本發(fā)明涉及領域衛(wèi)生潔具領域，具體涉及一種無尾智能坐便器及其沖洗水加熱控制方法。

背景技術：

現(xiàn)在智能坐便器應用范圍越來越廣，智能坐便器具有沖洗、烘干等功能，極大地方便了使用者，為使用者帶來了很好的體驗。然而，現(xiàn)有的智能坐便器均需接市電，而舊衛(wèi)生間一般不會在坐便器位置設置市電電源，這就導致智能坐便器的應用受到限制。因此，需要設計一種用電池供電的無尾智能坐便器。更為重要的是，智能坐便器如果使用電池，最好將電壓限定在安全電壓范圍內。而由于智能坐便器核心功能是沖洗，沖洗水的加熱需要較大的功率。因此，在使用低電壓、大功率電池的智能坐便器上，如何加熱電阻及其控制方法的設計就成為一個急待解決的問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術中的問題，提供一種無尾智能坐便器及其沖洗水加熱控制方法，以適應低電壓大功率的供電條件。

為達成上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種無尾智能坐便器，包括坐便器本體、電池、供電部、沖洗部、溫度傳感器、中心控制器和手動輸入部；所述的供電部、沖洗部、溫度傳感器和中心控制器位于坐便器本體；所述的電池與供電部可分離地電連接，輸出直流電，電壓小于或等于36V，功率大于或等于1200W；所述的供電部還與沖洗部、溫度傳感器、中心控制器和手動輸入部電連接，用于將電池的電能直接或間接地輸出至沖洗部、溫度傳感器、中心控制器和手動輸入部；所述的沖洗部包括沖洗水通水路、流量控制閥、兩個以上并接于供電部輸出端的加熱及控制組件；所述的沖洗水通水路用于供沖洗水通過；所述的流量控制閥與沖洗水通水路連接，用于控制沖洗水開關及流量；流量控制閥與供電部和中心控制器電連接并受控于中心控制器；每個所述的加熱及控制組件包括加熱電阻和與加熱電阻串聯(lián)的控制單元；所述的加熱電阻均設于沖洗水通水路，用于加熱沖洗水；所述的控制單元分別與中心控制器電連接并受控于中心控制器；所述的溫度傳感器設于沖洗水通水路的出水端并與中心控制器電連接，用于測量沖洗水實測溫度并發(fā)送至中心控制器；所述的中心控制器與供電部、各控制單元、溫度傳感器和手動輸入部電連接，用于接收和存儲溫度傳感器測量的沖洗水實測溫度信息和手動輸入部設定的沖洗水設定流速及沖洗水設定溫度，并控制各控制單元的通斷；所述的手動輸入部與中心控制器電連接，用于設定沖洗水設定流速及沖洗水設定溫度并發(fā)送至中心控制器。

進一步地，所述的每個控制單元均包括加熱電阻連接端、控制信號輸入端、電源端、第一MOS管、第二MOS管和第三MOS管、第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻、第六電阻、第一電容、第二電容和第三電容；所述的加熱電阻連接端用于串接加熱電阻；所述的控制信號輸入端用于連接中心控制器；所述的電源端用于連接電源；所述的第一MOS管為N溝道MOS管；所述的第二MOS管為P溝通MOS管；所述的第三MOS管為N溝道大電流MOS管；所述的控制信號輸入端串接第一電阻后接第一MOS管G極；第二電阻和第一電容并聯(lián)后一端接第一MOS管的G極，另一端接第一MOS管的S極同時接地；第一MOS管的D極串接第三電阻后接第二MOS管的G極；第四電阻和第二電容并聯(lián)后一端接第二MOS管的G極，另一端接第二MOS管的S極同時接電源端；第二MOS管的D極串接第六電阻后接第三MOS管的G極；第五電阻和第三電容并聯(lián)后一端接第三MOS管的G極，另一端接第三MOS管的S極同時接地；第三MOS管的D極接加熱電阻連接端。

上述無尾智能坐便器的沖洗水加熱控制方法是：在滿足每個加熱電阻具有相同的額定功率的條件下，中心控制器根據(jù)由手動輸入部設定的沖洗水設定流速、沖洗水設定溫度以及由溫度傳感器發(fā)送的沖洗水實測溫度設定各控制單元的占空比，并按各控制單元的占空比控制各控制單元；所述的占空比被定義為各控制單元在人為設定的周期內接通時長與周期時長的比值；中心控制器根據(jù)各控制單元的占空比控制各控制單元的方法為：控制與該控制單元連接的端口按人為設定的周期重復輸出高電平和/或低電平，單個周期內，端口高電平輸出總時長等于周期時長乘以占空比，周期內剩余時長輸出低電平；設共有N個控制單元(N為大于1的自然數(shù))，中心控制器按以下步驟計算各控制單元占空比：步驟1：比較沖洗水實測溫度與沖洗水設定溫度；如沖洗水實測溫度大于或等于沖洗水設定溫度，則所有控制單元占空比均為0；如沖洗水實測溫度小于沖洗水設定溫度，所有控制單元的占空比按如下方式計算：步驟1.1：第1至第N-1個控制單元的占空比均相等，其值計算方式如下：步驟1.1.1：計算所需功率：將沖洗水設定溫度減去沖洗水實測溫度的差值乘以沖洗水設定流速，再乘以水的比熱容得到有效加熱功率，將所得的有效加熱功率除以電阻能量轉換效率得到所需功率；步驟1.1.2：計算總功率：如果所需功率大于電池額定功率，則總功率為電池額定功率；如果所需功率小于或等于電池額定功率，則總功率為所需功率；步驟1.1.3：計算總占空比：總占空比為總功率除以單個電阻的額定功率；步驟1.1.4：計算每個控制單元的占空比：將所得的總占空比除以控制單元的個數(shù)N，所得的商截取至百分位并忽略千分位及以后部分；如所得數(shù)大于或等于1，則占空比即100％；如所得數(shù)小于1，則占空比為所得數(shù)加0.01后再乘以100％；步驟1.2:第N個控制單元的占空比值為上述總占空比減去其他控制單元的占空比之和所得差值再乘以100％；步驟2：每次設定或調整各控制單元占空比時，中心控制器記錄設定或調整所依據(jù)的沖洗水實測溫度、沖洗水設定流速和沖洗水設定溫度；滿足下列條件時，回到步驟一重新設定各控制單元占空比；未滿足下列條件時，各控制單元占空比不變；所述的條件為：(1)沖洗水實測溫度與中心控制器記錄的上次設定或調整所依據(jù)的沖洗水實測溫度差值的絕對值大于或等于人為設定的溫度差；(2)沖洗水設定溫度發(fā)生改變；(3)沖洗水設定流速發(fā)生改變。

進一步地，各控制單元依次啟動，依次啟動時間差均小于或等于周期時長除以控制單元個數(shù)N與1的差值。

本發(fā)明所述的技術方案相對于現(xiàn)有技術，取得的有益效果是：

1、由于無尾智能坐便器采用了低電壓、大功率的電池，從而導致通過電流較大，而一般的加熱電阻無法滿足要求，因此需要增大加熱電阻截面積才能防止電流過大時燒斷。而電阻絲截面積過大，電阻阻值將變小，為了滿足加熱要求，就需要加長加熱電阻長度，從而導致無法適當?shù)匕惭b在沖洗水過水管處。為了解決這個問題，通過并聯(lián)分流的方式，用多根并聯(lián)的加熱電阻分流，則加熱電阻截面無需過大，長度也無需過長。從而實現(xiàn)了在低電壓大功率的供電條件下加熱沖洗水的功能。

2、由于使用多個并聯(lián)的電阻，因此，通過設置各并聯(lián)電阻串接的控制單元的占空比，實現(xiàn)了對多個并聯(lián)的電阻實施控制，達到在沖洗水設定流速和沖洗水設定溫度均可調的情況下，對沖洗水加熱的控制。

3、通過依次啟動各控制單元，使通過占空比控制電阻輸出功率時，供電端的電流波動較小，對系統(tǒng)內其他負載的電源擾動也就較小。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對發(fā)明的進一步理解，構成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明實施例的部件關系示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例的電路連接示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例中，單個加熱電阻及控制組件電路圖；

圖4為本發(fā)明實施例中，各控制單元依將啟動示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明所要解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚、明白，以下結合附圖和實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1至圖3所示，本發(fā)明實施例中，無尾智能坐便器包括坐便器本體、電池、供電部、沖洗部、溫度傳感器、中心控制器和手動輸入部。

供電部、沖洗部、溫度傳感器和中心控制器位于坐便器本體。

電池與供電部可分離地電連接，電池部為可充電鋰電池，當充電時離開供電部，當供電時輸出直流電，電壓24V，功率大于或等于1500W。

供電部還與沖洗部、溫度傳感器、中心控制器和手動輸入部電連接，用于將電池的電能直接或間接地輸出至沖洗部、溫度傳感器、中心控制器和手動輸入部。

沖洗部包括沖洗水通水路、流量控制閥、兩個以上并接于供電部輸出端的加熱及控制組件。

沖洗水通水路用于供沖洗水通過。本發(fā)明中，沖洗水通水路為設有夾層的管道。

流量控制閥與沖洗水通水路連接，用于控制沖洗水開關及流量。流量控制閥與供電部和中心控制器電連接并受控于中心控制器。

本發(fā)明中，有6組加熱及控制組件。每組加熱及控制組件包括加熱電阻和與加熱電阻串聯(lián)的控制單元。所述的加熱電阻額定功率為250w，均設于沖洗水通水路的夾層中，用于加熱沖洗水?？刂茊卧謩e與中心控制器電連接并受控于中心控制器。

圖3示出了單個加熱電阻及控制組件電路圖。其中，加熱電阻接線端子(Socket for Heater)一端連接24V電源，另一端經(jīng)控制單元后接地。

個控制單元均包括加熱電阻連接端、控制信號輸入端、電源端12V、第一MOS管AO3416、第二MOS管AO3415和第三MOS管IRFP4468、第一電阻2.2K歐、第二電阻100K歐、第三電阻2.2K歐、第四電阻100K歐、第五電阻100K歐、第六電阻2.2K歐、第一電容22pF、第二電容22pF和第三電容22pF。

加熱電阻連接端用于串接加熱電阻；所述的控制信號輸入端用于連接中心控制器；所述的電源端用于連接電源；所述的第一MOS管為N溝道MOS管；所述的第二MOS管為P溝通MOS管；所述的第三MOS管為N溝道大電流MOS管。

所述的控制信號輸入端串接第一電阻后接第一MOS管G極；第二電阻和第一電容并聯(lián)后一端接第一MOS管的G極，另一端接第一MOS管的S極同時接地。

第一MOS管的D極串接第三電阻后接第二MOS管的G極；第四電阻和第二電容并聯(lián)后一端接第二MOS管的G極，另一端接第二MOS管的S極同時接電源端。

第二MOS管的D極串接第六電阻后接第三MOS管的G極；第五電阻和第三電容并聯(lián)后一端接第三MOS管的G極，另一端接第三MOS管的S極同時接地；第三MOS管的D極接加熱電阻連接端。

控制信號輸入端輸入高電平時，第一MOS管導通，控制第二MOS管導通，進而控制第三MOS管跟著導通，加熱電阻通電發(fā)熱。

溫度傳感器設于沖洗水通水路的出水端并與中心控制器電連接，用于測量沖洗水實測溫度并發(fā)送至中心控制器。

中心控制器與供電部、各控制單元、溫度傳感器和手動輸入部電連接，用于接收和存儲溫度傳感器測量的沖洗水實測溫度信息和手動輸入部設定的沖洗水設定流速及沖洗水設定溫度，并控制各控制單元的通斷。

手動輸入部與中心控制器電連接，用于設定沖洗水設定流速及沖洗水設定溫度并發(fā)送至中心控制器。

以上實施例中，由于無尾智能坐便器采用了低電壓、大功率的電池，從而導致通過電流較大，而一般的加熱電阻無法滿足要求，因此需要增大加熱電阻截面積才能防止電流過大時燒斷。而電阻絲截面積過大，電阻阻值將變小，為了滿足加熱要求，就需要加長加熱電阻長度，從而導致無法適當?shù)匕惭b在沖洗水過水管處。為了解決這個問題，通過并聯(lián)分流的方式，用多根并聯(lián)的加熱電阻分流，則加熱電阻截面無需過大，長度也無需過長。從而實現(xiàn)了在低電壓大功率的供電條件下加熱沖洗水的功能。

上述無尾智能坐便器的沖洗水加熱控制方法如下：

本實施例滿足加熱電阻具有相同額定功率的條件，每個電阻的額定功率為250W。中心控制器根據(jù)由手動輸入部設定的沖洗水設定流速、沖洗水設定溫度以及由溫度傳感器發(fā)送的沖洗水實測溫度設定各控制單元的占空比，并按各控制單元的占空比控制各控制單元。所述的占空比被定義為各控制單元在人為設定的周期內接通時長與周期時長的比值。

中心控制器根據(jù)各控制單元的占空比控制各控制單元的方法為：控制與該控制單元連接的端口按人為設定的周期重復輸出高電平和/或低電平控制信號，單個周期內，端口高電平輸出總時長等于周期時長乘以占空比，周期內剩余時長輸出低電平。

本實施例中，有6個控制單元，相應地，中心控制器有6個控制信號，所有控制信號的周期長度相等，均為100ms。中心控制器按以下步驟計算各控制單元占空比：

步驟1：比較沖洗水實測溫度與沖洗水設定溫度，并計算各控制單元占空比；如沖洗水實測溫度大于或等于沖洗水設定溫度，則所有控制單元占空比均為0；如沖洗水實測溫度小于沖洗水設定溫度，所有控制單元的占空比按如下方式計算：

步驟1.1：第1至第5個控制單元的占空比均相等，其值計算方式如下：

步驟1.1.1：計算所需功率：將沖洗水設定溫度減去沖洗水實測溫度的差值乘以沖洗水設定流速，再乘以水的比熱容得到有效加熱功率，將所得的有效加熱功率除以電阻能量轉換效率得到所需功率；

步驟1.1.2：計算總功率：如果所需功率大于電池額定功率1500W，則總功率為電池額定功率1500W；如果所需功率小于或等于電池額定功率，則總功率為所需功率；

步驟1.1.3：計算總占空比：總占空比為總功率除以單個電阻的額定功率250W；

步驟1.1.4：計算每個控制單元的占空比：將所得的總占空比除以控制單元的個數(shù)6，所得的商截取至百分位并忽略千分位及以后部分；如所得數(shù)大于或等于1，則占空比即100％；如所得數(shù)小于1，則占空比為所得數(shù)加0.01后再乘以100％；

步驟1.2:第6個控制單元的占空比值為上述總占空比減去其他控制單元的占空比之和所得差值再乘以100％；

上述步驟中，沖洗水設定流速的單位為升/秒；沖洗水設定溫度和沖洗水實測溫度的單位為攝氏度；比熱容單位為焦耳/千克攝氏度。

步驟2：每次設定或調整各控制單元占空比時，中心控制器記錄設定或調整所依據(jù)的沖洗水實測溫度、沖洗水設定流速和沖洗水設定溫度；滿足下列條件時，回到步驟一重新設定各控制單元占空比；未滿足下列條件時，各控制單元占空比不變；所述的條件為：

(1)沖洗水實測溫度與中心控制器記錄的上次設定或調整所依據(jù)的沖洗水實測溫度差值的絕對值大于或等于人為設定的溫度差，在本實施例中為0.5℃；

(2)沖洗水設定溫度發(fā)生改變；

(3)沖洗水設定流速發(fā)生改變。

本實施例中，如圖4所示，各控制單元依次啟動，依次啟動時間差或者說均小于或等于周期時長100ms除以控制單元個數(shù)6與1的差值5,即20ms。本實施例中時間差采用17ms。

本實施例中，由于使用多個并聯(lián)的電阻，因此，通過設置各并聯(lián)電阻串接的控制單元的占空比，實現(xiàn)了對多個并聯(lián)的電阻實施控制，達到在沖洗水設定流速和沖洗水設定溫度均可調的情況下，對沖洗水加熱的控制。通過依次啟動各控制單元，使通過占空比控制電阻輸出功率時，供電端的電流波動較小，對系統(tǒng)內其他負載的電源擾動也就較小。

上述說明描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但應當理解本發(fā)明并非局限于上述實施例，且不應看作對其他實施例的排除。通過本發(fā)明的啟示，本領域技術人員結合公知或現(xiàn)有技術、知識所進行的改動也應視為在本發(fā)明的保護范圍內。