環保廁所智能控制器研究*

蔣求生 周 姣

湘潭醫衛職業技術學院，湖南 湘潭 411102

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環保廁所智能控制器研究*

蔣求生 周 姣

湘潭醫衛職業技術學院，湖南 湘潭 411102

打包廁所是一種簡便的環保廁所，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，實現自動識別，自動打包、自動處理，可營造舒適的如廁環境。

環保廁所；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、袋滿監測器6作為系統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、照明驅動電路27、步進電機驅動電路28、指示燈驅動電路29、排氣扇驅動電路30、驅動信號接口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、驅動模塊接口35、電源轉換及濾波電路36、單片機最小系統37、濕度監測電路38、溫度監測電路39、萬年歷電路40、語音模塊接口41構成。

圖1 系統構成圖

圖2 微電腦控制器構成圖

二、系統工作過程

當如廁者打開廁所門，進入廁所時，系統的紅外人體探測器2能感應到人體信號并發送給微電腦控制器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境，同時指示燈4變綠表示系統進入運行狀態，當如廁者方便完后，按動一下打包按鈕，系統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。

圖3 輸入信號處理模塊電路板構成圖

圖4 驅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上體現一個短路信號，通過按鈕信號識別及整形電路產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，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。

系統的照明燈工作流程為單片機通過驅動信號接口31發送驅動電平信號給照明燈驅動電路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；系統的步進電機工作流程為單片機通過驅動信號接口31發送信號給步進電機驅動電路28，通過控制相應步進電機驅動芯片的PWM信號控制連接在步進電機接口24上的步進電機；系統的排氣扇工作流程為單片機通過驅動信號接口31發送驅動電平信號給排氣扇驅動電路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；系統的指示燈工作流程為單片機通過驅動信號接口31發送驅動電平信號給指示燈驅動電路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，有人如廁時亮綠燈，表示廁所處于工作狀態中，當袋滿需換袋時，系統亮黃燈并閃爍，表示系統能夠進入報警狀態；

單片機最小系統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、系統使用效果

通過打包的方式收集大小便，可節約水資源，實現資源有機化再利用。通過人體感應器進行系統識別與自動化控制，提高了系統的可靠性與實用性、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].合肥工業大學，2015.

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

[3]陳潤東.智能型生態廁所的綠色研究和開發[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環保廁所研究”(編號：14C1112)。

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