校园公厕自适应节水装置的设计研究

校园公厕自适应节水装置的设计研究

摘要 本文就校园等公共场所厕所冲水系统研发制作了一种自适应智能节水装置，对于目前大力提倡的智慧校园以及绿色生态建设有着重要的意义。该系统以IAP15F主控为核心，以DS1302时钟芯片为时钟，通过硬件电路图设计和软件编程设计，实现了红外检测人数模式、自动放水、定时冲水模式、夜间休眠模式等自适应控制功能。该装置经过试运行，工作性能稳定，能有效地节水且符合卫生要求，优化目前市场主流产品。有很大应用和推广价值。

关键词 DS1302；IAP15F；红外模式；定时模式；自适应

引言

经过调查统计，目前校园厕所冲水系统15分钟冲一次。一个厕所冲水箱容量50L。一天24小时将冲水96次，用水量=96*50L=4800L。据大致统计校园有6栋学生公寓，1栋教学楼、2栋实训楼未实现感应冲水。统计总共60间厕所，总用水量=60*4800L=288000L。学生公寓在学生上课期间或者放假厕所冲水太过频繁。教学楼、实训楼在学生放学或者放假期间厕所冲水也不合理，造成了水资源的不合理利用。因此，我们将采用DS1302对于数据记录的特点实现智能化控制的一种自适应装置，科学合理的利用水资源，达到节约用水目的。

本次就校园公厕节约装置做一个设计，比较分析市场主流节水产品的优劣，设计电路，优化程序，研发一款自适应的新型节水装置，做到合理地用水。利用低功耗单片机为主控制。

1 时钟芯片DS1302工作原理

DS1302作为一种高性能、低功耗的实时时钟芯片得到了普遍应用。实时时钟可提供年、月、星期、时分秒，一个月小与31天时可以自动调整，且具有闰年补偿功能。DS1302主要用于数据记录，特别是对某些具有特殊意义的数据点的记录，能实现数据与出现该数据的时间同时记录。控制字的最高有效位（位7）必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入到DS1302中。位6：如果为0，则表示存取日历时钟数据，为1表示存取RAM数据；位5至位1（A4～A0）：指示操作单元的地址；位0（最低有效位）：如为0，表示要进行写操作，为1表示进行读操作。控制字总是从最低位开始输出。在控制字指令输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302，数据输入从最低位（0位）开始。同样，在紧跟8位的控制字指令后的下一个SCLK脉冲的下降沿，读出DS1302的数据，读出的数据也是从最低位到最高位。

2 智能节水装置的软硬件设计

本课题采用低功耗的IAP15F系列单片机作为主控，芯片集成了上电复位，采用R/C高精度振荡器，相比传统51单片机大大地简化应用系统的外围电路，

系统性能更加高效、可靠，设计更加简捷。

市场调研目前公共卫生清洁冲水主流产品有三种：第一种：手动按压式冲水装置，实地调查得出此装置存在因人为多次手动冲水导致水资源浪费更为严重或长时间没人按，导致厕所环境卫生差；第二种：感应式冲水装置，此类产品主要安装在行政楼等人流量较小的场所且安装价格高；第三种：沟槽式感应冲水装置，是基于红外线感应技术的自动冲水产品，检测人数达到设定值开启冲水，若未达到设定人数不会冲水，根据校园实际调查发现，采用现有的感应方式，在课间满足需求，但是上课期间晚上等人少的时候存在长时间红外采集入厕人数达不到设定值一直不冲，导致卫生条件差。IAP15F智能节水装置利用时钟芯片DS1302对学校作息时间等某些具有特殊意义的数据点记录，不仅实现了红外工作模式下的计数，还整合了红外加定时工作模式完全实现了自适应控制，达到了节水目的，并且符合环境卫生要求。整个系统框图如图1所示。

通过编程记录标记学校作息时间，识别DS1302时钟芯片的万年历，判别工作日及休息日。如若工作日，在課间十分钟利用红外感应器监测入厕人数，并在液晶显示检测人数及工作模式，人数达到设定值之后，IAP15F控制电磁阀接通实现冲水，并抽水电机工作进行储水。在上课期间设置为红外感应加定时模式，在设定时间内当红外监测人数一直未满设定值时启动定时冲水模式，比如上课四十分钟时间设置四个阶段，每个阶段十分钟，十分钟之内红外检测人数未达设定值，十分钟时间到启动电磁阀实现冲水。晚上休息启动定时模式，达到设定值进行冲水，在24：00之后关闭冲水模式进入休眠状态，早上上班前一小时自动唤醒。工作日一天的程序流程图如图2所示。

3 结束语

本文介绍的自适应节水装置，经过试运行，达到了智能控制的节水目的，而且满足了卫生要求。实现了红外检测、定时模式、红外定时模式、手动放水，适用于校园公厕冲水，可嵌入在现在主流产品沟槽式公厕的节水装置中，大大弥补了沟槽式公厕的节水装置的弊端，为其进一步应用和推广奠定了基础。它满足了合适的节水措施，在合适的时间内选择合适的节水模式，自适应的特性完全地满足节能的需要。