新型环保小便池的研究

陈之酉

（苏州工业园区工业技术学校，江苏 苏州 215123）

在公共男厕所,我们经常会看到人们在使用小便池时,有尿液滴溅在地上,造成便迹难以清洗和增加细菌流动很不卫生，而且我国人口众多，如果这一问题不处理好，就会造成很大的环境污染。根据实验发现，造成这一现象的主要原因是因为人们在使用过程中，站立的位置不对，这就要求我们设计一种新型小便池，可以规范人们在使用时的站立位置，防止尿液滴溅，保护环境，提高国民素质。

1 现有环保小便池及其缺陷

目前市场上的环保小便池，主要有以下三种功能：

（一）在便池的设计上可以分别收集小便和大便，并且在使用时通过排气扇把意味向下排放，不用时有挡板自动隔离，去出臭味；此外，还把洗手池的下水管与小便收集桶相连，起到节水作用。

（二）在设计上将洗手池和小便池一体化，充分利用洗手水清洁小便池，起到节水作用。

（三）将便池与各种医疗检测装置相连，使便池具有健康检测功能。

综上所述，我国在便池节水、除臭、便于收集肥料以及结合医疗设备进行健康检测方面已有相关研究报道。但并未解决因人们使用小便池时，站立位置不对，有尿液滴溅在地上,造成便迹难以清洗，并增加细菌流动，造成细菌流动污染环境这一问题。这就要求我们设计一款新型环保小便池，可以规范人们在使用时的站立位置，如果站立位置符合要求则可以使用小便池，不符合要求则不能使用小便池，起到防止尿液滴溅，保护环境的作用。

2 新型环保小便池的总体设计

根据上述缺陷，这就要求我们设计一种新型环保小便池，解决因人们使用小便池时，站立位置不对，有尿液滴溅在地上,造成便迹难以清洗，并增加细菌流动，造成细菌流动污染环境这一问题。本项目的设计在于在小便池的外侧增加一块可收缩的挡板，当人们需要上厕所时，站到规定位置时传感器感应到，发出信号，控制电动机正转，带动盖板自动收缩，人们就可以使用；当使用结束人离开后，传感器感应消失，撤消信号，控制电动机反转控制盖板自动放下。

2.1 功能说明

1）当需要使用时，人们站到划线规定位置，双脚下两个传感器感应到，发出信号，控制电动机正转，收起盖板。不会影响人们正常使用，又能防止尿液溅出或直接滴在地上,造成便迹难以清扫，并产生细菌流动的现象。

图1 结构图

图2 实物图

2）当使用结束时，人们离开划线位置，双脚下两个传感器无感应，撤消信号，控制电动机反转，放下盖板。

通过这套系统，就可以很直观的告诉使用者，他该站立的位置，防止使用小便池时尿液滴溅，减少细菌流动，起到保护环境的作用。

2.2 原理图（图1、图2）及各部件作用说明

1）传感器：检测使用者双脚站立位置是否正确，正确传感器发出信号控制电动机正转；站立位置不正确，传感器则无信号发出。2）电动机：系统动力源装置，带动转动杆。3）转动杆：带动盖板收起和放下。

4）盖板：限制使用者的站立位置，未在规定位置，不得使用小便池，遮挡异味。

3 传感器的选用

传感器用于检测是否有物体存在于传感器的感应范围内,并以此作为判断使用者双脚是否站立到位。

3.1 性能比较

1）磁性开关，在实际应用中，主要用于检测气缸中活塞的运动位置，可在被测物体(如在气缸的活塞或活塞杆)上安装磁性物质，在气缸缸筒外面的两端各安装一个磁感应式接近开关，就可以用这两个传感器分别标识气缸运动的两个极限位置。故不适用于此设备中。

2）光电接近开关(本文中简称光电开关)，通常在环境条件比较好、无粉尘污染上的场合下使用。光电开关工作时对被测对象几乎无任何影响。因此，在生产线上被广泛地使用。通常用于生产线设备中，用以检测是否有物料存在，光电开关就会感应到，发出信号，通过控制程序，就可以利用该信号状态来判断出传送带或送料机构中有无物料，从而判断是否驱动下一机构动作。而本文所设计的新型环保小便池工作原理，当人们需要上厕所时，站到规定位置时传感器感应到，发出信号，控制电动机正转，带动盖板自动收缩，人们就可以使用；当使用结束人离开后，传感器感应消失，撤消信号，控制电动机反转控制盖板自动放下。所以光电传感器完全可以满足以上功能要求。

3）光纤式光电接近开关，光纤式光电开关由光纤检测头、光纤放大器两部分组成，光纤放大器和光纤检测头是分离的两部分，光纤检测头的尾端部分分成两条光纤，使用时分别插入放大器的两个光纤孔。光纤式光电开关的输出连接至PLC。光纤式光电开关也是光纤传感器的一种，光纤传感器传感部分没有电路连接，不产生热量，只利用很少的光能，这些特点使光纤传感器成为危险环境下的理想选择。光纤传感器还可以用于关键生产设备的长期高可靠性和稳定性的监视。相对于传统传感器，光纤传感器具有下述优点：抗电磁干扰、可工作于恶劣环境，传输距离远，使用寿命长，此外，由于光纤头具有较小的体积，所以可以安装在空间很小的地方。光纤放大器根据需要来放置。比如有些生产过程中烟火、电火花等可能引起爆炸和火灾，而光能不会成为火源，不会引起爆炸和火灾，所以可以将光纤检测头设置在危险场所，将放大器单元设置在非危险场所进行使用。根据调节的强度，光纤传感器可以检测不同的物品或者检测距离，所以光纤传感器完全可以满足新型环保小便池的功能要求。

3.2 价格比较

1）磁性开关的价格比较便宜，售价大概在20-200元之间，常用的大概在30元左右。

2）光电接近开关的价格，相对于磁性开关的价格略高一点，相对于光纤式光电接近开关的价格便宜很多。售价大概在80-300元之间，常用的大概在100元左右。

3）光纤式光电接近开关的价格最高，售价大概在300-1800元之间，常用的大概在800元左右。

综上所述，根据各类传感器的性能和价格的比较，选用光电接近开关(光电式传感器)，首先光电式传感器完全可以满足新型环保小便池设计的功能要求，而且价格相对比较便宜，适合批量组装使用。本设备选用上海通尔生产型号为G012-MDNA-A的光电式传感器，检测距离0-200cm。

4 程序设计

4.1 PLC可编程逻辑控制器

在机电一体化设备中，有一个可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,简称PLC)模块，PLC种类有三菱系列、西门子系列、欧姆龙系列、松下系列，本论文仅以三菱PLC为例来讲解。

图3 三菱FX2N-48MR结构图

三菱FX2N-48MR结构图3所示。它有X0-X7、X10-X17、X20-X27共24个输入，Y0-Y7、Y10-Y17、Y20-Y27共24个输出组成。三菱FX2N-48MRPLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程器组成。

4.2 PLC程序设计

1）电气控制原理图（图4）

图4 电气控制原理图

2）I/O 分配表（表 1）

表1 新型环保小便池I/O分配

3）PLC 程序设计（图 5）

图5 PLC程序设计

本文所设计的新型环保便池，当人们需要上厕所时，站到规定位置时传感器感应到，发出信号，控制电动机正转，带动挡板自动收缩，人们就可以使用；当使用结束人离开后，传感器感应消失，撤消信号，控制电动机反转控制挡板自动放下。此套装置可以解决因人们使用小便池时，站立位置不对，有尿液滴溅在地上,造成便迹难以清洗，并增加细菌流动，造成细菌流动污染环境这一问题。本设计可以起到提高国民素质，规范国民行为习惯，保护环境的作用。

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