基于MCU的權控智能節水系統設計

引言
隨著社會和經濟的不斷發展，環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。衛生間節水技術始于20世紀80年代末和90年代初期，在節水技術初級階段，普遍采用數字邏輯電路和模擬電子技術實現節水控制功能；自21世紀以來，衛生間節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，節水率有了較大的提高。目前衛生間節水設備存在諸多技術上的缺陷，即沖廁不及時，誤沖廁、漏沖廁現象頻繁，導致節水率低，環境衛生差。
為實現節約型、環保型社會，未來的衛生間節水設備必將朝著高節水率、環保、集成化、智能化方向發展。基于此，設計了一種基于統計學和模糊控制理論的權控智能節水系統。它利用改進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
為了確保主控制單元發出沖水指令后，水箱內的水能迅速瀉放，本節水系統采用了權控技術，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。主注水單元依據水箱低水位檢測器狀態判斷出水箱全空時啟動電磁閥，執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，可實現紅外信號的處理、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，延時選擇并執行沖水子程序。其中，改進的紅外監測可感知移動生物，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。

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％，主注水控制單元據之控制電磁閥；防滲漏控制單元保持水箱在95％的水位。