基于MCU的權(quán)控智能節(jié)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引言
隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，環(huán)境和資源問(wèn)題日益突出，預(yù)計(jì)到2020年，全國(guó)年總需水量將達(dá)到900億立方米，而缺水量也將達(dá)到150億立方米，水資源短缺已成為制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要因素，為此國(guó)家大力提倡節(jié)能減排，鼓勵(lì)節(jié)水、節(jié)能設(shè)備的研發(fā)。衛(wèi)生間節(jié)水技術(shù)始于20世紀(jì)80年代末和90年代初期，在節(jié)水技術(shù)初級(jí)階段，普遍采用數(shù)字邏輯電路和模擬電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)水控制功能；自21世紀(jì)以來(lái)，衛(wèi)生間節(jié)水技術(shù)開(kāi)始采用先進(jìn)的紅外檢測(cè)技術(shù)以及單片機(jī)控制技術(shù)，節(jié)水率有了較大的提高。目前衛(wèi)生間節(jié)水設(shè)備存在諸多技術(shù)上的缺陷，即沖廁不及時(shí)，誤沖廁、漏沖廁現(xiàn)象頻繁，導(dǎo)致節(jié)水率低，環(huán)境衛(wèi)生差。
為實(shí)現(xiàn)節(jié)約型、環(huán)保型社會(huì)，未來(lái)的衛(wèi)生間節(jié)水設(shè)備必將朝著高節(jié)水率、環(huán)保、集成化、智能化方向發(fā)展。基于此，設(shè)計(jì)了一種基于統(tǒng)計(jì)學(xué)和模糊控制理論的權(quán)控智能節(jié)水系統(tǒng)。它利用改進(jìn)的紅外檢測(cè)單元準(zhǔn)確地采集數(shù)據(jù)；以AT89C2051單片機(jī)為硬件平臺(tái)構(gòu)建信號(hào)處理、控制的主控制器，對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并實(shí)時(shí)判斷出真實(shí)的人流量；注水分主注水和權(quán)控注水，保證主控制單元發(fā)出沖廁指令后能迅速?zèng)_廁。試驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，節(jié)水率提高到88％。

1 權(quán)控技術(shù)
為了確保主控制單元發(fā)出沖水指令后，水箱內(nèi)的水能迅速瀉放，本節(jié)水系統(tǒng)采用了權(quán)控技術(shù)，權(quán)控沖廁功能由主注水、防滲漏控制單元、主控制單元等實(shí)現(xiàn)。主注水單元依據(jù)水箱低水位檢測(cè)器狀態(tài)判斷出水箱全空時(shí)啟動(dòng)電磁閥，執(zhí)行主注水至水箱總?cè)萘康?5％時(shí)停止，為水箱的低水位。由于水中雜質(zhì)經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的積淀以及水箱虹吸閥與水箱密封不嚴(yán)密，水過(guò)長(zhǎng)時(shí)間停留會(huì)致使水位因滲漏而下降，鑒于此，設(shè)計(jì)防滲漏電路補(bǔ)注水，使水箱水位始終保持在水箱總?cè)萘康?5％位置處。主控制單元實(shí)時(shí)處理入廁信息并發(fā)出權(quán)注水指令，這部分注水僅占水箱總?cè)萘康?％，耗時(shí)1～2 s。權(quán)注水后水箱內(nèi)的水已充滿整個(gè)水箱，達(dá)到了虹吸閥開(kāi)啟的位置，這種迅速?zèng)_廁的控制技術(shù)稱為權(quán)控技術(shù)。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)采用AT89C2051單片機(jī)作為系統(tǒng)的主控制單元，可實(shí)現(xiàn)紅外信號(hào)的處理、電磁閥權(quán)注水控制和LED顯示；結(jié)合C語(yǔ)言軟件編程，實(shí)現(xiàn)了與實(shí)際情況相吻合的沖水控制和兩級(jí)程序保密措施，豐富了系統(tǒng)功能，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
系統(tǒng)由主輔兩大控制單元組成，圖1為主控制單元結(jié)構(gòu)圖，完成紅外信號(hào)處理，延時(shí)選擇并執(zhí)行沖水子程序。其中，改進(jìn)的紅外監(jiān)測(cè)可感知移動(dòng)生物，高水位可檢測(cè)水箱水位是否到達(dá)虹吸點(diǎn)，延時(shí)選擇是在入廁低峰期時(shí)供人工選擇延時(shí)沖水時(shí)間；LED可實(shí)時(shí)顯示主控制器工作狀態(tài)。

圖2為輔控制單元，完成無(wú)水?dāng)嚯?、主注水及防滲漏控制。當(dāng)管網(wǎng)斷水時(shí)，低水位檢測(cè)水箱內(nèi)始終無(wú)水，于是主注水控制電路一直開(kāi)啟電磁閥，故設(shè)計(jì)智能電源在無(wú)水時(shí)斷開(kāi)除水管檢測(cè)之外的所有電路電源。低水位檢測(cè)主注水是否到水箱95％，主注水控制單元據(jù)之控制電磁閥；防滲漏控制單元保持水箱在95％的水位。