智能坐便器輔助測試裝置的研究*

葉益陽 翁曉偉 朱品霖

(臺州市產品質量安全檢測研究院 浙江 臺州 318000)

目前實驗室常用的桌子是以天然木材為原料制造的,能滿足常規(guī)器具的檢測,但是對于智能坐便器這一類用水器具,單純的木桌不具備儲水能力顯然無法滿足實際的檢測需求。故需要設計一種專用材料儲水腔體,以滿足用水設備的需求。

另外,智能坐便器處于工作狀態(tài)時,會進行頻繁的進出水動作,特別是在沖水動作時,會產生大量的積水,此時若排水不及時,更會造成溢出事故。故需要設計一套控制系統(tǒng),實時監(jiān)測腔體內的水流狀況,并在水流超限時,可以啟動水泵抽水,從而保證腔體內的儲水保持在一個動態(tài)的合理范圍,滿足智能坐便器持續(xù)檢測的需求。

1 結構設計

針對智能坐便器的涉水檢測,設計一款輔助測試裝置,裝置采用木桌加亞克力水箱的組合模式,其結構如圖1所示,包括桌面、桌腿、凹槽、水箱、側邊孔等部件。桌面采用一整塊天然木材,作為一個平面,智能坐便器可以放置于其上;桌腿采用天然木材,作為立柱,支撐起桌面的重量;凹槽是在桌面中間,開挖一個橢圓形的空間,承接智能坐便器的排水;水箱是一個沒有上蓋的亞克力長方體,固定在凹槽的正下方,并完整覆蓋了整個凹槽的區(qū)域,保證排水可以全部進入水箱;側邊孔則是在水箱的側邊,靠近底部的位置,開挖一個小圓洞,放入一個轉接頭,再套上水管,就可以實現(xiàn)將水箱內部的積水往外排放。所有這些部件組合在一起,就非常完整地構成了一個一體化進出水裝置[1],適于智能坐便器的檢測需求。

圖1 裝置結構示意圖

2 控制系統(tǒng)設計

針對智能坐便器的沖水量巨大的特點,在裝置符合測試要求的同時,需要另外配備一套完整的控制系統(tǒng)[2],以便監(jiān)測智能坐便器工作時水箱內的進出水狀況,利于檢測人員對當前情況進行處置。

控制系統(tǒng)總體結構共分為3個單元,管理單元、控制單元、無線傳輸單元?？刂葡到y(tǒng)的整體框圖如圖2所示?？刂茊卧糜趫?zhí)行裝置內部電路的動作,由主控電路、水位傳感器、流量傳感器、電磁閥和水泵組成;管理單元即手機App,用于實時監(jiān)視裝置內的水位和流量,設定目標水位高度和流量閾值;無線傳輸單元用于連接管理單元和控制單元,保持兩者的實時通信,它由若干個WiFi模塊組成。

圖2 控制系統(tǒng)整體框圖

2.1 控制單元

控制單元是控制系統(tǒng)的執(zhí)行單元,主要由流量傳感器、水位傳感器、主控單元、電磁閥和水泵組成。流量傳感器用于檢測智能坐便器工作時排水量的大小,并將測得的實時流量數(shù)據(jù)傳送至主控電路。水位傳感器用于檢測當前裝置內部的水位高度,并將測得的實時液面位置數(shù)據(jù)傳送至主控電路。流量傳感器置于水箱頂部,水位傳感器置于排水孔邊緣,兩個傳感器均采用玻璃膠粘合,起到密封效果。電磁閥和水泵,用于執(zhí)行來自主控電路的指令,當水位超過安全閾值時,該模塊就會啟動抽水,用來保證整個裝置里的儲水不會溢出。主控電路由負責信息處理的MCU 微處理器[3],及其周邊電路組成。其功能主要為:①接收流量傳感器和水位傳感器傳送的數(shù)據(jù),將數(shù)據(jù)進行放大及處理,識別并判定當前的流量和水位,是否超過設定的安全閾值;若未超過,就繼續(xù)保持智能坐便器當前的工作狀態(tài),若超過,主控電路會開啟電磁閥和水泵,對裝置進行緊急排水;②將處理過的傳感器數(shù)據(jù),包含流量傳感器和水位傳感器的數(shù)據(jù),打包發(fā)送至無線傳輸單元;③接收來自無線傳輸單元的數(shù)據(jù),加以解析,并執(zhí)行相應的控制程序。

2.2 無線傳輸單元

無線傳輸單元是數(shù)據(jù)通信的中樞,采用無線短距離通信協(xié)議,搭建一個信息橋梁,實現(xiàn)控制單元與管理單元之間的即時數(shù)據(jù)鏈接[4]。

要實現(xiàn)點對點的實時無線傳輸,必須建立兩個通信終端,①裝置端的WiFi模塊,負責接收來自手機端的控制信號,并將信號發(fā)送至控制單元;②手機端的WiFi模塊,負責接收來自裝置端的數(shù)據(jù)信息,并將數(shù)據(jù)發(fā)送至管理單元。

無線傳輸單元以兩個無線通信節(jié)點為研究對象,研究模塊的硬件設計,網絡支撐技術與無線通信協(xié)議棧,通過相互協(xié)作,將數(shù)據(jù)進行實時傳輸,完成工程角度的開發(fā)與實現(xiàn)。

2.3 管理單元

管理單元即基于手機搭建的APP,采用Android系統(tǒng)為支持平臺,開發(fā)出穩(wěn)定運行于手機端的APP軟件[5]。其功能構成如圖3所示。手機App的作用為:①對下位機數(shù)據(jù)的具體呈現(xiàn);②對下位機動作的實際控制。

圖3 手機App功能構成圖

人機交互界面在手機端運行在獨立的APP上,主要由數(shù)據(jù)顯示屏和獨立按鍵組成,其功能如下:

(1)APP接收來自WiFi模塊的數(shù)據(jù)并加以解析,同時將當前的流量數(shù)據(jù)和水位數(shù)據(jù)加以顯示,以便檢測人員進行實時的人工干預。

(2)APP可以設定流量與水位的安全閾值,利于系統(tǒng)進行下一步的比較與判斷。

(3)APP會實時將當前的流量和水位數(shù)據(jù),與設定的安全閾值進行比較,若數(shù)值超過,就會報警提示;檢測人員就可根據(jù)當前裝置的儲水狀況,考慮是否關停智能坐便器,或者對裝置進行緊急排水。

(4)APP可以通過WiFi模塊,將手機端的指令發(fā)送到控制系統(tǒng),檢測人員可以根據(jù)當前的進出水狀況,按壓APP端的按鍵,人工方式啟停電磁閥,從而控制水泵抽水。

3 結論

針對智能坐便器的涉水檢測特點,筆者研究了一種輔助測試裝置?；跇藴实臋z測需求與智能坐便器的進出水特點,完成裝置的結構設計;另外,裝置配置了一整套控制系統(tǒng),便于實時監(jiān)測與控制裝置的正常運行。筆者的研究解決了傳統(tǒng)裝置無法滿足智能坐便器測試的問題,同時通過控制系統(tǒng)的監(jiān)控作用,增強了裝置的可靠性與穩(wěn)定性。裝置的成功研制,為智能坐便器的日常檢測提供了更多的便利,從而進一步助力智能坐便器產業(yè)的發(fā)展。