智能卫生间控制系统

合肥学院第七届电子设计竞赛报告

作品名称：智能卫生间控制系统

学校全称：合肥学院

系别班级：电子系08级

队员姓名：电子（2）班张浩忠 0805070208

电子（2）班王笑康 0805070182

电子（3）班韩冰 0805070229

智能卫生间控制系统（2011年A题）

摘要

本智能卫生间控制系统采用AVR系列8位单片机ATMEGA16作为主控制器，通过对门上红外对管信号的采集，完成对有无人的智能判断；利用独立开关和红外信号相结合的方式，实现了对洗手和冲厕水泵手动或自动双重控制的功能；根据对电位器两端电压信号的采集和判断，确定洗手水泵的工作时间；同时，采用蜂鸣器和发光二极管，对紧急情况进行声光报警。

另外，在人性化设计方面，增加了自动烘手功能；在节水设计方面，通过检测入厕状态的不同来控制冲厕水量的大小；在节能设计方面，将电磁铁与自锁开关相结合，在短时间内让电磁铁闭合并松开来控制照明系统的工作状态，从而实现低功耗的目的。

关键词：智能卫生间 ATMEGA16 红外检测节水低功耗

1引言

我国在《2000年小康型城乡住宅科技产业工程项目实施方案》中，将建筑智能化小康示范小区列入国家的发展方向。建设部要求到2012年，我国大中城市中60%的住宅要实现智能家居。目前，举国上下正掀起智能小区和智能住宅的建筑热潮。智能化已渐入人心，住宅智能化给家居生活带来了许多便利。在家居中，卫生间是一个不可或缺的重要空间。卫生间与人的关系极为密切，智能技术的引入将使住宅卫生间更显人性化。本次设计完成的智能卫生间控制系统满足如下要求：

1.基本要求

①该系统能够自动识别房间有人和无人，并且根据有人和无人的情况，分别让不同的设备开启或关闭。

②房间有人时：

a）红外检测有人时，“有人指示灯”亮，并点亮照明系统。

b）冲厕开关与GND短接时，冲厕水泵开启3秒断开；两次冲厕时间间隔10秒。

c）洗手开关与GND短接时，洗手水泵开启3--7秒断开；两次洗手时间间隔7秒。

d）内风机转，全功率工作。

③房间无人状态下：

a）红外检测无人时，“无人指示灯”亮，照明系统不工作。

b）内风机转，半功率工作。

④用一个可调电阻，来调节洗手时间（0-4秒）。

⑤报警开关与GND短接时，蜂鸣器响。

2.发挥部分：

①如果在有人时，没有按下冲厕开关，当人离开后，进行自动冲厕。

②可添加一个拨码开关，用于控制是否可以重复洗手。

能实现自动冲水洗手

③其他。

2方案设计

2.1设计思路

本系统是采集外部不同输入信号来控制系统的输出工作方式，对硬件和软件都有严格要求，在硬件部分，负责红外检测驱动电路和继电器或电磁铁驱动电路设计。在软件部分，负责采集开关或红外输入信号，经过计算以及判断，进而控制继电器或电磁铁来实现对外部设备的控制。系统总体结构图见附录1所示。

本次设计的重点在于硬件驱动电路和软件的编程。

2.2方案比较与选择

2.2.1 系统控制器方案选择

方案一：采用51系列8位单片机AT89S52为控制器，利用其采集外部信号数据输入，通过控制A/D转换器ACD0809采集电位器两端电压来确定洗手时间，利

用控制继电器来选择不同的电压，进而让内风机在不同功率下工作。

方案二：以AVR系列8位单片机ATMEGA16为主控制器，利用其自带的10位、A/D转换器来采集电压，利用其片内输出比较模式（CTC）分别产生占空比0%的PWM波和占空比50%的PWM波来控制内风机的工作模式。

通过上述的分析中可以看出，利用AT89S52单片机需要使用外部A/D转换器，增加了系统硬件的复杂性，而ATMEGA16单片机片内集成A/D装换器，硬件简单，同时ATMEGA16单片机具有PWM波生产功能，利用其可以很好的控制内风机的工作。鉴于此，我们选择方案二。

2.2.2 人体感应传感器选择

方案一：采用热释电传感器，采用此传感器构成的人体感应模块在人进入其感应范围时输出高电平，当人离开感应范围后则自动延时关闭高电平，输出低电平，根据电平的高低来进行有无人的判断。

方案二：采用红外对管传感器，将此传感器安置在门上，当人在其检测范围时，输出高电平，反之则立即输出低电平，控制器根据电平的高低来进行有无人的判断。

方案一和方案二有一个明显的区别，就是当人离开感应范围后，方案一有段延时时间，而方案二却没有，显然延时的时间就增加了系统控制的稳定性，所以我们选择方案二。

2.2.3 内风机驱动电路选择

方案一：采用电机驱动芯片L298，其内部含有双路H桥功率驱动电路。如下图所示

图1 H桥功率驱动电路

若IN1端口为PWM波控制端，ENA置常高、IN2为常低，则可控制一路单向直流电机。

方案二：根据开关电源原理，采用大功率场效应管，配合相关驱动电路以实现PWM波的功率输出。

方案一中BJT为电流控制电流型的有源器件，集电极工作电压在饱和与截止间跳变时，有功率损失。只利用一路H桥驱动电路，则资源利用率低。方案二中场效应管为电压控制电流型器件，则功率损失低。

由以上分析我们选择方案二。

2.3硬件电路设计

本系统总体硬件电路实现见附录2，各部分模块设计如下。

2.3.1检测电路设计

系统信号检测电路分为有无人检测电路、洗手检测电路、入厕检测电路和干手检测电路。采用红外对管收发方式，配合其驱动电路来触发单片机I/O口，从而判断相关信号。具体电路设计如下图所示

图2 检测电路

当无检测状态产生时，比较器正向输入端电位大于阈值电压，比较器输出高电平；当检测状态产生时，红外接收管接收到反射回来的红外光，其等效内阻变小，比较器正向输入端电位小于阈值电压，输出低电平。其中有无人检测电路采用高电平触发方式。

2.3.2 各模块驱动电路设计

1）短时工作驱动电路

洗手水泵驱动电路、入厕水泵驱动电路和热风干手器驱动电路属于系统短时工作驱动电路，采用继电器驱动方式，具体电路图如下图所示。

图3 短时工作驱动电路

当控制端置低电平时，PNP管导通则继电器闭合，电机工作。

2）长时工作驱动电路

照明系统控制电路属于系统长时工作电路，由电磁铁翕动自锁开关来控制照明系统，具体电路图如下图所示。