新型環(huán)保小便池的研究

陳之酉

（蘇州工業(yè)園區(qū)工業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 蘇州 215123）

在公共男廁所,我們經(jīng)常會看到人們在使用小便池時,有尿液滴濺在地上,造成便跡難以清洗和增加細(xì)菌流動很不衛(wèi)生，而且我國人口眾多，如果這一問題不處理好，就會造成很大的環(huán)境污染。根據(jù)實驗發(fā)現(xiàn)，造成這一現(xiàn)象的主要原因是因為人們在使用過程中，站立的位置不對，這就要求我們設(shè)計一種新型小便池，可以規(guī)范人們在使用時的站立位置，防止尿液滴濺，保護環(huán)境，提高國民素質(zhì)。

1 現(xiàn)有環(huán)保小便池及其缺陷

目前市場上的環(huán)保小便池，主要有以下三種功能：

（一）在便池的設(shè)計上可以分別收集小便和大便，并且在使用時通過排氣扇把意味向下排放，不用時有擋板自動隔離，去出臭味；此外，還把洗手池的下水管與小便收集桶相連，起到節(jié)水作用。

（二）在設(shè)計上將洗手池和小便池一體化，充分利用洗手水清潔小便池，起到節(jié)水作用。

（三）將便池與各種醫(yī)療檢測裝置相連，使便池具有健康檢測功能。

綜上所述，我國在便池節(jié)水、除臭、便于收集肥料以及結(jié)合醫(yī)療設(shè)備進行健康檢測方面已有相關(guān)研究報道。但并未解決因人們使用小便池時，站立位置不對，有尿液滴濺在地上,造成便跡難以清洗，并增加細(xì)菌流動，造成細(xì)菌流動污染環(huán)境這一問題。這就要求我們設(shè)計一款新型環(huán)保小便池，可以規(guī)范人們在使用時的站立位置，如果站立位置符合要求則可以使用小便池，不符合要求則不能使用小便池，起到防止尿液滴濺，保護環(huán)境的作用。

2 新型環(huán)保小便池的總體設(shè)計

根據(jù)上述缺陷，這就要求我們設(shè)計一種新型環(huán)保小便池，解決因人們使用小便池時，站立位置不對，有尿液滴濺在地上,造成便跡難以清洗，并增加細(xì)菌流動，造成細(xì)菌流動污染環(huán)境這一問題。本項目的設(shè)計在于在小便池的外側(cè)增加一塊可收縮的擋板，當(dāng)人們需要上廁所時，站到規(guī)定位置時傳感器感應(yīng)到，發(fā)出信號，控制電動機正轉(zhuǎn)，帶動蓋板自動收縮，人們就可以使用；當(dāng)使用結(jié)束人離開后，傳感器感應(yīng)消失，撤消信號，控制電動機反轉(zhuǎn)控制蓋板自動放下。

2.1 功能說明

1）當(dāng)需要使用時，人們站到劃線規(guī)定位置，雙腳下兩個傳感器感應(yīng)到，發(fā)出信號，控制電動機正轉(zhuǎn)，收起蓋板。不會影響人們正常使用，又能防止尿液濺出或直接滴在地上,造成便跡難以清掃，并產(chǎn)生細(xì)菌流動的現(xiàn)象。

圖1 結(jié)構(gòu)圖

圖2 實物圖

2）當(dāng)使用結(jié)束時，人們離開劃線位置，雙腳下兩個傳感器無感應(yīng)，撤消信號，控制電動機反轉(zhuǎn)，放下蓋板。

通過這套系統(tǒng)，就可以很直觀的告訴使用者，他該站立的位置，防止使用小便池時尿液滴濺，減少細(xì)菌流動，起到保護環(huán)境的作用。

2.2 原理圖（圖1、圖2）及各部件作用說明

1）傳感器：檢測使用者雙腳站立位置是否正確，正確傳感器發(fā)出信號控制電動機正轉(zhuǎn)；站立位置不正確，傳感器則無信號發(fā)出。2）電動機：系統(tǒng)動力源裝置，帶動轉(zhuǎn)動桿。3）轉(zhuǎn)動桿：帶動蓋板收起和放下。

4）蓋板：限制使用者的站立位置，未在規(guī)定位置，不得使用小便池，遮擋異味。

3 傳感器的選用

傳感器用于檢測是否有物體存在于傳感器的感應(yīng)范圍內(nèi),并以此作為判斷使用者雙腳是否站立到位。

3.1 性能比較

1）磁性開關(guān)，在實際應(yīng)用中，主要用于檢測氣缸中活塞的運動位置，可在被測物體(如在氣缸的活塞或活塞桿)上安裝磁性物質(zhì)，在氣缸缸筒外面的兩端各安裝一個磁感應(yīng)式接近開關(guān)，就可以用這兩個傳感器分別標(biāo)識氣缸運動的兩個極限位置。故不適用于此設(shè)備中。

2）光電接近開關(guān)(本文中簡稱光電開關(guān))，通常在環(huán)境條件比較好、無粉塵污染上的場合下使用。光電開關(guān)工作時對被測對象幾乎無任何影響。因此，在生產(chǎn)線上被廣泛地使用。通常用于生產(chǎn)線設(shè)備中，用以檢測是否有物料存在，光電開關(guān)就會感應(yīng)到，發(fā)出信號，通過控制程序，就可以利用該信號狀態(tài)來判斷出傳送帶或送料機構(gòu)中有無物料，從而判斷是否驅(qū)動下一機構(gòu)動作。而本文所設(shè)計的新型環(huán)保小便池工作原理，當(dāng)人們需要上廁所時，站到規(guī)定位置時傳感器感應(yīng)到，發(fā)出信號，控制電動機正轉(zhuǎn)，帶動蓋板自動收縮，人們就可以使用；當(dāng)使用結(jié)束人離開后，傳感器感應(yīng)消失，撤消信號，控制電動機反轉(zhuǎn)控制蓋板自動放下。所以光電傳感器完全可以滿足以上功能要求。

3）光纖式光電接近開關(guān)，光纖式光電開關(guān)由光纖檢測頭、光纖放大器兩部分組成，光纖放大器和光纖檢測頭是分離的兩部分，光纖檢測頭的尾端部分分成兩條光纖，使用時分別插入放大器的兩個光纖孔。光纖式光電開關(guān)的輸出連接至PLC。光纖式光電開關(guān)也是光纖傳感器的一種，光纖傳感器傳感部分沒有電路連接，不產(chǎn)生熱量，只利用很少的光能，這些特點使光纖傳感器成為危險環(huán)境下的理想選擇。光纖傳感器還可以用于關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備的長期高可靠性和穩(wěn)定性的監(jiān)視。相對于傳統(tǒng)傳感器，光纖傳感器具有下述優(yōu)點：抗電磁干擾、可工作于惡劣環(huán)境，傳輸距離遠(yuǎn)，使用壽命長，此外，由于光纖頭具有較小的體積，所以可以安裝在空間很小的地方。光纖放大器根據(jù)需要來放置。比如有些生產(chǎn)過程中煙火、電火花等可能引起爆炸和火災(zāi)，而光能不會成為火源，不會引起爆炸和火災(zāi)，所以可以將光纖檢測頭設(shè)置在危險場所，將放大器單元設(shè)置在非危險場所進行使用。根據(jù)調(diào)節(jié)的強度，光纖傳感器可以檢測不同的物品或者檢測距離，所以光纖傳感器完全可以滿足新型環(huán)保小便池的功能要求。

3.2 價格比較

1）磁性開關(guān)的價格比較便宜，售價大概在20-200元之間，常用的大概在30元左右。

2）光電接近開關(guān)的價格，相對于磁性開關(guān)的價格略高一點，相對于光纖式光電接近開關(guān)的價格便宜很多。售價大概在80-300元之間，常用的大概在100元左右。

3）光纖式光電接近開關(guān)的價格最高，售價大概在300-1800元之間，常用的大概在800元左右。

綜上所述，根據(jù)各類傳感器的性能和價格的比較，選用光電接近開關(guān)(光電式傳感器)，首先光電式傳感器完全可以滿足新型環(huán)保小便池設(shè)計的功能要求，而且價格相對比較便宜，適合批量組裝使用。本設(shè)備選用上海通爾生產(chǎn)型號為G012-MDNA-A的光電式傳感器，檢測距離0-200cm。

4 程序設(shè)計

4.1 PLC可編程邏輯控制器

在機電一體化設(shè)備中，有一個可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller,簡稱PLC)模塊，PLC種類有三菱系列、西門子系列、歐姆龍系列、松下系列，本論文僅以三菱PLC為例來講解。

圖3 三菱FX2N-48MR結(jié)構(gòu)圖

三菱FX2N-48MR結(jié)構(gòu)圖3所示。它有X0-X7、X10-X17、X20-X27共24個輸入，Y0-Y7、Y10-Y17、Y20-Y27共24個輸出組成。三菱FX2N-48MRPLC主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程器組成。

4.2 PLC程序設(shè)計

1）電氣控制原理圖（圖4）

圖4 電氣控制原理圖

2）I/O 分配表（表 1）

表1 新型環(huán)保小便池I/O分配

3）PLC 程序設(shè)計（圖 5）

圖5 PLC程序設(shè)計

本文所設(shè)計的新型環(huán)保便池，當(dāng)人們需要上廁所時，站到規(guī)定位置時傳感器感應(yīng)到，發(fā)出信號，控制電動機正轉(zhuǎn)，帶動擋板自動收縮，人們就可以使用；當(dāng)使用結(jié)束人離開后，傳感器感應(yīng)消失，撤消信號，控制電動機反轉(zhuǎn)控制擋板自動放下。此套裝置可以解決因人們使用小便池時，站立位置不對，有尿液滴濺在地上,造成便跡難以清洗，并增加細(xì)菌流動，造成細(xì)菌流動污染環(huán)境這一問題。本設(shè)計可以起到提高國民素質(zhì)，規(guī)范國民行為習(xí)慣，保護環(huán)境的作用。

［1］孟立凡,藍(lán)金輝,主編.傳感器原理與應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2007,8.

［2］李科杰.現(xiàn)代傳感技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2005.

［3］張巖,胡秀芳.傳感器應(yīng)用技術(shù)[M].福州:福建科學(xué)技術(shù)出版社,2005.

［4］張文棟.微傳傳感器與微執(zhí)行器全書[M].北京:科學(xué)出版社,2003.

［5］高勤.可編程控制器原理及應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2006,8.

［6］廖常初.FX系列PLC編程及應(yīng)用[M].北京:機械工業(yè)出版社,2006,1.

［7］孫振華.可編程控制器原理及應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社,2005.

［8］陳立定.電氣控制與可編程序控制的原理及應(yīng)用[M].北京:機械工業(yè)出版社,2005.

［9］祝紅芳.PLC及其在數(shù)控機床中的應(yīng)用[M].北京:人民郵電出版社,2007,10.

［10］符磊.電工技術(shù)與電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:清華大學(xué)出版社,1997,12.

［11］溫照方.可編程序控制器教程[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,2002.

［12］劉慶潭.材料力學(xué)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2003,2.

［13］高健.材料力學(xué)[M].北京:科學(xué)出版社,2011,1.