一种用于服务区男性厕所的通用型智能尿便器的制作方法

本实用新型涉及公共卫生环保领域，特别的是一种用于服务区男性厕所的通用型智能尿便器，目的在于减少人力成本与资源浪费，提高公共服务与环境质量。

背景技术：

服务区是高速公路上必不可少的设施，对保障行车安全、保证运输效率、缓解驾驶员在生理上的过度疲劳十分重要。其中，服务区厕所更是不可或缺的基础设施，可有效解决使用者的生理需求。然而，随着现代化进程加快，高速客流量不断增长，服务区厕所使用人群相对复杂，再加上人们对公共服务质量要求的不断提升，必然对服务区厕所卫生与服务质量的要求越来越高。

目前，高速公路服务区男性厕所的尿便器多采用固定安装在墙壁上的方式，然而，因使用人群的身高各不相同，势必会存在尿液溅到衣服或者地面等情况，不仅对厕所卫生质量造成一定影响，还会影响使用者的心情。第二、当使用者排尿快结束时，易发生漏尿现象，即尿液未能排入尿便器而滴到地面上，不仅有损服务区环境质量，还会增加厕所清洁人员的工作负担。目前，市场上的多数的尿便器外形都是固定，也增加了防漏尿的结构设计，除了会占用一定的空间外，仍未很好的改善漏尿问题。此外，服务区厕所尿便器多是利用感应式冲水装置，当感应到使用者离开时，便开启自动冲水装置，使用的水源多是自来水。同时，为保持清洁卫生，多数使用者会便后洗手。由于每天服务区的人流量不计其数，无论是尿便器冲洗还是洗手，势必会造成大量的水资源浪费，有悖于国家的可持续发展理念。

技术实现要素：

为克服上述缺点，本实用新型提出一种用于服务区男性厕所的通用型智能尿便器，采用尿便器升降装置，有效改善不同身高使用者使用尿便器时出现的尿液溅到衣服或地面情况；设计防漏尿装置，在不占用空间的基础上，可改善排尿过程中的漏尿问题，一定程度上减轻清洁人员清扫地面的工作量；增加洗手池废水蓄水池，一定程度上避免了水资源的浪费。

本实用新型一种用于服务区男性厕所的通用型智能尿便器采用的技术方案是：尿便器升降装置安装在前墙壁内部，导轨焊接在导轨底座的中心位置，导轨的前侧顶部设有第一电机底座，外驱式直线步进电机的第一螺杆穿透第一电机底座的底部中心与滑块的中心，且固定在导轨底座上，滑块后侧的左、右两边分别呈上、下对齐安装2个滚轮；滑块前侧安装L型尿便器，尿便器顶部中心处设有尿便器进水口，尿便器进水口与伸缩管道一端连接，伸缩管道另一端与尿便器进水管道一端连接，尿便器进水管道另一端与增压泵出水口连接，增压泵的进水口与蓄水池抽水管道连接，尿便器顶部前侧边缘安装热释电人体红外传感器；尿便器进水口正下方连接双侧进水管道，双侧进水管道的左、右两侧分别连接透明塑料管道；尿便器底部中心处设有T型尿便器出口管道，尿便器出口管道与伸缩管道上端连接，伸缩管道下端与尿便器排水管道连接；防漏尿装置安装在尿便器底部空心层的前段1/2处，贯通轴直线步进电机的底部固定在第二电机底座上，第二电机底座位于固定底座中心处，固定底座在尿便器的空心层底部，第二螺杆贯穿第二电机底座，与集尿器尾部中心处焊接一体；集尿器底部中心处设有集尿器出口管道，集尿器出口管道顶端装有集尿器出口滤网，集尿器出口管道底部连接伸缩管道一端，伸缩管道另一端与分支管道连接。在与尿便器底部前侧地面上设有站台，站台正上方依次相邻安装第一超声波发射器、第一超声波接收器、第二超声波发射器与第二超声波接收器：洗手池固定在后墙壁上，水龙头位于洗手池边缘上方，蓄水池左下方设有蓄水池排水管道，蓄水池排水管道连接第二电磁阀，蓄水池顶部内壁安装水位传感器；MCU控制电路盒固定在后墙壁上，MCU控制电路盒包含MCU控制系统等部件，MCU控制系统通过不同的控制端口分别连接第一超声波接收器、第二超声波接收器、热释电人体红外传感器、水位传感器、防漏尿装置清洗开关、尿便器上升开关、尿便器下降开关、第一超声波发射器、第二超声波发射器、外驱式直线步进电机、贯通轴直线步进电机、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀与增压泵。

本实用新型与已有方法和技术相比，具有如下优点：

1、本实用新型设计一种尿便器升降装置，并结合超声波测量身高技术，利用MCU控制系统控制外驱式直线步进电机转动，实现尿便器上下移动至指定位置，为满足不同使用者需求，还增加尿便器升降开关，结合手动调节方式，调节尿便器至合适位置，有效改善不同身高使用者使用尿便器时出现的尿液溅到衣服或地面情况。

2、本实用新型设计一种防漏尿装置，安装在尿便器底部空心层，其中集尿器设计成抽屉状，前端设计成圆弧形与尿便器底部前侧边缘弧度一致，确保了一定的贴合性与美观性；同时，通过MCU控制系统控制贯通轴直线步进电机转动，从而带动集尿器伸缩运动；在保证不占用空间基础上，有效收集残尿，并改善厕所地面卫生质量，减少清洁维护人员的工作负担。

3、本实用新型通过在透明塑料管道内部放置多个除臭丸，并在透明塑料管道一侧设有多个斜向上分布喷嘴，底部也设有一个角度偏向内侧喷嘴，使得水流接触到除臭丸后，再从多个喷嘴中喷出，有效保证对尿便器内壁与底部进行有效清洗，且达到除臭的目的。

4、本实用新型通过增加蓄水池收集洗手池排放水，通过MCU控制系统控制第一电磁阀与增压泵，抽取蓄水池水对尿便器进行冲洗，有效改善因使用人数多造成大量水资源浪费的问题。

附图说明

图1为本实用新型服务区男性厕所的通用型智能尿便器整体示意图。

图2为图1中尿便器17的升降装置结构图。

图3为图1中尿便器17的升降装置在前墙壁2内的安装图。

图4为图1中尿便器17的内部结构图。

图5为图4中防漏尿装置47结构放大图。

图6为本实用新型通用型智能尿便器的控制电路结构框图。

图7为本实用新型通用型智能尿便器的工作流程图。

附图中各部件的序号和名称：1、房顶，2、前墙壁，3、外驱式直线步进电机，4、第一电机底座，5、导轨，6、滚轮，7、第一螺杆，8、导轨底座，9、螺栓，10、滑块，11、尿便器进水管道，12、法兰，13、伸缩管道，14、第一电磁阀，15、尿便器进水口，16、热释电人体红外传感器，17、尿便器，18、尿便器出口管道，19、尿便器排水管道，20、第一超声波发射器，21、第一超声波接收器，22、第二超声波发射器，23、第二超声波接收器，24、站台，25、MCU控制电路盒，26、水龙头，27、洗手池，28、洗手池排水管道，29、蓄水池，30、水位传感器，31、蓄水池抽水管道，32、水龙头进水管道，33、增压泵，34、后墙壁，35、尿便器固定螺孔，36、隔板，37、左侧墙壁，38、右侧墙壁，39、透明塑料管道，40、除臭丸，41、双侧进水管道，42、尿便器上升开关，43、尿便器下降开关，44、防漏尿装置清洗开关，45、喷嘴，46、尿便器出口管道滤网，47、防漏尿装置，48、贯通轴直线步进电机，49、第二螺杆，50、固定底座，51、第二电机底座，52、集尿器，53、集尿器出口滤网，54、集尿器出口管道，55、第二电磁阀，56、第三电磁阀，57、蓄水池排水管道，58、开关电路盒，59、固定螺丝，60、分支管道。

具体实施方式

参见图1，为本实用新型服务区男性厕所的通用型智能尿便器整体示意图，主要包括：尿便器升降装置、超声波身高测量装置、尿便器以及尿便器冲水装置等。尿便器升降装置安装在前墙壁2(规定以人面向尿便器的方向为前，背向为后)的内部，尿便器升降装置主要由外驱式直线步进电机3、第一电机底座4、导轨5、滚轮6、第一螺杆7、导轨底座8、螺栓9以及滑块10等部件构成。导轨5与导轨底座8均采用金属材料制成，导轨5垂直站立在导轨底座8的中心位置处，且焊接为一体。导轨底座8通过前后两侧的螺栓9水平固定在地面上。导轨5的前侧顶部设有第一电机底座4，用来放置外驱式直线步进电机3。外驱式直线步进电机3的第一螺杆7穿透第一电机底座4的底部中心处，且固定在导轨底座8上，需要说明的是：该固定方式不能影响第一螺杆7的转动。第一螺杆7上设有一块具有一定厚度且金属材料制成的矩形滑块10，第一螺杆7贯穿滑块10的中心，且二者通过螺纹啮合。滑块10后侧的左、右两边分别呈上、下对齐安装2个滚轮6，共计4个。滚轮6的中心凹槽(黑色区域)宽度需略大于导轨5的厚度，从而保持滚轮6可以贴附着导轨5的边缘上下滚动。当外驱式直线步进电机3工作时，第一螺杆7会随之转动，从而带动滑块10及滚轮6沿着导轨5上下移动，且滑块10可移动范围是第一电机底座4的底部至导轨底座8的顶部之间的距离为H。滑块10的前侧安装呈L型的尿便器17，如此，可利用滑块10的移动带动尿便器17的移动。

尿便器17顶部中心处设有尿便器进水口15，为了保证尿便器17在上下移动过程中，与尿便器17连接的各部件不会影响尿便器17的移动，尿便器进水口15通过第一电磁阀14与伸缩管道13的一端连接，伸缩管道13的另一端则通过法兰12与固定在房顶1与后墙壁34内部的尿便器进水管道11的一端连接。需要说明的是：伸缩管道13可伸缩范围应该大于滑块10的移动范围H。尿便器进水管道11的另一端则与安装在后墙壁34内部的增压泵33的出水口连接，增压泵33的进水口与固定在蓄水池29右侧的蓄水池抽水管道31连接，蓄水池抽水管道31安装时需尽量贴近蓄水池29的底部，以保证接触到废水。尿便器17的顶部前侧边缘安装热释电人体红外传感器16，用于感应使用者是否离开以便控制冲水等操作。

尿便器17的底部中心处设有呈T型尿便器出口管道18，尿便器出口管道18通过法兰12与伸缩管道13的上端连接，伸缩管道13的下端则通过法兰12与尿便器排水管道19连接。同样，伸缩管道13可伸缩范围应该大于滑块10的移动范围H。当感应到使用者离开时，开启第一电磁阀14与增压泵33，蓄水池29内的废水则依次通过蓄水池抽水管道31、尿便器进水管道11、伸缩管道13以及尿便器进水口15等部件，实现对尿便器17的冲洗，冲洗后的废水则会通过尿便器排水管道19排放出去。

在与尿便器17的底部前侧间隔距离为L处的地面上，铺设长度为B的站台24，供使用者站立。在站台24的正上方，且房顶1的下侧用螺栓9固定着超声波身高测量装置，主要包括：第一超声波发射器20、第一超声波接收器21、第二超声波发射器22与第二超声波接收器23，上述四个部件依次相邻安装，且四者底部到站台24的顶部间隔为G。超声波测量身高原理如下：第一超声波发射器20与第二超声波发射器22同时向下发射超声波，并开始计时，当使用者站立在站台24区域，使用者头顶部会将超声波反弹出去，并由第一超声波接收器21与第二超声波接收器23进行接收，无论是哪一个先接收到超声波信号时停止计时，记录时间为T。因超声波在空气中传播速度恒定为V，则超声波传播的路程为S＝V×T。因此，可以计算人体身高h＝G-S/2。

MCU控制电路盒25通过螺栓9固定在后墙壁34上，用于控制系统各部件的工作状态。洗手池27也固定在后墙壁34上，水龙头26则位于洗手池27边缘上方。打开水龙头27后，自来水通过固定在后墙壁34内部的水龙头进水管道32流入，并从水龙头27流出供使用者使用，使用过后的水则通过洗手池排水管道28流入安装在地面下的蓄水池29，蓄水池29的左下方设有蓄水池排水管道57，且蓄水池排水管道57连接第二电磁阀55，用于控制蓄水池29内部水的排放。为避免蓄水池29的水位超过额定值，在蓄水池29的顶部内壁安装水位传感器30，由水位传感器30检测蓄水池29的水位，当水位超过规定范围时，由MCU控制电路盒25中的MCU控制系统打开第二电磁阀55进行废水排放，直到水位恢复至标准范围，关闭第二电磁阀55停止排放。

参见图2、图3，分别为本实用新型图1中尿便器17的升降装置结构图及其在前墙壁2内的安装图。利用螺栓9将外驱式直线步进电机3固定在第一电机底座4上，第一螺杆7依次穿过第一电机底座4中心与滑块10顶部中心，并固定在导轨底座8上，且该固定方式不会影响第一螺杆7的转动。在滑块10后侧的左、右两边，分别通过螺栓9，并保持上、下齐平固定2个滚轮6，在滑块10的前侧，且左、右两边4个螺栓9的附近开设4个尿便器固定螺孔35，用于固定尿便器17。图3中，整个升降装置是以内嵌式安装在前墙壁2内部，为不影响滑块10与尿便器17组装，并保持升降装置不外露原则，滑块10的前侧需分别与左侧墙壁37、右侧墙壁38之间保持齐平。同时，在第一电机底座4的前侧，且左侧墙壁37与右侧墙壁38之间设有隔板36，隔板36的宽度就是左侧墙壁37与右侧墙壁38之间距离，隔板36的底部与第一电机底座4的底部保持齐平。此外，导轨底座8的前侧边缘也与左侧墙壁37、右侧墙壁38的前侧边缘保持平齐。

参见图4，为本实用新型图1中尿便器17的内部结构图。尿便器17呈L型，且为不锈钢材料制成。在尿便器17内壁的矩形区域采用4个固定螺丝59与图3中的尿便器固定螺孔35相互连接，以确保尿便器17与滑块10组装在一起，实现上下移动。

在尿便器17顶部的尿便器进水口15右侧通过螺栓9着固定开关电路盒58，开关电路盒58顶部设有3个开关，从左至右分别是：尿便器上升开关42、尿便器下降开关43与防漏尿装置清洗开关44。具体功能如下：尿便器上升开关42按下时，则尿便器17上升；尿便器下降开关43按下时，则尿便器17下降；防漏尿装置清洗开关44按下时，则启动尿便器17底部安装的防漏尿装置47，用于清洗与维护。

尿便器17的顶部内侧中心处，即尿便器进水口15的正下方连接双侧进水管道41，双侧进水管道41的左、右两侧分别通过法兰12连接相同规格的透明塑料管道39，透明塑料管道39内部分别放置多个除臭丸40，透明塑料管道39的一侧设有多个喷嘴45，且喷嘴45均是斜向上分布，透明塑料管道39的底部也设有一个喷嘴45，且角度偏向内侧。如此，冲洗尿便器17时，水流经双侧进水管道41分别流向左、右边的透明塑料管道39，水流接触到除臭丸40后，再从多个喷嘴45中喷出，从而对尿便器17的内壁与底部进行有效清洗，且达到除臭的目的。

尿便器17底部偏上部分制成为凹槽状，底部前侧设计成一定的圆弧状。为了让冲洗后的水流从尿便器17底部中心处的尿便器出口管道18全部流出，尿便器17底部内侧凹槽的前壁、后壁至中心处的尿便器出口管道18均设置一定的倾斜角度，且尿便器17底部上侧边缘至底部内侧的最大距离为D。此外，为避免杂物堵塞尿便器出口管道18，在其顶部安装尿便器出口管道滤网46。尿便器17底部剩余部分则是空心层，且在空心层前段1/2处安装防漏尿装置47，用于收集残尿。

参见图5，为本实用新型图4中防漏尿装置47结构放大图。整个防漏尿装置47安装在尿便器17底部空心层的前段1/2处，主要部件包括：贯通轴直线步进电机48、第二螺杆49、集尿器52以及集尿器出口管道54等。贯通轴直线步进电机48的底部通过4个螺栓9固定在金属材料制成的第二电机底座51上，且贯通轴直线步进电机48的第二螺杆49两端分别穿透贯通轴直线步进电机48与第二电机底座51的中心。第二电机底座51位于金属材料制成的固定底座50中心处，且二者焊接成一体。固定底座50也通过4个螺栓9与尿便器17的空心层底部固定，从而确保贯通轴直线步进电机48工作时，不会发生移动现象。第二螺杆49贯穿第二电机底座51的一端与不锈钢金属材料制成的集尿器52尾部中心处焊接在一起。如此，当贯通轴直线步进电机48工作时，第二螺杆49则进行相应的水平移动。

集尿器52设计成抽屉状，且尾部至前端的距离为L。前端也设计成圆弧形，并与尿便器17的底部前侧边缘弧度一致，以确保一定的贴合性与美观性。集尿器52底部的中心处设有集尿器出口管道54，为避免杂物堵塞集尿器出口管道54，在集尿器出口管道54顶端装有集尿器出口滤网53。而集尿器出口管道54底部则通过法兰12连接伸缩管道13的一端，伸缩管道13的另一端也通过法兰12与T型的尿便器出口管道18的分支管道60连接，且分支管道60中心端安装第三电磁阀56，用以控制集尿器52的尿液排放。本实用新型规定：当贯通轴直线步进电机48正转时，第二螺杆49则向前移动，从而带动集尿器52由区域O向前延伸至固定区域S处(即图5中虚线位置处)；当贯通轴直线步进电机48反转时，第二螺杆49则向后移动，从而将集尿器52由区域S收缩至原位，即区域O。

参见图6，为本实用新型通用型智能尿便器控制电路结构框图。MCU控制电路盒25中放置的是包含MCU控制系统等相关电路的集成电路板。MCU控制系统通过不同的控制端口分别连接第一超声波接收器21、第二超声波接收器23、热释电人体红外传感器16、水位传感器30、防漏尿装置清洗开关44、尿便器上升开关42、尿便器下降开关43、第一超声波发射器20、第二超声波发射器22、外驱式直线步进电机3、贯通轴直线步进电机48、第一电磁阀14、第二电磁阀55、第三电磁阀56与增压泵33。其中，第一超声波接收器21、第二超声波接收器23、热释电人体红外传感器16、水位传感器30、防漏尿装置清洗开关44、尿便器上升开关42、尿便器下降开关43分别连接MCU控制系统的输入端，而MCU控制系统的输出端分别连接第一超声波发射器20、第二超声波发射器22、外驱式直线步进电机3、贯通轴直线步进电机48、第一电磁阀14、第二电磁阀55、第三电磁阀56与增压泵33。电源供电模块则为MCU控制电路盒25中各部件提供所需电源。

参见图7，为本实用新型通用型智能尿便器的工作流程图，具体操作步骤如下：

(1)开始工作时，MCU控制电路盒25中的MCU控制系统接收水位传感器30的采集信号，根据采集信息判断蓄水池29的水位是否已经超过额定值。若当前水位超过额定值，由MCU控制系统启动第二电磁阀55，则蓄水池29中的水可通过蓄水池排水管道57排放出去，直到水位处于规定范围后，关闭第二电磁阀55停止排放。

(2)MCU控制系统启动热释电人体红外传感器16，使其一直保持运行状态，用于感应是否有使用者使用对应的尿便器17。当未感应到使用者时，一直处于监视状态；当感应到使用者站在站台24区域时，MCU控制系统则设置使用状态标志F＝1，并启动第一超声波发射器20与第二超声波发射器22，由其至顶向下发射超声波，同时，开启定时器进行计时。当超声波遇到使用者头顶部时，会发生反弹，并由第一超声波接收器21与第二超声波接收器23接收相应的返回信号。无论MCU控制系统先采集到第一超声波接收器21与第二超声波接收器23任一个接收的信号，都会立刻关闭定时器，停止计时，并记录所用时间为T。超声波在空气中传播速度恒定为V，则超声波传播的路程为S＝V×T。由于超声波传播路程是使用者头顶部至超声波发射器之间距离的2倍，因此，可以计算出使用者身高为h＝G-S/2。

(3)确定当前使用者的身高后，MCU控制系统启动尿便器升降装置，自动调节尿便器17高度至人体身高的1/3处(由脚向上)。具体升降过程如下：本实用新型规定：尿便器17初始位置为升降装置的顶部(即当滑块10与第一电机底座4的底部贴合时，尿便器17处于的位置)，外驱式直线步进电机3正转时，尿便器17下降；外驱式直线步进电机3反转时，尿便器17上升；外驱式直线步进电机3转动一次，尿便器17上升或下降的位移设为d。根据步骤(2)得出的身高h，计算出将尿便器17由顶部调节至人体身高的1/3处，外驱式直线步进电机3所需转动的次数因此，MCU控制系统控制外驱式直线步进电机3正转n₁次后停止。

(4)经步骤(3)操作后，若使用者对尿便器17当前位置不满意，则可以通过尿便器上升开关42或者尿便器下降开关43进行微调，每按下一次，外驱式直线步进电机3便反转或正转一次，在步骤(3)外驱式直线步进电机3正转n₁基础上，正转一次加1，反转一次减1，直到调节尿便器17至合适的位置，并计算出尿便器17从初始位置移动至当前位置时，外驱式直线步进电机3的转动总次数为n₂。

(5)MCU控制系统启动防漏尿装置47，将其延伸至图5中虚线区域S处。具体工作过程如下：本实用新型规定：集尿器52初始位置为图5中区域O，贯通轴直线步进电机48正转，第二螺杆49向前移动，从而带动集尿器52向前移动；贯通轴直线步进电机48反转，第二螺杆49向后移动，从而带动集尿器52后移；贯通轴直线步进电机48转动一次，集尿器52移动距离设为l，则集尿器52从区域O移动至区域S处，贯通轴直线步进电机48正转所需次数为因此，MCU控制系统控制贯通轴直线步进电机48正转n₃次后停止。

(6)当热释电人体红外传感器16感应到使用者离开站台24区域时，MCU控制系统则设置使用状态标志F＝0；然后，MCU控制系统控制贯通轴直线步进电机48反转n₃次后停止，将集尿器52从区域S收缩至区域O处。

(7)MCU控制系统打开第三电磁阀56将集尿器52中收集的尿液依次通过集尿器出口管道54、伸缩管道13及分支管道60排放出去，等待t₁秒后关闭第三电磁阀56；然后，MCU控制系统同时开启增压泵33与第一电磁阀14，通过增压泵33将蓄水池29中的水抽出，并依次通过蓄水池抽水管道31、尿便器进水管道11以及透明塑料管道喷嘴45对尿便器17进行冲洗，冲洗后的废水则经由尿便器排水口18与尿便器排水管道19排放出去。整个冲洗时间维持t₂秒后，关闭增压泵33与第一电磁阀14。

(8)MCU控制系统控制外驱式直线步进电机3进行反转n₂次，使得尿便器17返回至初始位置后。

(9)MCU控制系统判断防漏尿装置清洗开关44是否按下，若按下，MCU控制系统控制贯通轴直线步进电机48正转n₃次后停止，将其延伸至图5中虚线区域S处，由清洁人员对其内部进行清理与维护。等待t₃秒后，MCU控制系统控制贯通轴直线步进电机48反转n₃次后停止，将集尿器52从区域S收缩至区域O处后进行下一轮循环操作。