基于單片機的智能出水水龍頭的設計

佟志博

遼寧錦州渤海大學工學院

基于單片機的智能出水水龍頭的設計

佟志博

遼寧錦州渤海大學工學院

本文主要圍繞著基于單片機的智能感應式自動水龍頭進行了設計，設計中包括了硬件設計和軟件設計，主要是介紹單片機程序設計的流程，控制模塊以及鍵盤按鍵模塊。本文設計的智能水龍頭，根據用戶的需求量自動排出水量，同時還能顯示用水量，還具有節水的功能。

單片機 智能水龍頭 紅外線

1 引言

傳統意義上的供水的水龍頭是不受任何限制的，這樣從而會大大地造成資源的極大浪費。隨著社會的不斷發展，科學技術的領先，傳統的水龍頭逐步被感應式以及腳碰式和手觸式所代替。在生活中應用感應式水龍頭在一定程度上會減少水資源浪費，而且還提高衛生安全方面保障，但是這種感應式水龍頭在一定程度上所投入的資金成本相對而言比較貴。現今，關于自動水龍頭不僅是國內，國外也有很多方面研究，并且取得了一定發展。

2 系統工作原理

本文設計的水龍頭是基于紅外線感應式的水龍頭，水龍頭的出水量主要是按照手和水龍頭之間的距離遠近從而判讀出水量。對手與水龍頭距離的檢測需要依靠一個檢測元件，該器件的工作原理主要是運用到了紅外線，當水龍頭在設定的距離中出現了障礙物，那么障礙物就會反射出強度不同的紅外線，從而檢測出障礙物和水龍頭之間的距離，這樣就能夠根據障礙物對水龍頭的出水量進行控制。系統的總體結構圖如圖1所示。

圖1 系統總體結構圖

紅外線測距傳感器的組成部分包括的部件有發射紅外信號的二極管和接收紅外線的二極管，當二極管處于工作狀態的時候會根據紅外信號頻率的不同而發射出不同的紅外線。同時接收紅外線的二級管會接收產生對應的頻率的信號，當檢測方向中有障礙物產生的時候，紅外信號就會處于發射的狀態中，而且這時需要依靠接收二級管實現接收紅外信號，接著就會通過數字傳感器的接口將信號發送給單片機，最終經過其他方面對信號控制處理。

圖2 總體電路圖

3 系統電路圖

本文主要是圍繞著基于單片機對水龍頭展開控制的智能出水水龍頭的設計?？傮w電路圖如圖2所示。

4 系統設計模塊

4.1 單片機控制模塊

單片機選擇的模型是STC89SC52。根據單片機自身的定時以及計數器在中斷定時配合延時程序從而完成對時間準確地確定以及延時等功能。當通過單片機對電磁閥進行驅動的時候，1/0接口和繼電器就要連接一個uLN2003AN的驅動電路。單片機的I/O接口電路如圖3所示。

圖3 單片機的I/O接口電路圖

4.2 鍵盤模塊

系統中按鍵一共有10個，分別表示的數字是從0到9，此外還包括了6個功能按鍵。鍵盤模塊中的矩陣為4*4，選用中斷掃描的方式實現。如果在錯誤地按下鍵盤按鍵的時候，會使得鍵盤掃描出現錯誤。鍵盤按鍵功能表如表1所示。

4.3 紅外發射電路

紅外發射電路選擇的發射管型號是TCRT5000傳感器，這個發射管的組成部分主要是包括了高發射功率紅外光電二極管，當電路中的電源接通了以后，單片機就會將低電平發送到電路中去，接著紅外光脈沖就會沒隔0.5秒的時間發送的進行紅外線的發射。

4.4 紅外接收電路

在紅外的接收電路中，電路中能對紅外線進行接收，通過檢測器紅外光敏三極管能夠讓器件形成的受光區域范圍達到最大。將電濾波添加到放大器端中，能夠減小低頻區域以及高頻區域受到的干擾。檢測數據的時候通常選擇的器件是峰值檢測器。水流傳感器中的發出的脈沖信號會發送給單片機進行處理，根據處理的結果對電磁閥閥門開關的控制，從而智能控制水流。

4.5 紅外收發模塊

在紅外收發的模塊中運用的是紅外發射和紅外接收集成起來，該模塊中所包括的電路有紅外發射電路以及實現信號接收和放大處理的電路。如果信號線的輸出端為高電平，那么將固定頻率的紅外線發出之后，如果該紅外線遇到了障礙物，接收電路就會將障礙物發射回來的信號經過放大電路處理，最終實現了輸出端的電平為低電平。

5 單片機程序設計的流程圖

單片機程序設計流程圖如圖4所示。

圖4 單片機程序設計流程圖

結語：本文設計的基于單片機的智能水龍頭，實現了水龍頭根據用戶的需求量自動排出水量，同時還能顯示用水量，系統中還運用了紅外線，當在規定的范圍之內障礙物的時候，水龍頭會排出水。本文設計的水龍頭在很大程度上節省了水，對于節約資源以及環保方面有著很大的理論意義和實踐意義。但是由于材料的限制，還無法實現該水龍頭可以適應不同溫度以及不同流體的場合。

[1]宋玉蝶，徐夢瑤，孫雨婷，等.基于水量感應器原理的新型水龍頭結構設計及原理研究[J]. 科技創新與應用，2016(20)

[2]莫建麟，王玉晶. 基于單片機的恒溫水龍頭設計[J].現代電子技術，2009， 32(19):146-147

[3]胡思健，王衛星，鐘文進.3D環形出水智能節水水龍頭[J].電子設計工程，2013，21(20):159-161

[4]呂志剛，王鵬. 基于STC89C58單片機淋浴節水控制器設計[J].自動化與儀表，2011，26(1):57-60

表1 按鍵功能表