模糊感應(yīng)自動(dòng)沖廁節(jié)水裝置設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)(最后)

1、模糊感應(yīng)自動(dòng)沖廁節(jié)水裝置設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)設(shè)計(jì)者：肖力，蔡溢斌，趙相記，陳根生，曾俊鵬（井岡山大學(xué)工學(xué)院，吉安343009）作品內(nèi)容簡(jiǎn)介根據(jù)我們的調(diào)查，在學(xué)校、廠礦、醫(yī)院、部隊(duì)和機(jī)關(guān)單位等大量普通公廁溝漕式?jīng)_廁裝置，特別是安裝使用了虹吸式水箱沖廁裝置的公廁，不管有人沒(méi)人在使用，沖水裝置都會(huì)定時(shí)的放水沖廁，全天候二十四小時(shí)不間斷的工作，水資源浪費(fèi)非常嚴(yán)重。為此我們?cè)O(shè)計(jì)了一種節(jié)水型自動(dòng)沖廁裝置，通過(guò)對(duì)普通公廁溝漕式虹吸水箱進(jìn)行創(chuàng)新制作，使之具有可以模糊感應(yīng)，自動(dòng)沖廁，達(dá)到節(jié)約水資源的效果。制作本作品主要的部件有自制單片機(jī)控制芯片、電磁吸鐵、紅外對(duì)射器、浮球閥、杠桿機(jī)構(gòu)、扭力彈簧、溝漕式虹吸水箱、鐵架子、對(duì)

2、射安裝立桿、口徑分別為15mm 的pp-r管和40mm的pvc-u管、木板、皮膜及相應(yīng)密封配件，還有銅芯線和四芯線。本裝置基本工作情況是：設(shè)置一個(gè)完整工作的時(shí)間段，分脈沖計(jì)數(shù)時(shí)段和模糊脈沖時(shí)段。通過(guò)紅外對(duì)射器感應(yīng)來(lái)得到脈沖，單片機(jī)芯片把得到的脈沖數(shù)累加，并根據(jù)累加的脈沖數(shù)加以判斷上廁所的人數(shù)，然后就自動(dòng)安排好沖廁時(shí)刻和沖廁次數(shù)。在沖廁時(shí)刻到來(lái)時(shí)，單片機(jī)芯片控制電磁吸鐵使其通電工作，使杠桿一端下拉從而翹起另一端把皮膜打開(kāi)，令水箱里的水全部放干，接著電磁吸鐵斷電，起復(fù)位作用的扭力彈簧使電磁吸鐵的銜鐵復(fù)位以便下次工作的使用。在完成一個(gè)時(shí)間段后單片機(jī)芯片把得到的脈沖數(shù)清零復(fù)位，等待下一個(gè)脈沖開(kāi)始新的感

3、應(yīng)時(shí)間段。本作品能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)沖廁，簡(jiǎn)單實(shí)用，更能有效的節(jié)約水資源，保護(hù)水資源。聯(lián)系人：肖力；聯(lián)系電話13879654482；EMAIL：269922375。1 研制背景及意義我們知道，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛躍發(fā)展，人民的生活水平都大大的提高了，從我們身邊我們都已經(jīng)感覺(jué)得到了越來(lái)越美好的生活，但是我們卻因此付出了很大的代價(jià)，自然資源的大量消耗使用已經(jīng)讓我們感到了資源的匱乏。比如，水資源的大量使用已經(jīng)讓我們感覺(jué)到了由于缺水而帶來(lái)的很多問(wèn)題，水資源浪費(fèi)依然很?chē)?yán)重。中國(guó)是一個(gè)干旱缺水嚴(yán)重的國(guó)家。淡水資源總量為28000億立方米，占全球水資源的6%，居世界第四位，但人均只有2200立方

4、米，僅為世界平均水平的1/4、美國(guó)的1/5，在世界上名列121位，是全球13個(gè)人均水資源最貧乏的國(guó)家之一。目前，全國(guó)地下淡水天然資源多年平均為8800多億立方米，約占全國(guó)水資源總量的1/3。全國(guó)約有7000多萬(wàn)人仍在飲用不符合飲用標(biāo)準(zhǔn)的地下水。20年來(lái)，全國(guó)地下水開(kāi)采量平均以每年25億立方米的速度增加。地下水占總供水量的比例已從1980年的14.0%增長(zhǎng)到2000年的19 .8%。全國(guó)有400多個(gè)城市開(kāi)采利用地下水，在城市用水總量中，地下水占30%。不合理開(kāi)采地下水誘發(fā)了諸多環(huán)境問(wèn)題：全國(guó)約有一半城市市區(qū)的地下水污染比較嚴(yán)重，水質(zhì)下降，還呈現(xiàn)出由點(diǎn)向面、由城市向農(nóng)村擴(kuò)展的趨勢(shì)；已誘發(fā)46個(gè)城市

5、發(fā)生地面沉降、海水入侵等，全國(guó)還形成區(qū)域地下水降落漏斗100多個(gè)，面積達(dá)15萬(wàn)平方千米。全國(guó)約有1/3以上工業(yè)廢水和9/10以上生活污水未經(jīng)處理就排入河湖， 使得全國(guó)90%的城市水環(huán)境惡化，加劇了可利用水資源的不足。默認(rèn)“先污染后治理”的落后觀點(diǎn)，致使大量水資源毫無(wú)意義的被浪費(fèi)了。看著這些可怕的數(shù)據(jù)，我們也感到心疼，因?yàn)槲覀儑?guó)家處于水資源的危急時(shí)刻，而且浪費(fèi)的現(xiàn)象無(wú)時(shí)無(wú)刻不在我們身邊發(fā)生，我們要珍惜水資源，保護(hù)水資源，節(jié)約水資源。談到節(jié)水，人們首先會(huì)想到廁所，因?yàn)閹谡麄€(gè)生活用水中所占比例最大。生活領(lǐng)域的用水主要有：飲用、沖便、淋浴、洗漱四個(gè)部分，其中飲用水僅占20%左右，而沖便、淋浴、洗漱

6、約占整個(gè)生活用水的80%左右.。在公共廁所的多種沖洗方式中，又以溝槽式廁所耗水量最大，人們稱(chēng)之為“水老虎”。傳統(tǒng)的溝槽式虹吸水箱沖測(cè)裝置，由水箱箱體、進(jìn)水管、虹吸管、排水管組成。進(jìn)水管處于常開(kāi)狀態(tài)，一天二十四小時(shí)不停地往水箱內(nèi)注水。 當(dāng)水箱里的水位高于虹吸管倒U型彎的頂部時(shí)，虹吸管產(chǎn)生虹吸現(xiàn)象，水箱內(nèi)的水從虹吸管排水管排出，完成一次放水沖廁清洗。 由于進(jìn)水管一天二十四小時(shí)不停地往水箱內(nèi)注水，因此，廁所的耗水量就等于進(jìn)水管每天的流量。 如果試圖通過(guò)閥門(mén)減少進(jìn)水量來(lái)延長(zhǎng)兩次沖洗的間隔時(shí)間，就會(huì)形成這樣一種現(xiàn)象：當(dāng)進(jìn)水管的進(jìn)水量小到一定程度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生溢流現(xiàn)象，無(wú)法形成虹吸。如果是一個(gè)標(biāo)稱(chēng)15毫米的

7、進(jìn)水管,在0.25Mp壓力下，1/2開(kāi)態(tài)時(shí)，每小時(shí)的流量為2.78噸，每天24小時(shí)的流量可達(dá)66.72噸。雖然，因管道的壓力有所不同，水管閥門(mén)開(kāi)啟的大小有差異，各地水價(jià)高低不等，以上計(jì)算會(huì)有所出入，但即使按以上數(shù)值的一半計(jì)算，溝槽公廁的耗水量也依然驚人。如果一個(gè)單位有十幾個(gè)幾十個(gè)這樣的廁所，再加上水價(jià)不斷上漲的今天，無(wú)疑是一個(gè)非常沉重的負(fù)擔(dān)。目前全國(guó)溝槽式公廁使用非常普遍，其中99.以上采用了全自動(dòng)沖水箱（即溝槽式虹吸水箱），長(zhǎng)流水現(xiàn)象使得水資源浪費(fèi)非常嚴(yán)重。不到1的溝槽式公廁使用了具有控制功能的電子節(jié)水設(shè)備，但這類(lèi)節(jié)水設(shè)備的智能化程度低，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)能力弱，易造成誤沖廁、漏沖廁；同時(shí)這類(lèi)節(jié)水

8、設(shè)備片面追求節(jié)水率，忽視了環(huán)境衛(wèi)生。由此，想到我們學(xué)校大部分宿舍和辦公樓的公廁也是采用溝槽式虹吸水箱沖廁裝置。由于它原理簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，長(zhǎng)久耐用，不容易壞而被廣泛使用于公廁中，但是這樣水資源浪費(fèi)相當(dāng)嚴(yán)重，忽略了對(duì)水資源的保護(hù)。鑒于此，我們想借此次機(jī)械創(chuàng)新大賽的機(jī)會(huì)，響應(yīng)北京奧運(yùn)會(huì)“綠色奧運(yùn)”的號(hào)召，決定制作一個(gè)可以通過(guò)感應(yīng)自動(dòng)沖廁的節(jié)水型裝置“模糊感應(yīng)自動(dòng)沖廁節(jié)水裝置”，來(lái)代替“水老虎”，上演“武松打虎”的經(jīng)典好戲，減輕浪費(fèi)。裝置如下圖所示：2 主要功能和性能指標(biāo)制作本作品主要的部件有自制單片機(jī)控制芯片、電磁吸鐵、紅外對(duì)射器、浮球閥、杠桿機(jī)構(gòu)、扭力彈簧、溝漕式虹吸水箱、鐵架子、對(duì)射安裝立桿、口

9、徑分別為15mm和40mm的pvc-u管、木板、皮膜及相應(yīng)密封配件，還有銅芯線和四芯線。能夠?qū)崿F(xiàn)功能的主要部件是自制芯片、電磁吸鐵、紅外對(duì)射、浮球閥、杠桿和扭力彈簧。紅外對(duì)射有兩個(gè)部分，一個(gè)是信號(hào)發(fā)射器，另一個(gè)是信號(hào)接收器。用接在控制芯片的兩根四芯線分別連接發(fā)射器和接收器，并使發(fā)射器和接收器都在同一高度上可以對(duì)射，只要有人在發(fā)射管和接收管中間擋住了信號(hào)的正常發(fā)射接收，則會(huì)產(chǎn)生脈沖信號(hào)。所以紅外對(duì)射主要功能是通過(guò)感應(yīng)得到脈沖，并把脈沖信號(hào)傳送給控制芯片。電磁吸鐵采用的是拉動(dòng)式牽引電磁鐵，分為銜鐵和線圈底座兩部分，最大行程為25mm。電磁吸鐵的功能主要是在通電后，把銜鐵向下吸同時(shí)把杠桿一端也往下拉

10、，使另一端往上翹通過(guò)繩子把底部的皮膜拉起，最后使水流出。然后，電磁吸鐵斷電，安裝在杠桿中的扭力彈簧把銜鐵復(fù)位。單片機(jī)控制芯片主要是處理紅外對(duì)射器感應(yīng)得到的脈沖并給予計(jì)數(shù)，通過(guò)這些脈沖數(shù)判斷上廁使用人數(shù)，并作出沖廁時(shí)刻和沖廁次數(shù)的判斷，然后在沖廁時(shí)刻到來(lái)是控制電磁吸鐵通電工作，使之通電一定的時(shí)間后再斷電。下圖分別是實(shí)現(xiàn)各個(gè)部件功能的瞬間過(guò)程圖，從得到感應(yīng)脈沖到芯片工作計(jì)時(shí)、電磁吸鐵等待通電，再到電磁吸鐵通電工作、皮膜被拉起，最后到出水管沖水，一步接著一步慢慢實(shí)現(xiàn)各自的功能，然后把它們組合起來(lái)就是感應(yīng)到?jīng)_廁的完整過(guò)程圖，完成的是一個(gè)完整的工作時(shí)段。在實(shí)現(xiàn)了我們作品的各個(gè)功能之后，再看看我們作品針對(duì)

11、節(jié)水這方面的一些指標(biāo)，我們與傳統(tǒng)的虹吸水箱相比較。一個(gè)傳統(tǒng)虹吸水箱溝槽式?jīng)_廁裝置，全天候沖水不管有沒(méi)有人用都會(huì)不停的往水箱里注水，差不多每10分鐘就放水一次，而每天有75%以上的時(shí)間都是在白白的浪費(fèi)水。根據(jù)虹吸管的高度，每次沖水的體積大概為箱體的80%，則計(jì)算出以下數(shù)據(jù)，如表1所示。 表1：傳統(tǒng)虹吸水箱水量浪費(fèi)數(shù)據(jù)表箱體大?。ㄩL(zhǎng)*寬*高）：0.55*0.40*0.55=0.121立方米每次沖水量：0.121*80%=0.0968t一天的總沖水量：144*0.0968=13.94t沖廁次數(shù)：60*24/10=144次一天要浪費(fèi)的沖水量：13.94*75%=10.5t一個(gè)月要浪費(fèi)的沖水量：30*1

12、0.5=315t一年要浪費(fèi)的沖水量：315*12=3780t浪費(fèi)水費(fèi)（1噸/元）：一年3780元相比，我們的作品能模糊感應(yīng)，自動(dòng)沖廁，根據(jù)節(jié)水裝置安裝的場(chǎng)所不同，沖水的繁忙時(shí)段也有所不同，現(xiàn)在我們用下面兩個(gè)不同場(chǎng)所的節(jié)約情況來(lái)大致了解我們作品所能達(dá)到的節(jié)約程度：1. 安裝在學(xué)校宿舍里，因?yàn)閷W(xué)生上課，沖廁頻繁時(shí)段通常是早上06:00至08:00、中午12:00至14:00、晚上17:00至23:00，期間總共有10個(gè)小時(shí)。我們可以簡(jiǎn)單以上面的時(shí)間段計(jì)算，計(jì)算為一天最多所能夠連續(xù)沖廁工作的累計(jì)時(shí)間總長(zhǎng)有10個(gè)小時(shí)，最少的情況下也需要沖廁2個(gè)小時(shí)，則平均每天的累加沖廁時(shí)間有6個(gè)小時(shí)。在同等箱體大小和

13、同等沖水量的情況下，可以設(shè)置沖廁周期為每8分鐘一次，與傳統(tǒng)虹吸水箱相比提前2分鐘，則計(jì)算出以下數(shù)據(jù)，如下列表2所示。2. 安裝在辦公樓里，因?yàn)檗k公時(shí)間通常是早上的08:00至12:00和下午的14:00至18:00，若有加班則增加時(shí)段是晚上的20:00至22:00，期間總共有10個(gè)小時(shí)。同上計(jì)算原理，一天連續(xù)沖廁的累加時(shí)間長(zhǎng)度最長(zhǎng)有10個(gè)小時(shí)，最短的也有4個(gè)小時(shí)，則平均一天有7個(gè)小時(shí)的沖廁時(shí)間。沖水量和沖廁周期都設(shè)置相同，計(jì)算出的數(shù)據(jù)如下列表2所示。3. 安裝在公廁里，因?yàn)槭褂霉珟菫榱朔奖愦蠹?，一般允許使用的時(shí)間段是早上06:00至晚上24:00，期間有18個(gè)小時(shí)。計(jì)算得最長(zhǎng)的連續(xù)沖廁時(shí)間有

14、18個(gè)小時(shí)，考慮到公廁使用的人數(shù)多，最少的也需要6個(gè)小時(shí)，則平均是11個(gè)小時(shí)，計(jì)算出的數(shù)據(jù)如下表表2所示。表2：節(jié)約水資源情況表在學(xué)校宿舍里在辦公樓里在公廁里每次沖水量：0.0968t0.0968t0.0968t平均沖廁時(shí)間累加長(zhǎng)度：每天6小時(shí)每天7小時(shí)每天11小時(shí)平均沖廁次數(shù)：6*60/8=45次7*60/8=53次11*60/8=83次 每天平均沖水量：0.0968*45=4.356t0.0968*53=5.13t0.0968*83=8.03t平均節(jié)約（以上）：100%-4.356/13.94=63.6%100%-5.13/13.94=63.2%100%-8.03/13.94=42.4%一

15、天平均節(jié)約用水：13.94*63.6%=8.87t13.94*63.2%=8.81t13.94*42.4%=5.92t一年節(jié)約：12*30*8.87=3189t12*30*8.81=3172t12*30*5.92=2132t節(jié)約水費(fèi)（1噸/元計(jì)算）：一年3189元一年3172元一年2132元節(jié)約度：3189/3780=84.4%3172/3780=83.9%2132/3780=56.4%由上表可以看的出，使用我們的產(chǎn)品會(huì)帶來(lái)很高的節(jié)水效益，綜合以上三者的節(jié)約度，使用的節(jié)約度平均為74.9%，這說(shuō)明我們作品的性能很好，可以節(jié)約大量的水資源，有效的保護(hù)水資源，防止不必要的水資源浪費(fèi)。3 設(shè)計(jì)方案3

16、.1 電磁閥控制 電磁閥控制方案其實(shí)很簡(jiǎn)單，把電磁閥設(shè)置在水箱沖廁出水口，在感應(yīng)器感應(yīng)后達(dá)到放水時(shí)刻，單片機(jī)程序芯片控制電磁閥在預(yù)定時(shí)刻打開(kāi)放水沖廁，然后在通電放水10s至12s后關(guān)閉閥門(mén)，就可以達(dá)到效果。電磁閥有很多分類(lèi)，有直動(dòng)式電磁閥，分布直動(dòng)式電磁閥和先導(dǎo)式電磁閥。 根據(jù)我們使用電磁閥的要求，只要使用直動(dòng)式電磁閥就可以了。但存在不好因素，這個(gè)電磁閥控制方案是不可行的。 我們水箱的進(jìn)水管口徑是15mm，而沖廁放水管口徑達(dá)到75mm，經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調(diào)查還有網(wǎng)上資料顯示，我們要使用的電磁閥要安裝在口徑75mm的出水管上，公稱(chēng)通徑75mm的電磁閥體積很大、重量大、價(jià)格貴、安裝不便，而且不符合我們的設(shè)計(jì)

17、要求。 故而不選取此類(lèi)控制方案。3.2 電磁吸鐵控制針對(duì)公廁使用的溝槽式虹吸水箱，由水箱箱體、進(jìn)水管、虹吸管、排水管組成。進(jìn)水管處于常開(kāi)狀態(tài)，一天二十四小時(shí)不停地往水箱內(nèi)注水。 當(dāng)水箱里的水位高于虹吸管倒U型彎的頂部時(shí)，虹吸管產(chǎn)生虹吸現(xiàn)象，水箱內(nèi)的水從虹吸管排水管排出，完成一次放水沖廁清洗。除了可以定時(shí)自動(dòng)放水的虹吸水箱外，還有平常家用比較常見(jiàn)的沖便器，它們大都是采用手動(dòng)的，都帶有一個(gè)杠桿，手一拉就把杠桿另一端的皮膜拉起來(lái)，水就沖下來(lái)。綜合考慮，可以簡(jiǎn)單有效的利用這個(gè)杠桿，使之與我們要選用的電磁吸鐵配合使用，并在單片機(jī)控制下可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)沖廁的功能。選取電磁吸鐵的過(guò)程中，也有許多要求需要考慮的。

18、首先，因?yàn)槭袌?chǎng)上賣(mài)的電磁吸鐵都是標(biāo)準(zhǔn)件，規(guī)格、最大行程、吸力、重量、線圈數(shù)、銜鐵重量以及額定工作電壓都已經(jīng)是標(biāo)準(zhǔn)化了，而且大部分是用于工業(yè)生產(chǎn)中，很少用于生活用品中的；其次，使用的吸鐵要安裝固定在箱體箱壁上，這使得向下作用的銜鐵會(huì)離杠桿支承點(diǎn)很近，這使得向下作用的吸力要遠(yuǎn)大于手動(dòng)的拉力，所需拉力是有要求的；最后，銜鐵向下作用的行程也有要求的，通過(guò)杠桿作用使杠桿連接皮膜的另一端可以翹起很大的距離，保證這一翹起的距離可以把皮膜拉起到一定位置，達(dá)到放水的目的。為了能夠滿足這些要求，綜合考慮后確定選用：初使力為30N、最大行程為25mm、工作電壓為220v、銜鐵重量為0.45kg、拉動(dòng)式的牽引電磁鐵。

19、市場(chǎng)上有最小初使力為15N的電磁吸鐵，15N的力就能滿足工作，但是它的行程太小，最大行程只有10mm，無(wú)法滿足要求，所以選用30N的牽引電磁鐵，它的最大行程為25mm滿足要求。通過(guò)計(jì)算，在安裝固定好電磁鐵后測(cè)量得到，銜鐵的作用點(diǎn)距離杠桿的支承點(diǎn)的距離為40mm，連接拉繩的一端距離支承點(diǎn)有170mm，則根據(jù)相似三角形原理計(jì)算出，連接拉繩的一端可以被翹起運(yùn)動(dòng)的最大距離為25*170/40=106.25mm，這個(gè)滿足我們的要求。在解決銜鐵復(fù)位的問(wèn)題上，起初想直接在杠桿的另一端配合使用拉力彈簧，根據(jù)銜鐵的重量適當(dāng)選擇相應(yīng)系數(shù)的拉力彈簧，然后把拉力彈簧安裝在箱體底部就可以簡(jiǎn)單的達(dá)到目的。但是這樣就會(huì)是拉

20、力彈簧在工作時(shí)長(zhǎng)期浸泡于水中，影響彈簧壽命。最后選用兩個(gè)扭力彈簧，對(duì)稱(chēng)安裝在支承點(diǎn)以同一根軸栓連接，既簡(jiǎn)單又可以算得上美觀，重要的是可以實(shí)現(xiàn)銜鐵復(fù)位的功又不影響彈簧的壽命。4 理論設(shè)計(jì)計(jì)算一般的水箱進(jìn)水管都是用15mm至25mm口徑的pvc-u型塑料水管，而且采用一般的浮球閥作為進(jìn)水控制端，水位達(dá)到預(yù)定高度后就停止進(jìn)水。但是因?yàn)樗畨汉土魉俚牟煌腋∏蜷y也有不同的規(guī)格，水要添滿到預(yù)定高度的時(shí)間也不同。根據(jù)下面的流量表（表3），還有我們的實(shí)際測(cè)量，我們作品的實(shí)際水箱體積50*30*50=0.075立方米，到預(yù)定高度要添水0.075*80%=0.06t，我們選用的為：1/2的開(kāi)放量、0.1Mpa

21、的壓力、15mm的管徑，最后測(cè)得添滿水到預(yù)定高度要用掉180s。因?yàn)槲覀冊(cè)O(shè)計(jì)的程序是從開(kāi)始感應(yīng)得到第一個(gè)脈沖就開(kāi)始計(jì)時(shí)為第1s，若感應(yīng)脈沖數(shù)少的時(shí)候設(shè)定第600s沖一次；若感應(yīng)脈沖數(shù)多則使沖水時(shí)間縮短為在第360s或第420s多沖一次，在第600s還要沖一次。所以添滿水達(dá)到預(yù)定高度的時(shí)間要短，要在4min以?xún)?nèi)，再根據(jù)下面的流量表和各地不同的因素選擇開(kāi)放量。 出水管的管徑為40mm，打開(kāi)閥門(mén)把水箱里的水完全放完只要10s-12s就可以了，所以在設(shè)計(jì)時(shí)，我們?cè)O(shè)置了單片機(jī)芯片控制電磁鐵的通電時(shí)間為11s，然后斷電就可以把箱體里的水放干，就能夠有足夠的水沖洗。表3：水管實(shí)測(cè)流量表開(kāi)放量壓力Mpa管徑流

22、量 （單位：立方米/小時(shí)）15mm20mm25mm40mm50mm100mm1/40.251.152.28410.620.6900.10.641.452.79.512.620.6半開(kāi)0.252.784.025.617.724.496.40.11.742.573.412.514.523.23/40.253.034.285.718.224.1980.11.892.763.9112.513.824全開(kāi)0.253.044.365.81925.298.60.11.892.813.612.614.624.6 因?yàn)檫x用的是牽引電磁鐵，不可復(fù)位。銜鐵重量為0.45kg，通過(guò)杠桿作用，當(dāng)被吸下去后不可復(fù)位就會(huì)導(dǎo)

23、致放水閥門(mén)合不上，故而在杠桿的另一端使用彈簧配件使銜鐵可以復(fù)位，使之在電磁鐵的最大行程25mm之內(nèi)；銜鐵的重力為4.5N，銜鐵作用點(diǎn)離杠桿支承點(diǎn)有30mm，接拉繩的一端離杠桿支承點(diǎn)有155mm。如果使用拉力彈簧，則作用點(diǎn)可選不同的位置，若選最末端位置作為拉力彈簧作用點(diǎn)，則可以使拉力最?。桓軛U兩端的比例為155/30，則彈簧的最大拉伸長(zhǎng)度為25*155/30=129mm。所以只要選取彈簧系數(shù)大于4.5/0.129=34.9N/m的拉力彈簧，就可以滿足把銜鐵拉回原來(lái)位置。但是因?yàn)槭褂美椈删托璋褟椈砂惭b在箱體底部，使得彈簧長(zhǎng)在使用過(guò)程中期浸于水中，影響拉力彈簧的壽命，所以不可選取拉力彈簧。最終選

24、用扭力彈簧，因?yàn)樗梢圆慌c水直接接觸，有可以直接安裝杠桿的支承點(diǎn)上同用一根軸，兩邊對(duì)稱(chēng)使用又可以達(dá)到美觀的效果。彈簧常數(shù)：以 k 表示，單位為kgf/mm，當(dāng)彈簧被扭轉(zhuǎn)時(shí)，每增加1°扭轉(zhuǎn)角的負(fù)荷。線材之鋼性模數(shù)：以E表示，其中已知的琴鋼絲E=21000 ,不銹鋼絲E=19400 ,磷青銅線E=11200，黃銅線E=11200。 彈簧常數(shù)公式：k=(E * d4)/(1167 * Dm * p * N * R)。其中d為線徑（d=L/N），Do=OD為外徑，Di=ID為內(nèi)徑，Dm=MD=Do-d為中徑，L為長(zhǎng)度，N為總?cè)?shù)，R為負(fù)荷作用的力臂，p=3.1416。選用計(jì)算的各個(gè)數(shù)值分別是

25、L=10mm，N=8mm，Do=6mm，則計(jì)算出d=1.25mm，Di=3.5mm，Dm=4.75mm，又已知R=4.5N*0.025m=0.1125N*m=11.25N*mm，帶入彈簧常數(shù)公式可得彈簧常數(shù)k的值為： k=(E * d4)/(1167 * Dm * p * N * R) =(19400 * 1.254)/(1167 * 4.75 * 3.1416 * 8 * 11.25) =30219.26kgf/mm從而可以確定可以使用的扭力彈簧，確保其安全使用，不至于使銜鐵不能復(fù)位，從而使電磁吸鐵不能正常工作。5 工作原理及性能分析我們使用紅外對(duì)射器來(lái)感應(yīng)，從而得到脈沖信號(hào)?，F(xiàn)在設(shè)置一個(gè)時(shí)

26、間段，即設(shè)置最長(zhǎng)的沖廁間隔時(shí)間，時(shí)間是10分鐘（即600s）；如若有人上廁，通過(guò)紅外對(duì)射的感應(yīng)裝置，得到第一個(gè)脈沖，說(shuō)明這時(shí)廁所里至少有一個(gè)人在，并從這一時(shí)刻開(kāi)始計(jì)時(shí)，即整個(gè)時(shí)間階段是1s 600s，默認(rèn)為一個(gè)工作周期。在達(dá)到第600s的時(shí)候，利用單片機(jī)把整個(gè)周期內(nèi)感應(yīng)到的脈沖數(shù)和計(jì)時(shí)都清零復(fù)位，直到下一個(gè)脈沖才重新開(kāi)始計(jì)時(shí)。因?yàn)榭紤]到一個(gè)人上廁所的時(shí)間一般不少于6分鐘，所以把整個(gè)時(shí)間段給予分段，來(lái)感應(yīng)得到脈沖數(shù)和模糊控制放水，大致原理如下：根據(jù)安裝使用場(chǎng)所的不同，在感應(yīng)時(shí)段里感應(yīng)得到的脈沖數(shù)也不同。設(shè)置整個(gè)時(shí)間段里能感應(yīng)到的脈沖數(shù)最多可以有Max個(gè)，從得到第一個(gè)脈沖的那個(gè)時(shí)候開(kāi)始計(jì)時(shí)，假設(shè)在

27、第1s 180s內(nèi)，記下的感應(yīng)脈沖數(shù)為n，即Maxn1；假設(shè)在第181s360s內(nèi)，記下的感應(yīng)脈沖數(shù)為m，即Max-1m0；在第361s600s內(nèi)，雖然會(huì)感應(yīng)到有脈沖，但是我們此時(shí)通過(guò)設(shè)置程序給予模糊，不予累加計(jì)數(shù)，即說(shuō)明在這361s600s內(nèi)不管是上廁所來(lái)還是上完廁所要出去的，感應(yīng)到的脈沖就都模糊掉，只根據(jù)前面第1s360s內(nèi)所感應(yīng)到的脈沖數(shù)判斷進(jìn)廁所的模糊人數(shù)，假設(shè)有p 個(gè)，即p=n + m且Maxp1。針對(duì)第1s360s內(nèi)得到的脈沖數(shù)總和n + m，而模糊判斷上廁的人數(shù)p=n + m，從而制定不同的沖廁時(shí)刻和沖廁次數(shù)（假設(shè)設(shè)置的Max值為Max = 4）：當(dāng)n=1時(shí)，若m=0即p=1，在

28、第600s時(shí)沖水一次； m=1即p=2，在第600s時(shí)沖水一次； m=2即p=3，在第480s時(shí)沖水一次； m=3即p=4，在第420s時(shí)沖水一次，在第600s時(shí)再?zèng)_水一次；當(dāng)n=2時(shí)，若m=0即p=2，在第600s時(shí)沖水一次； m=1即p=3，在第420s時(shí)沖水一次，在第600s時(shí)再?zèng)_水一次； m=2即p=4，在第360s時(shí)沖水一次，在第600s時(shí)再?zèng)_水一次；當(dāng)n=3時(shí)，若 m=0即p=3，在第420s時(shí)沖水一次，在第600s時(shí)再?zèng)_水一次； m=1即p=4，在第360s時(shí)沖水一次，在第600s時(shí)再?zèng)_水一次；當(dāng)n=4時(shí)，若 m=0即p=4，在第360s時(shí)沖水一次，在第600s時(shí)再?zèng)_水一次。 第361s600s內(nèi)，即使有感應(yīng)得到脈沖，但是不予記數(shù)，使之不能反饋說(shuō)明前面360s來(lái)上廁的人是已經(jīng)出去了，還是有新的人員進(jìn)入廁所；然后在第600s的時(shí)候會(huì)把前面的記數(shù)都清零復(fù)位，完成這個(gè)600s的時(shí)間周期，等待下一個(gè)新的脈沖的到來(lái)。 因?yàn)槔脝纹瑱C(jī)原理制作控制芯片，設(shè)置的程序可以放心安全的實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的工作，一般不會(huì)出錯(cuò)，芯片穩(wěn)定工作，性能比較好。 6