就是說，僅僅一個溝槽式小便池一年浪費的水量就有3996t。

現(xiàn)在市政自來水公司供水的一次供水費2.56元，二次供水費0.50元左右，我們假定1t水的平均供水費用為3元。一個溝槽式公廁一年的水費為S=3996（m3/年）×3（元/m3）=11988元。

已知某大型醫(yī)院有溝槽式公廁10個，那么每年需要支付的水費：10×11988＝119880元，安裝溝槽式紅外自動感應(yīng)節(jié)水器后，按平均節(jié)水率75%計算，一年可以節(jié)約水費開支：119880×75%＝89910元，不僅可以讓溝槽式公廁降低水的浪費，還能大大減少用水成本。

4.3功能特點

節(jié)水裝置具有體積小、能耗小、使用方便、工作穩(wěn)定可靠、零風險、回報高等特點。

（1）方便節(jié)水：紅外線自動感應(yīng)節(jié)水裝置使用后沖 8s左右，節(jié)水效果能達到75%以上。

（2）省電節(jié)能：傳感器通過人體紅外線識別感應(yīng)原理，感應(yīng)人體熱量來控制開關(guān)，減少了無效電能的損耗，采用先進成熟的集成電路高倍節(jié)能，年耗電3度左右，節(jié)能效果好。

（3）自動調(diào)節(jié)：沖洗完全由感應(yīng)器自動完成、無需人為操作。

（4）安裝簡便：安裝方法簡單，非專業(yè)人員也可以進行安裝。

5　結(jié)束語

紅外線感應(yīng)自動化節(jié)水裝置可應(yīng)用于醫(yī)院、車站、商場、高速服務(wù)區(qū)等公共場所的感應(yīng)水龍頭、醫(yī)用洗手器、節(jié)水型沐浴器、感應(yīng)小便斗沖水器、廁所感應(yīng)大便器等。面對自然生態(tài)環(huán)境的惡化，珍惜自然資源，節(jié)水節(jié)電節(jié)氣，節(jié)約使用一切資源和能源，應(yīng)當成為人們生活的習慣。

［1］江曾培.節(jié)約三題［J］.東方劍，2004（11）：11.

［2］艾禮貌.淺談熱釋電紅外傳感器報警系統(tǒng)［J］.中國科技財富，2009 （4）：10.

［3］邢 軍，周 嵐，劉小蘭.人體感應(yīng)節(jié)能插座的研究與設(shè)計［J］.山西電子技術(shù)，2011（2）：48，74.

［4］陳 龍，張志達.基于熱釋電模塊的單片機報警系統(tǒng)的設(shè)計［J］.科技信息，2012（32）：301～302.

陳 龍（1983-），男，江西贛州人，講師，研究方向為電氣自動化、節(jié)能工程技術(shù)。

TN219

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2095-2066（2016）13-0004-02

①2014年度廣東省高等教育教學改革項目（項目編號：GDJG20142570）學科競賽對創(chuàng)新人才培養(yǎng)的實踐與研究。②廣東環(huán)境保護工程職業(yè)學院2015年院長基金“節(jié)能工程技術(shù)”配套項目（2015YZPT4）。

2016-4-20