CN215253251U - 一种智能马桶控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能马桶控制系统，包括，数据采集模块包括红外采集模块、压力采集模块、温度采集模块、光强采集模块；数据处理模块与所述数据采集模块连接，其计算单元实时接收处理所述数据采集模块采集的当前传感器的返回值，控制执行模块根据所述计算单元处理后数值结果执行相应的操作；所述数据处理模块、所述控制执行模块和显示模块实时通信，接收屏幕传回来的信息，控制屏幕的显示内容。本实用新型可以距离马桶还有一段距离的时候就可以观测到当前卫生间的使用信息，这些信息主要包含是否被占用、马桶坐垫的温度、使用者已使用的时间、以及是否可以使用，通过这些信息提高用户使用效率，节约用户时间，给用户带来了巨大的方便。

Description

一种智能马桶控制系统

技术领域

本实用新型涉及智能控制系统的技术领域，尤其涉及一种智能马桶控制系统。

背景技术

近年来，很多人因为找卫生间而耽误的时间太多而错过地铁等，也有人为此设计过调查厕所访问情况适当增加厕所容纳的人数的方案，但是通过这样来改变厕所容纳量还是显得有些不足。所以为了更好的管理卫生间，节省大家找寻卫生间的时间，特研究这样的一套卫生间管理方案。一个在需要的时候就可以显示各个卫生间的使用情况，指导你寻找的准确方向。这必然会提高使用效率，本实用新型就是基于这样的一种情况，设计的一套管理卫生间马桶的系统。这个系统能在人们最需要它的时候给人们提供较为直接和相对有价值的信息，这个方案的主要载体是智能马桶，且这个系统偏向于客流流量和格调都较高的地方，例如大型卖场、大型酒店、高级餐厅等地方。使用这个系统的用户，可以距离马桶还有一段距离的时候就可以观测到当前卫生间马桶的使用信息，这些信息主要包含是否被占用、马桶坐垫的温度、使用者已使用的时间、以及是否可以使用，有了这些信息，可以供紧急使用者评估当前是否需要继续等待还是寻找下一个可用的卫生间，这个系统的成本不高，且带来了巨大的方便。

实用新型内容

本部分的目的在于概述本实用新型的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和实用新型名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和实用新型名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本实用新型的范围。

鉴于上述现有存在的问题，提出了本实用新型。

因此，本实用新型目的是提供一种智能马桶控制系统，通过智能马桶的使用节约用户时间，提高用户使用效率，给用户带来了巨大的方便。

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：一种智能马桶控制系统，包括，数据采集模块包括红外采集模块、压力采集模块、温度采集模块、光强采集模块；数据处理模块与所述数据采集模块连接，其计算单元实时接收处理所述数据采集模块采集的当前传感器的返回值，控制执行模块根据所述计算单元处理后数值结果执行相应的操作；所述数据处理模块、所述控制执行模块和显示模块实时通信，接收屏幕传回来的信息，控制屏幕的显示内容。

作为本实用新型所述的智能马桶控制系统的一种优选方案，其中：所述控制执行模块包括步进电机控制模块和继电器控制模块，接收所述数据处理模块的控制信号，并做出微控制器要求的动作。

作为本实用新型所述的智能马桶控制系统的一种优选方案，其中：所述红外采集模块包括用于监测在监测范围内是否出现障碍物的红外传感器，所述红外传感器包括黑色管状接收器、电路板、电路板上元器件、三根输出信号针、透明管状发射器与所述计算单元连接用于提供范围内障碍物数据。

作为本实用新型所述的智能马桶控制系统的一种优选方案，其中：所述压力采集模块包括用于检测当前压力值的压力传感器，所述压力传感器包括弹性体、压敏电阻和电缆线，当所述弹性体承受压力形变时，所述压敏电阻阻值发生变化，使内部的惠更斯电桥失去平衡从而可以在输出端监测出所述压敏电阻阻值变化范围，进而计算出压力的大小，并向所述计算单元传输压力值数据。

作为本实用新型所述的智能马桶控制系统的一种优选方案，其中：所述温度采集模块包括温度传感器，所述温度传感器向所述计算单元传输温度值数据。

作为本实用新型所述的智能马桶控制系统的一种优选方案，其中：所述光强采集模块包括光敏传感器，所述光敏传感器包括光电二极管，所述光电二极管用于将光信号转化为电信号，通过所述计算单元推算当前光照强度。

作为本实用新型所述的智能马桶控制系统的一种优选方案，其中：所述显示模块包括串口屏，所述串口屏的控制器为集成在所述串口屏上的STM32芯片，所述串口屏运行时与所述控制器完全分离开，两者只有数据的交互，不需要对屏幕进行实时刷新控制。

作为本实用新型所述的智能马桶控制系统的一种优选方案，其中：所述步进电机控制模块包括步进电机用于控制马桶的打开和闭合，当所述红外采集模块、所述压力采集模块都检测不到信号时，通过所述步进电机关闭马桶盖。

作为本实用新型所述的智能马桶控制系统的一种优选方案，其中：当所述压力采集模块采集的压力值在10kg～100kg之间且所述红外采集模块在1s内检测到信号时，则通过所述显示模块显示为红色在使用状态；当所述压力采集模块采集的压力值小于10kg时而所述红外采集模块在1s内检测到信号时，则通过所述显示模块显示为黄色待使用状态；当所述压力采集模块采集的压力值在小于10kg时且所述红外采集模块在1s内未检测到信号时，则通过所述显示模块显示为绿色待使用状态。

本实用新型的有益效果：本实用新型可以距离马桶还有一段距离的时候就可以观测到当前卫生间的使用信息，这些信息主要包含是否被占用、马桶坐垫的温度、使用者已使用的时间、以及是否可以使用，通过这些信息提高用户使用效率，节约用户时间，给用户带来了巨大的方便。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本实用新型一个实施例所述智能马桶控制系统的整体结构示意图；

图2为本实用新型一个实施例所述智能马桶控制系统的红外采集模块示意图；

图3为本实用新型一个实施例所述智能马桶控制系统的压力采集模块示意图；

图4为本实用新型一个实施例所述智能马桶控制系统的光强采集模块示意图；

图5为本实用新型一个实施例所述智能马桶控制系统的控制执行模块示意图；

图6为本实用新型一个实施例所述智能马桶控制系统的三极管驱动电路示意图；

图7为本实用新型一个实施例所述智能马桶控制系统的复位电路引脚图；

图8为本实用新型一个实施例所述智能马桶控制系统的复位电路图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型的保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本实用新型至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

再其次，本实用新型结合示意图进行详细描述，在详述本实用新型实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

同时在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本实用新型中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1

参照图1～8，本实用新型为一种智能马桶控制系统，包括，

数据采集模块100包括红外采集模块101、压力采集模块102、温度采集模块103、光强采集模块104；

当压力采集模块102采集的压力值在10kg～100kg之间且红外采集模块101在1s内检测到信号时，则通过显示模块400显示为红色在使用状态；当压力采集模块102采集的压力值小于10kg时而红外采集模块101在1s内检测到信号时，则通过显示模块400显示为黄色待使用状态；当压力采集模块102采集的压力值在小于10kg时且红外采集模块101在1s内未检测到信号时，则通过显示模块400显示为绿色待使用状态。

其中，红外采集模块101包括用于监测在监测范围内是否出现障碍物的红外传感器101a，红外传感器101a包括黑色管状接收器101b、电路板101c、电路板上元器件101d、三根输出信号针101e、透明管状发射器101f与计算单元201连接用于提供范围内障碍物数据；

具体的，红外采集模块101采用较为廉价但是完全可以胜任的红外传感器101a，其主要是根据光信号遇障碍物会反射的原理而来，红外传感器101a反应灵敏，体积不大，并且输出较为迅速，信号相对准确，该模块不能分辨出是生物还是非生物，它能监测出的只有是否在监测范围内出现障碍物，虽然他有局限性，但是对于本系统而言，这个模块完全满足功能需求，本实用新型只需要在软件里面进行人和物体的粗略筛选，如图2所示，透明管状发射器101f在红外传感器101a上电的时候就不间断的发射红外信号，如果红外信号没有被障碍物阻挡，或者信号因为太远而丢失，那么黑色管状接收器101b无法接受到信号，并将信号传递给下一个元器件，该模块采用实时监测当前是否有人靠近马桶正面，如果在1S内有人在马桶前，可以认为是有人有意图使用；接收到的信号经过电路板上元器件101d的放大之后，就可以将细小的变化变得很大，然后用过电路板上元器件101d比较这种信号之后，就能判断出当前采集到的值，和预设的值差距，如果比设定值大，则代表当前物体在红外传感器101a前方，当得到的数值较小时，则表示红外前没有障碍物，并且随时改变指示灯状态，当红外采集模块101通电时，电源指示灯常亮，红外采集模块101开始工作，电源指示灯状态代表了本模块的工作状态，开关指示灯是在前方有障碍物时，信号经过比较器然后通过开关指示灯，使指示灯亮，所以在没有单片机的情况下也可以监测模块是否运行正常，在程序调试的时候，可以通过指示灯来观测模块使用的好坏。红外采集模块101一共有三个引脚分别为VCC：是电源正引脚，GND：模拟接地引脚、OUT：数字输出接口；我们在适用红外采集模块101的时候只需要把电源两个引脚接在电源上，并把数字输出引脚接在单片机上，只要在单片机上监测引脚状态就能判断模块前方是否有障碍物，本实用新型是将输出的数字引脚接在控制器的数字引脚的第39个引脚上，红外采集模块101的模块参数包括，由于可以直接接在单片机上，所以使用常见的3-5V直流电，模块支持5V电压的输出，电路板的尺寸长为3.2厘米、宽为1.4厘米，根据电位器的不同位置，可以得出有效监测距离为2到30厘米；监测角度是指以监测的器件为圆心，可检测的左右方向的角度，该模块大概为30度，只输出0或者1的数字信号到数据处理模块200；

压力采集模块102包括用于检测当前压力值的压力传感器102a，压力传感器102a包括弹性体102b、压敏电阻102c和电缆线102d，当弹性体102b承受压力形变时，压敏电阻102c阻值发生变化，使内部的惠更斯电桥失去平衡从而可以在输出端监测出压敏电阻102c阻值变化范围，进而计算出压力的大小，并向计算单元201传输压力值数据；

如图3所示，压力采集模块102包括压力传感器102a，其有四根输出线，分别为VCC、GND、信号+和信号-、5V直流电接在待使用的GND和VCC引脚中，信号量正极和信号量负极的作用是传输模拟信号给所使用的芯片。由于本实用新型采用的控制器没有信号放大的功能，所以使用该模块的时候，需要外接一个压力传感器102a专用的AD采集模块来采集当前传感器输出的值，本实用新型采用的转换芯片是HX711，是一个高精度转换芯片，拥有24位的A/D转换能力，并且内部还集成了128倍增益可编程控制放大器，模块支持两路输入，但是本实用新型中只需要转换一路即可。如图3所示，弹性体102b为长方体状的银色金属物，弹性体两端分别有4个孔，这四个孔用来固定弹性体，最终将其他方向的力转化为相反的力来使弹性体形变；由于压力传感器102a极易损坏，承受不了剧烈震动，压敏电阻102c被固定在白色的物体内部，这样就能降低传感器损坏的风险，但是因为弹性体质量较大，如果经受剧烈震动的时候还是有一定的可能性损坏压力传感器102a的，特别是自由落体运动，和压力传感器102a相连的四根电缆线分别为：黑色线电源正、白色线电源负、红色线信号+、绿色线信号-，电缆线102d在设计中需要特别注意，安装支架的时候，需要把它放在靠下的位置，防止损坏。HX711有10个引脚，除去电源引脚有3个输入引脚，1个输出引脚，输入引脚有信号输入引脚A+、A-以及断电和串口时钟输入口SCK，连接的是单片机的A0引脚，输出引脚有数据串行输出口OUT连接控制器的A1引脚，信号输入引脚和传感器的红绿线相连(注意正负极)，SCK和OUT引脚和单片机相连，SCK输入时钟，OUT输出一串的转换后的数据，单片机收到这一串数字量后整合成一个数字信号，供程序使用，单片机在连接的时候，将这两个输出引脚接在单片机的模拟输入引脚上，因为Arduino的模拟I/O引脚支持数字量的输入和输出，所以将模拟口当成了数字口来用，其用法不变。HX711芯片集成了稳压电源，片内时钟振荡器等其他芯片需要的外围电路，并且具有抗干扰和相应速度较快的优点，大大提高了运行的稳定性和可靠性，在马桶附近的电子设备中，肯定存在干扰，所以抗干扰芯片的存在会大大改善用户体验。压力采集模块102模块参数包括：输入电压：普通的5到12V的直流电压，在使用的时候，本实用新型使用的是5V的电压来驱动它；可以承受150Kg以下的压力；本模块内部没有集成转换芯片只输出模拟信号，所以只能通过其他芯片进行转换，转换后的数据再送达单片机进行数据的解析，获取当前马桶占用状态，然后在送达串口屏401上进行实时状态的显示；使用的温度范围为零下20度到60度；HX711：工作电压：高负荷转换的时候得电压为4.8到5.5V，Arduino的单片机可以直接输出5V电压，所以无需额外焊接电源；输出信号：将转换后的值通过数字信号一位一位的输出到数据引脚上，然后控制器再逐字节读出信号，在程序中进行处理；两路可选择的差分信号，但是设计中无需两路输入，并且在实际的模型中也不可以两路一起输入，因为一个马桶只需要一个压力传感器102a；上电可以自动复位，省去了外部焊接复位电路或者信号控制复位。

工作原理：HX711是一个高精度的24位模数转换芯片，分辨率极高，转换后的结果精确。当使用HX711时，我们需要将模块与单片机连接，然后通过单片机与之通讯，数据读取的时候，我们将在OUT引脚读取即Arduino的A1引脚，而SCK即控制器的A0引脚，SCK是单片机与模块之间的“约定”的引脚，当DOUT引脚是高电平时表示A/D模块还在转换，此时不可以读取输出口的数值，当DOUT由高到低产生下降沿时，表示转换完毕，可以读取数据，读数据时，需要在SCK引脚输入25到27个不等的脉冲，变输入脉冲边从DOUT引脚读出数据，然后将它整合成一个数值因为是24位精度，读到的数据经过整合变为处理器知道的数字信息；支持增益调节，通过每次读取数据时发送的27脉冲确定下一次的增益，模块一共有两个个增益值，128和64，A通道可以设置两个不同的增益值，而B通道智能设置一个64，当前一次读取时输入了25个脉冲，即设置通道A增益128，输入26脉冲即设置B通道增益64，又或者前一次输入脉冲27，则设置A通道增益64，在控制器的程序中只需要在A0引脚上给固定数量的脉冲就好；模块支持断电省电状态，当SCK出现上升沿并且保持高电平一段时间(超过60μs)，则默认进入省电模式，芯片停止转换，当SCK变为低电平时，则芯片开始转换工作，所以为了在闲暇时不占用芯片资源，我们一般会把SCK一直设置为高电平。

光强采集模块104包括光敏传感器104a，光敏传感器104a包括光电二极管104b，光电二极管104b用于将光信号转化为电信号，通过计算单元201推算当前光照强度。

如图4所示，光强采集模块104的主要部分为光电二极管104b，光电二极管104b是可以将光信号转化为电信号的在反向电压下工作的半导体元器件，当光电二极管接受光的照射时，产生反向电流，且反向电流的大小和光照的强度成比例，在反向电流线路上加一个电阻之后，就能测量电阻两端的电压信号进而推算出当前光照强度的大小。其进一步包括，光电二极管104b，将它暴露在光线下可以改变反向电流的大小，然后经过板上的电阻转化为电压信号；电位器：电位器起到的作用是放大信号，信号经电位器放大后再输入比较器中比较，使得比较结果更加精确；LED指示灯和引脚：该模块有两个LED指示灯，分别为电源指示灯和输出指示灯，电源指示灯在上电的时候就常亮，此模块有四个引脚，分别为电源引脚，数字输出引脚，模拟输出引脚，本实用新型主要使用模块的模拟输出功能，控制器与它相连的引脚是A6模拟输入引脚，因为这样可以根据室内光线的变化得到不同的模拟电压值，单片机采集到电压值后，经过计算得出控制补光LED的亮度，然后通过PWM脉宽调节输出电压的大小来控制补光LED的光线强弱；更进一步的，模块参数为：工作电压：单片机普遍支持的3.3到5V电压；输出形式：数字开关量输出信号量和模拟电压输出电压值。

温度采集模块103包括温度传感器103a，温度传感器103a向计算单元201传输温度值数据。

具体的，利用温度传感器103a采集马桶盖的坐垫温度，然后通过单片机来控制马桶坐垫的温度保持在一定的范围，经调查，人体皮肤适宜的温度大概在26摄氏度左右，所以本实用新型将温度控制在24℃～28℃之间，在这样的温度下，人体丝毫感觉不到不适，并且这样的设计可以降低单片机的干预，让单片机腾出更多的时间来做其他的事，并且可以降低电能消耗。本实施例采用的DHT11传感器是一个温湿度复合传感器，里面包含了电阻式感湿元件和一个NTC测温元件并和一个单片机相连，并且每一个DHT11温湿度传感器出厂之前都经过严格校准，所以在使用时只需要单片机对温湿度传感器引脚数据进行读取即可得到数据。该模块内部集成模数转换装置，只需要将内部转换结束的数值读取出来使用即可。本实施例使用的模块有三个引脚，分别为VCC、GND、DATA，电源两根线和一根数据传输线，在使用的时候，只需要将DATA线和单片机的任意一个引脚连接起来就可以达到获取温度值得目的，但是这个温度值不是实时的温度值，因为在每次从模块中读取出来的值都是上一次转换的值，虽然不是严格意义上的实时，但是差距不是特别大。运作原理：此模块和单片机一根线连接，连接的引脚是数字引脚的Pin30，此模块节省了IO口的资源，但是带来的就是一个引脚即要做控制引脚，也要做数据读取引脚，这样势必会加大软件的复杂度。由于芯片内部如果长时间不读取数据就自动进入低功耗模式，所以为了对模块灵活运用，模块设置了开始和停止信号的设定，流程为单片机控制器发送开始信号，模块先给一个应答信号，然后模块进入高速运转模式，开始转换数据，等数值转换完毕可以供读取的时候，模块再给单片机一个应答信号，这个时候单片机就可以读取DATA口的数据了，发送40位的数据后，模块持续一段时间的输出数据状态，然后转变为工作中状态，这个时候单片机就不可以读取数值了。进一步的，开始信号：开始信号是单片机发送给模块的，在硬件连接中，需要在DATA口接一个上拉电阻，这样就可以保证DATA口一直处于高电平状态，然后开始信号是一个单片机发出的持续18ms的一个低电平信号，然后模块进入运转，开始转换数据，当模块检测到这个信号后，给一个持续80μs的低电平信号。开始以及应答信号都结束之后，模块开始在数据口传输数据，数据一个有40位，这个40位分为5个8位数据，由高位到低位分别为：湿度整数值、湿度小数值、温度整数值、温度小数值以及校验位。校验位是将前四个数累加，保留下来低八位就是校验位的值。其中数据位的‘0’和‘1’并不是高电平和低电平表示，而是通过高电平占据时间来分辨的。当出现50μs的低电平之后紧着出现28μs左右的高电平时，则认为是‘0’，在出现50μs的低电平之后紧着出现70μs左右的高电平时，则认为是‘1’；结束信号和时序：在数据结束的时候，模块会持续一段时间拉低数据口，然后立马放开数据引脚，因为上拉电阻的存在，使得引脚瞬间变为高电平，为下一次的拉低信号做准备，所以读取温湿度的大概流程就是：主机发送开始信号等待模块响应、模块响应、拉高数据段准备输出、输出数据、拉低结束、释放总线。

数据处理模块200与数据采集模块100连接，其计算单元201实时接收处理数据采集模块100采集的当前传感器的返回值，控制执行模块300根据计算单元201处理后数值结果执行相应的操作；

其中，控制执行模块300包括步进电机控制模块301和继电器控制模块302，接收数据处理模块200的控制信号，并做出微控制器要求的动作；

进一步的，如图5所示，步进电机控制模块301包括步进电机301a用于控制马桶的打开和闭合，当红外采集模块101、压力采集模块102都检测不到信号时，通过步进电机301a关闭马桶盖。

具体的，继电器控制模块302继电器控制器控制和结构一样简单，一根数据线即可控制继电器，继电器内部有一个缠绕在金属物上的线圈，金属物的顶端一般会有一个可吸合物，吸合物两侧有两个金属物供活动的可吸合物接触，当线圈通电时，由于电生磁，被包围的金属物磁化，吸引顶端的金属物，从而达到一个开关的目的，这个继电器可以克服低压芯片的驱动力差的弊端，从而实现弱电控制强电的目的，并且无论外界的电压多大，带了光耦隔离的模块对控制芯片的保护很强。其模块参数包括：运行电压：能够让模块运行的额定电压为12V；静态电流：能够让吸合的继电器一直保持状态的电压为5.5mA；工作电流：能够让继电器吸合的电压为45mA；触点容量：250V10A(AC)或30V30A(DC)；触点最大功率：1500W(交流)或者200W(直流)。工作原理：由于该模块是弱电控制强电的一个必不可少的器件，所以此模块需要两路电路来实现运行，分别为驱动电路和外部高压电路，由于单片机的驱动能力有限，引脚并不能输出足够的电流供继电器使用，所以一般我们都会先提高单片机的引脚驱动能力然后达到精准控制继电器的目的。提高驱动的方法很多，有连接ULN2003驱动芯片来提高驱动电流的，还有一种将IO口控制三极管开关的来实现控制继电器的目的，本实施例使用Pin32来控制继电器，如图6所示为常用的三极管驱动电路图，在本实施例中，由于水温加热需要用到220V高压电，单片机不可以承受如此高的电压，所以使用继电器来达到对高压电的控制。

数据处理模块200、控制执行模块300和显示模块400实时通信，接收屏幕传回来的信息，控制屏幕的显示内容；

数据处理模块200采用了Arduino微控板，此开发板芯片自带模数转换装置，多路串口，以及丰富的IO口资源，并且入门简单，开发周期较短，Arduino2560微控制器板内部的主控芯片采用8位的ATmega2560芯片，这个芯片有4K的可擦除EEPROM芯片来存储数据、54路输入/输出数字引脚，其中有15路可作为PWM输出、4个UART等资源。由于其引脚资源丰富，功能齐全，所以在开发的时候就变得更加快捷和容易。模块参数包括：ATmega 2560的主控制芯片；5V的额定直流电压；54个数字输出/输入口；16路的模拟输入和输出口；大小为256K的Flash；8K的随机存储；4K的可电擦除EEPROM存储空间；外部时钟频率为16MHz；模块在使用之前需要在板子上烧写Bootloader，每一块板子在出售之前都会将Bootloader烧录好，一个最小系统由芯片和多个外部必要电路组成。分别有：复位电路的引脚图如7所示，复位RESET引脚为低电平有效，但是由于引脚前的反向标志使得控制芯片复位时需要对其引脚置高电平才可以控制芯片复位，如图8所示的复位电路图，当开机通电的时候，电容充电，RESET端口有短暂的高电平信号，使得在初始化上电的时候复位一下，当电源一直通的时候，按键不按下，电容隔直通交的性质使得复位引脚一直为低电压，当按下按键的时候，电容放电，复位引脚电压为高，又起到了复位的效果；晶振电路：晶振电路的主要作用是提供控制器运行的节拍；晶振分为有源和无源晶振，无源晶振有两个引脚，但是不分正负，有源晶振有四个引脚，无源晶振需要时钟电路才可以起振，而有源晶振是一个完整的振荡器，本实施例采用的是可以提供12MHz的晶振，晶振电路：连接在单片机的固定引脚上，最中间的器件为晶振，可以提供16MHz的脉冲，通过引脚输送给控制器，晶振两端有两个大小为30μf的电容，两个电容的作用主要是平衡晶振两端电感，并且可以起到谐振作用，如果没有这两个电容，晶振会因为没有这个回路停振，而并联的大电阻也是为了让晶振可以顺利起振；电源电路：电源电路提供了芯片运行时所需要的电能，对电压要求较为苛刻的芯片，如果电压过大，芯片很有可能被烧坏，如果电压过小，芯片正常运行就不能保障，一个电源电路好坏决定芯片的工作效率，电源电路途中的电感作用是存储能量和滤波的作用，使得进入芯片内部的电压较为稳定，在这些电路的共同作用下，芯片才可以正常上电使用，而如果想要在芯片上跑一段程序的话，需要事先编写程序，然后下载编译通过的程序进芯片内，然后上电后芯片就会在执行我们的个人程序之前执行以下Bootloader程序。

更进一步的，显示模块400包括串口屏401，串口屏401的控制器为集成在串口屏401上的STM32芯片402，串口屏401运行时与控制器完全分离开，两者只有数据的交互，不需要对屏幕进行实时刷新控制。

具体的，本实施例显示模块400采用的是简单、开发快捷的串口屏401，串口屏401和普通TFT屏幕在显示图形方面是一样的，只不过控制源的来源不同。串口屏401的控制器是集成在串口屏上的STM32芯片(402)，普通TFT屏幕是外部微控制器通过引脚进行实时控制，串口屏幕与普通屏幕相比较的缺点就是很难开发较为复杂的显示图形界面，能做的是一些比较简单的并且开发周期较短的，要求不是很高的项目，需要我们自己写代码自己一行一行控制显示的还是在精准控，串口屏使用的一大好处就是省去编写驱动，而且占用极少的数字输出口，仅仅供应两根线就完全可以达到控制显示的目的，而且运行的时候和控制器完全分离开，两者只有数据的交互，不需要对屏幕进行实时刷新控制，这样可以极大地节省主控制器的使用效率，就可以让控制器去做更多耗时和复杂的事件。如图屏幕图所示。模块参数包括：通讯接口：USART串行接口，由于控制器有不止一个串口模块，所以此次使用的是串口1来控制屏幕的显示，接口电平：3.3V(兼容5V)，可以直接使用单片机对其供电，内部控制芯片：STM32F03，工作温度：-20℃-70℃，芯片FLASH：4MB，在使用的时候需要把程序预下载到显示屏中，RAM：2M，触摸方式：电阻式触摸，程序中可以通过点击屏幕来达到按键控制的目的。工作原理：本模块在使用时，由于内部有独立的单片机，所以在使用之前需要对液晶屏内部的控制器烧录程序。而程序的编写是在其固有的开发软件编写的。烧录完毕程序之后，就可以让单片机和串口屏401进行通讯，控制器的Txd1连接屏幕的Rxd，Rxd1连接屏幕的Txd，进而控制屏幕显示我们想要的内容，不但如此，这个屏幕还支持手势触摸，触摸屏采用的是电阻屏，触摸方法应该是手指点，而不是皮肤接触，如果在程序中设置了定时器或者按键点击事件响应时，在触发这种事件时，屏幕的控制器自动响应，并执行设置好的程序。

工作原理：系统运行时，启动光强采集模块104，开启温度采集模块103的温度传感器103a采集当前周围环境温度并向计算单元201传输温度数据，控制执行模块300根据数据处理模块200处理后的数据对马桶垫温度进行实时控制，让其温度保持在人体适宜温度范围内，当压力采集模块102和红外采集模块101同时检测到信号时，则认为该马桶为在使用状态，并通过显示模块400显示马桶在使用的内容信息，完成系统运行。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种智能马桶控制系统，其特征在于：包括，

数据采集模块(100)包括红外采集模块(101)、压力采集模块(102)、温度采集模块(103)、光强采集模块(104)；

数据处理模块(200)与所述数据采集模块(100)连接，其计算单元(201)实时接收处理所述数据采集模块(100)采集的当前传感器的返回值，控制执行模块(300)根据所述计算单元(201)处理后数值结果执行相应的操作；

所述数据处理模块(200)、所述控制执行模块(300)和显示模块(400)实时通信，接收屏幕传回来的信息，控制屏幕的显示内容。

2.如权利要求1所述的智能马桶控制系统，其特征在于：所述控制执行模块(300)包括步进电机控制模块(301)和继电器控制模块(302)，接收所述数据处理模块(200)的控制信号，并做出微控制器要求的动作。

3.如权利要求1或2所述的智能马桶控制系统，其特征在于：所述红外采集模块(101)包括用于监测在监测范围内是否出现障碍物的红外传感器(101a)，所述红外传感器(101a)包括黑色管状接收器(101b)、电路板(101c)、电路板上元器件(101d)、三根输出信号针(101e)、透明管状发射器(101f)与所述计算单元(201)连接用于提供范围内障碍物数据。

4.如权利要求3所述的智能马桶控制系统，其特征在于：所述压力采集模块(102)包括用于检测当前压力值的压力传感器(102a)，所述压力传感器(102a)包括弹性体(102b)、压敏电阻(102c)和电缆线(102d)，当所述弹性体(102b)承受压力形变时，所述压敏电阻(102c)阻值发生变化，使内部的惠更斯电桥失去平衡从而可以在输出端监测出所述压敏电阻(102c)阻值变化范围，进而计算出压力的大小，并向所述计算单元(201)传输压力值数据。

5.如权利要求4所述的智能马桶控制系统，其特征在于：所述温度采集模块(103)包括温度传感器(103a)，所述温度传感器(103a)向所述计算单元(201)传输温度值数据。

6.如权利要求5所述的智能马桶控制系统，其特征在于：所述光强采集模块(104)包括光敏传感器(104a)，所述光敏传感器(104a)包括光电二极管(104b)，所述光电二极管(104b)用于将光信号转化为电信号，通过所述计算单元(201)推算当前光照强度。

7.如权利要求6所述的智能马桶控制系统，其特征在于：所述显示模块(400) 包括串口屏(401)，所述串口屏(401)的控制器为集成在所述串口屏(401)上的STM32芯片(402)，所述串口屏(401)运行时与所述控制器完全分离开，两者只有数据的交互，不需要对屏幕进行实时刷新控制。

8.如权利要求1或2所述的智能马桶控制系统，其特征在于：所述步进电机控制模块(301)包括步进电机(301a)用于控制马桶的打开和闭合，当所述红外采集模块(101)、所述压力采集模块(102)都检测不到信号时，通过所述步进电机(301a)关闭马桶盖。

9.如权利要求8所述的智能马桶控制系统，其特征在于：包括，当所述压力采集模块(102)采集的压力值在10kg～100kg之间且所述红外采集模块(101)在1s内检测到信号时，则通过所述显示模块(400)显示为红色在使用状态；当所述压力采集模块(102)采集的压力值小于10kg时而所述红外采集模块(101)在1s内检测到信号时，则通过所述显示模块(400)显示为黄色待使用状态；当所述压力采集模块(102)采集的压力值在小于10kg时且所述红外采集模块(101)在1s内未检测到信号时，则通过所述显示模块(400)显示为绿色待使用状态。

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