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1、智能马桶设计绪 论1.1 引言本章将着重介绍智能马桶的研究背景及对人们生活水平提高意义，并对智能马桶技术的发展现状以及国内外的发展趋势做出介绍。最后给出作者所完成的工作，以及对本文各个章节的主要内容做出概括性的介绍。1.2 智能马桶的研究背景智能马桶的出现给人们的生活带来了巨大的方便，特别是在经济高度发达，生活节奏日益加快的今天。“智能马桶在国外非常普及，在国内虽未形成主流，但佛山企业在这方面走得还算比较早，产品已经呈现一定的规模。”中国陶瓷工业协会佛山办事处主任蓝卫兵表 示。据了解，佛山目前主要生产和销售智能马桶的有益高、法恩莎、箭牌、英皇、浪鲸、鹰卫浴、恒洁、安华、金牌、澳斯曼、瑝玛、东鹏
2、、冠珠、新泰和、尚高、 卫欧等20家左右的卫浴企业。记者从以上品牌企业的营销中心以及官方网站了解到，智能马桶占所有产品的比例是比较低的，大部分企业只是推出一个系列，或者 是几个型号的产品。而我们在专卖店上也可以留意到，智能马桶也许摆放在最显眼的位置，但款式不多。“法恩莎从2001年开始生产和销售智能马桶产品，目前 销售情况还算比较满意，但智能马桶的销售额占所有产品销量的3%左右。”法恩莎产品部经理袁水波表示。而新明珠陶瓷市场部有关负责人告诉记者，新明珠旗下 的冠珠卫浴在2008年便推出了智能马桶，之后销售量每年都有相应的增长，但销售量相对其他产品来说仍然较小。 据了解，目前佛山智能马桶中的智能
3、芯片主要来自于韩国、日本、德国等国家，也有些是来自国内台州、上海等地区。“韩国、日本、德国、美国等国家的智能 马桶普及率是非常高的，而他们智能马桶的研发和生产系统比较完善，国内不少企业的智能芯片和控制技术是直接运用国外的。”据业内资深人士透露。此外，很多 佛山企业的智能马桶是在潮州或台州的某些企业贴牌生产的，当然也有部分企业是自主生产。总的来说，佛山企业智能马桶虽然有一定的生产规模，但销售情况却没 有预期中理想。1.3智能马桶的发展现状及趋势智能马桶的发展状况卫浴革新智能马桶可以说是卫浴职业对比热的论题。水洗代替了清洁纸，引发了一场卫浴革新，科技、便利、清洁，这是往后卫浴开展的趋势。而对广阔的
4、消费者来说通常的新商品都有一个从认知到承受再到追捧的进程。2011年卫浴职业的电子商务风十分强烈。51陈述在线研讨员在卫浴产区查询时发现，职业上约有90%的卫浴公司已不一样程度地试水电子商务，而剩余5%左右的公司都在为施行电子商务而预备着。2011年中国修建清洁陶瓷工业总产值3861亿美元。但市场占有率超越10%的巨型陶瓷卫浴公司身在何处，仍是一个极大的悬念。那些注重品牌建造，注重商品自创与特征化的公司，注重进步出产技能、技能配备、办理技能的公司，注重结构调整、降低成本的陶瓷卫浴公司，或许会变成职业的领军者，更会变成出口转型的领头羊。智能座便器外型时尚、环保健康，遭到消费者的热心追捧。2011
5、年因为职业竞赛加重，智能座便器价格比前几年下降了许多。在市场上，智能座便器归于新商品，相对于传统的陶瓷洁具来说，智能座便器是归于一项与民众休戚相关的环保技能领域的创造，是一项完全打破传统冲水式坐便器及简便式便槽不清洁、不环保的旧形式环保型技能。特别是在国内市场的认可度和占有率都还有十分大的进步空间。中国智能座便器工业最为会集的主要是浙江区域，已具有必定的工业集群优势。 立异开展智能座便器归于更新换代的革新性商品，投合了将来人性化的卫浴开展趋势，智能座便器是以微电脑数字处理系统、纳米资料、激光或热合等老练的高科技含量为技能手段，到达和完成传统的冲水式坐使器、简便式便槽底子无法处理的污染与环保相对
6、立的疑问。然后不只从技能上和方法上甚至村料上都是新打破与变革。2012-2016年时间，跟着卫浴节能减排国家标准深化履行，中国智能座便器商品将遭到越来越多消费者认可，尤其是80后一代，他们寻求质量日子，进一步影响智能座便器市场需求。陈述在线研讨猜测，2012-2016年智能座便器市场规模将到达1500亿元，而因为出产成本上升，出口受阻，将进一步紧缩座便器出产厂家赢利空间，其价格会坚持平稳态势。因而，智能座便器公司在2012-2016年时间，应活跃进步公司职业诺言，逐步进步公司经营功率，开辟推广途径新形式，立异驱动效劳形式开展。2系统总体设计2.1智能马桶的工作原理智能马桶的设计包括人体红外线信
7、号采集电路，这种人体红外线感应电路由SM9576搭接成， SM9576是一个红外线传感控制器,内部包含红外线发射驱动和红外线接收、检测电路,当发射出去的红外线信号被物体反射回来,由接收管接收、放大、检测,再由输出电路去控制执行机构。它可以广泛应用于高级宾馆和现代居室洗手间里的水龙头阀门、皂液供给机、手干燥器、香水喷雾器等方面的自动化装置上,还可开发应用在博物馆防近语音报警、防盗报警及红外检测器中。具有非常广泛的应用。座圈压力传感器由P3000401G压力传感器组成与数模转换芯片5G14433以及译码芯片5G4511，5G1413，数码显示管共同组成了人体秤部分，这就是说，智能马桶不仅可以实现马
8、桶的作用还可以用来称体重，同时压力传感器的内部信号也可以被提取，供外围电路使用。也可以作为冲水的信号使用。直流电动机，主要用来调节洗净喷头的位置，当需要洗净的时候，直流电动机正转，使喷头瞄准在固定的位置，然后输入信号将电磁阀打开，水从喷头喷出，当一段时间后，电磁阀关闭，喷头不再喷出水，然后输入信号使喷头回归原位，采用直流电动机的原因是直流电动机通常转速较快，只给一个短时间的电平就可达到目标位置，而步进电动机虽然精确，但是逻辑变成却很复杂。烘干电路主要由300w电热丝和直流电动机组成，当洗净完毕，电热丝迅速加热电动机转动，将热风吹出，达到烘干的目的这一过程可通过FPGA编程控制吹风机工作的时间。
9、但是需要电磁继电器的配合。烘干电路有两种模式。冷风烘干和热风烘干。水箱加热电路是由FPGA控制的可编程加热电路作用是将水箱里的水加热，用作洗净功能。臭氧和负离子发生的量、作用时间可根据需要进行控制。有遥控和定时功能。可广泛用于医疗卫生、公共娱乐、家庭、办公室等场所的空气杀菌消毒和净化。同时，它能够克服常用的过氧乙酸、过氧化氢、次氯酸纳等消毒剂对环境、物体、人体等具有一定的污染、腐蚀和损害等负面作用，且存在着杀毒时间短、消毒时人必须离去、留有消毒剂残留物等弊端。特别是克服了其中含氯消毒剂还存在产生三氯甲烷、四氯化碳等“三致”（致畸变、致突变和致癌）的潜在危害，是一种现代、科学、理想的消毒方法。
10、臭氧发生器的电路由三极管VT1、VT2与电感线圈L1一13、脉冲变压器T、限流电阻器R1、充电电容器C3,双向触发二极管叨5等组成推挽振荡电路；滤波电感线圈L0,整流二极管VD1与滤波电容器C1、C2等组成半波整流滤波电路。 接通电源，交流220V电压经LO滤波，VD1整流后，在C1两端产生十280V左右的电压，供给推挽振荡电路。 在开机瞬间，VT1导通。由于C3的充电作用，双向触发二极管VD5截止。当C3两端的充电电压升至32V时，VD5被触发而导通，使VT2导通。在VT2导通期间，C3逐渐放电，又使VT2截止。VTl导通后，在脉冲变压器T的作用下，L1、L2上产生正反馈电压，此电压分别加至
11、VTl和VT2的基极，使VTl和VT2交替导通与截止（即VTl导通时，VT2截止；VT2导通时，VTl截止），推挽振荡电路振荡工作。 推挽振荡电路工作后，在脉冲变压器T的二次侧绕组L6上产生脉冲高压，使臭氧发生片VG工作，产生臭氧。座圈加热电路是由电热丝和220V交流电源构成，有三个档位，按遥控器上“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38摄氏度、约42摄氏度。 当座温指示信号条为一格时对应座圈温度为不加热，当座温指 示信号条为两格时对应座圈温度约为34摄氏度，当座温指示信号条为三格时对应座圈温度约为38摄氏度，当座温指示信号条为四格时对应座圈温度约为4
12、2摄氏度。电磁阀驱动电路的工作原理，电磁阀里有密闭的腔，在的不同位置开有通孔，每个孔都通向不同的油管，腔中间是阀，两面是两块电磁铁，哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边，通过控制阀体的移动来档住或漏出不同的排油的孔，而进油孔是常开的，液压油就会进入不同的排油管，然后通过油的压力来推动油刚的活塞，活塞又带动活塞杆，活塞竿带动机械装置动。这样通过控制电磁铁的电流就控制了机械运动。2.2 人体红外线信号采集电路红外感应系统采用SM9576集成芯片。SM9576是一个红外线传感控制器，内部包含红外线发射驱动和红外线接收、检测电路，当发射出去的红外线信号被物体反射回来，由接收管接收、放大、检测，再由输
13、出电路去控制执行机构。根据实际需要，需要使得在有人的感应出现和人停留的整个过程中，输出一个持续的电平，当SM9576的P0，P1都断开时，0UT0的输出符合要求，只是在有感应时输出高电平，在没有感应时输出的是低电平。在没有人经过时，电路处于不断向外发射红外线的状态，由20引脚和15引脚之间的二极管向外发射红外线当有人来到时，发射出去的红外线探测到人体后被反弹回来，被18引脚和17引脚之间的二极管所感知，因而在12引脚上，从原有的低电平跳变为高电平，并且在人一直未离开的过程中持续保持高电平，当人离开后，又变回低电平。由于红外线感应都包含一定的距离限制，此感应电路是依靠104电容来实现距离控制的，
14、电容的大小直接决定了可以感应距离的大小，当电容在0.01uf-0.1uf之间变换，感应距离从5cm-25cm。2.3 座圈压力传感器为应变式电阻传感器的直流输入端，在电路中它采用电阻分压的方法提供稳定的直流电源，为应变片电阻，,的初始值= ，当受应变机构到外界压力作用时其内部的电阻率发生变化，cd两端产生电势差。将微小的电势用运算放大器进行放大。下图为P3000-401G型应变片本次设计中的座圈压力传感器就是以这种应变片为基础搭接成的，下面为传感器内部示意图，是由单臂电桥构成。实物图如下为座圈压力传感器的外部器件示意图，放于座圈内部，传感器有四根引线，其中两根为电源线和接地线，两外两根为输出线
15、，两根输出线间的电势差大小代表了压力的大小，在人坐在座圈上的时候，将两根输出引线上的电势差作为信号，输送给FPGA芯片。座圈压力传感器的放大部分如下采用两级放大，都为同相放大器。座圈压力传感器综合电路43231芯片1为5G14433，是一种数模转换器，能够将PG3000-401G感应出的微小电压先放大然后再进行模数转换经过译码芯片（2）5G4511，和驱动译码芯片（4）5G1413在数码显示管（3）上显示出来，因此马桶不仅实现了座圈压力传感器，还实现了测体重的功能。最后将座圈压力信号传入FPGA芯片。显示详细图部分如下，5G14433为模数转换器，5G4511为译码器，5G1413为驱动显示译
16、码器，人体体重信号经过传感器，运算放大器之后被输入到被测电压中，经模数转换，译码，和驱动作用在显示评上显示出来。2.4 步进电机电2路步进电机主要用来调节洗净喷头的位置，当需要洗净的时候，步进电动机正转，使喷头瞄准在固定的位置，然后输入信号将电磁阀打开，水从喷头喷出，当一段时间后，电磁阀关闭，喷头不再喷出水，然后输入信号使喷头回归原位，采用步进电动机的原因是步进电动机通常比较精确，只给一个短时间的电平就可达到目标位置，它的具体工作方式如下：当PWM1为高电平，PWM2为低电平的时候，与PWM1相连的三级管导通使三极管Q5导通，电机的上部为+12V，电机的下部与导通的三极管与地相连，此时电机正转
17、。当PWM2为高电平，PWM1为低电平的时候，与PWM2相连三级管导通使三极管Q6导通，电机的下部为+12V，电机的上部通过导通的三极管与地相连，此时电机反转。步进电机电路程序如下RTL仿真图如下2.5 烘干电路烘干电路的结构主要是由四个二极管构成的整流滤波电路将高压交流转化为低压直流后驱动直流电机转动，直流电机转动产生的风通过电热丝后被加热到适合的温度，然后吹向潮湿处，如图为烘干电路示意图，其中 M为直流电动机，EH为功耗为300W的电热丝，R为保护电阻。2.6 水箱加热电路水箱加热电路是通过控制信号从低电平变到高电平实现的，当控制信号从低电平变成高电平的时候，通过反向器的作用，1点原有的高
18、电平变为低电平，因而发光二极管LED1导通并且发光，LED1与1N5758所在的空间是一个无光密闭的空间，为了避免外界的干扰，因此当LED1发光时，可控硅IN5758受到光的作用导通，与之同时，必和贿赂3，4，5，中导通，即2N5446同时导通，使得220V电源与R4构成的闭合回路闭合，电阻丝中有电流通过，加热过程开始，当控制信号由高电平变为低电平时，发光二极管熄灭，可控硅截止，加热停止。2.7 除臭电路臭氧和负离子发生的量、作用时间可根据需要进行控制。有遥控和定时功能。可广泛用于医疗卫生、公共娱乐、家庭、办公室等场所的空气杀菌消毒和净化。同时，它能够克服常用的过氧乙酸、过氧化氢、次氯酸纳等消
19、毒剂对环境、物体、人体等具有一定的污染、腐蚀和损害等负面作用，且存在着杀毒时间短、消毒时人必须离去、留有消毒剂残留物等弊端。特别是克服了其中含氯消毒剂还存在产生三氯甲烷、四氯化碳等“三致”（致畸变、致突变和致癌）的潜在危害，是一种现代、科学、理想的消毒方法。 臭氧发生器的电路由三极管VT1、VT2与电感线圈L1一13、脉冲变压器T、限流电阻器R1、充电电容器C3,双向触发二极管叨5等组成推挽振荡电路；滤波电感线圈L0,整流二极管VD1与滤波电容器C1、C2等组成半波整流滤波电路。 接通电源，交流220V电压经LO滤波，VD1整流后，在C1两端产生十280V左右的电压，供给推挽振荡电路。 在开机
20、瞬间，VT1导通。由于C3的充电作用，双向触发二极管VD5截止。当C3两端的充电电压升至32V时，VD5被触发而导通，使VT2导通。在VT2导通期间，C3逐渐放电，又使VT2截止。VTl导通后，在脉冲变压器T的作用下，L1、L2上产生正反馈电压，此电压分别加至VTl和VT2的基极，使VTl和VT2交替导通与截止（即VTl导通时，VT2截止；VT2导通时，VTl截止），推挽振荡电路振荡工作。 推挽振荡电路工作后，在脉冲变压器T的二次侧绕组L6上产生脉冲高压，使臭氧发生片VG工作，产生臭氧。2.8座圈加热电路座圈加热电路是由电热丝和220V交流电源构成，有三个档位，按遥控器上“座温调节”按键可调节
21、座圈温度。座圈温度可设 定为座圈不加热、约34摄氏度、约38摄氏度、约42摄氏度。 当座温指示信号条为一格时对应座圈温度为不加热，当座温指 示信号条为两格时对应座圈温度约为34摄氏度，当座温指示信号条为三格时对应座圈温度约为38摄氏度，当座温指示信号条为四格时对应座圈温度约为42摄氏度。2.9电磁阀驱动电路电磁阀驱动电路的工作原理，电磁阀里有密闭的腔，在的不同位置开有通孔，每个孔都通向不同的油管，腔中间是阀，两面是两块电磁铁，哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边，通过控制阀体的移动来档住或漏出不同的排油的孔，而进油孔是常开的，液压油就会进入不同的排油管，然后通过油的压力来推动油刚的活塞，活塞
22、又带动活塞杆，活塞竿带动机械装置动。这样通过控制电磁铁的电流就控制了机械运动。2.10 总设计框图总体设计框图如下结 论随着社会经济的发展，人们的生活水平越来越高，智能马桶开始成为了家庭生活的必需品。根据智能马桶行业的发展现状和趋势表明，智能马桶的出现给人们的生活带来了巨大的方便，特别是在经济高度发达，生活节奏日益加快的今天。“智能马桶在国外非常普及，在国内虽未形成主流，但这方面走得还算比较早，产品已经呈现一定的规模。”智能马桶的研究，包含了许多电子信息学知识，例如，数字电子技术，传感器与测控技术，EDA技术，高频电子技术等等，智能马桶的设计主要是通过将软件与硬件相结合，先将部分电路各自设计，
23、模拟整合，再降部分电路加以分析整理整合，最后融入到一个整体电路里，再用EDA技术将其整体化，在学习汇总我收获了许多知识致谢为期几周的EDA课程结束了，在论文的完成过程中，我得到了很多人的热情帮助，在他们的帮助和指导下，我克服了诸多困难，顺利的完成了课题的研究。因此在这里，我要衷心的感谢他们。但最要感谢的感谢孟祥斌老师对我论文的悉心指导，本课题的具体工作都是在他的指导下完成的。从课题的选定、资料的收集、论文的撰写修改等各个环节，他都倾注了大量的精力。，无论是在工作中还是在学习上，都使我深受教育。同时，孟祥斌老师的博学多识、严谨的治学态度、对科研工作的无限热爱和无私奉献的精神，都使我受益匪浅。在此
24、谨向孟祥斌老师致以深深的敬意和诚挚的谢意！在这次课程设计中，我收获了许许多多的新知识，许多电子信息学知识，例如，数字电子技术，传感器与测控技术，EDA技术，高频电子技术等等，这次的课程设计将会是我最大的收获，也将会成为我今后生活工作学习中最大的财富，这会使我终身受益。忙碌的几个星期结束了，虽然在这次的设计中遇到了不少的困难，但是黑暗过去了就会迎来彩虹，经过不厌其烦的思索，筛选，我最终还是完成了本次的设计，虽然说是完成了，但是还是要感谢老师，老师给了我很多的帮助，感谢同学，在我需要帮助的时候也给了我一定的支持，还要感谢学校，学校为我们提供了这样一个锻炼的机会，我会继续努力，成就一番事业的。最后，
25、感谢其他所有曾经帮助过我的老师、同学和朋友们。感谢你们一直以来对我的支持和鼓励以及为我所做的一切。参考文献1董磊，王平，胡慧慧基于PIc单片机的智能厕所自动冲水装置设计J节能，2005(4)：45462陈一辉，洪志良，易婷一种新颖的单片集成红外传感信号处理器J固体电子学研究与发展，2003，5(2)：74763宋战校单片红外传感控制集成电路sM9576J国外电子元器件，1998，4(4)：40一414李刚，李巧真，孙宏军51单片机节电模式的应用J制造业自动化，2000(11)：57605尚笠，葛元庆，周润德，等80c51微处理器嵌入式内核的设计研究J微电子学，2000，1(30)：28306金
26、文高性能单片机AT89C1051ZT89C2051的原理及应用J国外电子元器件，1997(9)：27307张仁俭基于89C2051单片机的红外遥控装置及应用口航天制造技术，2005(3)：21238王亚晓基于电话网的家用电器远程控制系统的设计J现代电子技术，2007，30(21)：1241269李开国 ,王龙祥.生化分析仪器理论及其应用M .上海:上海科学技术文献出版社 ,1996.10Li GJ ,Shen W M ,Wang C B. The evaluation of ZS 3semi automatic biochemical analyzer J . Progress inBioch
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