卫生间自动化毕业设计 - 图文

卫生间自动化

作 者：****** 指导老师：******

摘 要：利用现有的电子技术，实现卫生间设施自动化。通过传感器与外电路的有效匹配，实现以下功能：1当夜间有人进入卫生间时，照明电路自动工作照明。人离开时，照明电路自动断开。白天照明电路不工作。2人手接近洗手水龙头时，水龙头自动打开。人手离开时，水龙头自动关闭。3大小便时，冲刷系统及时或延时冲水。由此为人们的生活提供了方便。 关键词：传感技术 自动化

Hygiene automation

Author ： Zhang Peng

Guide The Teacher ： Tian Ze zheng

Abstract ：Make use of the current electronics technique, and realize a facilities

automation .Pass the validity of the sensor and external circuit to match, realize below function:1 When someone enters the hygiene, illuminate the automatic work lighting of electric circuit .When the person leave, illuminate the electric circuit to automatically break to open .Daytime lighting the electric circuit does not work.2 hands near to wash hands the faucet, the faucet automatically open .When the hand leave, faucet automatic close.3 relieve nature, flush the system on time or postpone wash the water .From here provided the convenience for people's life.

Keywords ：Spread to feel the technique Automation

0序言

随着社会的发展，科学技术的不断进步，人们的生存环境、生活质量有了很大幅度的提高。科学技术在日常生活中得到了广泛的应用。其中，传感技术是最活跃、最生机勃勃的热门技术之一。应用领域十分广泛，无论是家用电器的大型成套设备，还是住房设施的自动化，都需要各式各样的传感技术。我们把“能够感受规定的被测量并按一定规律转换成可用输出信号的器件或装置”称为传感器。本文简述几例，传感器在设施自动化中的运用。通过传感器对人体的特殊识别能力，加上与外电路的配合来实现卫生间以下功能：1夜间照明电路自动化；2洗手水龙头开关自动化；3大小便冲刷自动化。有以上设施我们可以：1有效的节约能源；2减少人们的劳动量；3大大提高卫生间的清洁卫生；4为人们的夜间出入提供了方便。由于科学技术的飞速发展，人们对自己的生活条件要求越来越高。通过简单的动手设计制作，我们的生活可以变的更美好。

1电路组成

本文涉及三个电路：1夜间自动照明电路 2洗手水龙头自动控制电路 3大小便池自动冲刷电路。均应用于卫生间设施自动化。目的在于解决卫生间常见弊端，为人们提供方便。

被 测 敏 感 变 换

输入量 元 件 元 件

测量结处 理 调 理

果显示 元 件 元 件

非电量电测系统功能框图

１

框图中的各元件指的是测量系统中的功能元件而并非实际元件；一个实际的测量系统可以包括任意数量的上述基本功能元件，而一个实际元件很可能是多种功能元件的组合，它们也不一定按图示的顺序出现。

1.1夜间自动照明电路

此电路应用热释电红外传感器作“眼”，通过对人体的特殊检测能力，从而发出控制信号。经过SNS9201集成块处理后，传给继电器。由继电器控制日光灯。而电路的工作时间段由那部分控制呢？这里通过控制可控硅和光敏电阻来实现。由此可以设计出夜间照明电路，此电路应用范围非常广泛。它能有效的节约电能，同时为人们的夜间照明提供方便。 1.2洗手水龙头自动控制电路 23此电路由感应金属片和场效应管匹配作为“眼”。通过它们所发出的信号来控制555集成块。由555集成块的输出信号控制继电器，继电器近而控制水龙头开关的电磁阀。设计出来的电路简单、适用。功能可以实现节约用水，同时避免因手接触水龙头开关而不卫生。 21.3大小便池自动冲刷电路 34此电路利用红外光敏电阻的特性，调节分压控制555集成块。由555集成块输出信号控制继电器工作，从而大小便池冲刷开关打开，进行便池冲刷。这个设计方案可以节约用水，同时大大减少卫生间的刺激性气味，改善卫生间的环境。 2工作原理 2.1照明电路 2.1.1主要元件：可控硅 热释电红外传感器 7805集成块 SNS9201集成块 继电器 在介绍照明电路原理前，先谈一谈该电路所用的核心元件之一可控硅。可控硅的外行和电路符号如图2所示。可控硅的全称为——硅可控整流元件，它是一E个可以控制的单向导电整流开关，是一个与“硅二级管”有相似而又不同的半导A体器件。阳极A与阴极E之间有“正向阻断”的能力。在控制端G、阴极E内产G生一个控制电流，通常称触发信号，可使可控硅触发导通。﹝如图→﹞ 当接上交流电源之后，我们只要在控制端G和阴极E的触发回路中输入一个合适的触发信号，可控硅便可随交流电源的变化，而在负载上输出一个个半波A形脉动电压。如果我们希望在负载上得到全波整流的脉动电压，使电源正负半E周都有电流流过负载，则可采用两只反向并联的可控硅或双向可控硅，双向可控硅能控制两个不同方向流过的交流电流，但只有一个控制端。﹝如图→﹞ G热释电红外传感器 热释电红外线传感器主要部分是由一种高热电系数的材料制成尺寸为2×l mm的探测元件。在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。探测元件的作用是探测、接收红外辐射并将其转换成微弱的电压信号。为了提高探测器的灵敏度及探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜或衍射光学型聚焦镜等。菲涅尔透镜是用透明塑料制成的一种具有特殊光学系数的透镜。用它和放大电路相配合，可将信号放大70dB以上，可以测出10~20m内人的活动。同时利用透镜的特殊原理，在探测器的前方产生一个交替变化的\盲区\和\高灵敏区\。 当有人从透镜前走过时，人体发生的红外线就不断地在\盲区\和\高灵敏区\内切换，这样就使接收到的信号以忽强忽弱的脉冲形式输入,增强了能量幅度，从而提高了探测灵敏度。人体辐射的红外线中心波长为9~10μm，而探测元件的波长灵敏度在0.2~20μm范围内，可在传感器顶端开一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片只能通过波长范围为7~10μm的光，这样便可以制成专门探测人体辐射的红外线传感器。自然界有的物体辐射红外 ２ 1D线热电能量，如太阳、电灯，闪电等，其发射的红外线波长有所不同，一般人体辐射最强的波长范围在9.4μm左右。热释电红外传感器正是利用锆酸铅（PZT）材料制成的敏感元件来感知红外线的C温度变化，从而输出微弱的电信号。另外，在传感器表面还采用了红外线滤光片，红外线滤光片的作用是选取7.5－14μm波长的红外线信号，这样能有效地选取人体辐射的红外线，排队其他物体的干扰红外线；事实上热释电红外传感器输出的信号是与红外线辐射温度的变化率成正比的，因此热释电红外传感器只对运动的人体敏感。热释电红外传感器多为双元件型，这种结构保证在元件自身的温度变化时，产生的电信号相互抵消。热释电红外传感器不但适用于防盗报警场所，也适于对人体伤害极为严重的高压电及x射线、r射线工业检测。 菲涅尔光学系统 没有一套合适的系统，热释电红外传感器的特点就不能完全发挥。热释电红外传感器的探测距离只有1m左右，加上菲涅尔光学系统后，探测距离可达15m。与传感器配套的光学系统有3种：入射式，折射式，透射式，目前国际市场上多以透射式为主。光学系统能把监测窨辐射来的红外线聚B集到传感器，不能敏锐地体现这些红外能量的变化。热释电红外传感器感应的是辐射的变化值大小，而不是绝对值大小，菲涅尔光学系统能满足这些条件。菲涅尔光学镜片可通过光滑的光学镜面棱状或柱状处理，使监测空间割裂为一系列交替的狭小红外“感应区”和“空区”，人在其中移动，就会使有些“感应区”内的红外线时有时无，使传感器接收到的是能量变化值，从而大大提高了灵敏度。 2.1.2原理图及其分析 变压器导通控制图﹝如图→﹞ 3245如图所示，220伏市电通过 可调电阻W和电变压器WR2阻R1以及光敏电阻R2组成的分压电路，利用改变可调电阻W和光敏电阻R2的阻值，均可改变触交流220VR1发电路内控制电流的大小。由此可以控制变压器A的导通或闭合。白天，光敏电阻阻值很小，可控硅控制端与阴极不能产生有效的触发信号。从而使变压器不能导通，照明电路无法工作。白天时照明灯不亮。相反，无光照时，光敏电阻的暗阻值很大，有电路图分析可以得到，可控硅的控制端与阴极形成一个控制电流，这个触发电流使可控硅导通，即变压器电路得电导通，给照明电路供电。123所以夜晚变压器才工作，照明灯才有可能工作。 照明电路原理图﹝如图↓﹞ 2R1RES2C1CAPR2RES2R3C2CAPPIR1R4RES2C4CAPR5RES2C8CAPC5R6RES2C6CAPC14CAPR9RES2C13CAPC3CAPRES2R8RES2C7CAP191011121314151687654321C12CAPR11R12RES2R13RES2RES23642C10VoutGNDVin1C15C110.01uF3CR7RES2R10RES2变压器C160.01uF1R1442CAPBR16C9CAPGNDRES2由于电路以集成电路为主，只有少量外围元件，故安装简易。工作可靠，几乎不用调试，只要组装正确无误，便能正常工作。安装高度不低于2米，探测窗口朝向入口范围，其视野约70度，可 ３ A控制10～15米的移动人体。

白天有光照射时，光敏电阻R2的亮阻值很小，一般仅几K，因此R2与W、R1相比，分电压值不能使触发电路G、E之间产生控制电流，即不产生触发信号，可控硅不能导通，变压器电路不能导通。变压器无法工作，照明电路也就无法正常工作。即白天照明电路不工作。夜晚无光照时，光敏电阻R2的暗阻值很大，一般大于500K因此R2与W和R1的分电压值（相当于控制电源E）足以使触发电路G、E之间产生控制电流，即产生触发信号，使可控硅导通，变压器电路导通，照明电路通电。此时，当人进入警戒区域时，热释电红外传感器(PIR)即接收到频率为0.1～8HZ的人体红外信号，并将其转换为电信号，经电阻R4、电容C6及C4组成的低通滤波电路，滤除高频干扰噪声，送至IC1的⒁脚，经内部二级放大后的信号，在IC1内又经双向幅度鉴别后，通过逻辑控制电路由IC1的⑵脚输出高电平，其时间由延长时间电路中的R12、C13决定。IC1⑵脚输出的高电平，经过电阻R13送至继电器K。继电器线圈通电，常开触点吸合，亮灯。

制作焊接时，各元件脚上事先应该刮去脚上的搪锡，尤其是两片金属弹簧片的焊接处和220V的交流插脚片的焊接处，都应事先用力刮去氧化层污物，并加松香或少许 焊油膏，搪好锡，否则极容易虑焊松动。当你制作完毕，将该电路直接插入220V市电后，如果不亮，则可以调节W，使起动控制点降低，既有亮处调往暗处，自锁亮度降低，灯就亮了。

2.2洗手电路

2.2.1主要元件：场效应管 555集成块 继电器 电磁阀

555时基集成电路工作原理与应用 555时基电路是一种将模拟功能与逻辑功能巧妙结合在同一硅片上的组合集成电路。它设计新颖，构思奇巧，用途广泛，备受电子专业设计人员和电子爱好者的青睐，人们将其戏称为伟大的小IC。。尽管世界各大半导体或器件公司、厂家都在生产各自型号的555／556时基电路，但其内部电路大同小异，且都具有相同的引出功能端。图中示出了美国无线电公司生产的CA555时基电路的内部等效电路图。﹝如图↓﹞ 12345D比较器A1V+8+VDDC比较器A2触发4.7K1K5K触发器输出6.8K阀值4.7K830D1VT3VT4D2VT10VT16VT19VT207K阀值VT1GNDVT7VT12VT11VT6VT25K4.7KD3D42.5K365控制2触发47110输出VT21VT13VT9GNDVT15VT18220VT14B复位复位VT5VT8VT171005K4.7K放电GNDGND放电100GNDA 555时基电路的工作过程如下：当两脚，即比较器A2的反相输入端加进电位低于VDD的触发信号时，则VT9、VTll导通，给双稳态触发器中的VTl4提供一个电流，使VTl4饱和导通，它的饱和压降Vces箝制VTl5的基极处于低电平，使VTl5截止，VTl7饱和，从而使VTl8截止，VTl9导通，12345 ４ VT20完全饱和导通，VT21截止。因此，输出端3脚输出高电平。此时，不管6端(阈值电压)为何种电平，由于双稳态触发器(VTl4-VTl7)中的4．7kΩ电阻的正反馈作用(VTl5的基极电流是通过该电阻提供的)，3脚输出高电平状态一直保持到6脚出现高于?VDD的电平为止。当触发信号消失后，即比较器A2反相输入端2脚的电位高于?VDD，则VT9、VTll截止，VTl4因无偏流而截止，此时若6脚无触发输入，则VTl7的Vces饱和压降通过4.7kΩ电阻维持VTl3截止，使VTl7饱和稳态不变，故输出端3脚仍维持高电平。同时，VTl8的截止使VT6也截止。当触发信号加到6脚时，且电位高于?VDD时，则VTl、VT2、VT3皆导通。此时，若2脚无外加触发信号使VT9、VTl4截止，则VT3的集电极电流供给VTl5偏流，使该级饱和导通，导致VTl7截止，进而VTl8导通，VTl9、VT2。都截止，VT21饱和导通，故3脚输出低电平。当6脚的触发信号消失后，即该脚电位降至低于?VDD时，则VTl、VT2、VT3皆截止，使VTl5得不到偏流。此时，若2脚仍无触发信号，则VTl5通过4.7kΩ电阻得到偏流，使VTl5维持饱和导通，VTl7截止的稳态，使3脚输出端维持在低电平状态。同时，VTl8的导通，使放电级VT6饱和导通。通过上面两种状态的分析，可以发现：只要2脚的电位低于?VDD，即有触发信号加入时，必使输出端3脚为高电平；而当6脚的电位高于?VDD时，即有触发信号加进时，且同时2脚的电位高于?VDD时，才能使输出端3脚有低电平输出。4脚为复位端。当在该脚加有触发信号，即其电位低于导通的饱和压降0.3V时，VT8导通，其发射极电位低于lV，因有D3接入，VTl7为截止状态，VTl8、VT21饱和导通，输出端3脚为低电平。此时，不管2脚、6脚为何电位，均不能改变这种状态。因VT8的发射极通过D3及VTl7的发射极到地，故VT8的发射极电位任何情况下不会比1.4V电压高。因此，当复位端4脚电位高于1.4V时，VT8处于反偏状态而不起作用，也就是说，此时输出端3脚的电平只取决于2脚、6脚的电位。

CA555时基电路的内部等效电路图﹝如图↓﹞

2.2.2原理图及其分析

洗手电路原理图﹝如图↓﹞

感应片M为15*15的薄铜片。在无人接近M时，场效应管3DJ6的漏源极之间的电阻较小，时基电路555集成块的第⑵脚的电位高于1/3倍的VCC，第⑶脚输出低电平，继电器线圈不工作，电磁阀开关不打开，水龙头无法供水。当有人接近M时，场效应管BG因人手的感应电压而瞬间夹断（通道变窄），BG的漏源极间电阻变得很大，555集成块的第⑵脚的电位变得低于1/3倍的VCC，555集成块被触发，第⑶脚输出高电平，继电器线圈通电，电磁阀开关打开，水龙头开始供水。与此同时，555集成块的内部放电管截止。电源电压通过电阻R2给C2充电，随着C2上的电压升高，当第⑹脚

５

电位达到2/3倍的VCC时，555集成块输出状态翻转，第⑶脚输出低电平，继电器线圈失电，电磁阀开关关闭，水龙头停止供水。冲水时间的长短，由电阻R2和电容C2的值决定，接线图中的元件值，控制冲水时间大约40秒钟。 R1RES2R2RES2C50.01uFC34532VoutC60.01uFC442RCVoltM1C3BG3DJ622Q3TRIGGND555THRVCC67331GNDVin1变压器4DIS继电器C2R3RES21WC10.01uF通过调节电位器W可以改变感应灵敏度，该电路具有较高的灵敏度，在人体距离感应片0.5米左右时，电磁阀打开就可以供水。﹝图中以发光二极管和R3电阻来代替电磁阀﹞ 2.3大小便池冲刷电路 2.3.1主要元件：红外光敏电阻 555集成块 继电器 电磁阀 红外光敏电阻是对人体所发出的红外线进行检测的电阻。当被人体红外线照射时，其阻值很小。没有被人体红外线照射时，其阻值很大。我们就是利用它的这个特性，近而设计了此电路。 2.3.2原理图及其分析 小便池冲刷电路﹝如图↓﹞ 2RP100KJRX-4kR2RESETR110KCVOLT4883VDL2CP1747uF47uF42TitleVCCOUT3C30.01uF73DG128C40.01uF6THOLD3555DISCHG1VVIN7806OUTGND1变压器SizeBNumber2R10KTRIGGND5555123电磁阀Date:File:4530-May-2004F:\\zhang\\新建文C0.01uF 在无人接近小便池时，红外光敏电阻的电阻较大，时基电路555集成块的第⑵脚的电位高于1/3 ６ 倍的VCC，第⑶脚输出低电平，继电器线圈不工作，电磁阀开关不打开，小便池无法冲水。当有人接近小便池时，光敏电阻的阻值迅速下降，由于电路的分压原理，其电位也迅速下降。这时555集成块的第⑵脚的电位变得低于1/3倍的VCC，555集成块被触发，第⑶脚输出高电平，继电器线圈通电，常开触点吸合，电磁阀线圈得电导通。小便池开始冲水。一旦人离开时，红外光敏电阻的阻值又迅速升高，同时555集成块⑵脚的电位也随着升高，第⑶脚输出低电平，继电器线圈断电。小便池停止冲水。整个电路处于等待状态。 大便池冲刷电路﹝如图↓﹞ 2RP100KVVIN7806OUTGND311变压器47uF42R2RESETR110KCVOLTVCCOUT电磁阀32CP17VDL47uF486THOLD2R10KTRIGDISCHGGND73DG128555电磁阀5C0.01uF 在无人接近大便池工作时，红外光敏电阻的电阻较大，时基电路555集成块的第⑵脚的电位高于1/3倍的VCC，第⑶脚输出低电平，继电器线圈不工作，电磁阀开关不打开，大便池无法冲水。当有人接近大便池并工作时，光敏电阻的阻值迅速下降，其电位也迅速下降。这时555集成块的第⑵脚的电位变得低于1/3倍的VCC，555集成块被触发，第⑶脚输出高电平，继电器线圈通电，常闭触点断开，常开触点吸合，同时给电容充电，但电磁阀被断开无法工作，大便池无法冲水。人在大便池工作的这段时间是电容器充电时间，直至电容器充满为止。等到人工作完毕离去后，555集成块和触发电路又回到先前的状态。继电器断电，常闭触点闭合，常开触点断开。电磁阀线路被接通，此时的电容已经被充过电，它就可以给电磁阀放电，这时电磁阀线圈得电导通。冲刷系统给大便池冲水。等到电容的电量被放完毕后，电磁阀线圈不在工作，被截止，冲水停止。这个电路设计思想与小便池冲水系统基本一样，只是有一点点变动，多了一个充电电容器。前者是人在即可冲水，后者是人在时充电，但无法冲水。人离开后，冲刷系统开始冲水。 可调电阻RP与光敏电阻R的比值定好后，可将RP电阻用固定电阻代替。由于电路比较简单且花费不多，所以只要按设计线路图安装，就可以轻松实现卫生间自动化。 3结束语 随着人们生活水平的不断提高，人们对居住环境也有了更高的要求。楼宇自动化已成为未来世界必然的发展趋势，卫生间自动化是其中重要的组成部分。通过本文的简单设计，可以使卫生间很容易的实现自动化。这既符合节能的发展趋势，又给人们提供一个清洁卫生的环境。由此，可以相信我们的生活，明天会更美好。 2341参考文献

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