公共厕所抽纸干手一体机设计

公共厕所抽纸干手一体机设计

陈天雄 ,黄远灿 ,李明华 ,何振明 ,陈华聪

广西科技大学自动化学院

广西壮族自治区柳州市545006

摘要：随着人类社会的不断进步，人们越来越重视厕所卫生用具使用安全的发展尤其是以商城、公园和车站等人流量较大的公厕卫生，为了解决人们在使用公厕卫生用具过程中产生的卫生安全问题，本项目基于STM32芯片为控制核心，设计的一款兼顾公厕用纸和厕后烘干手两种功能结合为一体的抽纸干手一体机。

关键词：抽纸干手一体机；STM32单片机；红外感应

随着人们生活水平质量的不断提高，公共厕所的卫生质量成为了我国公共卫生服务行业改革的重点。在用户使用传统的纸盒内的纸巾时，由于其出于潮湿的环境和在随意拉扯使用，这极易造成严重的浪费现象或者由于接触纸巾带来的病菌相互交叉感染，存在严重危害人们的健康。基于此本文设计了公共厕所抽纸干手一体机，解决在公共厕所没有干净的纸巾、出门不带纸巾、厕后洗手干手等多项问题，具有多便式、多功能、低成本、绿色环保等特点。

1  整体结构和功能设计

1.1  整体结构设计

本文设计的公共厕所抽纸干手一体机按照结构划分，以STM32单片机系统和抽纸干手设备嵌入模块为总控制网关，手机端控制和PC端控制通过WiFi\Internet以无线通信的方式向总控制网关发送数据信号，总控制网关通过接收到相应的数据信号对其进行分析、存储、显示和处理，从而实现对无刷直流电机、28BYJ-48步进电机、温控、红外反射式光电等多路传感器进行控制。系统结构原理图如图1所示。

图1  系统结构原理图

2.2  功能设计

本文设计的公共厕所抽纸干手一体机具有以下两种功能模式：

（1）干手模式：首先运用红外反射式光电传感器感应判断是否感应到人体，将其感应信息及时的反馈给MCU中央控制进行相应的数据分析和处理，在分析感应人体后，启动运行模式驱动吹风电机，运行时间为15秒，在用加热电阻进行加热的同时温度传感器会自行判断加热的温度是否超过50℃，运行时间结束后，自动关闭电风机和加热电阻，系统会再一次检测是否感应到人体，最后启动休息模式。

（2）抽纸模式：用户通过扫码的方式向云端发送相应的信号，MCU总控制平台接收云端相应的数字信号并对其进行分析、存储和处理，让其切纸机构复位至初始位置，进一步纸张转动装置电机转动，拖动传送带和齿轮的转动从而流出纸巾，通过控制步进电机的旋转角度来控制出纸量，最后切纸装置的主切刀从最远位置逐渐的向前移动，从而使与被切刀相切将纸巾剪短进而达到自动抽取纸的目的，并且在刀具的下方安装了挡块避免人接触刀具造成受伤的情况发送。在智能抽纸模式整个模式运行当中通过设计合适的电路和机械结构促进各路元器件与MCU总控制平台之间的连系，从而实现完成相应的功能。

2  系统硬件设计

2.1  主控芯片

本项目拟以STM32F103为主控芯片，它属于中低端的32位ARM微控制器，有着很强的经济实用性，在代码的密度和能效比方面的优势很强，不仅可以用在8位系统操作还可以用在16位的系统操作上，同时还具有很好的兼容性。其内核是由Cortex-M3处理器组成有着低功耗、数字信号处理功能良好等功能。一体机所采用的功能具有用户终端控制、wifi信号发送、温湿度检测、红外感应模块、电机驱动，其功能总共占用一个通行串口资源、一个外部中断、定时器资源和六个普通IO口。

2.2.1  DHT11数字温湿度传感器

抽纸干手一体机的使用场景针对的是温湿度较大的公共厕所，为确保一体机能在短时间内不会因为温度过高而灼伤手的同时能够实时监测出风口的温湿度变化情况，MCU根据温湿度的反馈信息控制风机转速和加热温度。所以将DHT11传感器作为温湿度检测仪器，该传感器具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点，其精度湿度±5%RH， 温度±2℃，量程湿度5~95%RH， 温度-20~+60℃。

2.2.2  红外反射式光电传感器

为了能够快速、自动感应人手的伸进和离开，将红外反射式光电传感器作为一体机的传感模块，其工作原理是当人或有物体接近时，遮挡了红外光，光敏元件接收到光信号，从而进行光电转换。与传统的红外传感器想比较其特点包括灵敏度高，抗干扰能力强，输出特性稳定等。它能够较快传输数据给MCU总控制平台将其能够更快速的执行相应的干手功能。

2.2.3  直流无刷电机

无刷直流电机不使用机械的电刷装置，采用方波自控式永磁同步电机，与一般的电机比较直流无刷电机是一个较为理想的电机，它具有低电压特性好,转矩过载特性强,启动转矩大,启动电流小能够保障使风扇提供一个稳定、风量大、转动迅速等。

2.4  电机驱动模块

风机电机额定电压为24V，额定电流为2A的直流电机，抽纸电机为五线四相步进电机，风机为直流电机，因此选用了双L298N电机驱动模块，考虑到电机转速过大，若直接驱动抽纸电机，会导致抽纸速度速过快，不易控制。因此选用的步进电机搭配了多级齿轮减速箱，保证了抽纸电机的稳定输出。

2.5  无线通信方式的选择

拟采用WiFi无线通信的方式。本文设计的抽纸干手一体机主要应该在商场、医院和高校等公共厕所当中，基于设备的功能和成本考虑WiFi通信是一种理想的无线通信方式。首先使用微信公众号制作出所需的二维码，然后通过设定oneNET云端平台的配置来实现微信扫码控制STM32单片机功能。这种以WiFi无线通信为基础的方式来传输信息，保证了传输信息的可靠性和缩短了信息的传输时间。在硬件设计方面方面，通过ATK-ESP8266模块WIFISTA模式，即ESP8266模块通过路由器和MQTT协议连接到oneNET云平台，实现了用户端对设备的无线控制。通过构建串口-WIFI数据传输方案，达成了用户终端经物联网将数据传输到总控制开关STM32单片机中。采用L298N驱动模块来驱动电机，STM32单片机在接收到手机端发送传输来的数据信息后，单片机启动L298N模块控制28BYJ-48步进电机的转动，从而实现了手机微信扫码STM32单片机驱动抽纸上的电机转动功能。

结论：

本文基于STM32单片机设计了一个公共厕所抽纸干手一体机。该机器通过STM32微处理芯片，以及基于人工智能系统的顾客需求分析，和红外感应的控制作用，运用嵌入式技术配合使用红外反射式光电传感器、DHT11数字温湿度传感器、无刷直流电机、28BYJ-48步进电机等多种元器件，具备干手和抽纸两种功能，具有环保，高效，适用性广等特点。

参考文献

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项目名称 ： 公共厕所抽纸干手一体机设计  项目编号 ：202110594112 .