叶益阳 翁晓伟 朱品霖

(台州市产品质量安全检测研究院 浙江 台州 318000)

目前实验室常用的桌子是以天然木材为原料制造的,能满足常规器具的检测,但是对于智能坐便器这一类用水器具,单纯的木桌不具备储水能力显然无法满足实际的检测需求。故需要设计一种专用材料储水腔体,以满足用水设备的需求。

另外,智能坐便器处于工作状态时,会进行频繁的进出水动作,特别是在冲水动作时,会产生大量的积水,此时若排水不及时,更会造成溢出事故。故需要设计一套控制系统,实时监测腔体内的水流状况,并在水流超限时,可以启动水泵抽水,从而保证腔体内的储水保持在一个动态的合理范围,满足智能坐便器持续检测的需求。

1 结构设计

针对智能坐便器的涉水检测,设计一款辅助测试装置,装置采用木桌加亚克力水箱的组合模式,其结构如图1所示,包括桌面、桌腿、凹槽、水箱、侧边孔等部件。桌面采用一整块天然木材,作为一个平面,智能坐便器可以放置于其上;桌腿采用天然木材,作为立柱,支撑起桌面的重量;凹槽是在桌面中间,开挖一个椭圆形的空间,承接智能坐便器的排水;水箱是一个没有上盖的亚克力长方体,固定在凹槽的正下方,并完整覆盖了整个凹槽的区域,保证排水可以全部进入水箱;侧边孔则是在水箱的侧边,靠近底部的位置,开挖一个小圆洞,放入一个转接头,再套上水管,就可以实现将水箱内部的积水往外排放。所有这些部件组合在一起,就非常完整地构成了一个一体化进出水装置[1],适于智能坐便器的检测需求。

图1 装置结构示意图

2 控制系统设计

针对智能坐便器的冲水量巨大的特点,在装置符合测试要求的同时,需要另外配备一套完整的控制系统[2],以便监测智能坐便器工作时水箱内的进出水状况,利于检测人员对当前情况进行处置。

控制系统总体结构共分为3个单元,管理单元、控制单元、无线传输单元。控制系统的整体框图如图2所示。控制单元用于执行装置内部电路的动作,由主控电路、水位传感器、流量传感器、电磁阀和水泵组成;管理单元即手机App,用于实时监视装置内的水位和流量,设定目标水位高度和流量阈值;无线传输单元用于连接管理单元和控制单元,保持两者的实时通信,它由若干个WiFi模块组成。

图2 控制系统整体框图

2.1 控制单元

控制单元是控制系统的执行单元,主要由流量传感器、水位传感器、主控单元、电磁阀和水泵组成。流量传感器用于检测智能坐便器工作时排水量的大小,并将测得的实时流量数据传送至主控电路。水位传感器用于检测当前装置内部的水位高度,并将测得的实时液面位置数据传送至主控电路。流量传感器置于水箱顶部,水位传感器置于排水孔边缘,两个传感器均采用玻璃胶粘合,起到密封效果。电磁阀和水泵,用于执行来自主控电路的指令,当水位超过安全阈值时,该模块就会启动抽水,用来保证整个装置里的储水不会溢出。主控电路由负责信息处理的MCU 微处理器[3],及其周边电路组成。其功能主要为:①接收流量传感器和水位传感器传送的数据,将数据进行放大及处理,识别并判定当前的流量和水位,是否超过设定的安全阈值;若未超过,就继续保持智能坐便器当前的工作状态,若超过,主控电路会开启电磁阀和水泵,对装置进行紧急排水;②将处理过的传感器数据,包含流量传感器和水位传感器的数据,打包发送至无线传输单元;③接收来自无线传输单元的数据,加以解析,并执行相应的控制程序。

2.2 无线传输单元

无线传输单元是数据通信的中枢,采用无线短距离通信协议,搭建一个信息桥梁,实现控制单元与管理单元之间的即时数据链接[4]。

要实现点对点的实时无线传输,必须建立两个通信终端,①装置端的WiFi模块,负责接收来自手机端的控制信号,并将信号发送至控制单元;②手机端的WiFi模块,负责接收来自装置端的数据信息,并将数据发送至管理单元。

无线传输单元以两个无线通信节点为研究对象,研究模块的硬件设计,网络支撑技术与无线通信协议栈,通过相互协作,将数据进行实时传输,完成工程角度的开发与实现。

2.3 管理单元

管理单元即基于手机搭建的APP,采用Android系统为支持平台,开发出稳定运行于手机端的APP软件[5]。其功能构成如图3所示。手机App的作用为:①对下位机数据的具体呈现;②对下位机动作的实际控制。

图3 手机App功能构成图

人机交互界面在手机端运行在独立的APP上,主要由数据显示屏和独立按键组成,其功能如下:

(1)APP接收来自WiFi模块的数据并加以解析,同时将当前的流量数据和水位数据加以显示,以便检测人员进行实时的人工干预。

(2)APP可以设定流量与水位的安全阈值,利于系统进行下一步的比较与判断。

(3)APP会实时将当前的流量和水位数据,与设定的安全阈值进行比较,若数值超过,就会报警提示;检测人员就可根据当前装置的储水状况,考虑是否关停智能坐便器,或者对装置进行紧急排水。

(4)APP可以通过WiFi模块,将手机端的指令发送到控制系统,检测人员可以根据当前的进出水状况,按压APP端的按键,人工方式启停电磁阀,从而控制水泵抽水。

3 结论

针对智能坐便器的涉水检测特点,笔者研究了一种辅助测试装置。基于标准的检测需求与智能坐便器的进出水特点,完成装置的结构设计;另外,装置配置了一整套控制系统,便于实时监测与控制装置的正常运行。笔者的研究解决了传统装置无法满足智能坐便器测试的问题,同时通过控制系统的监控作用,增强了装置的可靠性与稳定性。装置的成功研制,为智能坐便器的日常检测提供了更多的便利,从而进一步助力智能坐便器产业的发展。