基于STC12C5410AD的智能廁所控制系統設計

曾鑠峰，王昌龍，高 源，王文卓

(揚州大學 機械工程學院，江蘇 揚州 225127)

0 引言

眾所周知，廁所是衡量文明的重要標志，如果沒有廁所直接在室外方便，排泄物會污染食物和水源，有數據表明，每年有將近200萬兒童因為吃了被排泄物污染的食物而導致死亡。我國的廁所普及率在逐年上升，并且廁所的配套設施也在不斷完善。但是廁所的硬件建設和發展水平還不夠先進，不能實現自動開關燈、清理和報警的功能。為此，本文設計了一種基于STC12C5410AD單片機的智能廁所控制系統。

1 智能廁所控制系統整體設計方案

1.1 智能廁所控制系統要實現的功能

(1) 客人進入廁所，4腳漫反射光電開關檢測到有人，于是打開燈并開始噴泡沫3 s。

(2) 除了自動開燈和噴泡沫外，人工開關也需要實現隨時沖洗和開關燈。

(3) 客人離開廁所后，4腳漫反射光電開關檢測到無人，于是關燈并開始噴泡沫3 s。

(4) 如果客人在廁所內遇到緊急情況，隨時可以按報警按鈕，室外報警燈亮，并且發送短信到管理者的手機上。

1.2 系統整體設計方案

智能廁所系統主要包括檢測系統、處理系統、動作系統和報警系統。檢測系統主要通過4腳漫反射光電開關來檢測是否有人在廁所，從而將檢測信號發送給處理系統，經處理系統分析后控制繼電器和限位開關等動作系統進行動作，如果有人按下報警按鈕，則可以通過集成的短信模塊向管理者發送短信。

2 控制電路設計

智能廁所系統的控制電路主要由主控模塊、物聯網模塊、檢測模塊、電源模塊和開關控制模塊等組成。主控模塊主要采用STC12C5410AD單片機，它是一款增強型的單片機。相比于傳統的8051單片機，該單片機的速度更快，功耗更低，抗靜電和抗干擾能力更強。STC12C5410AD單片機的引腳1連接復位電路，復位電路由一個10 μF的電容和一個10 kΩ的電阻組成，在電源開啟的瞬間，電流擊穿電解質，相當于通路，引腳1接高電平，當電容充滿電后，相當于短路，引腳接低電平，通過一個脈沖起到復位作用；時鐘電路由引腳12和引腳13引出。主控模塊電路如圖1所示。

2.1 電源模塊

電源模塊主要是將24 V電源電壓轉換為5 V的電壓，采用MC7805ACT芯片進行穩壓，為防止芯片過熱，在MC7805前串聯一個穩壓二極管，起到分壓和穩壓的作用，并且并聯電容來濾除電路中的高低頻電流。為了避免打開電源開關時電流過大將單片機燒壞，在單片機VCC端接一個電容。電源模塊電路如圖2所示。

2.2 紅外線檢測模塊

紅外線檢測模塊主要由M18激光漫反射光電傳感器紅外感應開關和LM393電壓比較器兩部分組成，與傳統的LED光源激光光電傳感器檢測相比，激光漫反射光電傳感器可以不受顏色的干擾，內置CMOS的傳感器更能穩定檢測反射率較高的物體，并且IP67級防水能滿足環境要求。當廁所來人時，激光漫反射光電傳感器的輸出電平發生變化，采用SOP封裝的LM393則比較出電平的變化，并將放大信號輸送給單片機進行處理，單片機將處理的信號發送給驅動器從而控制步進電機將廁所板打開，廁所自動噴沫，LED燈和風扇也打開。

2.3 物聯網模塊

有人云平臺是一個面向企業的物聯網平臺，它可以將設備中的信息通過串口數據上傳到云平臺，避免了開發者自己建立云服務器，管理者只需登錄到有人云的網站，便可隨時隨地查詢到各個廁所的狀態。采用有人云物聯網模塊，將單片機的串口信息通過物聯網模塊發送到云服務器上，從而將報警信息發送到管理者手機上。

圖1 主控模塊電路

圖2 電源模塊電路

2.4 動作模塊

本廁所的動作模塊主要實現開關LED燈和風扇、自動噴沫、開關廁所板的功能。噴沫系統主要是兩種不同的液體進行混合后發生化學反應，從而產生泡沫來達到清潔廁所的目的，所以只需將24 V繼電器通電即可。廁所板主要是防止沖廁所的泡沫飛濺到客人的衣物上，開關廁所板的功能通過步進電機來實現。選用步進電機的主要原因是其擁有良好的啟停性能，比伺服電機更加經濟劃算，容易控制步進電機轉動的旋轉角度。電扇和廁所板電路如圖3所示，噴沫系統電路如圖4所示。

2.5 按鍵模塊

按鍵模塊主要實現四個功能：報警功能、噴沫功能、開關燈扇功能和清潔劑次數歸零功能。按鍵模塊電路如圖5所示。

3 軟件設計

智能廁所的軟件部分通過C語言在keil軟件上進行編寫，以STC12C5410AD單片機最小系統為基礎進行拓展，紅外線檢測模塊將是否有人的信息轉換成可供單片機識別的信號，通過采集報警模塊、按鍵模塊和紅外線檢測模塊所發送出的數字信號，單片機開始進行識別和處理，并進一步控制燈扇、噴沫裝置等模塊的開啟和關閉。主程序流程圖如圖6所示。

圖5 按鍵模塊電路

4 結束語

針對智能廁所大多存在系統不完善、功能單一的問題，設計了基于STC12C5410AD單片機的智能廁所控制系統，主要對系統的軟硬件進行了設計。本文所設計的智能廁所結構簡單，容易實現，通過紅外線檢測模塊檢測廁所是否有客人，并且將檢測信號傳輸給單片機，單片機將自動實現開燈和開排氣扇的功能，并且還能實現自動噴沫，自動清潔廁所的功能。當客人出現緊急情況時按下報警按鈕，單片機收到報警信息，經過處理，將報警信息上傳到有人云平臺，有人云將報警信息發送到管理者手機中。此智能廁所的設計可以使客人更加方便地使用廁所，并且使得管理者能夠及時地處理廁所的緊急情況。

圖6 主程序流程圖