盥洗污水净化设备盥洗功能的电气设计和实现

张新娟，李善钦

（中山市技师学院电气应用系，广东中山528403）

盥洗污水净化设备盥洗功能的电气设计和实现

张新娟，李善钦

（中山市技师学院电气应用系，广东中山528403）

为实现盥洗污水净化设备无接触、高效的洗手功能，介绍了一种以单片机、红外传感器、电磁阀等为主要器件的盥洗设备系统设计及电气实现。该设备能实现红外感应自动出水、温水冷水自动控时出水，当有异物阻挡导致异常出水时能进行声光报警，具有节能、低碳、环保的意义。

自动控时出水；单片机；红外感应；电磁阀

DOI：10.3969/j.issn.1009-9492.2015.01.018

0　前言

职业学校的汽车系学生几乎大量的时间都是待在实训室进行实操，由于要经常接触汽车的零部件，上完课后手上满是油污，现状是学生上完课后用满是油污的手拧开水龙头，然后用洗衣粉洗手，要洗干净手得大量冲水，关水龙头前还得先把水龙头洗干净，否则手又脏了。而洗后的污水中会含有油污、铁屑还有洗衣粉等化学物质，污水未经任何处理就排入下水道。本设备的设计和开发能够更人性化的给学生洗手，学生无需用水去拧水龙头放水，而是靠红外感应出水，洗手液也靠红外感应流出，水龙头是先小流量出温水、后大流量出冷水，能更有效的将手洗干净，然后手走水停，无需再去关水龙头。如有异物长时间阻挡导致异常放水，能够智能限时停水，且声光报警。这种非接触型设计还可应用于酒店、宾馆、医院等容易产生细菌和病毒的交叉感染的场所［1］。这种以小型单片机为核心器件的红外线感应自动盥洗装置，可以省去手动的繁琐动作，卫生设备实现自动化。

1　设计任务要求

本盥洗设备在使用时要求手放在水龙头红外感应区，水龙头即会自动感应出水，先小流量出37℃左右温水10秒钟，再大流量出冷水，直到手离开感应区停止出水。如果出水总时间超过2分钟则会异常声光报警，并自动切断电源，以避免有异物长时间处在红外感应区内，导致异常放水。等检修人员排除故障后，可重新启动。

2　系统组成及设计

系统的组成包括带红外感应探头水龙头、水胆、电磁阀3个、节流阀1一个、三通接口2个、水管及接头若干，连接如图1所示。系统的工作由以单片机为核心的电路板控制。

图1　系统组成图

电路板控制分为水胆充水准备、水胆加热控制和水流出水控制三部分。

2.1水胆充水准备

水胆充水准备：插上总电源，按下按钮开关，电磁阀1、电磁阀2打开，进行水胆充水，水龙头出水则表示水胆充满水，松开按钮开关，电磁阀1、电磁阀2关闭，水胆加热程序和出水控制程序开始运作。这一步是设备每次重新使用时，都必须进行的，以保证水胆是充满水的，防止加热管干烧，引发故障和危险。

2.2水胆加热控制设计

由安装在水胆内侧的金属热电阻来探测水胆内温度，采用1.8 kW加热管对水进行加热，水温控制在37℃左右。由于水的加热有延迟，水流也会导致水温波动，为了防止加热管频繁通电断电，在设计时，采用间隙控制。如在加热时，温度上升到39℃时停止加热，而由于放水或者自然冷却导致水温下降时，则温度下降到35℃时才加热。并且这样也能将水温误差控制在±2℃范围内。加热如图2所示。

图2　加热示意图

2.3水流出水控制设计

护理人员需要根据患者的具体病历资料和治疗实情况,针对不同患者制定针对性的护理方案,并将不同患者的护理重点内容列出。日常的护理工作中,需要逐步落实方案中的项目。在护理工作中。首先需要对患者进行一定的心理护理,患者多伴有一定的紧张等情绪,如果无法有效疏解患者的情绪,则会对患者的工作产生严重的不良影响,甚至最终导致恐惧等。相关的护理工作者必须与患者进行积极的心理沟通,并进行适当的鼓励与支持,患者能够在积极向上的氛围里更好的提升自身的综合能力。

图3　系统动作总流程图

出水控制：手放在感应区，由红外探头感应，传送感应信号给电路板，由电路板输出信号控制电磁阀1、电磁阀2同时打开，水胆内温水由自来水压压上来从水龙头出水，保持10秒钟，关闭电磁阀1、电磁阀2，同时打开电磁阀3，放未加热的自来水直至手离开感应区。温水流量大小由节流阀调节。一般洗手不会超过2分钟，为防止由其他异物长时间处于感应区，而导致异常放水，在设计上加了报警显示，当放水总时间超过2分钟时，则会声光报警，提醒检修人员检查，同时自动关断水。系统动作总流程如图3所示。

3　系统电路控制板设计

本系统的电路控制板包含电源模块、红外控制模块、单片机主控制模块、温度控制模块、DC24V降DC5V模块、电磁阀和加热管驱动模块等6部分。

3.1电源模块

电源模块采用DC 24V开关电源，开关电源可以直接驱动额定电压为DC 24V的电磁阀。另外总电源还要提供AC 220V供给加热管工作。

3.2红外控制模块

红外模块连接水龙头的红外感应探头，感应信号传送给单片机进行处理。

图4　主控模块

主控模块的核心为80C51单片机，如图4所示。采用单片机控制可以简化电路设计，提高系统设计的灵活性，并且可以根据需要，方便地增加系统的功能，提高系统的智能化程度。80C51单片机内带4 kB快闪可编程及可擦除存储器（FPEROM），便于开发和调试，非常适合本系统的应用。P22用于接收充水按钮信号，P23用于接收温度信号，P24、P25用于接收红外信号；P10、P11、P12用于控制电磁阀，P21用于控制加热管，整个系统采用中断方式控制设备工作。

3.4 DC24V降DC5V模块

DC24V降DC5V模块如图5所示，这个模块MC34063U芯片及外围电路将开关电源输出的DC24V降为DC5V，为单片机提供电源。

图5　DC24V降DC5V模块

3.5电磁阀和加热管驱动电路模块

电磁阀和加热管驱动电路模块如图6，分别通过单片机P10、P11、P12、P21控制继电器的启闭，达到控制电磁阀和加热管开关的目的。

4　安装与调试

系统安装的难点在于电磁阀、水管的安装距离调试，水管的长短会影响出水反应的延迟，还有加热管、电磁阀驱动电源之间的强弱电隔离，水胆外壳需接地以防止漏电而触电危险等。电路板制作实物如图7所示。

图6　电磁阀和加热管驱动电路模块

图7　电路板实物图

5　小结

本设计实现了盥洗设备红外感应自动出水，能进行温水、冷水控时出水，当有异物阻挡导致异常出水时能进行声光报警。实验表明，该设备反应灵敏，工作可靠，完全符合设计要求。

［1］黄家鹏，陈鹏，陈虎.医用自洁洗手器研制与应用［J］.中华医院感染学杂志，2005，15（4）：376-377.

［2］王红.一种单片机控制的自动洗手机的硬件设计［J］.科技资讯，2007（22）：69.

（编辑：阮毅）

Design and Realization of the Washing Function of the Washing and Sewage Purification Equipment

ZHANG Xin-juan，LI Shan-qin
（Department of Electrical Application，Zhongshan Technician College，Zhongshan528403，China）

In order to realize the washing and sewage purification equipment of no contact and high efficiency washing，this paper introduces a kind of system design and electrical device based on MCU，infrared sensor and electromagnetic valve.The device can realize the automatic infrared inductive，warm water and cold water automatic time control yielding water，and when a blocking cause abnormal water，it can carry out sound and light alarm，having the advantages of energy saving，low carbon，environmental significance.

automatic time control yielding water；single chip microcomputer；infrared sensor；solenoid valve

TM925.02

A

1009-9492（2015）01-0069-03

2014-06-27

张新娟，女，1981年生，湖南涟源人，硕士研究生，讲师。研究领域：电气自动化技术。已发表论文4篇。