卫生间自动控制装置设计
引言 1
一、系统设计方案 1
二、系统器件介绍 1
（一）霍尔元件 1
（二）红外发光二极管 2
（三）光敏三极管 2
（四）D触发器 3
（五）RS触发器 3
（六）晶闸管 4
（七）继电器 4
三、系统硬件电路 5
（一）灯光控制电路 5
（二）冲水控制电路 5
（三）系统工作原理 6
总结 8
致谢 9
参考文献 10
附录一、原理图 11
附录二、PCB图 12
附录三、元件清单 13
引言
随着人类的世界发展开始，生活用品越来越离不开了，其中马桶就是其中一种。马桶的出现是世界发展的必然趋势，同时也是人类文明的进一步提升与发展，它也日益成为一种标志。另外，在这个科技的时代，所以所有出现的新产物都是技术上的更新，马桶也结合了人性化，理性化的思想，即所谓的“智能马桶”。智能马桶的性能稳定，具有方便，节约，卫生等实用价值。
据统计，智能马桶在日本、韩国从家庭到宾馆市场使用普及率已达到90%以上，在欧美已普及到35%，而中国市场只不到百分之一，是一个具有无限广阔市场前景的投资好项目。
本设计结合了霍尔传感器,RS触发器，D触发器，晶闸管，光敏三极管等元件实现卫生间的控制自动装置。
一、系统设计方案
本卫生间控制装置具有两个功能：一是打开卫生间后，照明灯自动点亮，关门后照明灯自动熄灭，避免了用灯后忘记关灯的情况；二是无需改动原抽水马桶的装置，当如厕后，抽水马桶会自动进行抽水（另外，还可以进行手动控制）。该装置制作容易，动作稳定可靠 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
，有实用价值。灯光控制电路如图1所示、冲水控制电路如图2所示。
图1 灯光控制电路
图2冲水控制电路系统
二、系统器件介绍
（一）霍尔元件
霍尔元件示意图如图3所示，它是一种基于霍尔效应的磁传感器。用它们可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。它具有结构牢固，重量轻，体积小，寿命长，功耗小，安装方便，频率高（可达1MHZ），耐震动，不怕灰尘等一系列优点。
引脚应用如下：
1脚，电源输入；
2脚，地（负载）；
3脚，输出。
图3 霍尔元件示意图
（二）红外发光二极管
红外发光二极管如图4所示其外形和发光二极管LED相似，发出红外光。管压降约1.4v，工作电流一般小于20mA。为了适应不同的工作电压，常常在回路中串有电阻达到限流作用。
红外线发射与接收的方式有两种，其一是直射式，其二是反射式。直射式指发光管和接收管相对安放在发射与受控物的两端，中间相距一定距离；反射式指发光管与接收管并列一起，平时接收管始终无光照，只在发光管发出的红外光线遇到反射物时，接收管收到反射回来的红外光线才工作。发光二极管示意图如图2所示。
图4 发光二极管示意图
（三）光敏三极管
光敏三极管（3DU33）如图5所示，它和普通三极管相似，也有电流放大作用，只是它的集电极电流不只是受基极电路和电流控制，同时也受光辐射的控制。 通常基极不引出，但一些光敏三极管的基极有引出，用于温度补偿和附加控制等作用。发光二极管示意图如图2所示。
光敏三极管应用方面很广，比如说测量光亮度、光电隔离、非接触测量转速等。当有光照射在基区时，激发产生的电子--空穴对增加了少数载流子的浓度，使集电结反向饱和电流大大增加，这就是光敏三极管集电结的光生电流。该电流注入发射结进行放大，成为光敏三极管集电极与发射极间电流，它就是光敏三极管的光电流。可以看出，光敏三极管利用普通半导体三极管的放大作用，将光敏二极管的光电流放大了( I + hFE) 倍。所以，光敏三极管比光敏二极管具有更高的灵敏度。
图5 光敏三极管示意图
（四）D触发器
如图6所示的是D触发器74LS20，其工作原理为SD 和RD 接至基本RS 触发器的输入端，它们分别是预置和清零端，低电平有效。当SD=1且RD=0时,不论输入端D为何种状态，都会使Q=0，Q非=1，即触发器置0；当/SD=0且/RD=1时，Q=1，Q非=0，触发器置1,SD和RD通常又称为直接置1和置0端。我们设它们均已加入了高电平，不影响电路的工作。D触发器引脚图如图6所示。
触发器的应用范围很广，可用作数字信号的寄存，移位寄存，分频和波形发生等。
图6 D触发器74LS20引脚图
（五）RS触发器
基本RS触发器74LS00，引脚功能如图7所示。逻辑方程为： Qˊ=S+R′Q； 约束方程：R+S=1。
根据上述两个式子得到它的四种输入与输出的关系:：
1.当R端无效(1)，S端有效时(0)，则Q=1,Q非=0,触发器置1；
2.当R端有效(0)、S端无效时(1)，则Q=0,Q非=1,触发器置0；3.当RS端均无效时，触发器状态保持不变；
4.当RS端均有效时，触发器状态不确定。
图7 RS触发器引脚图
（六）晶闸管
如图8所示晶闸管(2P4M)是晶体闸流管的简称，又可称做可控硅整流器，以前被简称为可控硅；晶闸管是PNPN四层半导体结构，它有三个极：阳极，阴极和门极； 晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。
图8 晶闸管示意图
（七）继电器
如图9所示,固态继电器是一种无触点通断电子开关关，为达到无触点无火花地接通和断开电路的目的，它利用电子元件的开关特性，其中两个端子为输入控制端，另外两端为输出受控端。
为实现输入和输出之间的电气隔离，器件中采用了高耐压的专业光电耦合器。当施加输入信号后其主回路呈导通状态，无信号时呈阻断状态。整个器件无可动部件及触点可实现相当于常用电磁继电器一样的作用。其封装形式也和传统电磁继电器基本相同。它问世于70年代，于它的无触点工作特性，其在许多领域的电控及计算机控制方面得到日益广范的应用。
主要有以下优点：无运动零部件无动作噪声，可靠性高；对外干扰小；开关速度迅速，灵敏度高，控制功率小；具有良好的防潮、防霉、防腐性能防爆性能也极佳；半导体器件作为开关工作，寿命长；易实现附加作用；等等。
图9 继电器
三、系统硬件电路
这里介绍的这种卫生间控制装置具有两个功能：一是打开卫生间后，照明灯自动点亮，关门后照明灯自动熄灭，避免了用灯后忘记关灯的情况；二是无需改动原抽水马桶的装置，当如厕后，抽水马桶会自动进行抽水（另外，还可以进行手动控制）。该装置制作容易，动作稳定可靠，有实用价值。
（一）灯光控制电路
装置如图10所示。IC1～IC3是D触发器，其中IC1接成单稳态电路，由于其位置端S固定接地，所以Q1输出低电平。IC2、IC3均接成双稳态电路。IC2电路在刚接通电源的瞬间，有一经C4、R5微分后的正尖峰脉冲作用于复位端R，迫使IC2复位，Q2端输出低电平，晶体三极管VT1截止，双向晶闸管VS1阻断，照明灯ZD不亮，与此同时，发光二极管LED1亦不发光。
一、系统设计方案 1
二、系统器件介绍 1
（一）霍尔元件 1
（二）红外发光二极管 2
（三）光敏三极管 2
（四）D触发器 3
（五）RS触发器 3
（六）晶闸管 4
（七）继电器 4
三、系统硬件电路 5
（一）灯光控制电路 5
（二）冲水控制电路 5
（三）系统工作原理 6
总结 8
致谢 9
参考文献 10
附录一、原理图 11
附录二、PCB图 12
附录三、元件清单 13
引言
随着人类的世界发展开始，生活用品越来越离不开了，其中马桶就是其中一种。马桶的出现是世界发展的必然趋势，同时也是人类文明的进一步提升与发展，它也日益成为一种标志。另外，在这个科技的时代，所以所有出现的新产物都是技术上的更新，马桶也结合了人性化，理性化的思想，即所谓的“智能马桶”。智能马桶的性能稳定，具有方便，节约，卫生等实用价值。
据统计，智能马桶在日本、韩国从家庭到宾馆市场使用普及率已达到90%以上，在欧美已普及到35%，而中国市场只不到百分之一，是一个具有无限广阔市场前景的投资好项目。
本设计结合了霍尔传感器,RS触发器，D触发器，晶闸管，光敏三极管等元件实现卫生间的控制自动装置。
一、系统设计方案
本卫生间控制装置具有两个功能：一是打开卫生间后，照明灯自动点亮，关门后照明灯自动熄灭，避免了用灯后忘记关灯的情况；二是无需改动原抽水马桶的装置，当如厕后，抽水马桶会自动进行抽水（另外，还可以进行手动控制）。该装置制作容易，动作稳定可靠 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
，有实用价值。灯光控制电路如图1所示、冲水控制电路如图2所示。
图1 灯光控制电路
图2冲水控制电路系统
二、系统器件介绍
（一）霍尔元件
霍尔元件示意图如图3所示，它是一种基于霍尔效应的磁传感器。用它们可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。它具有结构牢固，重量轻，体积小，寿命长，功耗小，安装方便，频率高（可达1MHZ），耐震动，不怕灰尘等一系列优点。
引脚应用如下：
1脚，电源输入；
2脚，地（负载）；
3脚，输出。
图3 霍尔元件示意图
（二）红外发光二极管
红外发光二极管如图4所示其外形和发光二极管LED相似，发出红外光。管压降约1.4v，工作电流一般小于20mA。为了适应不同的工作电压，常常在回路中串有电阻达到限流作用。
红外线发射与接收的方式有两种，其一是直射式，其二是反射式。直射式指发光管和接收管相对安放在发射与受控物的两端，中间相距一定距离；反射式指发光管与接收管并列一起，平时接收管始终无光照，只在发光管发出的红外光线遇到反射物时，接收管收到反射回来的红外光线才工作。发光二极管示意图如图2所示。
图4 发光二极管示意图
（三）光敏三极管
光敏三极管（3DU33）如图5所示，它和普通三极管相似，也有电流放大作用，只是它的集电极电流不只是受基极电路和电流控制，同时也受光辐射的控制。 通常基极不引出，但一些光敏三极管的基极有引出，用于温度补偿和附加控制等作用。发光二极管示意图如图2所示。
光敏三极管应用方面很广，比如说测量光亮度、光电隔离、非接触测量转速等。当有光照射在基区时，激发产生的电子--空穴对增加了少数载流子的浓度，使集电结反向饱和电流大大增加，这就是光敏三极管集电结的光生电流。该电流注入发射结进行放大，成为光敏三极管集电极与发射极间电流，它就是光敏三极管的光电流。可以看出，光敏三极管利用普通半导体三极管的放大作用，将光敏二极管的光电流放大了( I + hFE) 倍。所以，光敏三极管比光敏二极管具有更高的灵敏度。
图5 光敏三极管示意图
（四）D触发器
如图6所示的是D触发器74LS20，其工作原理为SD 和RD 接至基本RS 触发器的输入端，它们分别是预置和清零端，低电平有效。当SD=1且RD=0时,不论输入端D为何种状态，都会使Q=0，Q非=1，即触发器置0；当/SD=0且/RD=1时，Q=1，Q非=0，触发器置1,SD和RD通常又称为直接置1和置0端。我们设它们均已加入了高电平，不影响电路的工作。D触发器引脚图如图6所示。
触发器的应用范围很广，可用作数字信号的寄存，移位寄存，分频和波形发生等。
图6 D触发器74LS20引脚图
（五）RS触发器
基本RS触发器74LS00，引脚功能如图7所示。逻辑方程为： Qˊ=S+R′Q； 约束方程：R+S=1。
根据上述两个式子得到它的四种输入与输出的关系:：
1.当R端无效(1)，S端有效时(0)，则Q=1,Q非=0,触发器置1；
2.当R端有效(0)、S端无效时(1)，则Q=0,Q非=1,触发器置0；3.当RS端均无效时，触发器状态保持不变；
4.当RS端均有效时，触发器状态不确定。
图7 RS触发器引脚图
（六）晶闸管
如图8所示晶闸管(2P4M)是晶体闸流管的简称，又可称做可控硅整流器，以前被简称为可控硅；晶闸管是PNPN四层半导体结构，它有三个极：阳极，阴极和门极； 晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。
图8 晶闸管示意图
（七）继电器
如图9所示,固态继电器是一种无触点通断电子开关关，为达到无触点无火花地接通和断开电路的目的，它利用电子元件的开关特性，其中两个端子为输入控制端，另外两端为输出受控端。
为实现输入和输出之间的电气隔离，器件中采用了高耐压的专业光电耦合器。当施加输入信号后其主回路呈导通状态，无信号时呈阻断状态。整个器件无可动部件及触点可实现相当于常用电磁继电器一样的作用。其封装形式也和传统电磁继电器基本相同。它问世于70年代，于它的无触点工作特性，其在许多领域的电控及计算机控制方面得到日益广范的应用。
主要有以下优点：无运动零部件无动作噪声，可靠性高；对外干扰小；开关速度迅速，灵敏度高，控制功率小；具有良好的防潮、防霉、防腐性能防爆性能也极佳；半导体器件作为开关工作，寿命长；易实现附加作用；等等。
图9 继电器
三、系统硬件电路
这里介绍的这种卫生间控制装置具有两个功能：一是打开卫生间后，照明灯自动点亮，关门后照明灯自动熄灭，避免了用灯后忘记关灯的情况；二是无需改动原抽水马桶的装置，当如厕后，抽水马桶会自动进行抽水（另外，还可以进行手动控制）。该装置制作容易，动作稳定可靠，有实用价值。
（一）灯光控制电路
装置如图10所示。IC1～IC3是D触发器，其中IC1接成单稳态电路，由于其位置端S固定接地，所以Q1输出低电平。IC2、IC3均接成双稳态电路。IC2电路在刚接通电源的瞬间，有一经C4、R5微分后的正尖峰脉冲作用于复位端R，迫使IC2复位，Q2端输出低电平，晶体三极管VT1截止，双向晶闸管VS1阻断，照明灯ZD不亮，与此同时，发光二极管LED1亦不发光。
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