感应式水龙头设计思路探究

张红星 黄宏开

摘    要：日益发展的社会经济与科学技术背景下，显著提升了人们的生活水平，而在建筑节能领域之中，也加大了对感应式水龙头的研究与应用力度。在应用感应式水龙头之后，可将水资源浪费的问题有效解决，有助于节能环保目标的实现。因此，本文围绕感应式水龙头设计思路展开研究，探讨了工作原理、系统设计原则及电路设计，以供参考。

关键词：感应式;水龙头;设计思路

1  前言

日常生活中，大多数人都有水龙头忘关的情况存在，浪费了大量水资源。而感应式水龙头的应用，可将水资源浪费情况显著减少，实现能耗节省。因此，感应式水龙头逐渐得到了更为广泛的运用。本文就感应式水龙头设计思路展开研究，期望能在建筑节能领域之中得到更充分的应用，推动节能环保目标的进一步实现。

2  感应式水龙头工作原理

感应式水龙头的组成成分主要包含变压电路、固态继电器、单片机控制电路、电磁阀控制水龙头及红外收发电路模块等。利用变压器将220VAC降压为16VAC和15VAC之后，经整流、滤波、稳压后再次成为16VDC和15VDC，其中16VDC经三端稳压集成模块S7805输出5VDC负责红外收发模块和单片机的供电，而15VVDC则是在继电器的运用下负责电磁水阀供电。开机运行之后，倘若有物体将红外收发管阻挡之后，会将一个信号传送给单片机，单片机在对继电器吸合的控制下完成水龙头打开与闭合的控制。通过机械手柄的增设，在未通电的情况下也可完成水龙头的开关，如此一来水龙头适用范围也就得到了拓宽。

3  系統设计原则

3.1  低负荷使用原则

设计期间，设计者应当着重考虑如何将水龙头使用者的无谓动作减少。不论在设计任何产品时，都应当以使用者的生理与心理角度出发，思考如何才能感受到舒适、高效，促使产品设计得以充分体现出人性化[1]。具体而言应从下述几点出发：

其一，将使用者动作重复次数减少;其二，将使用者持续性体力负荷减少;其三，结合使用者的具体条件，确保装填处于自然状态。此类设计的益处十分显著，所以设计师在设计中应当密切结合此类设计理念，对设计问题认真思考。如掀压式龙头相对于螺旋式而言，省力更显著。

3.2  经济耐用原则

一方面，耐久性设计。产品良好的性能，能够为购买者的使用提供安心、贴心的保障。作为人们日常用品之一的水龙头，需将因零件而导致故障发生的可能尽量避免，为产品提供经久耐用的保障，尽量实现简约化的设计，并将人们长时间使用的需求满足。而另一方面则是低成本设计。水龙头的设计应与通用设计理念相符合，具体为产品使用公平性和价格公平性。倘若设计成本偏高，那么产品就会倾向于富人专属，市场面较窄，大规模生产的经济效益难以达成。而当前时代下，人们对于生活品质要求十分高，这也使得水龙头产品逐渐具备了智能化，同时设计也需强调简单质朴。

3.3  增进节水意识

日益匮乏的水资源督促人们必须着重关注节约用水，而在设计水龙头产品时倘若将节约用水忽略，那么就难以被人们接受。同时，水龙头作为节水器具之一，有助于使用者节水习惯的培养。如某感应水龙头一次出水仅有一公升，完全能将一个人快速洗手满足，与普通水龙头相比，每次节约水量约6公升，实现了节水意识的显著提升。

4  电路设计

4.1  变压电路

首先在T型铁的运用下将220V交流降压为15V和16V电流，匝数比分别是44：3和55：4;随后，在二极管桥式的运用下整流，并用电容滤波，即可将稳定的直流电获取。

4.2  红外收发模块

一体化红外发射、接收模块，内部由红外发射、接收电路和信号处理、放大电路等组成。信号线平时输出高电平，在一定频率红外线的发射下，在非接触形式下倘若与前方一定范围物体相碰撞反射后，反社会来的红外线会由接收电路接收并放大处理，信号线输出低电平。模块附设信号与电源指示灯，电源接通后电源指示灯亮，而感应范围内有物体进入后，信号指示灯亮。具有工作稳定可靠、适用范围广等优势，在各类自动控制装置中皆可适用。

4.3  电磁继电器控制电路

电磁继电器是在电磁铁的运用下完成工作电路控制的一种开关。可在低电压、弱电流电路通断的运用下，对高电压、强电流电路通断进行间接控制。其具备输入回路（控制系统）与输出回路（被控制系统），通常在自动控制电路中应用，实质上是依托较小的电流对较大电流进行控制的“自动开关”。因此，运用于电路之中，具备安全保护、自动调节及电路转换等功能。

三极管应在工作饱和状态下，其集电极电流应该是：

因此，基极电流最少应该为：

上述电路运用下，先驱动射随三极管做电流放大，随后将另一三极管导通驱动，进而将继电器通断驱动。因射随具有极高的输入阻抗，所以可用单片机输出的小电流进行继电器的控制。

单片机P0.1口输出了高电平后，会将电磁铁带动，此时衔铁就会接触常开触点接触，如此一来即可将电磁阀水龙头打开[2]。而当单片机P0.1口输出了低电平后，会立刻停止电磁铁的工作，衔铁转入常闭触点，水龙头关闭。如此一来即可将借助低电压、弱电流进行高电压、强调刘控制的目的达成。

4.4  电磁阀水龙头

选择CJV23-C12A1型LC12V常闭型电磁阀，流量孔径在2mm内，压力约0MPa～1.0MPa，流体温度约-5～80℃，使用范围扩大，使用期限增强。电源采用12V，不但可实现能源节省，同时还能有效保障人体安全。因电磁阀属于磁感式器件，闭合与断开会有感生电动势瞬间产生，会在一定程度上影响电路。对此，可将一个电容器并接在电磁阀水龙头上，如此即可将其对电路的副作用消除。

5  结语

本文提出的感应式水龙头设计，是在水龙头自动控制中融入了单片机系统，将传统水龙头能源浪费、维修困难等问题有效解决。同时，在自动、手动两用式电磁阀水龙头的运用下，即便出现了停电依旧能够使用，在便利、安全、节能及卫生等方面具有显著优势。而作为现代化感应式节能环保型水龙头，在设计中也应该考虑更优质材料的使用，以便其使用寿命得到延长。

参考文献：

[1] 密金荣.感应水龙头设计思路研究[J].企业技术开发，2016（2）：13～14.

[2] 杨丽寰.感应式自动水龙头的设计[J].科技展望，2016（5）.