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(jī)械構(gòu)造,，沖水時(shí)需要人工手按，既浪費(fèi)了時(shí)間和水資源,，又因手的接觸而造成不衛(wèi)生,，還會(huì)因忘記沖水而造成環(huán)境污染，為適應(yīng)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(gè)干凈、舒適,、衛(wèi)生的環(huán)境,，穩(wěn)定、可靠,、方便的感應(yīng)式?jīng)_水器亟待出現(xiàn),，特別是在大型商場(chǎng)、車(chē)站,、學(xué)校等人員流動(dòng)比較大的衛(wèi)生間,，節(jié)水型感應(yīng)式?jīng)_水器顯得尤為重要[1,2]。
然而,，一般的感應(yīng)式?jīng)_水器因其硬件電路的設(shè)計(jì),、單片機(jī)的選擇及沖水閥門(mén)的選擇不是非常恰當(dāng)，會(huì)造成制造成本高,，電量消耗大,，易出現(xiàn)誤感應(yīng)、不沖水等不穩(wěn)定因素,，不僅浪費(fèi)了能源還給使用者造成一些不必要的麻煩,。針對(duì)這些問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)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(shè)計(jì)
智能節(jié)水小便沖洗器的基本設(shè)計(jì)思想是利用紅外傳感器感應(yīng)入廁人的到來(lái),，產(chǎn)生電脈沖信號(hào)輸入到PIC12C508A單片機(jī),，通過(guò)軟件做出智能判斷，從而控制電磁閥開(kāi)啟或閉合,。硬件電路以低功耗的PIC12C508A單片機(jī)為核心,。由熱釋紅外檢測(cè)電路、閥門(mén)驅(qū)動(dòng)電路,、電源電壓變換電路等組成其外圍電路,。為簡(jiǎn)化系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)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(jī)及電磁閥用一個(gè)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(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)成了電路的控制卡模塊,，單片機(jī)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(jiàn)圖1,。
PIC單片機(jī)的新型沖水器的設(shè)計(jì)" 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
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3. 單片機(jī)介紹
本設(shè)計(jì)采用的PIC12C508A單片機(jī)是由美國(guó)Microchip公司較早推出的流行于市場(chǎng)的8位單片機(jī),，它的最大優(yōu)點(diǎn)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(kāi)的哈佛雙線結(jié)構(gòu),，突破了約束單片機(jī)速度的瓶頸[3-6],。PIC12C508A單片機(jī)是作為減少系統(tǒng)價(jià)格和功率而設(shè)計(jì)的特殊單片機(jī)。采用CMOS工藝,，價(jià)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(yùn)行時(shí)功耗電流小于2mA,，待機(jī)時(shí)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(mén)狗或外部事件周期性地喚醒自己,，執(zhí)行完相應(yīng)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(shí)單片機(jī)只有幾個(gè)微安的電流,，由此達(dá)到了省電的目的，體現(xiàn)了微控制器工業(yè)的新趨勢(shì),，也是本設(shè)計(jì)采用這種單片機(jī)做控制器的原因.并且PIC單片機(jī)以其較大的電流驅(qū)動(dòng)能力(每個(gè)I/O腳的最大控電流為25mA)可以直接驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管（LED）顯示,。
每個(gè)管腳的功能如下：
OSC1、OSC2：OSC1是時(shí)鐘輸入端,，輸入信號(hào)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(shí)鐘輸出端，在RC振蕩器時(shí)輸出4分頻信號(hào),。
TOCK1：脈沖計(jì)數(shù)器的外加脈沖是輸入端，信號(hào)輸入第一級(jí)為施密特觸發(fā)器,。
GP0～GP5：雙向I／O口,，可由程序設(shè)計(jì)輸入或輸出。其中GP3為單向輸入口,。
MCLR：復(fù)位信號(hào),。
VDD、VSS：電源及地,。
4. 控制卡電路設(shè)計(jì)
控制卡作為整個(gè)自動(dòng)沖水系統(tǒng)的控制核心,，要求其電路在穩(wěn)定的基礎(chǔ)上簡(jiǎn)單合理，并且從成本要求和實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合考慮,，控制卡體積要盡量小,。
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單片機(jī),、電磁閥,、紅外探頭需要不同的電源，按常規(guī)需要幾個(gè)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(gè)主線圈，兩個(gè)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(jī)時(shí),，考慮了單片機(jī)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(cè)信號(hào),，只需一個(gè)I/O口作為輸入口,。另外,，我們要通過(guò)軟件控制電磁閥和發(fā)光二極管，需要兩個(gè)I/O口作為輸出口,。因此至少要用到三個(gè)I/O口,，選單片機(jī)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(dòng)發(fā)光二極管,，省去了功率放大的設(shè)計(jì),，從而節(jié)省了成本，如圖3所示,。管腳7輸出的電壓信號(hào)經(jīng)三極管放
圖3 控制卡電路圖
大為12V,，這個(gè)電信號(hào)經(jīng)單通二極管控制電磁閥的開(kāi)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(hào)進(jìn)入單片機(jī),。平時(shí)上拉電阻把管腳5設(shè)為高電平,，當(dāng)紅外探頭檢測(cè)到信號(hào)時(shí)，送入一低電平,，單片機(jī)通過(guò)電平變換的判斷來(lái)控制電磁閥的通斷和指示燈的亮滅,。
5. 控制卡單片機(jī)程序設(shè)計(jì)
5.1 程序流程圖
為了避免因假信號(hào)而引起誤判斷的發(fā)生，我們?cè)诔绦蛟O(shè)計(jì)的第一次檢驗(yàn)是否有輸入信號(hào)后延時(shí)了三秒,，目的是消除紅外探頭前未如廁而走動(dòng)的人員所引起的信號(hào),。三秒后程序進(jìn)入第二次信號(hào)判斷, 如果信號(hào)仍存在，則把它作為真正有效的信號(hào),，如果判斷出信號(hào)消除則說(shuō)明第一次檢測(cè)到的信號(hào)為假信號(hào),，則返回上一級(jí)信號(hào)判斷，如果判斷出信號(hào)未消除則把它作為有效信號(hào)并進(jìn)入第三次信號(hào)判斷,，循環(huán)執(zhí)行,，直到檢測(cè)出信號(hào)消失，這時(shí)單片機(jī)通過(guò)軟件把7腳和2腳同時(shí)置高電位,，從而使電磁閥打開(kāi),、指示燈點(diǎn)亮。之后的延時(shí)十秒是沖水,，經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)在本電磁閥下沖水十秒是最佳選擇時(shí)間,，在把潔具完全沖洗干凈的基礎(chǔ)上節(jié)約了水源，達(dá)到了設(shè)計(jì)目的,。十秒后電磁閥和指示燈同時(shí)關(guān)閉,，進(jìn)入新一輪的信號(hào)檢測(cè)。如圖4所示,。
關(guān)鍵字：單片機(jī) 節(jié)能 紅外檢測(cè) 自動(dòng)沖水器,。
圖4 流程圖
在每次沖水后或上電復(fù)位后，單片機(jī)將自動(dòng)檢測(cè)三分鐘內(nèi)是否有輸入信號(hào)，如果沒(méi)有,，單片機(jī)將進(jìn)入睡眠狀態(tài),，此時(shí)單片機(jī)內(nèi)部只有幾個(gè)微安的電流，達(dá)到了節(jié)電的目的,。睡眠狀態(tài)下的單片機(jī)可以隨時(shí)被外界信號(hào)喚醒,。
5.2單片機(jī)設(shè)置
為實(shí)現(xiàn)上述功能，我們單片機(jī)設(shè)置如下：
CONFIG=×××××××00110：禁止MCLR引腳復(fù)位,、使能程序代碼保護(hù),、使能WDT、使用內(nèi)部RC振蕩器,；
TRIS=00001100：GP0,、GP5端口設(shè)為輸出，GP2設(shè)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(shí)器模塊的時(shí)鐘源取至內(nèi)部振蕩器=Fosc/4,、將預(yù)分頻器分配給WDT、預(yù)分頻率=1:128,；
6 結(jié)論
?。?）與同類(lèi)沖水器相比,，本沖水器在軟件沖水時(shí)間管理,、減少誤判斷方面體現(xiàn)了節(jié)水的設(shè)
計(jì)思路；在單片機(jī)的低功耗及其睡眠模式功能的設(shè)定上體現(xiàn)了節(jié)能的設(shè)計(jì)思路,。
?。?）實(shí)際應(yīng)用一年來(lái)本沖水器未出現(xiàn)過(guò)誤判斷、不沖水等不良現(xiàn)象,，本控制卡的性?xún)r(jià)比高,，每塊卡的成本不超過(guò)20元。檢測(cè)卡體積小,，易實(shí)現(xiàn)嵌入式安裝,，使用方便。
?。?）感應(yīng)式的檢測(cè)方式避免了人手與沖水控制開(kāi)關(guān)的接觸,，減少了疾病傳播的機(jī)會(huì)，可以說(shuō)是一個(gè)安全健康的裝置,。受到了廠家和用戶的好評(píng),。
本文創(chuàng)新點(diǎn)：
采用了低功耗PIC單片機(jī)作為控制器的控制核心，并對(duì)根據(jù)需要對(duì)其進(jìn)行開(kāi)發(fā)，合理設(shè)計(jì)了控制卡電路和單片機(jī)控制流程,，使得本系統(tǒng)達(dá)到了低成本高,、可靠性、省電,、節(jié)水,、清潔的設(shè)計(jì)目的。