全自动坐便器电器控制系统设计
摘 要：基于AT89C51单片机的全自动坐便器控制系统，主要由红外感应系统，单片机控制系统和外围设备及其驱动电路3部分组成。该系统通过2个红外感应中断，分别感应到人的靠近和人体停留的时间，并将信息传送给单片机进行处理，由单片机进行分析，根据人体停留的时间长短做出判断，并决定采用合适的工作方式,通过电机转动座圈和上盖，并驱动落水阀和杀菌除臭电路工作。该系统有效地节约水资源，而且可以杀灭各种有害菌，保证人们的身体健康。
关键词：节水控制；杀菌除臭；单片机；红外感应
中图分类号：TP274 文献标识码：B 文章编号：1004373X(2008)1605504
Design of Electrical Control System of Fullautomatic Urinal
YANG Jingzhi,FU Lijuan
(Laiwu Vocational College,Laiwu,271100,China)
Abstract：The fullautomatic urinal based on the AT89C51 is mainly composed of IR induction,controller based on single chip computer,peripherals and their driving electrical circuits.This system responds interruption through two IR inductions,which can induct the nearing of a person and can induct the length of time that the person stayed.The information is delivered to the single chip computer,and then the single chip computer is carried on a processing according to the information and decides to adopt which kind of work method to run,and turn to arousing motors to turn the upper cover,and drives the falling water equipment.The system saves efficiently water resources,can kill various harmful germ to assurance people′s healthy.
Keywords：water save control;disinfection and deodorization;single chip computer;IR induction
收稿日期：20080109 该设计研制了在坐便器上能够自动完成冲洗、杀菌、除臭、节水的自动化装置。该产品设计目标主要针对写字楼、宾馆、居民家庭等，对节能、环保有着重大现实意义及深远的社会意义。
1 系统组成及工作原理
本系统主要由3部分组成：红外感应系统，单片机控制系统，外围设备及其驱动系统。3个系统联动工作，首先由红外感应系统在其感应范围内感应到有人，发送信息给单片机控制系统，由单片机控制系统控制电机带动坐圈的座盖转动，并由红外线确定感应时间的长短，来确定最后的冲水时间，以达到节水的功能。外围设备包括落水阀，片装陶瓷臭氧发生器，坐圈电机与上盖电机。单片机系统控制外围设备驱动电路，以控制外围设备使其工作。
2 红外感应系统
红外感应系统采用SM9576集成芯片。SM9576是一个红外线传感控制器，内部包含红外线发射驱动和红外线接收、检测电路，当发射出去的红外线信号被物体反射回来，由接收管接收、放大、检测，再由输出电路去控制执行机构。
根据实际需要，需要使得在有人的感应出现和人停留的整个过程中，输出一个持续的电平，当SM9576的P0，P1都断开时，OUT0的输出符合要求，只是在有感应时输出高电平，在没有感应时输出的是低电平，可以在后期信号处理的时候加一个信号反转功能即可满足AT89C2051中断的需要。电路如图1所示。
红外感应电路红外线发射管一直发射红外线，当有人接近时红外线接收管接收信号，经过芯片内部的处理之后在12脚输出高电平。当没有感应的时候12脚的输出位低电平。这样就简单的实现了需要的功能。
在红外中断进入AT89C2051单片机之前，还要经过一个信号处理电路，使信号源更稳定，符合AT89C2051中断的要求，而且让AT89C2051单片机不受外界的干扰。信号处理电路如图2所示。
首先用2个二极管IN4007进行电压钳位。由于AT89C2051的中断是低电平中断，而SM9576在红外感应出现后，输出的是高电平，所以在进入单片机之前需要将高电平进行反转，再经过一个光耦隔离芯片，可以使得电平翻转，而且使单片机信号不会对源信号进行干扰，增加系统的稳定性。
3 单片机控制系统
单片机选用AT89C2051，AT89C2051是一种带2 kB闪烁可编程可擦除只读存储器(PEROM)的低电压、高性能CMOS 8位微处理控制器。
3.1 基于AT89C2051的控制电路
首先将单片机的端口进行分配，如表1所示。
本系统有2个工作方式：一个是家用工作方式，一个是宾馆方式。工作在家用方式时，待机时坐圈和上盖都是打开的，而工作在宾馆方式时，待机时坐圈和上盖都是闭合的，有感应时座圈和上盖全部打开，工作完后再将座圈和上盖全部关闭。其余的工作过程都一样。
一共有3种工作情况，下面就家用工作方式为例进行一一分析。
第一种情况：坐便器正常待机工作，坐圈和上盖都打开，若男士小便，则红外线0进行感应，记录工作时间，因为没有红外线1的感应，所以自定义为男士小便。结束后，先将坐圈盖上，然后将上盖盖上，进行6 s冲水，然后进行5 min的杀菌除臭工作，最后将上盖和坐圈依次打开。
第二种情况：坐便器正常待机工作，坐圈和上盖都打开，若女士小便，则首先感应红外线1，将坐圈放下，这时候红外线0进行感应计时，若计时时间小于90 s，则在感应到人离开后将上盖盖上，进行6 s冲水，然后进行5 min的杀菌除臭工作，最后将上盖和坐圈依次打开。
第三种情况：坐便器正常待机工作，坐圈和上盖都打开，若大便，则首先感应红外线1，将坐圈放下，这时候红外线0进行感应计时，若计时时间大于90 s，则在感应到人离开后将上盖盖上，进行10 s冲水，然后进行5 min的杀菌除臭工作，最后将坐圈和上盖依次打开。
本设计采用了槽型光电开关。发射器为一个红外线发射器，接收器是一个光敏三极管。两者通过光的通断工作。
基于AT89C2051单片机的控制系统电路如图3所示。
本电路主要是进行4个方面的控制：落水阀控制、杀菌装置控制、电机1的正反转控制以及电机2的正反转控制。
落水阀与杀菌装置控制：当需要落水阀和杀菌装置动作的时候，只需将P1.5和P1.4置0即可，置0后通过非门输出即可输出高电平，使相应的外围电路动作。
电机旋转时的工作过程：当有电机旋转的请求时，单片机将三态门的使能端置0，让单片机控制电机旋转，这时单片机输出低电平，通过非门后输出高电平，使得电机启动旋转，并延时1 s，然后将三态门的使能端置1，使得单片机不能控制电机的旋转。这时电机带动的挡板插入槽型，光电开端的检测处，使光敏三极管关闭，而输出高电平，通过此高电平来控制电机的旋转，当电机带动挡板转出槽型光电开关的检测处时，说明电机旋转到位，光敏三极管导通，使得其输出低电平，这时电机两端没有电压，则电机停止旋转。电机正方转控制：由软件判断电机需要正转还是反转，需要正转时则将P3.0或P3.1置1，选通多路选择器的1通道，使得电压正相加在电机的两端，则电机进行正转；当需要电机反转时，则将P3.0或P3.1置0，选通多路选择器的0通道，使得电压反相加在电机的两端，则电机进行反转。
4 外围设备组成及其驱动电路
外围电路主要包括片装陶瓷臭氧发生器、电控落水阀和2个减速电机。这些设备相对于单片机来说，电压比较高，不能由单片机的输出直接驱动，所以需要在外围设备与单片机控制电路之间加上驱动电路。以保证设备能够运行。
4.1 片状陶瓷臭氧发生器
本系统的臭氧发生器件采用新型的片状陶瓷状臭氧发生器SW150型焊接式臭氧片。其工作时只需要在2端加上12 V的直流电压即可。该陶瓷臭氧发生器的驱动电路如图4所示：
当CON6口（控制杀菌装置接口）有高电平输出时，代表需要进行进行杀菌除臭工作，则第一个三极管导通，使得集电极输出低电平，从而使得功率三极管导通，使得12 V的电压加在了片装陶瓷臭氧发生器上，使其工作。
4.2 自动冲水装置
电控落水阀是通过时间控制电路来控制冲水时间。当坐便器坐盖盖合后，自动冲洗开关接通电源，控制电路开始工作；首先启动自动冲洗电路，通过强触发电路给电磁铁线圈通电，通过电磁力的作用吸合带动铁心，带动泻水阀和橡皮盖上提，使水下流冲洗，当冲洗干净后及时关闭电源，电磁力小时，使落水阀和橡皮盖落到原来的状态，关闭水阀，水会停止下流。根据电源开关电路的导通、断开控制泻水阀的打开、关闭，从而实现自动冲洗的目的。
落水阀驱动电路如图4所示，只是CON6控制工作变成CON5（控制落水阀接口），电源电压变为24 V。
4.3 电机及其正反转驱动
在本系统中，采用直流齿轮减速电机。电机的驱动电路如图5所示。当CON1（电机1正转接口）出现高电平时，前端三极管导通，从而使得功率三极管也导通，与其相应的功率三极管也导通，将12 V电压正向加到电机两端。使得电机正转。当CON2（电机1反转接口）出现高电平时，电机的工作原理相同，只是通过另外2个功率三极管，将12 V的电压反相加到电机两端，使得电机反转。电机2与电机1的工作原理相同，因此不再介绍。
5 单片机控制系统的软件编程
本程序的设计主要是实现2个红外线感应中断，通过内部程序的控制，实现电机的正反转电路，杀菌除臭电路以及落水阀电路的动作。程序的设计流程图如图6所示。
程序的设计思想：首先让系统进入待机状态，这时处理器处于休眠状态，但是外部的管脚依然有效。由红外线进行外部感应，使单片机产生中断，从而使单片机退出休眠模式而开始工作。然后通过2个红外线的中断感应判断需要外围设备怎样动作，从而送出相应的动作信号。动作完毕之后，使单片机再进入休眠待机工作状态。等待下一次中断产生。
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作者简介 杨景芝 女，1970年出生，讲师，在读硕士研究生。
