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一种全自动高效节水马桶的设计方案探究重庆交通大学第四届物理综合设计与科技创新竞赛论文一种智能高效节水马桶的设计方案探究摘要: 目前中国以及全世界水资源现状令人堪忧。本产品是集传感器技术、自动控制技术于一体的新一代、高科技智能化全自动高效节水马桶。通过传感器、电机、单片机、水流控制阀等装置智能感知秽物数量及强度, 通过单片机的分析综合自动调节出水量及出水时间出水强度。达到智能开启马桶盖及自动调节出水的目的。引言一、背景: 中国目前水资源状况调查据水利部统计,全国 669 座城市中有 400 座供水不足, 110 座严重缺水;在 32 个百万人口以上的特大城市中,有 30 个长期受缺水困扰。在46 个重点城市中, % 水质较差, 14 个沿海开放城市中有 9 个严重缺水。北京、天津、青岛、大连等城市缺水最为严重. 国家经贸委提出节水总体目标:至 2015 年,年总用水量控制在 700 0 亿立 中国目前主要市售马桶类型简介市场现存马桶的种类及特性分析方米以下, 约占水资源总量 亿立方米的 1/4, 符合国际用水标准。考虑我国水资源时空分布的极不均匀性, 不宜高于上述比例。全国形成稳定的、符合我国国情和国际惯例的现代化用水结构,第一产业用水占 52 %左右,第二产业为 18 %左右,生活用水 15 %左右,城市人工生态用水 15 %左右。关键词:传感器智能节水马桶水流控制阀 1 重庆交通大学第四届物理综合设计与科技创新竞赛论文二、产品创意介绍 2、1 产品描述本产品是集传感器技术、自动控制技术于一体的新一代、高科技智能化全自动高效节水马桶。该马桶的盖子与目前流行的卷帘门类似, 通过机械传动装置、感应装置与脚踏部位相连, 脚踏处采用浮动式(类似电脑键盘) 。马桶底部也安装灵敏度较高的压力传感器,该传感器与水流控制阀相连,水流控制阀亦非常灵敏。当脚踩上时,脚踏处由于受力下压传感器产生信号, 信号传至马达, 马达启动将卷帘门拉开。同理, 当人离开时,马桶盖会自动 2、2 产品性能指标分析封和。当排泄物落下时,马桶底部所受压力突然变大(由动量定理, Ft=mv,t →0,F →∞), 几乎在排泄物落下的同时压力传感器产生信号, 信号随即通过导线传至水流控制阀, 阀门开启水即流出。由于传感器与水流控制阀均非常灵敏, 在水流下的稍后瞬间水即流出, 避免了引排泄物停留时间过长产生粘滞阻力而浪费水。因此只需要极少量的水即可将排泄物冲走。此外, 由于水流时间经过精确控制, 从而提高水的利用率, 最大限度的高效节水。 2 重庆交通大学第四届物理综合设计与科技创新竞赛论文注: ①产品尺寸为暂定规格,批量生产前会以市场为主导,依据市场情况做相应改变②传感器灵敏度是依据多数情况而定(如:正常人体重 60~ 80Kg, 单鞋与地面接触面积 10c积 4~5 c 2/ cm 3)③储水量多于单次用水量的原因:增大水压,提高水的利用效率④节水率是相对目前市场上广泛使用的马桶单次用水量约 而得⑤耗电量是依据每天使用两次, 每次约十五分钟而记 m, 排泄物截面 m2 ,长 10cm, 密度约 2、3 产品原理电路图 2 重庆交通大学第四届物理综合设计与科技创新竞赛论文 2、4 产品结构简图本马桶的结构图如上图所示, 控制箱内的零件为变压器、单片机等重要部件。是整个机器的心脏、控制系统。三产品主要零部件介绍 3、1 传感器介绍 2 重庆交通大学第四届物理综合设计与科技创新竞赛论文(1) 压力传感器压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器, 而我们通常使用的压力传感器主要是利用压电效应制造而成的, 这样的传感器也称为压电传感器。晶体是各向异性的, 非晶体是各向同性的。某些晶体介质, 当沿着一定方向受到机械力作用发生变形时, 就产生了极化效应; 当机械力撤掉之后, 又会重新回到不带电的状态, 也就是受到压力的时候, 某些晶体可能产生出电的效应, 这就是所谓的极化效应。科学家就是根据这个效应研制出了压力传感器几种常见的压力传感器为 1. 应变片压力传感器 2. 陶瓷压力传感器 3. 扩散硅压力传感器 4. 蓝宝石压力传感器 5. 压电压力传感器 , 由于原理需要性, 我们要求的压力传感器必须具有高精度, 高密度的性能而纵观传感器, 它具有以下特性:1、传感器的静态特性传感器的静态特性是指对静态的输入信号, 传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系。因为这时输入量和输出量都和时间无关, 所以它们之间的关系, 即传感器的静态特性可用一个不含时间变量的代数方程, 或以输入量作横坐标, 把与其对应的输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描述。表征传感器静态特性的主要参数有:线性度、灵敏度、分辨力和迟滞等。