公共卫生间水电节能管理控制器设计

戴明川　张俊佳

【摘 要】随着社会的发展，人们的节能意识也逐渐增强，水、电资源作为一种重要的公共资源，如何将其合理有效的利用也逐渐得到社会的重视。本文针对目前许多公共卫生间存在的常流水、常明灯问题，并利用成熟技术设计了一种新型的公共卫生间水电节能管理控制器，实现了对公共卫生间的供水、供电进行综合管理，达到了节约公共卫生间水、电资源的目的，并具有技术稳定性好，前期投入成本低，维护方便等特点。

【关键词】公共卫生间；节能；控制器；单片机

0 前言

随着社会发展，公众的节约环保意识也逐渐加强，如何合理有效的利用我们现有的公共资源也成为了社会的热点问题之一。水、电作为一种重要的公共生产和生活资源，如何将其有效利用，达到节约水电的目的也人们关心的一大热点问题。公共卫生间作为公共资源中水电的主要消耗点之一，长期存在常流水、常亮灯的一种现象，造成了极大的水电资源的浪费，因此，公共卫生间的水电节能也逐渐得到重视。目前在一些公共场所的公共卫生间大量感应水龙头，感应式小便冲便器等方式来实现节约用水，但是这些方式前期投入大，后期维护不大方便、成本较高，因此，在如学校、医院等大量的公共场所依然存在常流水、照明常亮灯的想象，造成大量的水电资源浪费。为了解决这一问题，本文采用成熟技术设计了一种新型的水电节能管理控制器，实现对公共卫生间的供水供电进行综合管理与控制，并且具有技术稳定性好，前期投入成本低，维护方便等特点。

1 节能装置管理控制器总体方案设计

本控制器主要由红外探测器电路、AT89S52单片机最小系统电路、电磁水阀控制电路、电路开关控制电路等组成。其总体结构原理，如图1所示。

本设计的节能控制器采用以AT89S52单片机为控制器的控制核心。由AT89S52单片机、按键S1、晶振Y1构成最小系统，保证单片机的正常运行。红外探测器采用热释电红外线（PIR）传感器。单片机通过P0.0输出端口来控制供水水管电磁阀门线圈的得电与失电，从而控制电磁阀门的导通与关断，实现卫生间有人时对便池周期性的冲水，无人时关断水源，防止常流水的现象出现。单片机通过P2.0输出端口来控制电灯电路开关的通断，从而控制电灯线路的通断，实现卫生间有人时电灯周期性的通电点亮，无人时电灯关断，防止常亮灯的现象。

2 节能装置控制器硬件设计

2.1 探测电路设计

本设计采用红外探测器采用热释电红外线（PIR）传感器。热释电红外传感器一种新型高灵敏度探测元件，是一种能检测人体发射的红外线而输出电信号的传感器，由热释电红传感器构成本装置控制器的人员进出检查装置。PIR以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化，并将其转换成电压信号输出。将这个电压信号加以放大和整形变换成一个标准的开关信号送入单片机，单片机通过检查该电平信号来判断和启动执行相应的操作程序，控制电磁水阀启停和电灯线路的通断。其工作原理如图2所示。

在VCC电源端接电容C1、C2，利用C1和R2来稳定工作电压，同样输出端也多加了稳压元件稳定信号。当检测到人体移动信号时，电荷信号经过内部的FET放大后，经过C2，R1的稳压后使输出变为高电位，再经过NPN三极管的转化和74LS04反相器的处理，最终输出OUT为低电平，将该电平信号送至单片机处理。

2.2 单片机最小系统设计

本设计的节能控制器采用以AT89S52单片机为控制器的控制核心。由AT89S52单片机、按键S1、晶振Y1构成最小系统，保证单片机的正常运行，其最小系统如图3所示。

节能控制器采用的AT89S52单片机具有控制功能较强，I/O接口较丰富，双定时器/计数器，价格便宜等特点。较强的控制功能能实现从探测到控制的的综合感知与控制，丰富的I/O口可以实现控制器的功能扩展，双定时器/计数器有利于实现对供水和供电2个系统的同时分别控制。与此同时，AT89S52单片机较丰富的I/O接口有利于后续产品的升级与改造。

2.3 电磁水阀控制电路设计

单片机通过P0.0输出端口来控制供水水管电磁阀发线圈的得电与失电，从而控制电磁阀门的导通，实现卫生间有人时对便池周期性的冲水，防止常流水的现象。电磁水阀控制电路设计如图4所示

当单片机接收到传感器检测到的有人信号时，单片机启用定时器定时，按照一定的周期和时限让P0.0输出一个高电平，从而使NPN三极管V2导通，电磁继电器线圈得电，电磁阀阀芯得电吸合，控制电磁水阀阀门打开，进行冲水操作。

2.4 电灯控制线路设计

单片机通过P2.0输出端口来控制电灯电路开关的通断，从而控制电灯线路的通断，实现卫生间有人时电灯周期性的通电点亮，无人时自动关断，防止常亮灯的现象。电灯控制线路设计如图5所示。

当单片机接收到传感器检测到的有人信号时，单片机立即启用定时器定，与此同时让P2.0输出一个高电平，从而使NPN三极管V3导通，V3导通集电极输出一个电平作用在可控硅SCR的控制极控制SCR导通，SCR导通致使桥式整流电路BRIDGE1导通，桥式整流电路BRIDGE1导通电灯线路得电，电灯通电点亮。当定时器定时时间到，P2.0输出一个低电平，三极管V3关断，可控硅SCR的控制极为低电平使SCR关断，SCR关断致使桥式整流电路BRIDGE1断开，电灯线路断开，电灯失电关灭。

以上供水、供电的时间周期均可通过单片机的软件根据不同场合和不同用户的需求而设定。

3 液压节能装置管理控制器软件设计

节能装置管理控制器在无人进出公共卫生间时处于待机状态；当有人进出卫生间时，安装在卫生间入口的红外探测器探测到有人信号，红外探测器向节能装置管理控制器发送一个开关量信号，节能装置管理控制器中的主控芯片分别启动2个定时器，分别控制电磁水阀和电灯控制开关的启动状态与时间。考虑到人员入厕的目的不同，电磁水阀以1分钟为周期，每间隔10秒启动一次，进行冲水；电灯立即启动点亮，控制器以5分钟为周期关断电灯；执行完对应操作之后再次检测是否有人进出，如果无人进出则结束操作重新进入待机状态。其工作流程如图6所示。

4 结语

随着社会发展，节约能源尤其是水、电资源会越来越得到公众的重视。公共卫生间作为公共资源中水、电的主要消耗点之一，如何更好的实现公共卫生间的水、电节资源的合理有效利用也会逐渐的得到更多的重视。因此，可以在可见的将来针对公共卫生间的节能产品也会得到更大的发展。本设计采用目前成熟技术设计的一种新型的水电节能管理控制器，能够实现对公共卫生间的供水和供电进行综合管理与控制，达到节约水、电资源的目的，同时给后续的开发留出了足够的端口，有利于设计的进一步升级与改造。

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[责任编辑：杨玉洁]