CN211421305U - 一种基于Arduino的自动升降式小便池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于Arduino的自动升降式小便池，包括：池体、Arduino控制器、升降装置、传感模块、水泵；池体连接有进液管与排液管，进液管远离池体的一端与水泵连接；Arduino控制器分别与升降装置、传感模块、水泵控制连接；其中，水泵用于池体的冲洗开与关，升降装置用于池体的位置升降，传感模块用于探测池体前的距离信息和高度信息，Arduino控制器用于根据距离信息控制水泵的开与关，以及根据高度信息控制升降装置的升降。本实用新型可根据距离信息变化准确探测出是否有人需要使用小便池，根据高度信息可实现池体位置与不同人群的适配，具有人性化、适用人群广、清洁卫生的技术特点。

Description

一种基于Arduino的自动升降式小便池

技术领域

本实用新型属于卫生洁具领域，尤其涉及一种基于Arduino的自动升降式小便池。

背景技术

厕所是现代化城市建设的一部分，关乎到城市的形象和人文关怀。厕所环境的好坏和设置的人性化从一定程度上影响了整个城市的文明建设的发展。实际上厕所的设计包括了一系列的社会问题如环境卫生问题、医疗问题、公共设置的维护问题等，所以人性化的厕所在社会文明建设上愈发重要。

现如今，在公共厕所或家庭中的小便器的安放都是普遍按照固定的高度来安装，但是现实中人的高度不固定，特别是对于那些身材比较矮小的人群，如孩童上厕所，往往需要家长举起孩童进行上厕所，如此，固定高度的小便器显得极为不方便。而且高度固定的小便器容易使得部分人群在排尿的同时溢出到小便器外，增加了环境的污染和清洁负担。

实用新型内容

本实用新型的技术目的是提供一种基于Arduino的自动升降式小便池，具有人性化、适用人群广、清洁卫生的技术特点。

为解决上述问题，本实用新型的技术方案为：

一种基于Arduino的自动升降式小便池，包括：池体、Arduino控制器、升降装置、传感模块、水泵；池体连接有进液管与排液管，进液管远离池体的一端与水泵连接；Arduino控制器分别与升降装置、传感模块、水泵控制连接；其中，水泵用于池体的冲洗开与关，升降装置用于池体的位置升降，传感模块用于探测池体前的距离信息和高度信息，Arduino控制器用于根据距离信息控制水泵的开与关，以及根据高度信息控制升降装置的升降，距离信息为池体前出现的障碍物距离池体的距离，高度信息为池体前出现的障碍物的高度。

进一步优选的，Arduino控制器包括判断模块、控制模块；判断模块被配置为根据距离信息判断小便池状态，其中，若距离信息由大变小且小于第一阈值时，则表示有人需要使用小便池，若距离信息由小变大且大于第二阈值时，则表示有人刚使用完小便池；控制模块被配置为根据小便池状态进行水泵与升降装置的控制，其中，若有人需要使用小便池，则控制水泵进行池体的便前冲洗，并根据高度信息控制升降装置进行池体的位置调节；若有人刚使用完小便池，则控制水泵进行池体的便后冲洗，并控制升降装置进行池体的位置归位。

进一步优选的，判断模块还被配置为对距离信息变化出现的时间进行计时，若大于预设时间则进行小便池状态的判断，否则认为无人需要使用小便池。

进一步优选的，升降装置包括丝杆步进电机、移动架、导轨，移动架设于导轨上，移动架与池体固定连接，丝杆步进电机用于驱动移动架沿导轨上下升降。

进一步优选的，Arduino控制器连接有电源驱动芯片，Arduino控制器通过控制指令控制电源驱动芯片进行丝杆步进电机的驱动控制。

进一步优选的，传感模块包括超声波传感器或红外测距传感器或激光测距传感器中的任意一种或多种组合。

进一步优选的，Arduino控制器连接有继电器，Arduino控制器通过控制指令控制继电器进行水泵的开与关。

本实用新型与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

1)本实用新型通过传感模块探测池体前的距离信息和高度信息，即池体和使用者之间的距离信息、使用者的高度信息，根据距离信息的变化，可以准确探测出是否有人需要使用小便池，从而控制水泵的开与关，可实现池体的自动冲洗，根据高度信息控制升降装置的升降，可实现池体与使用者的适配，借助此设计，不仅给予了使用者方便，而且适用于不同的人群，防止高度差太大给周围环境带来的污染，达到了人性化、适用人群广、清洁卫生的技术效果；

2)本实用新型中，Arduino控制器的判断模块通过前方障碍物出现的时间来判断池体前的人是否为真正上厕所人群，将短暂出现对应的传感模块采集的数据波形上可以认为是噪声点，以提高判定的准确率，同时，这样设计大大节约了水资源。

附图说明

图1为本实用新型的一种基于Arduino的自动升降式小便池的整体结构图；

图2为本实用新型的一种基于Arduino的自动升降式小便池的硬件框图；

图3为本实用新型的一种基于Arduino的自动升降式小便池的升降装置结构图；

图4为本实用新型的一种基于Arduino的自动升降式小便池的工作流程图。

附图标记说明：

1-Arduino控制器；11-电源驱动芯片；12-继电器；21-池体；22-进液管；23-排液管；3-升降装置；31-步进电机；32-丝杆；33-导轨；34-移动架；35-导轨支撑座；4-传感模块；41-水平探测传感器；42-高度探测传感器；5-水泵。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本实用新型的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的一种基于Arduino的自动升降式小便池作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。

参看图1和图2，本申请提供了一种基于Arduino的自动升降式小便池，包括：池体21、Arduino控制器1、升降装置3、传感模块4、水泵5；池体21连接有进液管22与排液管23，进液管22远离池体21的一端与水泵5连接；Arduino控制器1分别与升降装置3、传感模块4、水泵5控制连接；其中，水泵5用于池体21的冲洗开与关，升降装置3用于池体21的位置升降，传感模块4用于探测池体21前的距离信息和高度信息，Arduino控制器1用于根据距离信息控制水泵5的开与关，以及根据高度信息控制升降装置3的升降，距离信息为池体21前出现的障碍物距离池体21的距离，高度信息为池体21前出现的障碍物的高度。

现对本实施例的结构进行具体说明：

具体地，参看图1，本实施例的池体21的顶部经过进液管22与水泵5连接，水泵5可输出一定水压的水对池体21进行冲洗，池体21的底部连接有排液管23，排液管23用于池体21中液体的排出，池体21的正面为小便池的使用侧，池体21的背面与升降装置连接，升降装置可驱动池体21上下移动。

具体地，参看图3，升降装置包括丝杆步进电机、移动架34、导轨33，丝杆步进电机为以丝杆为驱动轴的步进电机，导轨33通过导轨支撑座35固定于小便池的安装面上，移动架34开设有导向孔，导轨33穿过导向孔，以实现移动架34的移动导向，移动架34上还设有螺母，螺母与丝杆32驱动连接，采用丝杆32和螺母相啮合，将旋转运动转化为线性运动，使具有螺母的移动架34沿丝杆32轴向方向来回移动，从而使池体21上下升降。丝杆步进电机，或称线性步进电机，是由磁性转子铁芯通过与由定子产生的脉冲电磁场相互作用而产生转动，丝杆步进电机在电机内部把旋转运动转化为线性运动。

同样地，也可以在电机内置一个带内螺纹的转子，以转子的内螺纹和螺杆相啮合而实现升降线性运动。而本实施例采用的是以螺杆作为电机出轴，在电机外部通过一个外部驱动螺母和螺杆相啮合从而实现直线运动，这样做的结果是大大简化了设计，能够在不安装外部机械联动装置的情况下直接使用丝杆步进电机进行精密的线性运动。

具体地，参看图2，Arduino控制器1连接有电源驱动芯片11，Arduino控制器1通过控制指令控制电源驱动芯片11进行丝杆步进电机的驱动控制。Arduino将计算后的圈数发送给丝杆步进电机，但是由于丝杆电机上挂载的物体较重，所以需要大功率电源来驱动丝杆电机。如果直接接入电源很容易造成主控板的反向击穿，所以Arduino控制器1需要通过电源驱动芯片11连接丝杆电机。

具体地，传感模块4包括超声波传感器或红外测距传感器或激光测距传感器中的任意一种或多种组合。本实施例采用了超声波传感器作为距离信息和高度信息采集的传感器。参看图1，本实施例设有多个超声波传感器，其中，沿池体21的使用方向设置的水平探测传感器41，测量该方向上是否有人员出现，若有人员出现，则反馈得到距离信息，沿人员站立方向设置的高度探测传感器42，测量该方向上是否有人员出现，若有人员出现，则反馈得到高度信息。

本实施例的超声波传感器采用HC-SR04超声波测距模块，其可提供2cm--400cm的非接触式距离感测功能，测距精度可达3mm，模块包括超声波发射器，接收器与控制电路。超声波测距模块采用I/O口TRIG触发测距，给至少10us的高电平信号；然后模块自动发送8个40kHZ的方波，自动检测是否有信号返回；若有信号返回，通过I/O口ECHO输出一个高电平，高电平的持续时间就是超声波从发射到返回的时间，根据距离L＝时间(T/2)声速(340m/s)即可计算得到测量距离。

具体地，参看图2，本实施例的Arduino控制器1连接有继电器12，Arduino控制器1通过控制指令控制继电器12进行水泵5的开与关。通过继电器12控制水泵5的开关，当一旦检测到小便器前方有人的时候，主控板通过打开继电器12给水泵5供电，从而实现供水的工作。

本实施例的Arduino控制器1采用Arduino UNO，其小巧而高效，符合多点监控系统所要求的小、精、准的要求。具体地，Arduino控制器1的判断模块被配置为根据距离信息判断小便池状态，其中，若距离信息由大变小且小于第一阈值时，即对应人员朝向小便池移动，则表示有人需要使用小便池，第一阈值可设定为小便池使用状态下与使用者之间的正常距离；若距离信息由小变大且大于第二阈值时，即对应人员远离小便池移动，则表示有人刚使用完小便池，第一阈值可设定为大于第一阈值。具体地，Arduino控制器1的控制模块被配置为根据小便池状态进行水泵5与升降装置3的控制，其中，若有人需要使用小便池，则控制水泵5进行池体21的便前冲洗，并根据高度信息控制升降装置3进行池体21的位置调节；若有人刚使用完小便池，则控制水泵5进行池体21的便后冲洗，并控制升降装置3进行池体21的位置归位。

较优地，判断模块还被配置为对距离信息变化出现的时间进行计时，若大于预设时间则进行小便池状态的判断，否则认为无人需要使用小便池。由于可能小便池前方出现一个人，但是并不是来上厕所，故本实施例将这一部分信号在超声波的数据波形上认为是噪声点，即通过判断前方障碍物出现的时间来判断前方的人是否为真正上厕所人群，避免无关事物的干扰，以提高判定的准确率，同时，这样设计大大节约了水资源。

本实施例通过传感模块4探测池体21前的距离信息和高度信息，即池体21和使用者之间的距离信息、使用者的高度信息，根据距离信息的变化，可以准确探测出是否有人需要使用小便池，从而控制水泵5的开与关，可实现池体21的自动冲洗，根据高度信息控制升降装置3的升降，可实现池体21与使用者的适配，借助此设计，不仅给予了使用者方便，而且适用于不同的人群，防止高度差太大给周围环境带来的污染，达到了人性化、适用人群广、清洁卫生的技术效果。

现对本实施例的工作流程进行说明：

参看图4，程序初始化后，超声波传感器实施探测池体21前的距离信息，以探测是否有人出现，若距离信息由大变小且小于第一阈值时，表示有人需要使用小便池，则开启水泵5一段时间进行便前冲洗，与此同时，测量高度信息的超声波传感器也探测到了人员的身高信息，根据身高信息Arduino控制器1计算池体21的调节高度，并根据调节高度控制升降装置3进行池体21的升降，以调节至与使用者适配的位置，待人员使用完小便池离开过程中，距离信息由小变大且大于第二阈值时，该距离信息被超声波传感器探测到，则开启水泵5一段时间进行便后冲洗，同时控制升降装置3进行池体21的归位，以待下次使用，池体21归位的位置可设定为正常人均身高对应的池体21位置，以减小池体21的移动范围和频率，延长小便池的使用寿命。

上面结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式。即使对本实用新型作出各种变化，倘若这些变化属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本实用新型的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种基于Arduino的自动升降式小便池，其特征在于，包括：池体、Arduino控制器、升降装置、传感模块、水泵；所述池体连接有进液管与排液管，所述进液管远离所述池体的一端与所述水泵连接；所述Arduino控制器分别与所述升降装置、所述传感模块、所述水泵控制连接；

其中，所述水泵用于所述池体的冲洗开与关，所述升降装置用于所述池体的位置升降，所述传感模块用于探测所述池体前的距离信息和高度信息，所述Arduino控制器用于根据所述距离信息控制所述水泵的开与关，以及根据所述高度信息控制所述升降装置的升降，所述距离信息为所述池体前出现的障碍物距离所述池体的距离，所述高度信息为所述池体前出现的障碍物的高度。

2.根据权利要求1所述的基于Arduino的自动升降式小便池，其特征在于，所述Arduino控制器包括判断模块、控制模块；

所述判断模块被配置为根据所述距离信息判断小便池状态，其中，若所述距离信息由大变小且小于第一阈值时，则表示有人需要使用小便池，若所述距离信息由小变大且大于第二阈值时，则表示有人刚使用完小便池；

所述控制模块被配置为根据所述小便池状态进行所述水泵与所述升降装置的控制，其中，若有人需要使用小便池，则控制所述水泵进行所述池体的便前冲洗，并根据所述高度信息控制所述升降装置进行所述池体的位置调节；若有人刚使用完小便池，则控制所述水泵进行所述池体的便后冲洗，并控制所述升降装置进行所述池体的位置归位。

3.根据权利要求2所述的基于Arduino的自动升降式小便池，其特征在于，所述判断模块还被配置为对所述距离信息变化出现的时间进行计时，若大于预设时间则进行小便池状态的判断，否则认为无人需要使用小便池。

4.根据权利要求1所述的基于Arduino的自动升降式小便池，其特征在于，所述升降装置包括丝杆步进电机、移动架、导轨，所述移动架设于所述导轨上，所述移动架与所述池体固定连接，所述丝杆步进电机用于驱动所述移动架沿所述导轨上下升降。

5.根据权利要求4所述的基于Arduino的自动升降式小便池，其特征在于，所述Arduino控制器连接有电源驱动芯片，所述Arduino控制器通过控制指令控制所述电源驱动芯片进行所述丝杆步进电机的驱动控制。

6.根据权利要求1所述的基于Arduino的自动升降式小便池，其特征在于，所述传感模块包括超声波传感器或红外测距传感器或激光测距传感器中的任意一种或多种组合。

7.根据权利要求1所述的基于Arduino的自动升降式小便池，其特征在于，所述Arduino控制器连接有继电器，所述Arduino控制器通过控制指令控制所述继电器进行所述水泵的开与关。

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