基于MCU的權控智能節(jié)水系統(tǒng)設計

引言
隨著社會和經濟的不斷發(fā)展，環(huán)境和資源問題日益突出，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濟和社會發(fā)展的重要因素，為此國家大力提倡節(jié)能減排，鼓勵節(jié)水、節(jié)能設備的研發(fā)。衛(wèi)生間節(jié)水技術始于20世紀80年代末和90年代初期，在節(jié)水技術初級階段，普遍采用數(shù)字邏輯電路和模擬電子技術實現(xiàn)節(jié)水控制功能；自21世紀以來，衛(wèi)生間節(jié)水技術開始采用先進的紅外檢測技術以及單片機控制技術，節(jié)水率有了較大的提高。目前衛(wèi)生間節(jié)水設備存在諸多技術上的缺陷，即沖廁不及時，誤沖廁、漏沖廁現(xiàn)象頻繁，導致節(jié)水率低，環(huán)境衛(wèi)生差。
為實現(xiàn)節(jié)約型、環(huán)保型社會，未來的衛(wèi)生間節(jié)水設備必將朝著高節(jié)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(tǒng)計學和模糊控制理論的權控智能節(jié)水系統(tǒng)。它利用改進的紅外檢測單元準確地采集數(shù)據(jù)；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(shù)據(jù)進行處理，并實時判斷出真實的人流量；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(tǒng)各項性能指標均達到設計要求，節(jié)水率提高到88％。

1 權控技術
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(jié)水系統(tǒng)采用了權控技術，權控沖廁功能由主注水、防滲漏控制單元、主控制單元等實現(xiàn)。主注水單元依據(jù)水箱低水位檢測器狀態(tài)判斷出水箱全空時啟動電磁閥，執(zhí)行主注水至水箱總容量的95％時停止，為水箱的低水位。由于水中雜質經長時間的積淀以及水箱虹吸閥與水箱密封不嚴密，水過長時間停留會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。主控制單元實時處理入廁信息并發(fā)出權注水指令，這部分注水僅占水箱總容量的5％，耗時1～2 s。權注水后水箱內的水已充滿整個水箱，達到了虹吸閥開啟的位置，這種迅速沖廁的控制技術稱為權控技術。

2 系統(tǒng)硬件設計
本系統(tǒng)采用AT89C2051單片機作為系統(tǒng)的主控制單元，可實現(xiàn)紅外信號的處理、電磁閥權注水控制和LED顯示；結合C語言軟件編程，實現(xiàn)了與實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(tǒng)功能，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
系統(tǒng)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，延時選擇并執(zhí)行沖水子程序。其中，改進的紅外監(jiān)測可感知移動生物，高水位可檢測水箱水位是否到達虹吸點，延時選擇是在入廁低峰期時供人工選擇延時沖水時間；LED可實時顯示主控制器工作狀態(tài)。

圖2為輔控制單元，完成無水斷電、主注水及防滲漏控制。當管網(wǎng)斷水時，低水位檢測水箱內始終無水，于是主注水控制電路一直開啟電磁閥，故設計智能電源在無水時斷開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(jù)之控制電磁閥；防滲漏控制單元保持水箱在95％的水位。