公共衛生間水電節能管理控制器設計

戴明川　張俊佳

【摘 要】隨著社會的發展，人們的節能意識也逐漸增強，水、電資源作為一種重要的公共資源，如何將其合理有效的利用也逐漸得到社會的重視。本文針對目前許多公共衛生間存在的常流水、常明燈問題，并利用成熟技術設計了一種新型的公共衛生間水電節能管理控制器，實現了對公共衛生間的供水、供電進行綜合管理，達到了節約公共衛生間水、電資源的目的，并具有技術穩定性好，前期投入成本低，維護方便等特點。

【關鍵詞】公共衛生間；節能；控制器；單片機

0 前言

隨著社會發展，公眾的節約環保意識也逐漸加強，如何合理有效的利用我們現有的公共資源也成為了社會的熱點問題之一。水、電作為一種重要的公共生產和生活資源，如何將其有效利用，達到節約水電的目的也人們關心的一大熱點問題。公共衛生間作為公共資源中水電的主要消耗點之一，長期存在常流水、常亮燈的一種現象，造成了極大的水電資源的浪費，因此，公共衛生間的水電節能也逐漸得到重視。目前在一些公共場所的公共衛生間大量感應水龍頭，感應式小便沖便器等方式來實現節約用水，但是這些方式前期投入大，后期維護不大方便、成本較高，因此，在如學校、醫院等大量的公共場所依然存在常流水、照明常亮燈的想象，造成大量的水電資源浪費。為了解決這一問題，本文采用成熟技術設計了一種新型的水電節能管理控制器，實現對公共衛生間的供水供電進行綜合管理與控制，并且具有技術穩定性好，前期投入成本低，維護方便等特點。

1 節能裝置管理控制器總體方案設計

本控制器主要由紅外探測器電路、AT89S52單片機最小系統電路、電磁水閥控制電路、電路開關控制電路等組成。其總體結構原理，如圖1所示。

本設計的節能控制器采用以AT89S52單片機為控制器的控制核心。由AT89S52單片機、按鍵S1、晶振Y1構成最小系統，保證單片機的正常運行。紅外探測器采用熱釋電紅外線（PIR）傳感器。單片機通過P0.0輸出端口來控制供水水管電磁閥門線圈的得電與失電，從而控制電磁閥門的導通與關斷，實現衛生間有人時對便池周期性的沖水，無人時關斷水源，防止常流水的現象出現。單片機通過P2.0輸出端口來控制電燈電路開關的通斷，從而控制電燈線路的通斷，實現衛生間有人時電燈周期性的通電點亮，無人時電燈關斷，防止常亮燈的現象。

2 節能裝置控制器硬件設計

2.1 探測電路設計

本設計采用紅外探測器采用熱釋電紅外線（PIR）傳感器。熱釋電紅外傳感器一種新型高靈敏度探測元件，是一種能檢測人體發射的紅外線而輸出電信號的傳感器，由熱釋電紅傳感器構成本裝置控制器的人員進出檢查裝置。PIR以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線能量的變化，并將其轉換成電壓信號輸出。將這個電壓信號加以放大和整形變換成一個標準的開關信號送入單片機，單片機通過檢查該電平信號來判斷和啟動執行相應的操作程序，控制電磁水閥啟停和電燈線路的通斷。其工作原理如圖2所示。

在VCC電源端接電容C1、C2，利用C1和R2來穩定工作電壓，同樣輸出端也多加了穩壓元件穩定信號。當檢測到人體移動信號時，電荷信號經過內部的FET放大后，經過C2，R1的穩壓后使輸出變為高電位，再經過NPN三極管的轉化和74LS04反相器的處理，最終輸出OUT為低電平，將該電平信號送至單片機處理。

2.2 單片機最小系統設計

本設計的節能控制器采用以AT89S52單片機為控制器的控制核心。由AT89S52單片機、按鍵S1、晶振Y1構成最小系統，保證單片機的正常運行，其最小系統如圖3所示。

節能控制器采用的AT89S52單片機具有控制功能較強，I/O接口較豐富，雙定時器/計數器，價格便宜等特點。較強的控制功能能實現從探測到控制的的綜合感知與控制，豐富的I/O口可以實現控制器的功能擴展，雙定時器/計數器有利于實現對供水和供電2個系統的同時分別控制。與此同時，AT89S52單片機較豐富的I/O接口有利于后續產品的升級與改造。

2.3 電磁水閥控制電路設計

單片機通過P0.0輸出端口來控制供水水管電磁閥發線圈的得電與失電，從而控制電磁閥門的導通，實現衛生間有人時對便池周期性的沖水，防止常流水的現象。電磁水閥控制電路設計如圖4所示

當單片機接收到傳感器檢測到的有人信號時，單片機啟用定時器定時，按照一定的周期和時限讓P0.0輸出一個高電平，從而使NPN三極管V2導通，電磁繼電器線圈得電，電磁閥閥芯得電吸合，控制電磁水閥閥門打開，進行沖水操作。

2.4 電燈控制線路設計

單片機通過P2.0輸出端口來控制電燈電路開關的通斷，從而控制電燈線路的通斷，實現衛生間有人時電燈周期性的通電點亮，無人時自動關斷，防止常亮燈的現象。電燈控制線路設計如圖5所示。

當單片機接收到傳感器檢測到的有人信號時，單片機立即啟用定時器定，與此同時讓P2.0輸出一個高電平，從而使NPN三極管V3導通，V3導通集電極輸出一個電平作用在可控硅SCR的控制極控制SCR導通，SCR導通致使橋式整流電路BRIDGE1導通，橋式整流電路BRIDGE1導通電燈線路得電，電燈通電點亮。當定時器定時時間到，P2.0輸出一個低電平，三極管V3關斷，可控硅SCR的控制極為低電平使SCR關斷，SCR關斷致使橋式整流電路BRIDGE1斷開，電燈線路斷開，電燈失電關滅。

以上供水、供電的時間周期均可通過單片機的軟件根據不同場合和不同用戶的需求而設定。

3 液壓節能裝置管理控制器軟件設計

節能裝置管理控制器在無人進出公共衛生間時處于待機狀態；當有人進出衛生間時，安裝在衛生間入口的紅外探測器探測到有人信號，紅外探測器向節能裝置管理控制器發送一個開關量信號，節能裝置管理控制器中的主控芯片分別啟動2個定時器，分別控制電磁水閥和電燈控制開關的啟動狀態與時間。考慮到人員入廁的目的不同，電磁水閥以1分鐘為周期，每間隔10秒啟動一次，進行沖水；電燈立即啟動點亮，控制器以5分鐘為周期關斷電燈；執行完對應操作之后再次檢測是否有人進出，如果無人進出則結束操作重新進入待機狀態。其工作流程如圖6所示。

4 結語

隨著社會發展，節約能源尤其是水、電資源會越來越得到公眾的重視。公共衛生間作為公共資源中水、電的主要消耗點之一，如何更好的實現公共衛生間的水、電節資源的合理有效利用也會逐漸的得到更多的重視。因此，可以在可見的將來針對公共衛生間的節能產品也會得到更大的發展。本設計采用目前成熟技術設計的一種新型的水電節能管理控制器，能夠實現對公共衛生間的供水和供電進行綜合管理與控制，達到節約水、電資源的目的，同時給后續的開發留出了足夠的端口，有利于設計的進一步升級與改造。

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[責任編輯：楊玉潔]