環(huán)保廁所智能控制器研究*

蔣求生 周 姣

湘潭醫(yī)衛(wèi)職業(yè)技術學院，湖南 湘潭 411102

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環(huán)保廁所智能控制器研究*

蔣求生 周 姣

湘潭醫(yī)衛(wèi)職業(yè)技術學院，湖南 湘潭 411102

打包廁所是一種簡便的環(huán)保廁所，智能控制器由人體紅外感應器、指示燈、打包按鈕、袋滿檢測器、微電腦、背景音樂、步進電機、排氣風扇、照明燈等構成，實現(xiàn)自動識別，自動打包、自動處理，可營造舒適的如廁環(huán)境。

環(huán)保廁所；控制器；微電腦

目前市面上的打包廁所主要是機械式打包廁所，一般為腳踏式自動打包更換塑料袋，適用于戶外施工、臨時集會等場所，具有不用水、不用電、不排污等特點。但使用環(huán)境簡陋，通風、照明、打包均需手動操作，使用情況表明，由于有人沒有踩踏板導致系統(tǒng)不打包，廁所異味很重。針對這一情況，設計全自動打包廁所控制器。

一、系統(tǒng)的構成

如圖1所示，打包廁所智能控制器由人體紅外感應器2、打包按鈕5、袋滿監(jiān)測器6作為系統(tǒng)輸入與微電腦控制器1連接，指示燈4、顯示屏3、背景音樂10、步進電機9、排氣扇8、照明燈7作為系統(tǒng)的輸出與微電腦控制器1連接，電源11與微控制連接為系統(tǒng)供電。如圖2所示，微電腦控制器1由輸入信號處理模塊電路板12、單片機控制電路板13、語音模塊電路板14、驅(qū)動模塊電路板15構成。如圖3所示，輸入信號處理模塊電路板12由紅外傳感器接口16、按鈕接口21、袋滿傳感器接口17、按鈕信號識別及整形電路18、人體紅外信號識別及整形電路19、袋滿信號識別及整形電路20、輸入信號接口22構成。如圖4所示，驅(qū)動模塊電路板15由照明燈接口23、步進電機接口24、指示燈接口25、排氣扇接口26、照明驅(qū)動電路27、步進電機驅(qū)動電路28、指示燈驅(qū)動電路29、排氣扇驅(qū)動電路30、驅(qū)動信號接口31構成。如圖5所示，單片機控制電路板由通訊端口32、LCD顯示接口34、輸入模塊接口34、驅(qū)動模塊接口35、電源轉換及濾波電路36、單片機最小系統(tǒng)37、濕度監(jiān)測電路38、溫度監(jiān)測電路39、萬年歷電路40、語音模塊接口41構成。

圖1 系統(tǒng)構成圖

圖2 微電腦控制器構成圖

二、系統(tǒng)工作過程

當如廁者打開廁所門，進入廁所時，系統(tǒng)的紅外人體探測器2能感應到人體信號并發(fā)送給微電腦控制器1，微電腦控制器1接到人體探測信號后同時啟動照明燈、排氣扇進行換氣，啟動語音系統(tǒng)先播放歡迎語，然后播放舒緩的背景音樂營造舒適的如廁環(huán)境，同時指示燈4變綠表示系統(tǒng)進入運行狀態(tài)，當如廁者方便完后，按動一下打包按鈕，系統(tǒng)自動啟動打包廁程序，控制步進電機9旋轉1圈，進而帶動打包機構進行一次打包動作，并進行計次，當如廁者開門離開廁所時，系統(tǒng)通過紅外人體探測器感測后，播放致謝語，然后自動關閉照明與排氣以及背景音樂，指示燈回到紅燈待機狀態(tài)。

圖3 輸入信號處理模塊電路板構成圖

圖4 驅(qū)動模塊電路板構成圖

圖5 單片機控制電路板構成圖

輸入信號處理模塊電路的工作為，當打包按鈕5按下時，在按鈕接

口21上體現(xiàn)一個短路信號，通過按鈕信號識別及整形電路產(chǎn)生一個單片機能識別的可靠的打包信號通過輸入信號接口22送給單片機控制電路板13；當人體進入廁所時，人體紅外感應圈2通過紅外傳感器接口16將感應到的電信號傳給輸入信號處理模塊電路板12，進行人體紅外信號識別及整形處理，在通過輸入信號接口22送給單片機；當袋滿時，由于機械牽引的原理改變袋滿傳感器的狀態(tài)，傳感器通過袋滿傳感器接口17將信號送入到輸入信號處理模塊電路板12，進行袋滿信號識別及整形處理，繼而通過輸入信號接口22送入單片機進行處理。

系統(tǒng)的照明燈工作流程為單片機通過驅(qū)動信號接口31發(fā)送驅(qū)動電平信號給照明燈驅(qū)動電路27，通過控制相應的繼電器的通斷控制連接在照明燈接口23上的燈；系統(tǒng)的步進電機工作流程為單片機通過驅(qū)動信號接口31發(fā)送信號給步進電機驅(qū)動電路28，通過控制相應步進電機驅(qū)動芯片的PWM信號控制連接在步進電機接口24上的步進電機；系統(tǒng)的排氣扇工作流程為單片機通過驅(qū)動信號接口31發(fā)送驅(qū)動電平信號給排氣扇驅(qū)動電路30，通過相應繼電器的通斷控制連接在排氣扇接口26上的排氣扇；系統(tǒng)的指示燈工作流程為單片機通過驅(qū)動信號接口31發(fā)送驅(qū)動電平信號給指示燈驅(qū)動電路29，通過相應繼電器的通斷控制連接在指示燈接口25上的指示燈，沒人如廁時，亮紅燈表示廁所待機狀態(tài)，有人如廁時亮綠燈，表示廁所處于工作狀態(tài)中，當袋滿需換袋時，系統(tǒng)亮黃燈并閃爍，表示系統(tǒng)能夠進入報警狀態(tài)；

單片機最小系統(tǒng)37通過溫度檢測電路38、濕度檢測電路39、萬年歷電路40以及輸入模塊接口34將相應的溫度、濕度、時間、使用計次狀態(tài)等信息通過LCD顯示接口33在顯示屏3上進行顯示。打包廁所智能控制器的電源轉換及濾波電路36，將市電220V轉換成為單片機、LCD、濕度檢測、溫度檢測、萬年歷、語音模塊需要的+5V電壓，轉換成指示燈和步進電機所需的24V。打包廁所智能控制器的地單片機控制電路板13上的通訊端口32用于通過USB通訊線與上位機通訊，對控制器進行初始化處理，以及故障檢測。打包廁所智能控制器的地單片機控制電路板13上的溫度檢測電路39的核心元件為DS18B20，萬年歷電路40的核心元件為DS1302，濕度檢測電路38的核心元件為DHT11。

三、系統(tǒng)使用效果

通過打包的方式收集大小便，可節(jié)約水資源，實現(xiàn)資源有機化再利用。通過人體感應器進行系統(tǒng)識別與自動化控制，提高了系統(tǒng)的可靠性與實用性、舒適性。通過自動感應的方式控制照明與排氣，可節(jié)能。通過自動控制并播放令人舒適的背景音樂，可給如廁者帶來舒適感，提高了系統(tǒng)的性能。

[1]牛珊珊.城市臨時性可移動廁所設計研究[D].合肥工業(yè)大學，2015.

[2]周燕，梅小樂，杜兵.國內(nèi)外生態(tài)廁所類型分析及其應用研究[J].北方環(huán)境，2013(06).

[3]陳潤東.智能型生態(tài)廁所的綠色研究和開發(fā)[D].安徽理工大學，2012.

*湖南省教育廳科研項目“基于厭氧-好氧組合工藝的生態(tài)環(huán)保廁所研究”(編號：14C1112)。

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