基于单片机的智能出水水龙头的设计

佟志博

辽宁锦州渤海大学工学院

基于单片机的智能出水水龙头的设计

佟志博

辽宁锦州渤海大学工学院

本文主要围绕着基于单片机的智能感应式自动水龙头进行了设计，设计中包括了硬件设计和软件设计，主要是介绍单片机程序设计的流程，控制模块以及键盘按键模块。本文设计的智能水龙头，根据用户的需求量自动排出水量，同时还能显示用水量，还具有节水的功能。

单片机 智能水龙头 红外线

1 引言

传统意义上的供水的水龙头是不受任何限制的，这样从而会大大地造成资源的极大浪费。随着社会的不断发展，科学技术的领先，传统的水龙头逐步被感应式以及脚碰式和手触式所代替。在生活中应用感应式水龙头在一定程度上会减少水资源浪费，而且还提高卫生安全方面保障，但是这种感应式水龙头在一定程度上所投入的资金成本相对而言比较贵。现今，关于自动水龙头不仅是国内，国外也有很多方面研究，并且取得了一定发展。

2 系统工作原理

本文设计的水龙头是基于红外线感应式的水龙头，水龙头的出水量主要是按照手和水龙头之间的距离远近从而判读出水量。对手与水龙头距离的检测需要依靠一个检测元件，该器件的工作原理主要是运用到了红外线，当水龙头在设定的距离中出现了障碍物，那么障碍物就会反射出强度不同的红外线，从而检测出障碍物和水龙头之间的距离，这样就能够根据障碍物对水龙头的出水量进行控制。系统的总体结构图如图1所示。

图1 系统总体结构图

红外线测距传感器的组成部分包括的部件有发射红外信号的二极管和接收红外线的二极管，当二极管处于工作状态的时候会根据红外信号频率的不同而发射出不同的红外线。同时接收红外线的二级管会接收产生对应的频率的信号，当检测方向中有障碍物产生的时候，红外信号就会处于发射的状态中，而且这时需要依靠接收二级管实现接收红外信号，接着就会通过数字传感器的接口将信号发送给单片机，最终经过其他方面对信号控制处理。

图2 总体电路图

3 系统电路图

本文主要是围绕着基于单片机对水龙头展开控制的智能出水水龙头的设计。总体电路图如图2所示。

4 系统设计模块

4.1 单片机控制模块

单片机选择的模型是STC89SC52。根据单片机自身的定时以及计数器在中断定时配合延时程序从而完成对时间准确地确定以及延时等功能。当通过单片机对电磁阀进行驱动的时候，1/0接口和继电器就要连接一个uLN2003AN的驱动电路。单片机的I/O接口电路如图3所示。

图3 单片机的I/O接口电路图

4.2 键盘模块

系统中按键一共有10个，分别表示的数字是从0到9，此外还包括了6个功能按键。键盘模块中的矩阵为4*4，选用中断扫描的方式实现。如果在错误地按下键盘按键的时候，会使得键盘扫描出现错误。键盘按键功能表如表1所示。

4.3 红外发射电路

红外发射电路选择的发射管型号是TCRT5000传感器，这个发射管的组成部分主要是包括了高发射功率红外光电二极管，当电路中的电源接通了以后，单片机就会将低电平发送到电路中去，接着红外光脉冲就会没隔0.5秒的时间发送的进行红外线的发射。

4.4 红外接收电路

在红外的接收电路中，电路中能对红外线进行接收，通过检测器红外光敏三极管能够让器件形成的受光区域范围达到最大。将电滤波添加到放大器端中，能够减小低频区域以及高频区域受到的干扰。检测数据的时候通常选择的器件是峰值检测器。水流传感器中的发出的脉冲信号会发送给单片机进行处理，根据处理的结果对电磁阀阀门开关的控制，从而智能控制水流。

4.5 红外收发模块

在红外收发的模块中运用的是红外发射和红外接收集成起来，该模块中所包括的电路有红外发射电路以及实现信号接收和放大处理的电路。如果信号线的输出端为高电平，那么将固定频率的红外线发出之后，如果该红外线遇到了障碍物，接收电路就会将障碍物发射回来的信号经过放大电路处理，最终实现了输出端的电平为低电平。

5 单片机程序设计的流程图

单片机程序设计流程图如图4所示。

图4 单片机程序设计流程图

结语：本文设计的基于单片机的智能水龙头，实现了水龙头根据用户的需求量自动排出水量，同时还能显示用水量，系统中还运用了红外线，当在规定的范围之内障碍物的时候，水龙头会排出水。本文设计的水龙头在很大程度上节省了水，对于节约资源以及环保方面有着很大的理论意义和实践意义。但是由于材料的限制，还无法实现该水龙头可以适应不同温度以及不同流体的场合。

[1]宋玉蝶，徐梦瑶，孙雨婷，等.基于水量感应器原理的新型水龙头结构设计及原理研究[J]. 科技创新与应用，2016(20)

[2]莫建麟，王玉晶. 基于单片机的恒温水龙头设计[J].现代电子技术，2009， 32(19):146-147

[3]胡思健，王卫星，钟文进.3D环形出水智能节水水龙头[J].电子设计工程，2013，21(20):159-161

[4]吕志刚，王鹏. 基于STC89C58单片机淋浴节水控制器设计[J].自动化与仪表，2011，26(1):57-60

表1 按键功能表