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一种智能马桶便盖自动开闭控制系统
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一种智能马桶便盖自动开闭控制系统

发布时间 :2020-09-09 16:22

  控制系统;电动开闭组件反馈便盖的位置信息给的单片机控制系统;然后单片机控制系统收到的信息,通过精确的算法处理,对便盖的打开或关闭以及转动速度进行精准控制。

  科技在不断的进步和完善,在物质文化生活和精神文化生活不断提高的同时,为了满足人们的视觉和舒适度,智能马桶得到迅速的发展。截至目前,智能马桶在日本、韩国从家庭到宾馆市场使用普及率已达到90%以上,在欧美已普及达到35%以上,而中国市场只不到百分之二。由此可见,智能马桶在中国具有非常大的市场潜力。而人们处于方便、卫生的考虑,特别是公共场合,马桶的便盖自动开闭功能将得到大量的应用。本文将针对这一功能,介绍一种智能马桶便盖自动开闭控制系统。

  本系统主要由微波感应模块、电动开闭组件、单片机控制系统组成。如图1所示。

  工作原理:首先由微波感应模块检测到有人靠近或离开,发送信息给单片机控制系统;电动开闭组件反馈便盖的位置信息给的单片机控制系统;然后单片机控制系统根据这两条信息,通过精确的算法处理,对便盖的打开或关闭以及转动速度进行精准控制。

  相比于红外感应模块,微波感应模块不像用红外感应模块那样需要开一个红外线感应窗口,从而使整机保持了完整的外观。

  微波感应模块采用LSB102。LSB102是一款多普勒微波感应器。其拥有适用性极强的平面微带天线及微小的功耗,在近距离探测目标的移动及智能控制方面一直保持着独特的优势。当微波感应器在范围内检测到有物体有大动作产生后,立即判定有人,并且输出有人信号(高电平)约1秒。每检测到大动作信号之后的约1秒内为激活状态,激活状态中,检测到小动作信号也判定为有人。若在激活状态的约5秒内一直没有检测到大信号,则恢复初始状态,Output输出低电平。

  电动开闭组件采用TSL300。电动开闭组件包括直流电机、位置反馈传感器和相关结构件,如图2。

  直流电机是12 V直流电源驱动的直流电机,可实现正转或反转,同时转动角度不同输出不同的电压信号,对应关系如图3所示。控制方式采用PWM控制。

  本系统单片机选用R5F1006A,R5F1006A是一种可编程可擦除,自带PWM输出功能的16位微处理控制器。将R5F1006A的管脚P0.0设置为输入口,连接微波感应模块的信号输出口,接收微波感应模块的信息。将R5F1006A的管脚P3.0设置为输入口,连接电机位置反馈传感器,接收便盖的位置信息。用R5F1006A的PWM输出管脚TO00和管脚TO01分别控制电机正转和反转,正转对应开盖,反转对应关盖。

  当人体靠近时,微波感应模块检测到有人,给单片机发送高电平信号。单片机控制电机正转打开便盖,并根据电机位置传感器反馈角度,单片机经过内部算法处理,在管脚TO00输出相匹配占空比的PWM波驱动电机转动。具体电机位置角度、反馈电压信号、电机控制占空比对应关系如表1。

  如图4所示,便盖在角度0°到60°时,单片机管脚TO00输出占空比为100%的PWM波驱动电机转动,即输出高电平;便盖在角度60°到90°时,单片机根据图中角度和占空比关系,计算出占空比X,管脚TO00输出占空比为X的PWM波驱动电机转动;当便盖角度大于90°,单片机管脚TO00输出占空比为0%的PWM波驱动电机转动,即输出低电平,便盖依靠转动惯性到达120°位置,从而完成整个便盖打开过程。整个过程,单片机管脚TO01输出低电平。

  当人体离开时,微波感应模块检测到无人,给单片机发送低电平信号。单片机控制电机反转闭合便盖,并根据电机位置传感器反馈角度,单片机经过内部算法处理,在管脚TO00输出相匹配占空比的PWM波驱动电机转动。具体电机位置角度、反馈电压信号、电机控制占空比对应关系如表2。

  如图5所示,便盖在角度120°到90°时,单片机根据图中角度和占空比关系,计算出占空比X,管脚TO01输出占空比为X的PWM波驱动电机转动,当占空比为负数时,管脚TO01输出低电平,管脚TO00输出相应占空比的PWM波驱动电机转动;当便盖角度小于90°,单片机管脚TO01输出低电平,管脚TO00输出占空比为50%的PWM波驱动电机转动,真钱打牌。直到便盖达0°位置,管脚TO00和管脚TO01都输出低电平,从而完成整个便盖闭合过程。

  整个电路包括微波信号检测模块电路,便盖角度检测电路,电机驱动电路。电路原理图如图6所示。

  采用集成电路RZ7899,对直流电机进行正反转驱动控制。RZ7899可通过PWM调速,但频率不能太高,否则RZ7899发热厉害。

  本系统单片机选用日本瑞萨公司的R5F1006A,使用PWM功能时,需将2 个定时器通道成对使用,能生成任意周期和占空比的脉冲。

  当用作PWM 功能时,主控通道进行递减计数,在计数到“0000H” 为止的期间为PWM 输出(TOmp)周期。

  从属通道用作单次计数模式。以主控通道的INTTMmn 中断为开始触发,将TDRmp 寄存器的值装入TCRmp寄存器,并且进行递减计数,计数到“0000H” 为止。当计数到“0000H” 时,输出INTTMmp 中断,并且等待下一个开始触发(主控通道的INTTMmn)。

  当用作PWM 功能时,从属通道进行递减计数,在计数到“0000H” 为止的期间为PWM 输出(TOmp)的占空比。

  在从主控通道产生INTTMmn 中断并且经过1 个时钟后,PWM 输出(TOmp)变为有效电平,并且在从属通道的TCRmp 寄存器的值变为“0000H” 时变为无效电平。

  程序设计思想:首先上电后让便盖关闭,让系统进入待机状态。当检测到人体靠近时,控制电机以合适的速度正转,打开便盖,以便用户使用;当检测人体离开时,控制电机以合适的速度反转,闭合便盖,系统进入待机状态。

  随着马桶智能化程度的提高,便盖自动开闭是马桶智能化必不可少的功能。马桶便盖自动开闭控制技术,将得到广泛的应用,给人们带去更加方便、时尚的使用体验。

  [1]刘嘉祺.基于多普勒原理的微波测距系统的研究与设计.吉林大学, 2017.

  [3]杨景芝,付丽娟.全自动坐便器电器控制系统设计.现代电子技术,2008(16).

  严刚(1984-),男,嵌入式研发工程师,主要研究方向:智能家用电器基础技术研究及产品应用。

  本文来源于科技期刊《电子产品世界》2019年第2期第48页,欢迎您写论文时引用,并注明出处