电子论文-自动冲水马桶(逢甲大学自动控制论文).pdf

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逢甲大學自動控制工程學系畢業專題報告自動沖水馬桶Automaticflushtoilet學生：

邱昭豪指導教授：

洪三山中華民國九十年六月ZeonPDFDriverT.twZeonPDFDriverT.twZeonPDFDriverT.twi感謝感謝敝人的求學過程甚是顛頗，國小至國中可以說是一帆風順；但至高中生活以來，也許是年少輕狂；或者是少年不知愁之味。

使我迷失及徬徨了好一段時間，連同大學生活亦是一般的糟蹋了。

幸好何其有幸，遇到了生命中的貴人。

自控系的師長們循循善誘。

特別是洪三山老師始終毫不放棄，一直鼓勵著我。

並在生活及課業各方面努力督導及提攜我。

總能夠給於我適時及恰當的建議。

洪老師始終以自控系的學長自居，自謙不敢以人師的身份指導自控系的學弟們。

但其實洪老師在學識方面是孜孜不倦的努力進修。

感謝我的指導教授在這兩年來對我的種種指導與教誨。

從其言行身教上，我彷彿看見了另一個努力的目標。

我也忘不了我身後最偉大的靠山父母及家裡的兄弟始終在背後支持我及包容我的一切。

要感謝的有很多；但能說出口的只有謝謝二字罷了！

ZeonPDFDriverT.twZeonPDFDriverT.twii中文摘要中文摘要在這個專題中，大致可分為機械結構部分及電子電路部分。

就電子電路部分而言：

採取至少希望擁有現有之衛浴設備之電子感測功能的想法。

並藉此印證所學。

如常見的一般公共廁所裡的自動沖水尿斗一般，可自動感測人員接近及離開而開始動作，如沖水或預先濕潤便器等動作。

並希望從中瞭解其電路設計原理及可能之改良的地方。

而機械結構部分：

因為沒有市售之完成品可供參考。

故著手以現今市面上可得的材料來著手設計一可自動沖水之馬桶。

採用電磁鐵為主要的致動元件，取其較為安靜之故。

並希望能從這人類已使用了數十年的設備中，是否有再改良及精進的地方。

而將上述兩者結合後希望能從實務的觀點來探討是否合乎經濟效益及成本考量？

是否可以產品化進入生產？

及最重要的是否實用?

等問題。

ZeonPDFDriverT.twZeonPDFDriverT.twiiiAbstractInthisspecialsubject,canbedividedintomostlymachineconstructionpartandelectronicselectriccircuitpart.Inregardtoelectronicselectriccircuitpart,adopttohopeatleasttoownsomeadvantage,likeautomaticurinalflasherwherewecanseeitinthegeneralrestroomdetectingthepersonnearbyandleavingautomatically.Andhoweverstarttowork,suchaswateringorinadvancemoistflushtoiletetcAndhopefrommakingitselectriccircuitcandesignthereformativeplaceofprincipleandpossibility.Howevermachineconstructionpart,becausethemarketascendanddidnotsellandissimilartoofthemerchandisecanbeprovidedasreference.Pastbeginwiththepresentmarketcangetofmaterialcomeandbegintodesignaflushtoiletwateringautomatically.Usingtheelectromagnettobeamaindriver,becauseitmakeslowernoise.Andwouldliketofromthismankindhavealreadyusedseveraldecadesofequipmentsinside,whetherhaveagainimproveplace.Howeverwillabovebothafterincorporatewouldliketostudyfromthestandpointofactualsituationwhetherconformtotheeconomyperformanceandcostontherealmarket?

Whethercanproductcommercializeproduce?

Themostimportantthingiswhetherpracticaluse?

TheproblemslikethatetcZeonPDFDriverT.twZeonPDFDriverT.twiv目錄目錄感謝.i中文摘要.ii英文摘要.iii目錄.iv圖目錄.vi表目錄.vii第一章前言與主要元件.11.1前言.11.2光遮斷器.11.3555計時IC.5第二章電子電路部分.112.1基本電路.112.2完整電路階梯圖.13第三章機械結構部分.153.1想法緣起.153.2困難點.15ZeonPDFDriverT.twZeonPDFDriverT.twv3.3構造及動作.18第四章結果與討論.204.1結果及問題.204.2改進及解決.20參考文獻.22附錄一.23ZeonPDFDriverT.twZeonPDFDriverT.twvi圖目錄圖目錄圖111透過型光遮斷器.2圖121回歸反射型遮斷器.2圖131擴散反射型遮斷器.3圖141光電開關的指向角圖示.3圖151光電開關的不感應帶圖示.4圖162I.C555的接腳圖.6圖173555IC基本內部結構圖.7圖183555定時IC的構成電路.8圖212以555定時IC構成的延時啟動電路（Delay-ON）.11圖212自保持電路.12圖23完整電路階梯圖.13圖31機械結構示意圖.18ZeonPDFDriverT.twZeonPDFDriverT.twvii表目錄表1-13LM555C的特性表.10ZeonPDFDriverT.twZeonPDFDriverT.tw1第第一一章章前言與主要元件前言與主要元件1.1前言：

每個人每天幾乎都要如廁一次以上。

只要大家用心一點，注意一下各大賣場的衛浴用品；幾乎不輸給服飾部門。

而一般的男用尿斗已可以完全自動化沖水洗潔，不用擔心忘了沖水。

而水龍頭也有自動感測的功能；一旦有人接近就可已自動供水洗淨並關上，完全不用擔心水資源浪費的問題。

唯有馬桶！

從有考古學家發現最早的馬桶。

其實跟現在的樣式是沒有什麼改變的。

而現今最簡單功能的馬桶；元件亦只有簡化到三大部分：

進水元件（進水閥）、止水元件（浮桶、浮球、等）、排水元件（落水口止水閥等），已經可以滿足使用者的要求。

Simpleisthebest.原始設計幾乎以到了難以刪減的地步，已經是成熟完美的設計。

我們是否可以加以變化提高其附屬價值？

提供另一種不同的使用思維？

這就是我做此一專題的動機。

1.2光遮斷器：

為減少成本及材料取得容易，大部分皆使用現有衛浴材料。

並就電子零件部分採同級的產品或較易取得的產品。

而為了設計上及加工上的的方便；使用易於加工的材料。

而首先就人員的接近的判別，使用一般我們在自動沖水的尿斗上也相當常見的光遮斷器。

一般我們在男用廁所看到的自動沖水尿斗，就是使用光電開關來感測人員接近及離開的動作。

而市面上常見的產品大都是使用光遮斷器。

依其功能及動作方式會有不同分類。

而廠商會有不同的分類，以下就實際上的需求做簡單的介紹及選擇。

ZeonPDFDriverT.twZeonPDFDriverT.tw21.由反應距離及光線反射方式，約略可以分為下列種：

a.透過型：

圖111透過型光遮斷器由於裝設空間（浴室、廁所）限制，難以裝設受光器；且易生干擾。

b.回歸反射型：

圖121回歸反射型遮斷器此型產品多為工廠、公司應用於生產帶上，需要有反射板（背景物）存在。

所以比較不適合用於浴室、廁所。

ZeonPDFDriverT.twZeonPDFDriverT.tw3c.擴散反射型：

圖131擴散反射型遮斷器投、射光器為一體設計，感測到物體即可反應動作，比較符合要求。

由一般得經驗可以得知一般人使用馬桶距離約為：

0800。

所以最大距離則暫訂為800。

而由上列說明及實際應用我們選擇使用擴散散型反射器。

應該會有較佳的效果。

2.指向角的大小:

圖141光電開關的指向角圖示指向角的意思就如同上圖所示，在投光器偏離與受光器之直線位置多少角度後，受光器能然可以接收到投光器的訊號。

就一般我們平常使用的習慣，大都是在正對水箱的前方（無論大、小號）。

所以我們當然希望指向角最好等於零！

如此一來，便可以將干擾降至最小。

但當然是不可能的事。

至於指向角最小希望多少？

我們可以試著加以推算一下：

由於一般馬桶水箱寬約為400，一般人使用馬桶不會超過水箱寬的正面投影區。

假設反應距離最遠設定為800所以指向角最大約為ZeonPDFDriverT.twZeonPDFDriverT.tw42tan-1（4002800）28.072由於考慮到一般家庭浴室及廁所是共用的，可能會有人在兩旁走動而造成干擾；而且上列計算是以人體中心點到水箱中心，與實際有些不同。

所以希望指向角小於10。

3.不感應帶：

圖151光電開關的不感應帶圖示不感應帶就如上圖所示；是指在近距離內不反應的死角範圍。

理想上我們也希望這個範圍能夠趨近於零，如此一來可以有比較好的反應距離。

我們可以依照一般人使用的實際狀況，將其設定10150。

這樣的估計是依照一般狀況下，不分是大、小號使用馬桶的距離。

實作中使用德國DATALOGICDL公司的這顆光遮斷器。

其性能諸元概述如下：

供電方式：

15to264Vac/VDC。

距離：

最大為900；最小為0。

（距離可以調整）指向角：

其有效距離內趨近於零度。

動作輸出方式：

Switch/Relay。

負載：

3A250Vac/VDC。

ZeonPDFDriverT.twZeonPDFDriverT.tw5（詳細說明書請見附錄一）由以上說明可以知道這顆光遮斷器已經滿足我們初步規劃的性能要求。

1.3555計時IC：

除了光遮斷器，我們還需要一個計時電路，用來判斷人員是否是要使用馬桶，或者祇是經過而已。

例如在馬桶前停留超過35秒，就自動判斷人員使用馬桶。

其實就光遮斷器而言，也有這種具有延時啟動的裝置（DelayON）的型號產品。

但為了節省成本及增加實務上面的經驗，所以自行設計。

而這部分的電路主要以555計時IC為主。

IC555定時器是今日市揚上多種序向邏輯裝置中的一種。

它的控制輸入與輸出可直接與TTL及CMOS邏輯電路並用，且可連接成單穩態或雙穩態變化的操作模式。

在工業控制電路中555是一種很有用的元件。

其包裝為8個接腳的DIP包裝。

電源供給範圍可由4.516VDC。

IC555具有下列之優點：

1.只需簡單的電阻器、電容器，部可完成特定的振盪延時作用。

且其延時範圍極廣，可由幾微秒（sec）到幾小時之久。

2.它所能操作的電源範圍甚大，可與TTL,CMOS等邏輯閘配合，亦