基于MCU的權控智能節水系統設計

引言
隨著(zhù)社會(huì )和經(jīng)濟的不斷發(fā)展，環(huán)境和資源問(wèn)題日益突出，預計到2020年，全國年總需水量將達到900億立方米，而缺水量也將達到150億立方米，水資源短缺已成為制約我國經(jīng)濟和社會(huì )發(fā)展的重要因素，為此國家大力提倡節能減排，鼓勵節水、節能設備的研發(fā)。衛生間節水技術(shù)始于20世紀80年代末和90年代初期，在節水技術(shù)初級階段，普遍采用數字邏輯電路和模擬電子技術(shù)實(shí)現節水控制功能；自21世紀以來(lái)，衛生間節水技術(shù)開(kāi)始采用先進(jìn)的紅外檢測技術(shù)以及單片機控制技術(shù)，節水率有了較大的提高。目前衛生間節水設備存在諸多技術(shù)上的缺陷，即沖廁不及時(shí)，誤沖廁、漏沖廁現象頻繁，導致節水率低，環(huán)境衛生差。
為實(shí)現節約型、環(huán)保型社會(huì )，未來(lái)的衛生間節水設備必將朝著(zhù)高節水率、環(huán)保、集成化、智能化方向發(fā)展。基于此，設計了一種基于統計學(xué)和模糊控制理論的權控智能節水系統。它利用改進(jìn)的紅外檢測單元準確地采集數據；以AT89C2051單片機為硬件平臺構建信號處理、控制的主控制器，對檢測數據進(jìn)行處理，并實(shí)時(shí)判斷出真實(shí)的人流量；注水分主注水和權控注水，保證主控制單元發(fā)出沖廁指令后能迅速沖廁。試驗結果表明，系統各項性能指標均達到設計要求，節水率提高到88％。

1 權控技術(shù)
為了確保主控制單元發(fā)出沖水指令后，水箱內的水能迅速瀉放，本節水系統采用了權控技術(shù)，權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。主注水單元依據水箱低水位檢測器狀態(tài)判斷出水箱全空時(shí)啟動(dòng)電磁閥，執行主注水至水箱總容量的95％時(shí)停止，為水箱的低水位。由于水中雜質(zhì)經(jīng)長(cháng)時(shí)間的積淀以及水箱虹吸閥與水箱密封不嚴密，水過(guò)長(cháng)時(shí)間停留會(huì )致使水位因滲漏而下降，鑒于此，設計防滲漏電路補注水，使水箱水位始終保持在水箱總容量的95％位置處。主控制單元實(shí)時(shí)處理入廁信息并發(fā)出權注水指令，這部分注水僅占水箱總容量的5％，耗時(shí)1～2 s。權注水后水箱內的水已充滿(mǎn)整個(gè)水箱，達到了虹吸閥開(kāi)啟的位置，這種迅速沖廁的控制技術(shù)稱(chēng)為權控技術(shù)。

2 系統硬件設計
本系統采用AT89C2051單片機作為系統的主控制單元，可實(shí)現紅外信號的處理、電磁閥權注水控制和LED顯示；結合C語(yǔ)言軟件編程，實(shí)現了與實(shí)際情況相吻合的沖水控制和兩級程序保密措施，豐富了系統功能，提高了系統的穩定性。
系統由主輔兩大控制單元組成，圖1為主控制單元結構圖，完成紅外信號處理，延時(shí)選擇并執行沖水子程序。其中，改進(jìn)的紅外監測可感知移動(dòng)生物，高水位可檢測水箱水位是否到達虹吸點(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)水斷電、主注水及防滲漏控制。當管網(wǎng)斷水時(shí)，低水位檢測水箱內始終無(wú)水，于是主注水控制電路一直開(kāi)啟電磁閥，故設計智能電源在無(wú)水時(shí)斷開(kāi)除水管檢測之外的所有電路電源。低水位檢測主注水是否到水箱95％，主注水控制單元據之控制電磁閥；防滲漏控制單元保持水箱在95％的水位。