葉益陽 翁曉偉 朱品霖

(臺(tái)州市產(chǎn)品質(zhì)量安全檢測(cè)研究院 浙江 臺(tái)州 318000)

目前實(shí)驗(yàn)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(cè),但是對(duì)于智能坐便器這一類用水器具,單純的木桌不具備儲(chǔ)水能力顯然無法滿足實(shí)際的檢測(cè)需求。故需要設(shè)計(jì)一種專用材料儲(chǔ)水腔體,以滿足用水設(shè)備的需求。

另外,智能坐便器處于工作狀態(tài)時(shí),會(huì)進(jìn)行頻繁的進(jìn)出水動(dòng)作,特別是在沖水動(dòng)作時(shí),會(huì)產(chǎn)生大量的積水,此時(shí)若排水不及時(shí),更會(huì)造成溢出事故。故需要設(shè)計(jì)一套控制系統(tǒng),實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)腔體內(nèi)的水流狀況,并在水流超限時(shí),可以啟動(dòng)水泵抽水,從而保證腔體內(nèi)的儲(chǔ)水保持在一個(gè)動(dòng)態(tài)的合理范圍,滿足智能坐便器持續(xù)檢測(cè)的需求。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

針對(duì)智能坐便器的涉水檢測(cè),設(shè)計(jì)一款輔助測(cè)試裝置,裝置采用木桌加亞克力水箱的組合模式,其結(jié)構(gòu)如圖1所示,包括桌面、桌腿、凹槽、水箱、側(cè)邊孔等部件。桌面采用一整塊天然木材,作為一個(gè)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(gè)橢圓形的空間,承接智能坐便器的排水;水箱是一個(gè)沒有上蓋的亞克力長(zhǎng)方體,固定在凹槽的正下方,并完整覆蓋了整個(gè)凹槽的區(qū)域,保證排水可以全部進(jìn)入水箱;側(cè)邊孔則是在水箱的側(cè)邊,靠近底部的位置,開挖一個(gè)小圓洞,放入一個(gè)轉(zhuǎn)接頭,再套上水管,就可以實(shí)現(xiàn)將水箱內(nèi)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(gòu)成了一個(gè)一體化進(jìn)出水裝置[1],適于智能坐便器的檢測(cè)需求。

圖1 裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

針對(duì)智能坐便器的沖水量巨大的特點(diǎn),在裝置符合測(cè)試要求的同時(shí),需要另外配備一套完整的控制系統(tǒng)[2],以便監(jiān)測(cè)智能坐便器工作時(shí)水箱內(nèi)的進(jìn)出水狀況,利于檢測(cè)人員對(duì)當(dāng)前情況進(jìn)行處置。

控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)共分為3個(gè)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(nèi)部電路的動(dòng)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(jī)App,用于實(shí)時(shí)監(jiān)視裝置內(nèi)的水位和流量,設(shè)定目標(biāo)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(shí)時(shí)通信,它由若干個(gè)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(cè)智能坐便器工作時(shí)排水量的大小,并將測(cè)得的實(shí)時(shí)流量數(shù)據(jù)傳送至主控電路。水位傳感器用于檢測(cè)當(dāng)前裝置內(nèi)部的水位高度,并將測(cè)得的實(shí)時(shí)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(gè)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(dāng)水位超過安全閾值時(shí),該模塊就會(huì)啟動(dòng)抽水,用來保證整個(gè)裝置里的儲(chǔ)水不會(huì)溢出。主控電路由負(fù)責(zé)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(jìn)行放大及處理,識(shí)別并判定當(dāng)前的流量和水位,是否超過設(shè)定的安全閾值;若未超過,就繼續(xù)保持智能坐便器當(dāng)前的工作狀態(tài),若超過,主控電路會(huì)開啟電磁閥和水泵,對(duì)裝置進(jìn)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(yīng)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(gè)信息橋梁,實(shí)現(xiàn)控制單元與管理單元之間的即時(shí)數(shù)據(jù)鏈接[4]。

要實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的實(shí)時(shí)無線傳輸,必須建立兩個(gè)通信終端,①裝置端的WiFi模塊,負(fù)責(zé)接收來自手機(jī)端的控制信號(hào),并將信號(hào)發(fā)送至控制單元;②手機(jī)端的WiFi模塊,負(fù)責(zé)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(gè)無線通信節(jié)點(diǎn)為研究對(duì)象,研究模塊的硬件設(shè)計(jì),網(wǎng)絡(luò)支撐技術(shù)與無線通信協(xié)議棧,通過相互協(xié)作,將數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸,完成工程角度的開發(fā)與實(shí)現(xiàn)。

2.3 管理單元

管理單元即基于手機(jī)搭建的APP,采用Android系統(tǒng)為支持平臺(tái),開發(fā)出穩(wěn)定運(yùn)行于手機(jī)端的APP軟件[5]。其功能構(gòu)成如圖3所示。手機(jī)App的作用為:①對(duì)下位機(jī)數(shù)據(jù)的具體呈現(xiàn);②對(duì)下位機(jī)動(dòng)作的實(shí)際控制。

圖3 手機(jī)App功能構(gòu)成圖

人機(jī)交互界面在手機(jī)端運(yùn)行在獨(dú)立的APP上,主要由數(shù)據(jù)顯示屏和獨(dú)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(shí)將當(dāng)前的流量數(shù)據(jù)和水位數(shù)據(jù)加以顯示,以便檢測(cè)人員進(jìn)行實(shí)時(shí)的人工干預(yù)。

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

(3)APP會(huì)實(shí)時(shí)將當(dāng)前的流量和水位數(shù)據(jù),與設(shè)定的安全閾值進(jìn)行比較,若數(shù)值超過,就會(huì)報(bào)警提示;檢測(cè)人員就可根據(jù)當(dāng)前裝置的儲(chǔ)水狀況,考慮是否關(guān)停智能坐便器,或者對(duì)裝置進(jìn)行緊急排水。

(4)APP可以通過WiFi模塊,將手機(jī)端的指令發(fā)送到控制系統(tǒng),檢測(cè)人員可以根據(jù)當(dāng)前的進(jìn)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(jié)論

針對(duì)智能坐便器的涉水檢測(cè)特點(diǎn),筆者研究了一種輔助測(cè)試裝置。基于標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)需求與智能坐便器的進(jìn)出水特點(diǎn),完成裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);另外,裝置配置了一整套控制系統(tǒng),便于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制裝置的正常運(yùn)行。筆者的研究解決了傳統(tǒng)裝置無法滿足智能坐便器測(cè)試的問題,同時(shí)通過控制系統(tǒng)的監(jiān)控作用,增強(qiáng)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(cè)提供了更多的便利,從而進(jìn)一步助力智能坐便器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。