某智能马桶设计方案

1 某智能马桶设计方案 1 任务描述 务要求 一：操作面板 座便器本体操作面板共有 7 个按键分别为电源、停止、臀部洗净、女用洗净、烘干、照明、按摩。 二：功能的操作 1、按下“臀部洗净”或遥控器“臀部洗净”按键，臀部洗净喷嘴将喷射前后往返移动一分钟后自动停止喷射。再按一次“臀部洗净”或按遥控器“臀部洗净”按键，将再次重复此功能。 2、按遥操作面板上“座温调节”按键可调节座圈温度。座圈温度可设定为座圈不加热、约 34摄氏度、约 37摄氏度、约 40摄氏度。 3、按遥操作面板上“水温调节”按键可调节水 箱当中水的温度。水温度可设定为水温不加热、约 34 2摄氏度、约 37 2摄氏度、约 40 2摄氏度。 4、按遥操作面板上“风温调节”按键可调节风的温度。暖风温度可设 定为暖风不加热、约 45摄氏度、约 55摄氏度、约 65摄氏度。 5、人体入座 3秒后，除臭功能运转，开始除臭工作人体离座后 30秒除臭停止。 6、夜灯的使用在有红外感应前提下，外界光照强度减弱，夜灯开启；红外感应消失后，夜灯随即熄灭。 三：设计要求： （ 1） 外围电路必须 相关电路画图软件 ,不能用 内部电路必须有整体和单元的综合电路 ,和对应波形及其详细说明。 （ 2）课程报告字数要求 3000 字以上。 沈阳工程学院课程设计（论文） 2 2 2 智能马桶简介 题研究背景 马桶是人们生活中必不可少的家用器具。智能马桶是马桶的升级版，随着人们对生活舒适度的更高追求，马桶的功能也越来越多，越来越高科技。智能马桶盖起源于美国，用于医疗和老年保健，最初设置有温水洗净功能。后经日本卫浴公司 80年代推出全新产品“卫洗丽”，加入了集便盖加热、温水洗净、暖风干燥、杀菌等多种功能。成为智能马桶 发展的第一个里程碑。 能马桶发展现状 智能马桶起源于日本，现流行于日本和韩国，日本 72%的普及率和韩国 45%的普及率成为智能马桶全球最大消费国、技术产品出口国，中国自 1998年首次生产只能便器以来，国内定位目标消费人群几乎是高收入人群。近年来智能马桶已慢慢走进寻常百姓家。智能座便器属于更新换代的革命性产品，迎合了未来人性化的卫浴发展趋势， 智能座便器 是以 微电脑数字处理系统、纳米材料、激光或热合 等成熟的高科技含量为技术手段，达到和实现传统的 冲水式坐使器、简易式便槽 根本无法解决的污染与环 保相矛盾的问题。从而不仅从技术上和方式上乃至村料上都是新突破与改革。 目前市面上智能马桶的功能大体有如下一些： 集温水洗净、按摩、暖圈、夜光等多项功能于一身，提供更佳的洁身功效和舒适的清洗体验。 双喷嘴设计，提供臀部清洁与女性清洁，清洗到位。 独特脉冲冲洗模式， 摩功效。 座圈及上盖使用抗菌材质，减少交叉感染，健康选择。 座便圈及水温皆可加热，三档温度选择，舒适享受。 水流强度 3级可调，满足不同需求。 静音缓降盖板，安静、安全。 暖风烘干，无需用纸，使用更加方便舒适。 抽风及臭氧双重除臭，快速清除异 味。 3 节电模式选择，省电更环保。 光感启动蓝色夜光功能，方便夜间使用。 能马桶的特点 1、全轻触式按键设计 采用全轻触式按键设计，使用过程更方便，清洁更彻底，污渍不留痕。 2、喷头自洁 使用前后喷头都会自我清洁，保持干净卫生。 3、二个喷头 臀部清洗用（后部）和女性专用（前部清洗） 2 个喷头，根据不同用途达到清洗干净的效果。 4、静音缓闭功能 放手后便座、便盖自动缓慢地关上，缓慢闭合才噪音。 5、智能节电 具有智能学习记忆功能，可根据使用者的日常生活习惯，自动预先对水温和便座加热，且用后自动 停止加热，达到节能效果。 6、座式感应 在没有感应到人坐上之前，冲洗开关都不会启动，不必担心错按开关造成的尴尬，非常人性化。 7、抗菌便座 直接接触肌肤的便座部分采用抗菌材料。 3 方案设计 体框图 沈阳工程学院课程设计（论文） 4 4 图 系统框图 能模块分述 图 度控制模块 智能马桶要求实现的功能中有座圈温度调节， 水温调节及暖风烘干。此三项功能都需温度调节及加热设计。温度传感器能感受外界温度并将感受到的非电量转化成电量输出，因此可通过温度传感器感受温度，将所需温度传给 制系统，由其将输入数据进行处理分析后传出指令使加热电路进行相应操作。 图 通过控制固定电压的直流电源开关频率，从而改变负载两端的电压，进而达到控制要求的一种电压调整方法。 以应用在许多方面，如电机调速、温度控制、压力控制等。在 一个固定的频率来接通和断开电源，并根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速。因此， 关 驱动制 温度传感 加热电路 制系统 温度传感 红外传感 按键输入 座温加热 水温加热 热风烘干 洗净 冲洗 除臭 压力传感 温度传感 形发生器 电机 5 装置”。本设计用电机来驱动电磁阀工作，电磁阀控制智能马桶的洗净和冲洗功能。 4 硬件电路设计 温度控制模块 铂热电阻，它的阻值会随着温度的变化而改变。 的 100 即表示它在 0时阻值为 100 欧姆，在 100时它的阻值约为 姆。它的工作原理：当 0摄氏度的时候他的阻值为 100欧姆，它的阻值会随着温度上升而成近似匀速的增长。 电桥不平衡时输出两点间产生电压差，经过两个电压跟随器稳定输出后送入差分式运算放大器进行一倍放大。温度传感器 度时，电桥输出电压差为 3T/100(T 为传感器感受到的外界温度 )，经过电压跟随器及差分运放处理后输出电压为3T/100v。电路输出电压送入 A/模拟电压量转换为数字量输出，送入 图 图示电路图是用双向可控硅控制的电路。图中的光耦 输出用来触发双向可控硅 一个 6引脚的芯片，它的输入电流为 60阻 来限制输入电流；控制信号为从 片输出的高电平信号，经过反向器后使 控可控硅同时导通，继而给双极性可控硅 个触发电压， 阻丝通电，加热电路开始工作。 因为功率放大电路的输出 不能是一个简单的开关量，故输入电炉的加热功率是连续可7 4 k 7 4 k R 1 01 3 2 4 A 3 2 4 A 3 2 4 A 7 1090P T 1 0 0沈阳工程学院课程设计（论文） 6 6 调的；另一方面双极性可控硅能保证电阻丝在交流电压源的正负半周均工作，增大电源的利用率，而且可控硅工作在过零触发状态，提高了设备的功率因数，也减轻了对电网的干扰。 U 1 S 0 4 1 12 2 0 V r m s 5 0 H z 0 7V C C 3 0 4 1B T A 1 2电阻丝56 图 除臭及冲水电路 图 一体化整合了臭氧发生电路和超微型臭氧发生管、直流微型气泵 ，内置的超微型臭氧发生管 。是除臭应用的最佳选择。 7 图 以上两个电路原理相同。由 个三极管相继 导通，继而臭氧发生器及电磁阀开始工作。 电机控制电路 电机控制电路主要由两两对角的四个三极管导通与否控制电机的正反转，接受控制部分信号后，四个三极管中相对角的两个三极管导通，另两个对角三极管截止，此状态周而复始循环，电机进入正转反转交替执行的模式中。 由 机进入正转或反转模式。若 1， 0，则 通 止，即 电极变低电平 而 5、 机进入正转模式；若 可推出 3、 电机进入反转模式。 图 机控制电路 T 9 5 3 T 9 5 3 5 3 0 3 5 3 0 3V C 4 1 4 8 4 1 4 8 4 1 4 8 4 1 4 8 T O 5 3 0 3 5 3 0 3V C M 1P W M 20104沈阳工程学院课程设计（论文） 8 8 制部分输入信号 02 210e y = 1 2 4 A 2 4 A 2 4 A 2 4 A 2 670R 1 110e y = 010110081412V C 力传感电路 如图所示为压阻式压力传感器，压阻式压力传感器是利用单晶硅的压阻效应制成的器件，也就是在单晶硅的基片或硅杯上用扩散工艺、离子注入工艺或溅射工艺制成一定形状的应变元件，当压力传感器受到压力时，传感器中的应变元件的电阻发生变化，从而输出相应的电压变化。如图示 成同相比例运算电路，它们的同相端连接硅压阻式传感器的输出端， 将双端输入信号变为单端输出的输出电路， 输入压力为零时，调整 容 这里通过自身的充放电使电路更稳定。因此，这个压力传感器应用电路可以通过感知压力的变化而输出一个相应的电压信号，实现了将压力参数转变成电信号输出的功能。 9 1e y = 1 2 4 A e y = 05V C 射式红外传感输入 反射式压力传感器内部由一个高发射功率红外发光二极管和一个高灵敏度红外接收管组成，它能自行发出红外光，受到外界障碍物的反射接收管的电阻会发生变化 ,在电路上一般以电压的变化形式体现出来，一旦接收管接收到信号，输出端将输出低电平，通过调节滑 动变阻器 以调节红外对管的灵敏度，当红外对管检测到白线或黑线却不能送出信号时，可以调节 增大其灵敏度。 灯模式电路设计 红外传感输入经一个非门后给三极管 外界光照强度下降时，光敏电阻 致三极管 极管 是三极管 控硅导通，点灯被点亮开始工作。 沈阳工程学院课程设计（论文） 10 10 0 k 0 k 0 k 0 k 0 k 0 k 0 k 0 k R 1 01 .0 k R 1 11 .0 k 0 9 5 3 5 5 5 0 5 5 5 0236 5850 k 1414152200110U 1 H C 0 4 D _ 4 灯 模式电路 5 温度控制工作原理简析 温度传感器感应到外界温度后将非电量转化为电流量输出，通过以运算放大器为核心的电路处理后变为电压量输出，此模拟电压量须输入 A/D 转换器件 换为数字 量输出，转换后的数字量送入 片与人为设定的基准温度进行比较，低于基准温度则给加热电路一个加热信号，等于或高于则停止加热。 温度控制部分程序，波形及 S ); 换输入数据； 11 F S _Z : ; : ); ) ; _R,Q, F _R=0 _Z Q Q Q 1110 0) ; F ; F ; F ; 0 = T=Q= U3:= 17 = A=0,S= A=0,B= C= ); ); 一路由程序设置输出一个占空比一定的 冲，另 一路设置一个 60s 的流程，使电机正转 30s 反转 30s 配合第一路的 冲完成臀部洗净冲水阀的往返运动。 图 部洗净冲水电机波形 图 部洗净冲水电机 冲洗电机控制 冲洗电机程序，波形及 沈阳工程学院课程设计（论文） 18 18 S N 4 ); F S F () = C= 设计选用一个占空比一定的 电机以 一定速度驱动冲洗水阀，完成马桶冲洗。 沈阳工程学院课程设计（论文） 20 20 图 洗电机波形 图 洗电机 智能马桶状态机 智能马桶工作状态描述 当红外传感器和压力传感器有有效信号输入 能马桶进入工作状态。人为给一个按键信号后，状态机进入下一状态，否则持续此状态；首先开启除臭功能和水温加热，座温加热，暖风加热，下一状态臀部洗净，下一状态暖风烘干，下一状态冲洗，最后一个状态所 有功能关，电源关。 作状态程序，波形及状态转换图 S _W : 位信号，红外感应输入； _W,_G : 21 F S S(1,3, _W) F 1 11111_C _C _C=1;0;0;0;H=0;0; 能马桶工作状态总共有 5 个： 臭、水温加热， 臭、水温加热、洗净，臭、烘干， 臭、冲洗， 有功能关。在红外感应输入信号及压力传感器信号输入同时有效的情况下，智能马桶进入工作状 态，若人为按键则跳转到下一状态，否则持续当前状态。复位则直接跳转到 态：所有功能关。 沈阳工程学院课程设计（论文） 22 22 图 态机工作波形 图 态转换图 智能马桶工作状态如下： 有功能关 臭、水温加热、 臭、水温加热、洗净 臭、 烘干 臭、冲洗 23 小 结 序用波形图及 形象而具体的体现出来。因此 程设计也是基于软件的一个设计能力的提升。 我设计的题目是智能马桶设计。目前市面上有此类产品，但关于内部结构，技术路线及设计思路、方法，还有各类参数的信息量为零。不断地查阅资料后，关于设计思路还是没有一点点的头绪。几个人商量以后决定先从理解各项指标入手，深刻理解要完成要求指标需要进行哪些工作，完成这项工 作以后就觉得有点豁然开朗了。紧接着大家对各项工作进行了分工，先从外围电路入手，对各个指标的要求进行一个电路的实现。对电路图的理解具体到元器件，之前那些关于滤波整流的知识忘了的、模糊了的就翻书，不懂的就请教别人。在大家的一起努力下，外围电路终于完成了。接下来就是软件部分，在外围电路的基础之上进行 言的描写果然容易了不少。经过不断的编写，调用，编译、仿真，一遍一遍尝试，智能马桶的设计结果终于一点点呈现在眼前，回过头有核算了一遍各项指标，将不尽人意的地方一一完善和提升。再回过头去看自己刚开始的踌躇和不知所 措时觉得那些都是不存在的。 程设计带给了我很多的体验、经验、知识及道理。以前的自己总会拿书本上的东西照抄照搬，很多东西只要求自己懂个大概，还有很多东西是知其然不知其所以然的。这次课程设计复习到了很多以前学过的知识，我也学到了很多课堂上没有的新知识，更了解到与他人分担和分享的乐趣。 沈阳工程学院课程设计（论文） 24 24 致 谢 在做本次课程设计之前 一直觉得自己对于这门学科的学习是不错的，直到拿到设计题目，开始各项设计