公厕智能节水控制器 技术领域
本实用新型涉及一种专为大型公共场所、综合写字楼、企事业办公楼、家庭等场所设计的能有效解决这些场所厕所水资源浪费问题的公厕智能节水控制器。
背景技术
目前，一些大型公共场所、综合写字楼、企事业办公楼的公厕都还采用老式冲水箱，这种冲水箱有很多缺点，第一、不卫生；第二、水箱里面的水件易损坏。所以，大部分这些场所都处于长流水的状态，给个人、集体、单位和国家造成了水资源的极大浪费。我国是一个缺水大国，这种浪费显然与我国节水的基本国策是背道而驰的。
发明内容
本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的不足而提供一种能有效解决一些大型公共场所、综合写字楼、企事业办公楼的公厕水资源浪费问题，同时也解决了老式冲水箱不卫生、水箱里面的水件易损坏的问题的公厕智能节水控制器，可广泛适用于槽式公厕水箱自动冲水控制，自动计算入厕人数控制冲洗水量，无人自动停冲，停水自动停机保护，来水自动开机，能与各种现有型号水箱配套使用，比传统水箱节水60％。
本实用新型的目的是这样实现的：由主控制器构成，主控制器分别同外界的红外探头和设置在水箱中的的水位探测器相连接，并且还控制设置在自来水上水管上地电磁阀。
在主控制器电路中，AC220V的电压由变压器T1变压后得到两组9V的电压，变压器T1的3、4脚与全桥整流B1、滤波C1、78L05三端稳压集成电路IC1相连接，并由IC1稳压后得到一个5V的电压供给数字部分工作用，单片机IC2(89C2051)的1脚为复位端，复位信号由看门狗芯片IC3(X5045)的7脚产生，IC2的2脚接红外接收头J6的信号输出端，J6接收红外编程器发出的红外信号，变成电信号后送入IC1进行处理，IC2的4、5脚接12MHz晶振，J7连接两个热释电红外探头，J7的1脚连接热释电红外探头的信号输出端，J7的2脚连接热释电红外探头2的信号输出端，J7的3脚为电源地，J7的4脚为电源正极，J7的3、4脚为外接的两个热释电红外探头提供电源，热释电红外探头1、2输出的信号分别送到IC16、7脚供IC1统计进入厕所的人数。
IC2的15脚接IC3的5脚，IC2的11脚接IC3的6脚，IC2的16脚接IC3的1脚，IC2的17脚接IC3的2脚构成完整的SPI接口，完成IC2、IC3间的数据交换，IC3一方面作为看门狗芯片，另一方面利用它内的4KBit FLASHROM存储遥控器发送来的参数，IC2的18、19脚分别连接两个发光二极管D2、D3，驱动D2、D3两个发光二极管作为主控制器的工作状态指示用，IC2的12、13脚分别连接两个固态继电器SSR1、SSR2，驱动两个固态继电器，用以控制电磁阀的通断，进而实现对冲水过程的控制，
变压器T1的5、6脚与全桥整流B2，滤波C2滤波相连接，变压器T1的5、6脚间的交流电压经全桥B2整流，C2滤波得到一个14V的电压供给水位探测部分工作用，J8用来连接水位探测器，其1、2脚用来连接水位探测器1，3、4脚用来连接水位探测器2，水位探测器由塑料支撑件、不锈钢电极和密封的引出线组成，运算放大器(LM358)IC5构成两个电压比较器，用来探测水位，电阻R10、R11分别与IC5的3、5两脚相连接，电阻R14与水体电阻构成一个分压器与IC5的2脚相连接，分得的电压为IC5的2脚提供偏压，电阻R15与水体电阻构成一个分压器与IC5的6脚连接，分得的电压为IC5的6脚提供偏压，水没有淹没水位探测器IC5的2、6两脚的电压高于参考电压，IC5的1、7两脚输出低电平，光电耦合器IC4内的发光管导通，IC4的6、8脚为低电平，此信号再分别送给IC2的6、8两脚，单片机IC2据此判断水位没到；当水淹没电极时IC5的2、6两脚的电压会低于参考电压，IC5的1、7两脚输出高电平，光电耦合器IC4内的发光管截至，IC4的6、8脚为低电平，此信号再分别送给IC1的6、8两脚，单片机据此判断水位已到。
在热释电红外探头的电路中，以运算放大器IC1(HA17324)为核心构成，电阻R1、R2分压后得到的电压经电容C1、C9滤波后，接IC1的3脚，IC1的1脚输出的电压接热释电红外传感器S1的漏极1脚，S1的2脚输出的信号经电容C2、C3、电阻R4滤波后送入IC1的5脚、放大后的信号由IC1的7脚输出，经C11耦合后送入IC1的9脚，信号放大后由IC1的8脚输出，送入IC1构成的滞回比较器整形后经由J1的3脚输出，J1的1、2脚分别接主控器送来的电源的正负极，U1用来产生5伏的电压供给IC1工作用，IC1D及其周边电路R13、R14、R15配合构成了一个滞回电压比较器，R11、R12为其提供参考电压。
在红外编程器电路中，单片机IC4(AT89C51)为红外编程器的控制核心，J2连接80×32点阵的图形液晶显示模块MGLS8032B，看门狗芯片IC5(X5045)连接IC4，DC/DC变换器IC1(MAX749)把电池电压变换成一个负电压供给MGLS8032B工作用，DC/DC变换器IC2(MAX756)，它产生+5V的直流电压供给编程器工作用，IC1的P1口作为数据总线实现IC1与MGLS8032B的数据交换，P2.0、P2.1、P2.2、P2.3、P2.4分别作为RS、R/W、E、CS、RST五个控制信号控制MGLS8032B，IC4的P2.6、P2.7分别作为ADJ、CTRL两个信号控制IC1产生的负电压的高低，进而控制图形液晶显示模块MGLS8032B的对比度，IC4的P0.1、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4各连接一个按键，组成红外编程器的键盘，施密特触发器IC3与晶振XT2及外围的电阻电容构成一个32.768KHz的脉冲振荡器，它输出的信号经IC3的进一步整形，与IC4的11脚输出的串行数据并经IC3A反相后分别送至与非门IC6的1、2脚，由IC6完成载波调制，IC6的3脚输出的信号经Q1放大后驱动红外发光管发出信号，IC4(MAX756)是一个高效的DC/DC变换器，IC4的4脚还提供一个电池电压过低的信号送给IC4的INT0脚，IC4产生中断0时就在MGLS8032B上显示电池电压过低的的信息以提示用户更换电池。
本实用新型的积极效果如下：
本实用新型技术工艺为：1、采用单片计算机技术、热释传感技术，可保证长期运行的稳定性。2、严格按IS09002认证的工艺生产，可保证长期无故障运行。3、平均可利用率达99.98％。4、信号输入、控制输出，全部采用软件调效。5、红外热释计数探测器：有效探测距离≤5M。探测夹角≤20°。
本实用新型性能：一个控制器可以连接两个探头，两个电磁阀，因此，控制器的工作模式可根据情况进行多种组合；人数调整范围：(1～255)独立可调；停水后来水检测间隔时间：(20～255)分钟；计时器触发后等待时间：(20～255)分钟。
本实用新型技术参数：1、使用条件：环境温度-10°～50℃；相对湿度≤95％；电源电压160V～220V；电源频率50Hz；控制器消耗功率＜2W。2、输出电流：≤2.5A。3、重量：＜0.5KG。4、外形尺寸：(134×109×47)mm横形。
本实用新型参数设定：1、所有控制参数由厂家出厂前设定为默认值：运行模式为小便，通过人数为20人，停水检测间隔时间为20分钟，检测到水位后延时20秒，开始正常计数。当检测到第一个人后，若90分钟内计不到20人，自动冲水一次。也可由用户用遥控编程器选择设定，输入系统后，将其存人存储器中，断电不丢失。2、控制器延时冲水时间设定当水位达到水箱检测水位后，应根据水箱的大小、水压的强弱调整延时时间，若太大则浪费水，太小会造成水箱不能形成虹吸，而不能可靠冲水。延时时间以20秒为基数，以1秒为单位连续可调，最大调幅为256秒。3、控制器停水保护：当自来水水源停水后，主控制器将自动进入保护程序，处于待机状态。每隔20分钟检测一次是否来水，检测时间可调整，以20分钟为基数，1分钟为单位设定增减，调幅最大为256分钟。
因此本实用新型能有效解决一些大型公共场所、综合写字楼、企事业办公楼的公厕水资源浪费问题，同时也解决了老式冲水箱不卫生、水箱里面的水件易损坏的问题，可广泛适用于槽式公厕水箱自动冲水控制，自动计算入厕人数控制冲洗水量，无人自动停冲，停水自动停机保护，来水自动开机，能与各种现有型号水箱配套使用，比传统水箱节水60％。
附图说明
图1为本实用新型的总体连接示意图。
图2为本实用新型的主控制器电路图。
图3为本实用新型的红外探头电路图。
图4为本实用新型的红外编程器电路。
如图1所示，本实用新型由主控制器1、红外探头2、水位探测器4、电磁阀5、红外编程器6组成。主控制器分别同外界的红外探头2和设置在水箱3中的的水位探测器4相连接，并且还控制设置在自来水上水管上的电磁阀5。以主控制器为核心，它可以连接两个热释电红外探头，两个电磁阀，两个水位探测器，每个热释电红外探头的输入端可根据需要工作于正常计数(计数值可由编程器设定)或关闭状态；每个电磁阀的输出端均可工作于小便、大便或关闭三种状态。因此本系统的使用非常灵活，方便。
热释电红外探头用来监测进出厕所的人，有人进出时产生一定的脉冲并送入主控制器，主控制器据此统计进入厕所的人，当记到设定的人数时，主控制器打开电磁阀，开始向水箱内注水，同时水位探测器(当相应的输出端工作于小便模式时水位探测器不工作)将水位信号送给主控制器，主控制器据此判断是否完成一次冲水过程，当完成后主控制器关闭电磁阀，停止向水箱注水。红外编程器用来设定主控制器的一些工作参数，该编程器由液晶显示器显示调整的参数名(用汉字)，使用非常方便，调整后参数存入主控制器，而且数据断电不丢失。
如图2所示，在主控制器电路中，AC220V的电压由变压器T1变压后得到两组9V的电压，变压器T1的3、4脚与全桥整流B1、滤波C1、78L05三端稳压集成电路IC1相连接，并由IC1稳压后得到一个5V的电压供给数字部分工作用，单片机IC2(89C2051)的1脚为复位端，复位信号由看门狗芯片IC3(X5045)的7脚产生，IC2的2脚接红外接收头J6的信号输出端，J6接收红外编程器发出的红外信号，变成电信号后送入IC1进行处理，达到用红外编程器调整主控制器参数的目的。IC2的4、5脚接12MHz晶振，J7连接两个热释电红外探头，J7的1脚连接热释电红外探头的信号输出端，J7的2脚连接热释电红外探头2的信号输出端，J7的3脚为电源地，J7的4脚为电源正极，J7的3、4脚为外接的两个热释电红外探头提供电源，热释电红外探头1、2输出的信号分别送到IC16、7脚供IC1统计进入厕所的人数。
IC2的15脚接IC3的5脚，IC2的11脚接IC3的6脚，IC2的16脚接IC3的1脚，IC2的17脚接IC3的2脚构成完整的SPI接口，完成IC2、IC3间的数据交换，IC3一方面作为看门狗芯片，另一方面利用它内的4KBit FLASHROM存储遥控器发送来的参数，IC2的18、19脚分别连接两个发光二极管D2、D3，驱动D2、D3两个发光二极管作为主控制器的工作状态指示用，IC2的12、13脚分别连接两个固态继电器SSR1、SSR2，驱动两个固态继电器，用以控制电磁阀的通断，进而实现对冲水过程的控制。
变压器T1的5、6脚与全桥整流B2，滤波C2滤波相连接，变压器T1的5、6脚间的交流电压经全桥B2整流，C2滤波得到一个14V的电压供给水位探测部分工作用，J8用来连接水位探测器，其1、2脚用来连接水位探测器1，3、4脚用来连接水位探测器2，水位探测器由塑料支撑件、不锈钢电极和密封的引出线组成，利用水淹没和不淹没电极时阻值的变化来探测水位的变化。运算放大器(LM358)IC5构成两个电压比较器，用来探测水位，电阻R10、R11分别与IC5的3、5两脚相连接，电阻R14与水体电阻构成一个分压器与IC5的2脚相连接，分得的电压为IC5的2脚提供偏压，电阻R15与水体电阻构成一个分压器与IC5的6脚连接，分得的电压为IC5的6脚提供偏压，水没有淹没水位探测器IC5的2、6两脚的电压高于参考电压，IC5的1、7两脚输出低电平，光电耦合器IC4内的发光管导通，IC4的6、8脚为低电平，此信号再分别送给IC2的6、8两脚，单片机IC2据此判断水位没到；当水淹没电极时IC5的2、6两脚的电压会低于参考电压，IC5的1、7两脚输出高电平，光电耦合器IC4内的发光管截至，IC4的6、8脚为低电平，此信号再分别送给IC1的6、8两脚，单片机据此判断水位已到。
如图3所示，在热释电红外探头的电路中，该部分以运算放大器IC1(HA17324)为核心构成。电阻R1、R2分压后得到的电压经电容C1、C9滤波后，接IC1的3脚，IC1的1脚输出的电压接热释电红外传感器S1的漏极1脚。S1的2脚输出的信号经C2、C3、电阻R4滤波后送入IC1的5脚、放大后的信号由IC1的7脚输出，经C11耦合后送入IC1的9脚，信号放大后由IC1的8脚输出，送入IC1构成的滞回比较器整形后经由J1的3脚输出，送入IC1构成的滞回比较器整形后经由J1的3脚输出，J1的1、2脚分别接主控器送来的电源的正负极，U1用来产生5伏的电压供给IC1工作用，由于人绝大多数通过检测点的速度较快，作为检测人通过开关用的电路，其有效信号的频率比作为防盗用的要高，因此，图三中C11的容量比较小(22uF)，提高了开关的抗干扰能力，减少了开关的误动作。IC1D及其周边电路R13、R14、R15配合构成了一个滞回电压比较器，R11、R12为其提供参考电压。进一步提高了开关的稳定性。由于热释电传感器本身结构特点决定了它的探测角度很宽(通常120度以上)，但是对于本系统来讲，这么宽的探测角会使系统计数的准确度大大降低，为此用金属板做一个圆管(1cm长)套在热释电传感器的外壳上，使热释电红外探头的探测角度为20度以内。
如图4所示，在红外编程器电路中，单片机IC4(AT89C51)，作为红外编程器的控制核心；J2连接80×32点阵的图形液晶显示模块MGLS8032B，用以显示编程器的操作信息；看门狗芯片IC5(X5045)为IC4提供复位信号和存储一些操作信息；DC/DC变换器IC1(MAX749)把电池电压变换成一个负电压供给MGLS8032B工作用；DC/DC变换器IC2(MAX756)，它产生+5V的直流电压供给编程器工作用。IC1的P1口作为数据总线实现IC1与MGLS8032B的数据交换，P2.0、P2.1、P2.2、P2.3、P2.4分另别作为RS、R/W、E、CS、RST五个控制信号控制MGLS8032B。IC4的P2.6、P2.7分别作为ADJ、CTRL两个信号控制IC1产生的负电压的高低，进而控制图形液晶显示模块MGLS8032B的对比度。IC4的P0.1、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4各连接一个按键，组成红外编程器的键盘。施密特触发器IC3与晶振XT2及外围的电阻电容构成一个32.768KHz的脉冲振荡器，它输出的信号经IC3的进一步整形，与IC4(11)脚输出的串行数据并经IC3A反相后分别送至与非门IC6的①②脚，由IC6完成载波调制，IC6(3)脚输出的信号经Q1放大后驱动红外发光管发出信号。IC4(MAX756)是一个高效的DC/DC变换器，由于红外编程器采用电池供电，而单片机系统对电源的稳定性要求较高，故采用DC/DC变换器为其供电，一方面效率高，稳定性也高，另一方面IC4④脚还提供一个电池电压过低的信号送给IC4的INT0脚，IC4产生中断0时就在MGLS8032B上显示电池电压过低的信息以提示用户更换电池
公厕智能节水控制器大便槽的冲水方法实现了突破，改变了以往先往水箱中注满水，到需要冲水时打开拍门实现冲水的方法存在的水箱里面的水件易损坏，容易漏水，而且若采用自动控制时机械结构过于复杂等弊病，公厕智能节水控制器的水箱采用虹吸式下水管，在开机时自动检测水箱内的水量，若无水或水少，就打开电磁阀，向水箱注水，直至水位接近虹吸点，当控制器检测到设定人数时，就再次打开电磁阀，向水箱注水，水箱形成虹吸效应后，水位迅速下降(T1阶段)，然后虹吸条件消失，水就不再通过下水管流入大便槽，水箱内的水位又开始上升，直至又达到接近虹吸点的状态(T2阶段)，至此控制器完成一次冲水过程。在冲水过程中控制器监测冲水的过程的每一阶段(如前所述的T1、T2两个阶段)若在设定时间内(可用红外编程器调整)未完成冲水的过程的任一阶段即视为停水，控制器关闭电磁阀，避免由于电磁阀长期通电而损坏；控制器过段时间(可用红外编程器调整)再次打开电磁阀进行冲水，若在设定时间内完成冲水过程则控制器恢复正常工作，否则控制器会再次进入停水保护状态。