1. 引言
傳統(tǒng)的手按式廁所沖水器沖水系統(tǒng)采用的是全機械構(gòu)造,，沖水時需要人工手按,，既浪費了時間和水資源，又因手的接觸而造成不衛(wèi)生,，還會因忘記沖水而造成環(huán)境污染,，為適應日益加快的現(xiàn)代生活的節(jié)奏,，節(jié)約水資源，創(chuàng)造一個干凈,、舒適、衛(wèi)生的環(huán)境,，穩(wěn)定,、可靠,、方便的感應式?jīng)_水器亟待出現(xiàn)，特別是在大型商場,、車站,、學校等人員流動比較大的衛(wèi)生間,，節(jié)水型感應式?jīng)_水器顯得尤為重要[1,2]。
然而,，一般的感應式?jīng)_水器因其硬件電路的設計,、單片機的選擇及沖水閥門的選擇不是非常恰當，會造成制造成本高,，電量消耗大,，易出現(xiàn)誤感應、不沖水等不穩(wěn)定因素,，不僅浪費了能源還給使用者造成一些不必要的麻煩,。針對這些問題，我們設計了一套制造成本低且穩(wěn)定性高的沖水系統(tǒng),。
2. 系統(tǒng)總體方案設計
智能節(jié)水小便沖洗器的基本設計思想是利用紅外傳感器感應入廁人的到來,，產(chǎn)生電脈沖信號輸入到PIC12C508A單片機,，通過軟件做出智能判斷,，從而控制電磁閥開啟或閉合,。硬件電路以低功耗的PIC12C508A單片機為核心,。由熱釋紅外檢測電路、閥門驅(qū)動電路,、電源電壓變換電路等組成其外圍電路,。為簡化系統(tǒng)軟件設計難度,、減少電線連接數(shù)量、減小空間體積,、降低成本,，我們使紅外探頭,、單片機及電磁閥用一個總電源，中間用變壓器變壓,，考慮到電源的穩(wěn)定性和減少干擾噪聲的影響，我們通過反復實驗設計成了電路的控制卡模塊,，單片機嵌入其上，只留出接線端子作為紅外探頭和電磁閥與控制卡的接口,，原理示意見圖1,。
PIC單片機的新型沖水器的設計" onclick="get_larger(this)" src="http://files.chinaaet.com/images/20110523/227dfa7d-a452-4fb4-95e7-0a3535aca0e5.jpg" />
圖1 智能節(jié)水小便沖洗器控制卡的原理示意圖
關鍵字：單片機 節(jié)能 紅外檢測 自動沖水器,。
3. 單片機介紹
本設計采用的PIC12C508A單片機是由美國Microchip公司較早推出的流行于市場的8位單片機，它的最大優(yōu)點表現(xiàn)為引腳少,、低功耗、全靜態(tài),、體積小，如圖2所示,。
圖2 PIC12C508A引腳
采用指令總線和數(shù)據(jù)總線分開的哈佛雙線結(jié)構(gòu),，突破了約束單片機速度的瓶頸[3-6]。PIC12C508A單片機是作為減少系統(tǒng)價格和功率而設計的特殊單片機,。采用CMOS工藝，價格低廉,、功能齊全,，可在高頻下工作,，功耗極低，供電電壓為2．5～5.5V,，運行時功耗電流小于2mA,，待機時功耗電流小于1μA,，能方便地采用電池直接供電。它可以采用看門狗或外部事件周期性地喚醒自己,，執(zhí)行完相應代碼后又回到SLEEP模式,。在SLEEP模式下,，晶振停止振蕩，以減少系統(tǒng)功耗,，而此時單片機只有幾個微安的電流,，由此達到了省電的目的,，體現(xiàn)了微控制器工業(yè)的新趨勢，也是本設計采用這種單片機做控制器的原因.并且PIC單片機以其較大的電流驅(qū)動能力(每個I/O腳的最大控電流為25mA)可以直接驅(qū)動數(shù)碼管（LED）顯示,。
每個管腳的功能如下：
OSC1、OSC2：OSC1是時鐘輸入端,，輸入信號可由外接晶體片內(nèi)自激振蕩器或由外部晶體振蕩器提供,；OSC2為時鐘輸出端，在RC振蕩器時輸出4分頻信號,。
TOCK1：脈沖計數(shù)器的外加脈沖是輸入端，信號輸入第一級為施密特觸發(fā)器,。
GP0～GP5：雙向I／O口,，可由程序設計輸入或輸出。其中GP3為單向輸入口,。
MCLR：復位信號,。
VDD、VSS：電源及地,。
4. 控制卡電路設計
控制卡作為整個自動沖水系統(tǒng)的控制核心，要求其電路在穩(wěn)定的基礎上簡單合理,，并且從成本要求和實際應用場合考慮，控制卡體積要盡量小,。
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單片機、電磁閥,、紅外探頭需要不同的電源，按常規(guī)需要幾個電壓變換裝置,，為了節(jié)省控制卡的空間體積,，我們采用了一個主線圈,，兩個副線圈的變壓模式,，這樣可以大大節(jié)省
空間,，降低成本,。
在選單片機時，考慮了單片機管腳的充分利用,，以盡量減低成本,。我們所要的信息只有紅外探頭的監(jiān)測信號,，只需一個I/O口作為輸入口。另外,，我們要通過軟件控制電磁閥和發(fā)光二極管,，需要兩個I/O口作為輸出口,。因此至少要用到三個I/O口,，選單片機PIC12C508A足以滿足要求，并且PIC12C508A管腳輸出的電流最大為25m A足以直接驅(qū)動發(fā)光二極管,，省去了功率放大的設計，從而節(jié)省了成本,，如圖3所示,。管腳7輸出的電壓信號經(jīng)三極管放
圖3 控制卡電路圖
大為12V,，這個電信號經(jīng)單通二極管控制電磁閥的開閉，這里的單通二極管所起的作用是防止電磁閥產(chǎn)生的干擾信號進入單片機,。平時上拉電阻把管腳5設為高電平,，當紅外探頭檢測到信號時,，送入一低電平，單片機通過電平變換的判斷來控制電磁閥的通斷和指示燈的亮滅,。
5. 控制卡單片機程序設計
5.1 程序流程圖
為了避免因假信號而引起誤判斷的發(fā)生,，我們在程序設計的第一次檢驗是否有輸入信號后延時了三秒,，目的是消除紅外探頭前未如廁而走動的人員所引起的信號。三秒后程序進入第二次信號判斷, 如果信號仍存在,，則把它作為真正有效的信號,，如果判斷出信號消除則說明第一次檢測到的信號為假信號,，則返回上一級信號判斷，如果判斷出信號未消除則把它作為有效信號并進入第三次信號判斷,，循環(huán)執(zhí)行,，直到檢測出信號消失,，這時單片機通過軟件把7腳和2腳同時置高電位，從而使電磁閥打開,、指示燈點亮,。之后的延時十秒是沖水，經(jīng)過反復試驗在本電磁閥下沖水十秒是最佳選擇時間,，在把潔具完全沖洗干凈的基礎上節(jié)約了水源，達到了設計目的,。十秒后電磁閥和指示燈同時關閉,，進入新一輪的信號檢測,。如圖4所示。
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圖4 流程圖
在每次沖水后或上電復位后，單片機將自動檢測三分鐘內(nèi)是否有輸入信號,，如果沒有,，單片機將進入睡眠狀態(tài),，此時單片機內(nèi)部只有幾個微安的電流，達到了節(jié)電的目的,。睡眠狀態(tài)下的單片機可以隨時被外界信號喚醒,。
5.2單片機設置
為實現(xiàn)上述功能,，我們單片機設置如下：
CONFIG=×××××××00110：禁止MCLR引腳復位、使能程序代碼保護,、使能WDT,、使用內(nèi)部RC振蕩器,；
TRIS=00001100：GP0,、GP5端口設為輸出,，GP2設為輸入,，其余為輸出。
OPTION=00001111：使用引腳喚醒功能,、GP3端口具有弱上拉功能,、定時器模塊的時鐘源取至內(nèi)部振蕩器=Fosc/4,、將預分頻器分配給WDT、預分頻率=1:128,；
6 結(jié)論
?。?）與同類沖水器相比,，本沖水器在軟件沖水時間管理、減少誤判斷方面體現(xiàn)了節(jié)水的設
計思路,；在單片機的低功耗及其睡眠模式功能的設定上體現(xiàn)了節(jié)能的設計思路,。
?。?）實際應用一年來本沖水器未出現(xiàn)過誤判斷、不沖水等不良現(xiàn)象,，本控制卡的性價比高,，每塊卡的成本不超過20元。檢測卡體積小,，易實現(xiàn)嵌入式安裝，使用方便,。
?。?）感應式的檢測方式避免了人手與沖水控制開關的接觸,，減少了疾病傳播的機會，可以說是一個安全健康的裝置,。受到了廠家和用戶的好評,。
本文創(chuàng)新點：
采用了低功耗PIC單片機作為控制器的控制核心，并對根據(jù)需要對其進行開發(fā),，合理設計了控制卡電路和單片機控制流程，使得本系統(tǒng)達到了低成本高,、可靠性,、省電,、節(jié)水,、清潔的設計目的。