智能坐便器无线监测系统的研究*

2020-12-17叶益阳翁晓伟陶嘉威

陶瓷 2020年10期

关键词：微控制器上位传输

叶益阳翁晓伟陶嘉威

(台州市产品质量安全检测研究院浙江台州 318000)

前言

随着社会生活水平的不断提高，智能坐便器的使用也越来越普及，智能坐便器产业已进入高速发展期[1]，但对标国际先进，我国智能坐便器产业发展仍面临着关键技术攻关、产品质量提升等方面的迫切需求。

通过对大量企业调研发现，现有的智能坐便器主要存在以下2种情况：

(1)市面上所有的智能坐便器无运行状态反馈系统，均缺少独立的运行监测系统，不能实时地读取当前数据并记录历史数据。

(2)一小部分的智能坐便器具有初步的运行监测功能，如个别产品具备部分温度信息的实时存储功能，但由于电路内部的控制芯片容量有限，存储只限于短时间内的少量数据。

研究智能坐便器无线监测系统，能实时监测智能坐便器内部各个关键零部件和重点指标的运行信息，还能查看运行历史状态数据，从而记录异常信息，发现运行的效率、稳定性和准确性，并依此对产品性能进一步优化，此举必将极大提升消费者对智能坐便器产品的信赖度和满意度，提升产品的质量安全，保障消费者人身安全，拓展产品市场，加快智能坐便器产业向千亿级迈进。

1 系统设计

智能坐便器无线监测系统的整体框图如图1所示。该监测系统主要由传感采集模块、微控制器模块、无线通信模块、上位机软件组成。其中，传感采集模块主要由各类传感器实现对智能坐便器内部各类参数指标的采集，并传输至微控制器；微控制器模块作为传输与控制中枢，负责传感器数据的打包与上传、上位机指令的解析与控制；无线通信模块负责上下位机数据的收发；上位机软件系统主要用于数据的显示与存储，并个性化控制智能坐便器的工作。

图1 无线监测系统整体框图

1.1 传感采集模块

针对智能坐便器的风温、水温、座温、流量这4个方面的运行监测，以智能坐便器的进水温度传感器、出水温度传感器、座温传感器、风温传感器、流量计这5路传感器为研究对象，理解不同传感器的静态与动态技术指标的具体含义及其影响，确认传感器信息采集与处理的原理和精度[2]，分析不同传感器的输出信号机制以及不同的识别与处理方式，解析出各自的被测信息，通过数据线传输至微控制器进行下一步处理。

1.2 微控制器模块

微控制器作为通信与控制的枢纽，承担着往来数据的处理工作。以微控制器的发送功能为研究对象，微控制器负责采集各种传感器状态信息，并将采集到的信号打包成专门的数据帧，发送给无线通信模块，再传输到上位机软件进行处理。以智能坐便器微控制器的接收功能为研究对象，微控制器接收来自上位机软件传输到无线通信模块的数据帧，将数据帧按照编码规则进行解析，并按照解析出来的指令控制相应的硬件电路运行。

1.3 无线通信模块

采用适当的无线通信协议以组建高通信效率的局域通信网络，研究基于协议的无线传输实现形式，以智能坐便器数据传输节点为研究对象，建立一套新型的无线通信网络拓扑，如图2所示。通过相互协作，将数据进行实时传输，实现运行监测；研究上下位机无线通信协议，制定完整的通信协议[3]，采用帧格式的方式传递数据。这种方式可以有效地降低系统功耗，在数据传输出现错误后，只能将有限的数据进行重发，通信协议应包括：下行的控制命令协议和上行的传感器状态数据帧协议。其中下行的控制命令协议应包含各种加热启停、加热时间、加热频次等数据；上行的传感器状态数据帧协议应包含进水温度、出水温度、风温、座温、流量、异常反馈信号等数据；上下行协议都应分别配置相应的帧头帧尾与校验码，从而保证上下位机通信的衔接与顺畅[4]。

图2 无线通信网络拓扑图

1.4 上位机软件

研究上位机软件系统的功能设计、界面设计，将软件划分为若干个不同模块，采用模块化的编程思想[4]，主要由初始化模块、数据通信模块、数据显示模块、警告保护模块、运行控制模块等组成，每个模块完成一个特定的功能，使软件结构更为清晰；研究上位机软件的数据存储功能，接收下位机发来的数据包，解析数据包，如果是合法的数据就存入数据库，如果是非法的数据就抛弃。研究上位机软件的显示功能，主要负责对接收的下位机数据的实时显示，如各种传感器实时状态的显示、设备异常状态的显示、历史状态曲线的显示等；研究上位机软件的报警功能，可设置报警阈值，当采集的传感器数据超过报警阈值时，上位机发出报警信号，并把报警信息进行存储，同时借助无线通信模块下达指令关断设备；研究上位机软件系统的控制功能，替代并强化遥控器功能，实现对智能坐便器的个性化远程控制，设计各类控制按键，可个性化设置烘干、臀洗、妇洗等功能的启停、频次和持续时间，从而无需反复按压遥控器，即可一次性开启各种精细化的测试动作，完成智能坐便器运行的耐久老化等试验。