公共厕所智能化技术分析

谷 春 山

(北京市城市管理研究院，北京 100028)

1 智能化公厕的提出

以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，深入贯彻党的十九大和十九届三中、四中全会精神，全面贯彻落实习近平生态文明思想和按照习近平总书记对“厕所革命”作出的系列重要指示精神，为改善市民如厕环境，提升公厕服务品质。借助“十三五”期间北京市开启“第五次公厕革命”的时间窗口，结合建设“国际一流的和谐宜居之都”的契机，推进公共厕所智能化的科学研究，势在必行。

对于“厕所革命”我个人认为应该是技术的革命，运用现代化先进的技术来改变人们的如厕环境，而不是简单的公共厕所改造或增加服务配套功能。目前对于北京市公共厕所智能化技术研究方面还比较少，多数的研究只是对公共厕所的节水、节电方面的研究，目前北京市公共厕所的智能化水平较低，虽然有一些公共厕所功能比较齐全如“第五空间”和“兴舍”等，但只是如厕以外的配套服务功能，如环卫工人的休息间、上网、休闲娱乐等设施。缺少真正意义的技术方面的应用。

对我国最大的人口集散地和交通枢纽站北京西站地区公厕使用情况调研，日均客流量18万人/d～20万人/d，高峰期间日客流量达到40万人/d～60万人/d。在人流量如此密集地区的公厕经常会出现脏、臭等现象，而且还会出现严重的排队现象。如这类公厕要是引用智能化系统会很好的解决脏臭现象。

2 智能化公厕的目的和意义

智能化公厕就是利用现代微处理控制技术、传感技术、电控节水技术、空气清新技术，为人们生理代谢的场所营造良好、适宜的环境，同时为用电、排水节俭提供良好的保障，这样一个具有自动智能处理系统的人类生理代谢环境。

3 智能化公厕的技术分析

3.1 硬件系统设计框架

智能化系统以可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，以下简称“PLC中央控制器”)为核心，简称PC或PLC是一种数字运算操作的电子系统，专门在工业环境下应用而设计。它采用可以编制程序的存储器，用来在执行存储逻辑运算和顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字或模拟的输入(I)和输出(O)接口，控制各种类型的机械设备或生产过程。这样一个控制设备PLC中央控制器运用在公共厕所中可以对公厕内环境传感器数据的采集、电气设备的控制以及人为设定的控制策略可实现公共厕所的信息化、智能化。

系统框架图如图1所示。系统包含如厕人流监测、公厕环境监测、厕位使用监测、用电监测以及照明、水电闸、通风系统的控制功能。

由于公厕的规模各不相同，为了能够满足大部分公厕的智能化需求，该中控系统采用模块化设计，所有的传感器信号接口、控制接口以及存储容量都可根据实际系统定制开发。中控系统的基本配置可以满足20个～100个厕位规模的公厕。

3.2 智能化模块

1)信息采集传感器。

针对公厕的环境特点，系统对公厕的主要信息采集对象为环境温度、湿度、光照强度、二氧化碳浓度、PM10浓度、PM2.5浓度、人流量、厕位占用情况、用电量情况等，如图2，图3所示。使用的传感器具体指标如下：

a.温度：-40 ℃～85 ℃，精度±0.5 ℃;b.湿度：0%RH～100%RH，精度±3%RH;c.光照强度：0 lx～65 535 lx，精度±7%FS;d.CO2浓度：0 ppm～5 000 ppm，精度±200 ppm;e.PM10：0 μg/m3～999 μg/m3;f.PM2.5：0 μg/m3～999 μg/m3;g.人流量信息(男女厕分别采集，进出人数分别计数);h.厕位占用情况(更新周期：5 s);i.用电量统计(最大支持4路单独计量)。

2)智能化控制策略。

a.人流量统计。实现公厕的人流量信息统计。实现男女厕间人流量分别统计，每日自动将前一天的统计数据清零。当人流传感器记录的人数不合理时(离开人数大于进入人数、进入人数长期未归零等)，系统会通过当前时间、厕位占用情况、公厕内温度、CO2浓度等其他辅助信息自动进行数据修正。

b.照明自动控制。系统根据当前时间、公厕光照强度、温度、CO2浓度、厕位占用情况、人流数据等数据综合判断当前是否需要开灯，以节约用电。

c.室内环境自调。系统根据公厕内的温湿度、CO2浓度等传感器数据自动对环境舒适度进行评级，进而控制通风、除臭等设备进行环境调节。

d.信息展示与数据处理。实现公厕环境、引导信息、厕位占用等数据的直观展示，同时根据用户定制格式自动生成日、月数据报表并导出。

由于智能化的显示系统位置放在公共区域并且如厕人都能看清一目了然，所以在选择显示界面时采用了工业控制中常用的组态软件进行界面设计，如图4所示，该方案的优点如下：

1)界面设计周期短，有常用的各种控件可用，如实时曲线、历史曲线、报表系统等；

2)接入硬件设备方便，系统包含常用通讯协议的支持，运行稳定性高，扩展性强；

3)数据管理方便，组态软件自带数据库管理功能，可以实现数据的整体规划、存储等。

4 结语

本研究利用核心硬件PLC编程，通过S485总线通讯把四合一传感器、颗粒物传感器、人流量传感器、厕位占用传感器、电量统计传感器等设备传输给PLC，经过CPU运算输出给相应的控制设备。然后经过组态软件编写，通过画面屏幕展示给公厕使用者和管理者。此研究成果直观展现我市“第五次公厕革命”的成果，为政府监管部门提供有力的科技支撑，为建设“国际一流的和谐宜居之都”提供环境卫生基础，满足民众对当代社会环境卫生的需求。