一種衛(wèi)生潔具后續(xù)水模擬物檢測系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種衛(wèi)生潔具后續(xù)水模擬物檢測系統(tǒng)，包括模擬物檢測模塊、稱重模塊、通信模塊、顯示模塊和主控制模塊，當(dāng)模擬物隨水沖下經(jīng)過線圈內(nèi)部時(shí)，引起磁場的輕微變化，模擬物檢測模塊通過磁場的變化便能采集到信號(hào)，通過通信模塊傳送至主控制模塊，主控制模塊判斷所有模擬物被沖下時(shí)，發(fā)送指令至稱重模塊開始稱重計(jì)數(shù)，然后通過主控制模塊進(jìn)行判斷、計(jì)算，最后將結(jié)果傳送至顯示模塊。本發(fā)明能準(zhǔn)確的測量后續(xù)水量。
【專利說明】一種衛(wèi)生潔具后續(xù)水模擬物檢測系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于衛(wèi)生潔具【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種衛(wèi)生潔具后續(xù)水模擬物檢測系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，人們對(duì)衛(wèi)生潔具越來越重視，因此生產(chǎn)出既能保證沖洗能力又相對(duì)節(jié)水的馬桶類衛(wèi)生潔具，是解決人們對(duì)衛(wèi)生要求和水資源高效利用這對(duì)矛盾的較好途徑。沖洗能力作為座便器類衛(wèi)生潔具的重要質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)之一，決定了衛(wèi)生潔具質(zhì)量的優(yōu)劣。所以在衛(wèi)生潔具的生產(chǎn)過程中，準(zhǔn)確地檢測出后續(xù)水量顯得尤為重要。后續(xù)水量是指當(dāng)全部模擬物通過座便器排污口后緊隨其后的出水量，它的作用是在每次沖洗過程中，將模擬物經(jīng)連接管沖入立管，使排污管道達(dá)到自潔，同時(shí)置換水封水，不用補(bǔ)充水封水。座便器一般包括沖洗水槽、連接管、立管、盛水器?，F(xiàn)有技術(shù)中的坐便器不能準(zhǔn)確測量后續(xù)水。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種衛(wèi)生潔具后續(xù)水模擬物檢測系統(tǒng)及方法，為了能夠更準(zhǔn)確，更實(shí)用，更簡單地檢測衛(wèi)生潔具質(zhì)量是否符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，該系統(tǒng)以C8051F040單片機(jī)為控制技術(shù)核心，使用金屬探測技術(shù)，很好地解決了準(zhǔn)確測量后續(xù)水這個(gè)技術(shù)難題。
[0004]其具體技術(shù)方案為:
[0005]一種衛(wèi)生潔具后續(xù)水模擬物檢測系統(tǒng)，包括模擬物檢測模塊、稱重模塊、通信模塊、顯示模塊和主控制模塊，所述模擬物檢測模塊中設(shè)有馬蹄形線圈，通信模塊、顯示模塊及主控制模塊位于電子控制裝置內(nèi)部，當(dāng)模擬物隨水沖下經(jīng)過線圈內(nèi)部時(shí)，引起磁場的輕微變化，模擬物檢測模塊通過磁場的變化便能采集到信號(hào)，通過通信模塊傳送至主控制模塊，主控制模塊判斷所有模擬物被沖下時(shí)，發(fā)送指令至稱重模塊開始稱重計(jì)數(shù)，然后通過主控制模塊進(jìn)行判斷、計(jì)算，最后將結(jié)果傳送至顯示模塊；所述檢測系統(tǒng)的簡易結(jié)構(gòu)包括坐便器、模擬物、連接管、立管、支架、盛水器、電子稱、馬蹄形磁鐵、電子控制裝置，所述馬蹄形磁鐵套在立管外；所述電子稱位于盛水器底部，所述電子控制裝置與電子稱連接，所述模擬物位于坐便器內(nèi)，所述坐便器通過連接管與立管連接，坐便器底部設(shè)有支架。
[0006]進(jìn)一步優(yōu)選，所述模擬物檢測模塊中的模擬物采用標(biāo)準(zhǔn)試件，由人造腸衣構(gòu)成，其中插入一個(gè)內(nèi)部直徑為14_的不銹鋼金屬檢測器環(huán)，鋼絲直徑為1.6_，質(zhì)量為1.53g，或者插入一個(gè)內(nèi)部直徑為IOmm的銀環(huán)，導(dǎo)線直徑為2.0mm，并向其中注入37毫升的水，上端設(shè)有亞麻線,每個(gè)試件捆扎成三個(gè)腔室,每次試驗(yàn)采用4個(gè)試件。
[0007]—種衛(wèi)生潔具后續(xù)水模擬物檢測方法，包括以下步驟:把模擬物放入馬桶中，系統(tǒng)開始工作，首先減計(jì)數(shù)器置4，然后馬桶開始沖水，此時(shí)系統(tǒng)根據(jù)模擬物檢測模塊判斷模擬物的下落情況，當(dāng)減計(jì)數(shù)器值為O時(shí)，則模擬物已全部沖落，主控制模塊發(fā)出指令，讀取此時(shí)稱重模塊測量的盛水器水量，然后，通過延時(shí)，判斷水位是否穩(wěn)定，待水位穩(wěn)定，主控制模塊再次讀取稱重模塊測量的盛水器水量，計(jì)算后續(xù)水量，并傳送于顯示模塊。
[0008]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為:目前并無能準(zhǔn)確測量后續(xù)水量的系統(tǒng)，本發(fā)明采用單片機(jī)為主控制模塊，利用電磁檢測技術(shù)能較為準(zhǔn)確的檢測模擬物，可自動(dòng)檢測并顯示后續(xù)水量，填補(bǔ)了此方面的空白。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是衛(wèi)生潔具后續(xù)水模擬物檢測系統(tǒng)簡易結(jié)構(gòu)示意圖，其中，1-坐便器，2-模擬物，3-連接管，4-立管，5-支架，6-盛水器7-電子稱，8-馬蹄形磁鐵，9-電子控制裝置；
[0010]圖2是本發(fā)明的總框架圖；
[0011]圖3是本發(fā)明衛(wèi)生潔具后續(xù)水模擬物檢測方法流程圖；
[0012]圖4是模擬物檢測模塊框圖；
[0013]圖5是標(biāo)準(zhǔn)試件的結(jié)構(gòu)示意圖，其中11-向模擬物注入37ml 7jC, 12-人造腸衣，13-捆扎后的水位，14-亞麻線，15-捆扎前的水位，16-第一 O形環(huán)，17-金屬環(huán)，18-第二 O形環(huán)，19-亞麻線；
[0014]圖6是金屬探測電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)地說明。
[0016]參照圖1，、圖2，一種衛(wèi)生潔具后續(xù)水模擬物檢測系統(tǒng)，包括模擬物檢測模塊、稱重模塊、通信模塊、顯示模塊和主控制模塊，所述模擬物檢測模塊中設(shè)有馬蹄形線圈，通信模塊、顯示模塊及主控制模塊位于電子控制裝置內(nèi)部，當(dāng)模擬物隨水沖下經(jīng)過線圈內(nèi)部時(shí)，引起磁場的輕微變化，模擬物檢測模塊通過磁場的變化便能采集到信號(hào)，通過通信模塊傳送至主控制模塊C8051F040，主控制模塊判斷所有模擬物被沖下時(shí)，發(fā)送指令至稱重模塊開始稱重計(jì)數(shù)，然后通過主控制模塊進(jìn)行判斷、計(jì)算，最后將結(jié)果傳送至顯示模塊；所述檢測系統(tǒng)的簡易結(jié)構(gòu)包括坐便器1、模擬物2、連接管3、立管4、支架5、盛水器6、電子稱7、馬蹄形磁鐵8、電子控制裝置9，所述馬蹄形磁鐵8套在立管4外；所述電子稱7位于盛水器6底部，所述電子控制裝置9與電子稱7連接，所述模擬物2位于坐便器I內(nèi)，所述坐便器I通過連接管3與立管4連接，坐便器I底部設(shè)有支架5。
[0017]模擬物檢測模塊設(shè)計(jì)思路
[0018]思路一:在馬桶中放入四個(gè)模擬物，當(dāng)馬桶放水沖下模擬物，系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確地探測每個(gè)模擬物是否被沖落，并向主控制系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)。當(dāng)模擬物全部被沖落完畢，系統(tǒng)準(zhǔn)確地采集到后續(xù)水量值，并顯示在終端。由此，本設(shè)計(jì)的總框架如圖2所示。
[0019]模擬物探測模塊主要由鐵磁線圈組成，當(dāng)模擬物(內(nèi)有金屬環(huán))隨水沖下經(jīng)過線圈內(nèi)部時(shí)，引起磁通量變化，主控模塊通過檢測磁通量變化形成的脈沖數(shù)值來判斷模擬物下落情況。在程序設(shè)計(jì)時(shí)，首先給計(jì)數(shù)器賦值為4，當(dāng)系統(tǒng)檢測到一個(gè)模擬物后，計(jì)數(shù)器減1，當(dāng)計(jì)數(shù)器數(shù)值為O時(shí)，可以確定最后一個(gè)模擬物被水沖落。待水位穩(wěn)定后，稱重模塊開始讀取水位，并顯示于終端。但是，本思路存在一個(gè)缺陷，即無法判斷模擬物是單個(gè)順次落下還是多個(gè)疊加同時(shí)落下。由于采用的鐵磁線圈是由圓形磁鐵構(gòu)成的，其只能產(chǎn)生非均勻磁場，因此無法通過磁通量的變化去準(zhǔn)確判斷模擬物是以何種情形下落，從而導(dǎo)致后續(xù)水的
測量存在較大誤差。
[0020]思路二:將模擬物探測模塊中的圓形線圈換成馬蹄形線圈。由已學(xué)知識(shí)可得:閉合導(dǎo)體在磁場里做切割磁感線的運(yùn)動(dòng)時(shí)，閉合回路中的磁通量發(fā)生變化。磁通量定義是設(shè)在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，有一個(gè)面積為S且與磁場方向垂直的平面，磁感應(yīng)強(qiáng)度B與面積S的乘積，叫做穿過這個(gè)平面的磁通量，表達(dá)公式為:Φ =BS0該公式表明磁通變化量的大小與導(dǎo)體切割磁感線面積的大小成正比。
[0021]當(dāng)模擬物(內(nèi)含金屬環(huán))隨水沖下經(jīng)過鐵磁線圈時(shí)，會(huì)引起磁通量的輕微變化。由于模擬物總共四個(gè)，我們假設(shè)模擬物下落有如下幾種情況:1)單個(gè)模擬物順次下落。2)至少有一次兩個(gè)模擬物同時(shí)水平重疊下落。3)三個(gè)模擬物同時(shí)水平重疊下落。4)四個(gè)模擬物同時(shí)水平重疊下落。由于線圈產(chǎn)生均勻磁場，磁通量變化與金屬環(huán)切割磁感線的面積成正比。因此做如下分析:
[0022]由于模擬物是單個(gè)順次下落，因此每個(gè)模擬物經(jīng)過鐵磁線圈時(shí)引起的磁通變化量是相同的，通過主控模塊對(duì)模擬物進(jìn)行計(jì)數(shù)。當(dāng)有兩個(gè)模擬物同時(shí)水平重疊下落時(shí)，磁通變化量接近單個(gè)情形兩倍。
[0023]依此類推，情形3和情形4磁通變化量分別是單個(gè)情形的三倍和四倍。
[0024]通過計(jì)算磁通量變化幅度，我們可以準(zhǔn)確的判斷最后一個(gè)模擬物被水沖掉的時(shí)亥|J，為后續(xù)水的準(zhǔn)確測量提供前提條件。系統(tǒng)的檢測流程圖如圖4所示。稱重模塊主要由稱重傳感器構(gòu)成，能夠較為精確的秤量后續(xù)水量。主控制模塊由C8051F040為核心，主要進(jìn)行信號(hào)和數(shù)據(jù)的處理。人機(jī)界面主要由C8051RM0和觸摸屏構(gòu)成，主要完成數(shù)據(jù)的顯示。通過對(duì)思路一和思路二的綜合比較，本設(shè)計(jì)采取思路二。
[0025]一種衛(wèi)生潔具后續(xù)水模擬物檢測方法，包括以下步驟:把模擬物放入馬桶中，系統(tǒng)開始工作，首先減計(jì)數(shù)器置4，然后馬桶開始沖水，此時(shí)系統(tǒng)根據(jù)模擬物檢測模塊判斷模擬物的下落情況，當(dāng)減計(jì)數(shù)器值為O時(shí)，則模擬物已全部沖落，主控制模塊發(fā)出指令，讀取此時(shí)稱重模塊測量的盛水器水量，然后，通過延時(shí)，判斷水位是否穩(wěn)定，待水位穩(wěn)定，主控制模塊再次讀取稱重模塊測量的盛水器水量，計(jì)算后續(xù)水量，并傳送于顯示模塊。
[0026]模擬物檢測模塊設(shè)計(jì)
[0027]本發(fā)明的設(shè)計(jì)的核心在于檢測最后一個(gè)模擬物(內(nèi)含金屬環(huán))被水沖下的時(shí)刻以及準(zhǔn)確測出相應(yīng)的后續(xù)水量。由此，這部分的設(shè)計(jì)模塊框圖如圖4所示。
[0028]I)模擬物的選用:模擬物應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)試件，其用人造腸衣12構(gòu)成，人造腸衣12為筒狀，并在其中插入一個(gè)內(nèi)部直徑為14mm的不銹鋼金屬檢測器環(huán)17，(鋼絲直徑為1.6mm,質(zhì)量為1.53g)，并向其中注入37毫升的水11，或者插入一個(gè)內(nèi)部直徑為10_的銀環(huán)，導(dǎo)線直徑為2.0mm，并向其中注入37毫升的水11，上端設(shè)有亞麻線19，每個(gè)試件通過第一 O形環(huán)16和第二 O形環(huán)18捆扎成三個(gè)腔室，捆扎后的水位13，每次試驗(yàn)采用4個(gè)試件。相當(dāng)于人的一次大便量。標(biāo)準(zhǔn)試件可多次使用，并具有較好的仿真性，此試件能真實(shí)地評(píng)價(jià)出便器配套系統(tǒng)的沖洗順暢程度。形狀如圖5所示。
[0029]2)金屬探測電路:
[0030]本發(fā)明檢測的核心原理為:在模擬物下落的圓形管道內(nèi)，由馬蹄形鐵磁形成均勻磁場。馬蹄形鐵磁線圈的擺放位置為兩個(gè)線圈U形口相對(duì)，水平嵌在立管瓷體內(nèi)部，馬蹄形鐵磁在圓形管道內(nèi)產(chǎn)生水平方向的磁場。鐵磁線圈的繞制方法為，采用線徑為0.5mm的銅制漆包線，單層繞制即可。所以當(dāng)模擬物經(jīng)過鐵磁線圈時(shí)，由于金屬環(huán)切割磁感線，從而導(dǎo)致磁通量的微小變化。由于每種情況中的金屬環(huán)切割磁感線的面積不同，從而導(dǎo)致產(chǎn)生不同的磁通變化量。利用峰值檢波電路檢測磁通量變化值，然后經(jīng)過多級(jí)放大電路放大磁通量，最后通過濾波電路去除干擾信息并通過電壓比較電路把磁通變化量轉(zhuǎn)換成方波信號(hào)。方波信號(hào)經(jīng)后續(xù)電路處理形成脈沖信號(hào)。主控模塊根據(jù)脈沖信號(hào)的幅度判斷模擬物下落的情形，然后計(jì)數(shù)器進(jìn)行減計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器數(shù)值減為O時(shí)，證明模擬物已被徹底沖洗，通過秤重模塊去秤量后續(xù)水量。金屬探測電路原理圖如圖6所示。
[0031]為了能更精確的測量變化磁通量，本電路對(duì)各種放大器做了精心篩選。其中，峰值檢波電路和電壓跟隨電路由0P07放大器構(gòu)成，0P07具有非常低的輸入失調(diào)電壓，所以在很多應(yīng)用場合不需要額外的調(diào)零，同時(shí)它具有的輸入偏置電流低和開環(huán)增益高的特點(diǎn)，使其特別適用于高增益測量設(shè)備和放大傳感器的微弱信號(hào)。多級(jí)放大電路由AD620AN放大器構(gòu)成，AD620AN具有很高的共模抑制比、放大頻帶寬、噪聲系數(shù)小、功耗低等特點(diǎn)。濾波電路和電壓比較電路由LM339構(gòu)成，LM339具有較寬的工作電壓，并且消耗電流小、輸入失調(diào)電壓小、共模輸入電壓范圍寬以及其輸出能與TTL、M0S、CM0S等兼容的優(yōu)點(diǎn)。
[0032]實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
[0033]將水箱水平放置，連接好各個(gè)部分的連線以及管道。然后打開電源，建立新工程，然后點(diǎn)擊開始按鈕，放下模擬物，秤取一定重量的水倒入管道，待水面平靜后，點(diǎn)擊完成按鈕，然后記錄觸摸屏上的數(shù)據(jù)，如此重復(fù)20次，得到試驗(yàn)數(shù)據(jù)。如表I所示。
[0034]表I試驗(yàn)結(jié)果
【權(quán)利要求】
1.一種衛(wèi)生潔具后續(xù)水模擬物檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括模擬物檢測模塊、稱重模塊、通信模塊、顯示模塊和主控制模塊，所述模擬物檢測模塊中設(shè)有馬蹄形線圈，通信模塊、顯示模塊及主控制模塊位于電子控制裝置內(nèi)部，當(dāng)模擬物隨水沖下經(jīng)過線圈內(nèi)部時(shí)，引起磁場的輕微變化，模擬物檢測模塊通過磁場的變化便能采集到信號(hào)，通過通信模塊傳送至主控制模塊，主控制模塊判斷所有模擬物被沖下時(shí)，發(fā)送指令至稱重模塊開始稱重計(jì)數(shù)，然后通過主控制模塊進(jìn)行判斷、計(jì)算，最后將結(jié)果傳送至顯示模塊；所述檢測系統(tǒng)的簡易結(jié)構(gòu)包括坐便器、模擬物、連接管、立管、支架、盛水器、電子稱、馬蹄形磁鐵、電子控制裝置，所述馬蹄形磁鐵套在立管外；所述電子稱位于盛水器底部，所述電子控制裝置與電子稱連接，所述模擬物位于坐便器內(nèi)，所述坐便器通過連接管與立管連接，坐便器底部設(shè)有支架。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)生潔具后續(xù)水模擬物檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述模擬物檢測模塊中的模擬物采用標(biāo)準(zhǔn)試件，由人造腸衣構(gòu)成，其中插入一個(gè)內(nèi)部直徑為14mm的不銹鋼金屬檢測器環(huán)，鋼絲直徑為1.6mm，質(zhì)量為1.53g，或者插入一個(gè)內(nèi)部直徑為IOmm的銀環(huán)，導(dǎo)線直徑為2.0mm，并向其中注入37毫升的水，上端設(shè)有亞麻線，每個(gè)試件通過第一O形環(huán)和第二 O形環(huán)捆扎成三個(gè)腔室，每次試驗(yàn)采用4個(gè)試件。
3.—種衛(wèi)生潔具后續(xù)水模擬物檢測方法，其特征在于，包括以下步驟:把模擬物放入馬桶中，系統(tǒng)開始工作，首先減計(jì)數(shù)器置4，然后馬桶開始沖水，此時(shí)系統(tǒng)根據(jù)模擬物檢測模塊判斷模擬物的下落情況，當(dāng)減計(jì)數(shù)器值為O時(shí)，則模擬物已全部沖落，主控制模塊發(fā)出指令，讀取此時(shí)稱重模塊測量的盛水器水量，然后，通過延時(shí)，判斷水位是否穩(wěn)定，待水位穩(wěn)定，主控制模塊再次讀取稱重模塊測量的盛水器水量，計(jì)算后續(xù)水量，并傳送于顯示模塊。
【文檔編號(hào)】G01G17/04GK103868572SQ201410026796
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年1月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月18日
【發(fā)明者】楚巖, 馮小明, 邊東巖, 唐康 申請人:長安大學(xué)