安心马桶应用及关键技术

赵建伟 宋炳强 刘 欢

德州学院机电工程学院

实现马桶自动进行开启、冲水、加热坐垫圈、换坐垫等功能，方便卫生，更能达到预防马桶传染疾病的功能，本文从清洁生活、保障人体健康的基本概念出发，探讨其在应用中所需要用到的关键技术以及进一步提升卫生条件的必要性，希望能够为改善如厕条件提供一些参考意见。

随着生活条件的改善，坐式马桶成为人们日常生活中不可缺少的组成部分，但是马桶的卫生安全问题却一直困扰着我们。使用马桶时，身体和有毒物质之间形成了一个封闭空间，接触时间长了，这些毒气会引发痔疮、肛门炎、慢性阴道炎，甚至宫颈癌等妇科肿瘤；冲水时马桶盖打开，马桶内的瞬间气旋最高可以将致病菌带到6 米高的空中，还会污染牙刷、漱口杯、毛巾等用品，并通过它们进入口腔和呼吸道；公用不洁马桶会导致诸如皮肤病（毛囊炎、体癣等）、妇科病等传染病的感染。虽然坐垫可以在一定程度上减少共用马桶带来的危害，但是人们由于疏忽，懒惰或换坐垫不卫生等原因对坐垫的利用率不高，由此带来严重的健康问题。为此我们设计了安心马桶，安心马桶保留了传统坐式马桶的样式，在传统马桶的基础上增加了自动开启马桶、冲水、加热，换坐垫和自动排气的功能。其最主要的目的是改善如厕条件，从而进一步达到预防马桶传染疾病的功能，让人们的如厕更加安心，更加健康。安心马桶，将多种功能的简易操作方式融为一体，使马桶的使用进入自动化、零接触状态，排气扇可设置时间间隔自动排气，能够有效防止有毒气体积攒。

安心马桶基本内容

安心马桶实现了人与马桶的零接触。马桶开关为两个固定在墙壁上的热释电传感器，可以检测到人体的经过。把热释电传感器固定在墙壁，并把感应区竖直向下，这样可以避免人经过马桶时马桶打开，只有人手在感应区划过时马桶才接收到有效信息，实现马桶的开启。两个开关分别为小便感应区和大便感应区，手在小便感应区划过，安装在马桶内的排气扇开启，排出马桶内气体，马桶盖和马桶圈会同时打开，人离开后自动盖好并冲水；当在大便感应区划过时，通过排气扇排出马桶内气体，马桶盖自动打开，马桶圈自动换取一次性坐垫（市面上普遍可买到的普通一次性坐垫），人离开后自动关闭马桶盖并冲水，排气扇可设置时间间隔自动排气，防止有毒气体积攒。

安心马桶的关键技术

整体来说，安心马桶功能的实现分为三个步骤，首先自动打开马桶，两个热释电传感器可以检测到人体的经过，传感器感应区竖直向下，这样可以避免人经过马桶时马桶的打开，只有人手在感应区划过时马桶才接收到有效信息，实现马桶的开启。其次是自动更换坐垫，静电吸附一次性坐垫，吸附后能自动释放静电，安全可靠。最后是人离开后自动闭合马桶盖并且冲水。这三个步骤的实现，主要得益于五个方面的关键技术。

人体检测

安心马桶的人体检测部分主要两个热释电传感器和一个光电对管组成。作为马桶开关的两个热释电传感器固定在墙壁上，可以检测到人体的经过。热释电传感器是基于热电效应原理的热电型红外传感器。其内部的热电元由高热电系数材料组成，其极化随温度的变化而变化。能以非接触式检测出物体放出的红外线能量变化并将其转换为电信号输出。所以当人手划过竖直向下的感应区时传感器可以输出电信号，实现开启马桶功能；马桶盖处安装有光电对管，马桶盖打开后对管开始工作，检测是否有人，人离开后对管无反射信号，此时马桶盖自动关闭，并且排气冲水。

自动开启关闭

自动开启关闭部分由舵机实现功能。舵机具有扭力大，旋转角度准确等优点。利用舵机实现马桶盖的开关，方便实现，且调节便捷。舵机安装在马桶盖的两侧，接收到开启信息后，舵机旋转九十度（可调节），带动马桶盖开启，接收到关闭信息后舵机回转相同角度，关闭马桶。

自动更换坐垫

自动更换坐垫部分由通电线圈实现。马桶坐垫圈内布有线圈，当接收到更换坐垫的指令时，与线圈相连接的继电器导通，线圈通电，进而使马桶坐垫圈带有静电，利用静电可将一次性坐垫吸附到坐垫圈上，当坐垫圈放下走后，线圈接地端自动导通，释放静电，可靠性安全性高。坐垫圈内也铺有电热丝，在寒冷的冬天，可以加热坐垫圈，我们接触到的将不再是那个冰冷的马桶。

自动排气

自动排气部分由安装在马桶内的排气扇开启实现功能。安心马桶主控芯片自带计时器，人们可以根据自己的意愿设定马桶自动排气的时间，操作简单明了，只需按下两个按键进行数字的加减即可。排气管道出口直接和马桶排水口连接，气体将随马桶内的水排出，不污染室内环境，马桶出水口前有U形管，可将排气口与室内环境彻底隔绝。

无线遥控

无线遥控部分由无线模块及一个小型遥控器实现功能。安心马桶内装有2272 无线模块，人们可以通过手中的遥控器对马桶进行主要的操作（提前加热坐垫圈，即时排气等）。

安心马桶的实际应用

①马桶可以自动开启排气扇排气，排气管道出口直接和马桶排水口连接，气体将随马桶内的水排出，马桶出水口前有U 形管，可将排气口与室内环境彻底隔绝。防止有毒气体积攒外泄污染室内环境。

②感应区采用人体红外感应。小便感应装置接受信号后，排气扇工作，排掉马桶内有毒气体，马桶盖和马桶圈会同时打开，人离开后马桶盖自动盖好，水箱自动冲水后结束工作；大便感应区收到信号后，排气扇进入工作状态，排出气体。马桶盖自动打开，马桶圈自动换取一次性坐垫，人在如厕时排气扇处在工作状态。人离开后排气扇关闭，马桶盖盖好，水箱冲水。

③马桶坐垫圈的设计更加人性化。在冬天可通电加热坐垫圈，让人远离冰冷的马桶。

④各部分工作时间都可以通过遥控器设置，对主要功能，满足不同情况的需要；一次性坐垫不足时会自动提醒更换；马桶在不工作时处在休眠状态，节省电能。带有蓄电池，在停电状态下仍可持续工作。

安心马桶的应用意义

本文设计了一个生活中已经很常见的智能马桶控制器。安心马桶采用STC12 单片机作为主控芯片，对马桶机械部分进行改进和控制以满足全自动，零接触功能，设计更加人性化。该系统不仅能给人们生活带来便利，而且可以有效改善如厕条件，从而进一步达到预防马桶传染疾病的功能，让人们的如厕更加安心，更加健康。