全自動坐便器電器控制系統設計

摘 要：基于AT89C51單片機的全自動坐便器控制系統，主要由紅外感應系統，單片機控制系統和外圍設備及其驅動電路3部分組成。該系統通過2個紅外感應中斷，分別感應到人的靠近和人體停留的時間，并將信息傳送給單片機進行處理，由單片機進行分析，根據人體停留的時間長短做出判斷，并決定采用合適的工作方式，通過電機轉動座圈和上蓋，并驅動落水閥和殺菌除臭電路工作。該系統有效地節約水資源，而且可以殺滅各種有害菌，保證人們的身體健康。

關鍵詞：節水控制；殺菌除臭；單片機；紅外感應

中圖分類號：TP274 文獻標識碼：B 文章編號：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 該設計研制了在坐便器上能夠自動完成沖洗、殺菌、除臭、節水的自動化裝置。該產品設計目標主要針對寫字樓、賓館、居民家庭等，對節能、環保有著重大現實意義及深遠的社會意義。

1 系統組成及工作原理

本系統主要由3部分組成：紅外感應系統，單片機控制系統，外圍設備及其驅動系統。3個系統聯動工作，首先由紅外感應系統在其感應范圍內感應到有人，發送信息給單片機控制系統，由單片機控制系統控制電機帶動坐圈的座蓋轉動，并由紅外線確定感應時間的長短，來確定最后的沖水時間，以達到節水的功能。外圍設備包括落水閥，片裝陶瓷臭氧發生器，坐圈電機與上蓋電機。單片機系統控制外圍設備驅動電路，以控制外圍設備使其工作。

2 紅外感應系統

紅外感應系統采用SM9576集成芯片。SM9576是一個紅外線傳感控制器，內部包含紅外線發射驅動和紅外線接收、檢測電路，當發射出去的紅外線信號被物體反射回來，由接收管接收、放大、檢測，再由輸出電路去控制執行機構。

根據實際需要，需要使得在有人的感應出現和人停留的整個過程中，輸出一個持續的電平，當SM9576的P0，P1都斷開時，OUT0的輸出符合要求，只是在有感應時輸出高電平，在沒有感應時輸出的是低電平，可以在后期信號處理的時候加一個信號反轉功能即可滿足AT89C2051中斷的需要。電路如圖1所示。

紅外感應電路紅外線發射管一直發射紅外線，當有人接近時紅外線接收管接收信號，經過芯片內部的處理之后在12腳輸出高電平。當沒有感應的時候12腳的輸出位低電平。這樣就簡單的實現了需要的功能。

在紅外中斷進入AT89C2051單片機之前，還要經過一個信號處理電路，使信號源更穩定，符合AT89C2051中斷的要求，而且讓AT89C2051單片機不受外界的干擾。信號處理電路如圖2所示。

首先用2個二極管IN4007進行電壓鉗位。由于AT89C2051的中斷是低電平中斷，而SM9576在紅外感應出現后，輸出的是高電平，所以在進入單片機之前需要將高電平進行反轉，再經過一個光耦隔離芯片，可以使得電平翻轉，而且使單片機信號不會對源信號進行干擾，增加系統的穩定性。

3 單片機控制系統

單片機選用AT89C2051，AT89C2051是一種帶2 kB閃爍可編程可擦除只讀存儲器(PEROM)的低電壓、高性能CMOS 8位微處理控制器。

3.1 基于AT89C2051的控制電路

首先將單片機的端口進行分配，如表1所示。

本系統有2個工作方式：一個是家用工作方式，一個是賓館方式。工作在家用方式時，待機時坐圈和上蓋都是打開的，而工作在賓館方式時，待機時坐圈和上蓋都是閉合的，有感應時座圈和上蓋全部打開，工作完后再將座圈和上蓋全部關閉。其余的工作過程都一樣。

一共有3種工作情況，下面就家用工作方式為例進行一一分析。

第一種情況：坐便器正常待機工作，坐圈和上蓋都打開，若男士小便，則紅外線0進行感應，記錄工作時間，因為沒有紅外線1的感應，所以自定義為男士小便。結束后，先將坐圈蓋上，然后將上蓋蓋上，進行6 s沖水，然后進行5 min的殺菌除臭工作，最后將上蓋和坐圈依次打開。

第二種情況：坐便器正常待機工作，坐圈和上蓋都打開，若女士小便，則首先感應紅外線1，將坐圈放下，這時候紅外線0進行感應計時，若計時時間小于90 s，則在感應到人離開后將上蓋蓋上，進行6 s沖水，然后進行5 min的殺菌除臭工作，最后將上蓋和坐圈依次打開。

第三種情況：坐便器正常待機工作，坐圈和上蓋都打開，若大便，則首先感應紅外線1，將坐圈放下，這時候紅外線0進行感應計時，若計時時間大于90 s，則在感應到人離開后將上蓋蓋上，進行10 s沖水，然后進行5 min的殺菌除臭工作，最后將坐圈和上蓋依次打開。

本設計采用了槽型光電開關。發射器為一個紅外線發射器，接收器是一個光敏三極管。兩者通過光的通斷工作。

基于AT89C2051單片機的控制系統電路如圖3所示。

本電路主要是進行4個方面的控制：落水閥控制、殺菌裝置控制、電機1的正反轉控制以及電機2的正反轉控制。

落水閥與殺菌裝置控制：當需要落水閥和殺菌裝置動作的時候，只需將P1.5和P1.4置0即可，置0后通過非門輸出即可輸出高電平，使相應的外圍電路動作。

電機旋轉時的工作過程：當有電機旋轉的請求時，單片機將三態門的使能端置0，讓單片機控制電機旋轉，這時單片機輸出低電平，通過非門后輸出高電平，使得電機啟動旋轉，并延時1 s，然后將三態門的使能端置1，使得單片機不能控制電機的旋轉。這時電機帶動的擋板插入槽型，光電開端的檢測處，使光敏三極管關閉，而輸出高電平，通過此高電平來控制電機的旋轉，當電機帶動擋板轉出槽型光電開關的檢測處時，說明電機旋轉到位，光敏三極管導通，使得其輸出低電平，這時電機兩端沒有電壓，則電機停止旋轉。電機正方轉控制：由軟件判斷電機需要正轉還是反轉，需要正轉時則將P3.0或P3.1置1，選通多路選擇器的1通道，使得電壓正相加在電機的兩端，則電機進行正轉；當需要電機反轉時，則將P3.0或P3.1置0，選通多路選擇器的0通道，使得電壓反相加在電機的兩端，則電機進行反轉。

4 外圍設備組成及其驅動電路

外圍電路主要包括片裝陶瓷臭氧發生器、電控落水閥和2個減速電機。這些設備相對于單片機來說，電壓比較高，不能由單片機的輸出直接驅動，所以需要在外圍設備與單片機控制電路之間加上驅動電路。以保證設備能夠運行。

4.1 片狀陶瓷臭氧發生器

本系統的臭氧發生器件采用新型的片狀陶瓷狀臭氧發生器SW150型焊接式臭氧片。其工作時只需要在2端加上12 V的直流電壓即可。該陶瓷臭氧發生器的驅動電路如圖4所示：

當CON6口（控制殺菌裝置接口）有高電平輸出時，代表需要進行進行殺菌除臭工作，則第一個三極管導通，使得集電極輸出低電平，從而使得功率三極管導通，使得12 V的電壓加在了片裝陶瓷臭氧發生器上，使其工作。

4.2 自動沖水裝置

電控落水閥是通過時間控制電路來控制沖水時間。當坐便器坐蓋蓋合后，自動沖洗開關接通電源，控制電路開始工作；首先啟動自動沖洗電路，通過強觸發電路給電磁鐵線圈通電，通過電磁力的作用吸合帶動鐵心，帶動瀉水閥和橡皮蓋上提，使水下流沖洗，當沖洗干凈后及時關閉電源，電磁力小時，使落水閥和橡皮蓋落到原來的狀態，關閉水閥，水會停止下流。根據電源開關電路的導通、斷開控制瀉水閥的打開、關閉，從而實現自動沖洗的目的。

落水閥驅動電路如圖4所示，只是CON6控制工作變成CON5（控制落水閥接口），電源電壓變為24 V。

4.3 電機及其正反轉驅動

在本系統中，采用直流齒輪減速電機。電機的驅動電路如圖5所示。當CON1（電機1正轉接口）出現高電平時，前端三極管導通，從而使得功率三極管也導通，與其相應的功率三極管也導通，將12 V電壓正向加到電機兩端。使得電機正轉。當CON2（電機1反轉接口）出現高電平時，電機的工作原理相同，只是通過另外2個功率三極管，將12 V的電壓反相加到電機兩端，使得電機反轉。電機2與電機1的工作原理相同，因此不再介紹。

5 單片機控制系統的軟件編程

本程序的設計主要是實現2個紅外線感應中斷，通過內部程序的控制，實現電機的正反轉電路，殺菌除臭電路以及落水閥電路的動作。程序的設計流程圖如圖6所示。

程序的設計思想：首先讓系統進入待機狀態，這時處理器處于休眠狀態，但是外部的管腳依然有效。由紅外線進行外部感應，使單片機產生中斷，從而使單片機退出休眠模式而開始工作。然后通過2個紅外線的中斷感應判斷需要外圍設備怎樣動作，從而送出相應的動作信號。動作完畢之后，使單片機再進入休眠待機工作狀態。等待下一次中斷產生。

參 考 文 獻

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作者簡介 楊景芝 女，1970年出生，講師，在讀碩士研究生。