节能用水控制系统电路.DOC

1、1节能用水控制系统电路一、系统介绍节能卫生用水控制系统采用开关节能控制电路，抗干扰设计，防误接等电路设计，选用低电压芯片，降低功耗，增强了系统的稳定性，适合家庭及各种公共卫生用水控制。该子系统支持多种模式同时使用，洗澡水阀、洗手水阀可由用户选用电流控制调节阀或价格低廉的脉冲阀，智能男女大小便模式识别，控制用水量，提高了自动节水控制能力。节能用水控制系统由微控制器，红外发射接收电路，压力监测电路，手动冲水电路，脉冲阀节能驱动电路，水管温度上下限识别电路，温度调节电路，冷热水阀节能驱动控制电路，洗澡开关监测电路，电池电量检测报警电路，低压标准电源转换电路，串行数据输出控制电路等构成。本系统具有极高

2、的抗干扰能力，采用慢速查询方式进入节电方式，系统在无人时工作于休眠状态，耗电极低。该系统模块简单，集水温可调的洗手控制，水温可调的洗澡控制和智能模式识别的厕所冲洗控制于一体，缩小卫生用水控制系统体积。其模块原理图如下：2二、 功能简介系统上电或自动复位启动后，初始化各引脚为低电平，处于低压等待状态，系统开始检测三种设备状态，当洗手池旁有人时（由洗手红外发射接收判断） ，判断水阀是否打开，若没有，识别水温上下限，并初始水温度为 37 度，如果用户有洗手水温调节操作（按键） ，以度为单位递增或递减；当洗澡开关置为开时，判断水阀是否已经打开，若没有，识别水温上下限，并初始水温度为 37 度，同时打开

3、电量监测报警模块，若用户有洗澡水温调节操作（按键） ，以 1 度为步长递增或递减；当厕所有人时，开始启动定时器，每 0.5s 判断一次：是否有人（厕所红外发射接收） ，是否蹲下（力敏电阻） ，待无人时，计算测得值，智能识别男女大小便模式，确定相应冲水时间。整个系统采用低电压供电 3.61V，大部分器件电流控制在 uA 级，各部件的电源由单片机电平开关信号控制，采用 PIC16F87X 系列的休眠功能和 WDT 唤醒功能，当无人使用卫生间任何设备时基本工作于 sleep（休眠）状态，如果 24 小时无人使用，该系统总共非休眠运行时间仅 7 分钟左右，极大地降低了功耗。功能模块简介1.洗手模块温度

4、可调的洗手控制 1外接 4-20mA 电流控制调节阀，同时接传统模拟温度传感器，可实现温度可调的洗手模式，洗手温度在最低温和最高温之间以度为单位递增或递减，即使冷热水阀接反了也没关系，系统对此进行了智能修正，提供“升温” ， “降温” ， “自动”三个按钮控制，当监测到用户洗手时，调节到默认温度 37 度或者用户上次设定的温度（设定温度大于热水温度时，只打开热水电阀；设定温度小于冷水温度时，只打开冷水电阀） ，当用户离开时，关闭水阀。无论何时，按下“自动”后，清除所有用户设定，还原到默认值。开关控制的洗手模式 2可直接外接脉冲电磁阀，按要求接入相应电阻供测试用，可实现脉冲电磁阀开关控制洗手模式

5、。该模式采用的脉冲电磁阀和厕所水阀使用同一种控制原理。洗手红外发射接收模块监测到用户到来时，系统采用 2-10ms 正脉冲打开电磁阀，监测到用户离开后，系统采用 2-10ms 负脉冲关闭电磁阀。32.洗澡模块控制方式与洗手模式相同，为了避免异常情况，监测是否有人时使用的是按钮开关。3.智能模式厕所冲洗控制该功能判断各类人群进入厕所的状态，并根据各状态进行冲水时间的设定。系统设定两个变量（两个传感器）判断其状态。压力传感器（采用力敏电阻控制）和厕所红外发射接收模块同时监测，各状态判断如下： 压力传感器时间 红外传感器时间 状态无 有，大于 25s 小便有，小于 2.5 分钟 有，大于 25s 小

6、便有，大于 2.5 分钟 有，大于 25s 大便其他 无效各模式时间可根据水阀直径等设定，由软件设定完善。三、系统特征(1)节水。自动根据使用时间和相关信号智能识别模式，科学用水，节约用水.(2)功耗极低。适合使用干电池，具有高功耗模块电量监测报警功能，提醒用户及时更换电池，提高系统稳定性和控制精度。(3)用水控制功能齐全。多种模式，设备可替换性强，选择机率大，应用范围广，适合家庭，宾馆，公寓等场所使用，无调试安装，容易操作。(4)抗干扰能力强。采用软件数字滤波技术和按键防抖技术，信号累积计数处理等方法提高了系统的抗干扰能力。一般的家用电器的遥控器发出的红外线不会对系统造成干扰，系统精小，电磁

7、干扰对其影响很小，脉冲阀采用数字信号控制其正负脉冲，提高其控制稳定性。(5)安全方便。由主系统统一控制，无需用户界入，体积小，安装方便。4四、硬件设计一、微控制器该多功能节能卫生用水自动控制系统采用干电池供电，对功耗和低电压控制要求较为严格，基于各种情况(引脚，功耗，控制，工作环境，执行速度等)综合考虑，选用了美国MICROCHIP 技术公司的 PIC 系列微控制器：PIC16F877A。在进入中国市场的众多微控制器公司中，美国 MICROCHIP 技术公司的 PIC 系列微控制器独树一帜，率先推出采用精简指令集计算机 RISC（Reduced Instruction Set Computer

8、） 。哈佛(Harvard)双总线和两级指令流水线结构的高性能价格比的 8 位嵌入式控制器（Embedded Controller） 。其控制器具有高速度（每条指令最快可达 160ns） 、低工作电压（3V） 、低功耗（3V，32kHz 时 15us） 、较大的输入输出直接驱动 LED 能力（25mA） 、一次性可编程 OTP（One Time Programmable）芯片的低价位（最低的不到 5 元人民币） 、小体积（8 引脚） 、指令简单易学易用等特点，体现了微控制器工业发展的新趋势。本系统选用的 PIC16F877A 微控制器为内置 5 通道 AD 转换器，工作电压范围宽为2.05.5

9、V，耗电典型值 工作原理所谓双稳态电器是将电子学中的双稳态（与之平行的还有单稳态、无稳态）工作原理引入机电行业，改弱电脉冲为强电脉冲，用以产生电磁力拖动相应的部件运动。其吸合（此时一般是开阀） 、关闭和两种状态下的保持工作均单独由相应部件保证，相互独立。由于在任何一种状态下均不消耗电能，从而赋予它一系列的特点，消除了现有电动水阀（可称为单稳态电磁阀）的诸多弊端。优越性（与通用电磁阀比较）1)使用安全，可适应市电电压变化，不会因电压过高或过低而烧损。52)适合低电压工作，例如蓄电池、干电池。3)易于采用微控制器控制，系统成本低于现有电磁阀控制部分。4)功耗低。对于不同的电磁阀，每次启闭所需能量约

10、 0.02-5J。5)开启力大。由于线圈瞬时通电的功率可数千瓦，开阀压差达到 3.6MPa。6)器件的工作寿命长。新型电磁阀的电寿命大于机寿命，开启次数为 1065106次，而现有电磁阀寿命为 104105次，相差一个数量级以上。控制方式1)应用数字控制输出方波信号 +v1控制，用正、负脉冲分别驱动电 0 t磁阀的启闭（或闭启） ，如右图 -V1 所示。脉冲的幅度和宽度则依据 数字控制波形阀门通径、开阀压差来确定，约 210ms。 2)直流电源手动（开关控制） +V1或继电器控制的方式，如右图所示。磁阀与储能电容串接，单刀 0 t双掷开关的动触点连接线圈的进 -V1线端，而开关的两个静触点分别

11、 直流电源控制波形连接电源与地线。显然，当开关的触点 K 接电源V 时，电容充电从而在电磁阀线圈中产生一个正向脉冲电流， 该电流在线圈中将产生一个强的磁场，使阀芯产生位移，电磁阀关闭（或开启） 。当动触点打向地端时，储能电容通过阀线圈对地放电，阀门则开启（或关闭） 。交流电源的使用方式，在电源电路上加装一个二极管即可，此时储能电容要可耐交流电峰峰电压，否则有被击穿的可能，此种使用要接成电容充电关阀的形式。6三、线形温度传感器 AD590水温的监控采用了线性极好的温度传感器 AD590，提供冷热水温度监测，并为用户设定合适或者自定义的温度值。AD590 是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电

12、流源。它的主要特性如下： 1、流过器件的电流等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数，即：mA/K， 式中： 表示流过 AD590 的电流； T 表示热力学温度。 2.AD590 的测温范围为-55+150。 3、AD590 的电源电压范围为 4V30V。电源电压可在 4V6V 范围变化，电流 变 化 1mA，相当于温度变化 1K。AD590 可以承受 44V 正向电压和 20V 反向电压，因而器件反接也不会被损坏。 4.精度高。AD590 共有 I、J、K、L、M 五档，其中 M 档精度最高，在-55+150范围内，非线性误差为0.3。用水子系统精心设计了各个模块的分时供电模块，使各个部件

13、在需要的时候打开供电，使用完毕后即关闭电源，并且采用低电源供电方法，将功耗降低两个数量级左右。各模块由开关三极管控制开闭，由于其关闭时功耗极低，因此整个系统的功耗就大大地降低。五、原理图7六、源程序（一） 、程序包括：设备识别及初始化初始引脚数据值中断初始化初始化各标志位循环查询开始CSSTATE 大小比较子程序厕所脉冲阀打开子程序厕所脉冲阀关闭子程序红外接收子程序红外发送子程序洗澡初始及变化程序洗手初始及变化程序AD 转换子程序发送数据子程序8DATACONVERT 子程序DELAY10MS 子程序PUSH 子程序POP 子程序AD 转换中断程序红外接收中断程序PORTB 按键中断程序TIME1 定时中断程序（二） 主流程图9主程序开始设备识别初始化初始引脚数据值中断初始化初始化各标志位循环查询开始洗手控制 洗澡控制 厕所控制中断调用程序红外监控红外监控红外、压力监控循环判断结束七、PCB10