一种可输出恒定流量清洗水的智能坐便器的制作方法

[0001]
本实用新型涉及一种以恒定流量输出清洗水的智能坐便器，ipc分类属于e03d3/12。


背景技术：

[0002]
现有的智能坐便器由机电系统或程序控制，完成臀部清洗、妇洗、水温调节、喷杆自洁等功能。机电系统和坐便器不可分开使用的，为一体式智能坐便器，简称为一体机。机电系统与坐便器独立分开，经组合后可以使用的智能坐便器盖板部分，为分体式智能坐便器，又称为电坐便器便座，简称为电便座。
[0003]
对于即热式的一体机或电便座，本身不具有储水箱，仅在使用时瞬间加热清洗水，清洗水流量受自来水水压影响较大。在用户使用清洗功能时，若家庭中发生其他用水情况，自来水水压变小，清洗水流量也随之减小。虽然一体机或电便座本身具有调节水压档位的功能，但由于是水源的水压波动导致进水水压异常，因此该调节功能并不能起作用。而且，由于即热加热器的加热效率固定，在清洗水流量减小的情况下，清洗水水温会升高，容易造成人体烫伤，具有一定的安全隐患。
[0004]
有关术语和公知常识，可参见国家标准gb/t 23131-2019《家用和类似用途电坐便器便座》和gb/t 34549-2017《卫生洁具智能坐便器》，以及机械工业出版社1983年或1997年版的《机械工程手册》、《电机工程手册》。


技术实现要素：

[0005]
为解决上述问题，本实用新型提供一种可输出恒定流量清洗水的智能坐便器，包括：
[0006]
获取自来水并将自来水作为清洗水储存的储水单元；
[0007]
对清洗水进行加热的即热式加热器；对清洗水进行增压并向清洗功能组件供给的增压泵；
[0008]
对所述增压泵输出的清洗水进行流量检测，并将流量信息反馈至所述控制单元的流量传感器；
[0009]
控制所述增压泵的转速以控制供给至清洗功能组件的清洗水的流量的控制单元；以及
[0010]
具备喷杆，经所述喷杆输出清洗水的清洗功能组件；
[0011]
所述控制单元包括执行以下计算机指令的存储介质：
[0012]
根据所述用户输入的水压档位信息，按给定的水压档位和流量的对应关系选定一个流量值作为给定流量；
[0013]
获取所述流量传感器检测得到的实际流量；
[0014]
在所述给定流量大于所述实际流量时，增大所述增压泵的端电压以提高所述增压泵的转速；在所述给定流量小于所述实际流量时，减小所述增压泵的端电压以降低所述增
压泵的转速；
[0015]
所述控制单元根据所述给定流量和实际流量的比较控制所述增压泵的转速，使所述增压泵稳定运行在所输出清洗水的实际流量与所述给定的水压档位保持所述对应关系的状态。
[0016]
对于一种水路连接方式，
[0017]
具体地，所述储水单元的出水口连通至所述增压泵的进水口，所述增压泵的出水口连通至所述即热式加热器的进水口，所述即热式加热器的出水口连通至所述喷杆。
[0018]
具体地，所述流量传感器设于所述增压泵的出水口至所述即热式加热器的进水口之间的位置。
[0019]
具体地，所述智能坐便器还包括连通所述即热式加热器和喷杆的选择阀，所述选择阀包括一个连通至所述即热式加热器出水口的进水口，以及若干分别连通至所述喷杆的出水口。
[0020]
对于另一种水路连接方式，
[0021]
具体地，所述储水单元的出水口连通至所述即热式加热器的进水口，所述即热式加热器的出水口连通至所述增压泵的进水口，所述增压泵的出水口连通至所述喷杆。
[0022]
具体地，所述流量传感器设于所述增压泵的出水口。
[0023]
具体地，所述智能坐便器还包括连通所述增压泵和喷杆的选择阀，所述选择阀包括一个连通至所述增压泵出水口的进水口，以及若干分别连通至所述喷杆的出水口。
[0024]
对于以上两种水路连接方式，
[0025]
具体地，所述喷杆包括若干独立流道和与所述流道对应的喷孔，所述选择阀的出水口分别与所述流道对应连通。
[0026]
优选地，所述储水单元为承压水箱。
[0027]
具体地，所述控制单元包括：
[0028]
预先储存所述水压档位和流量的对应关系的数据存储部；
[0029]
获取并比较所述给定流量和实际流量，根据比较结果计算出转速控制参数的pwm控制部；
[0030]
获取并根据所述转速控制参数，调整所输出的pwm信号的占空比的pwm生成部；
[0031]
根据所述pwm信号，控制所述增压泵的电源通断的通电控制部；
[0032]
在所述给定流量大于所述实际流量时，所述pwm信号的占空比增大，所述增压泵在一个给定周期内的通电时间增加，作用于所述增压泵上的电压有效值增大，所述增压泵的端电压增大；在所述给定流量小于所述实际流量时，所述pwm信号的占空比减小，所述增压泵在一个给定周期内的通电时间减少，作用于所述增压泵上的电压有效值减小，所述增压泵的端电压减小。
[0033]
本实用新型所采用的技术手段及其所产生的有益效果如下：
[0034]
1、储水箱的设置，解决了清洗水水温因自来水水压波动而变化的问题，提升了产品的安全性能。
[0035]
2、通过检测增压泵输出的清洗水的流量，以转速——流量对应关系获得增压泵转速，代替传统的foc无感检测、霍尔元件测速等检测增压泵转速的方法，在保持测速结果可靠性的同时，电路和算法更简单，大大降低产品成本。
附图说明
[0036]
图1是第一实施例的部件连接关系示意图；
[0037]
图2是第一实施例的水路结构关系示意图；
[0038]
图3是第二实施例的部件连接关系示意图；
[0039]
图4是第二实施例的水路结构关系示意图；
[0040]
图5是控制单元的硬件电路的结构示意图；
[0041]
图6是电机驱动芯片的端口示意图；
[0042]
图7是栅极驱动电路的电路原理示意图；
[0043]
图8是全桥驱动电路的电路原理示意图。
具体实施方式
[0044]
为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
[0045]
参见图1和图2，在智能坐便器第一实施例中，提供一种可输出恒定流量清洗水的智能坐便器，包括依次通过水路连通的进水阀10、储水单元、增压泵30、流量传感器40、即热式加热器50、选择阀61和喷杆62，以及与进水阀10、增压泵30、流量传感器40、即热式加热器50、选择阀61和喷杆62电连接的控制单元。
[0046]
进水阀10，设于自来水供水管上，用于开关供水。进水阀10包括设有进水口和出水口的阀体、开关进出水口之间流道的启闭件和驱动启闭件动作的电磁组件。其中，进水阀10的进水口外接自来水供水管，进水阀10的出水口与储水单元的进水口连接；电磁组件与控制单元电连接，在通电状态下驱动启闭件打开进水阀10进出水口之间流道。
[0047]
储水单元具体为储水箱20，储水箱20设有进水口和出水口。其中，储水箱20的进水口与进水阀10的出水口连接，储水箱20的出水口与增压泵30的进水口连接。优选地，储水箱20可选择为承压水箱，具有与自来水供水管正常情况下相同的水压，即使在自来水水压异常的情况下，也能以稳定的水压继续提供清洗水。
[0048]
增压泵30，通过叶轮转动对清洗水做功，改变清洗水的水压和流量。增压泵30包括设有进水口和出水口的泵盖、叶轮、与叶轮同轴转动的转子和驱动转子旋转的定子。其中，增压泵30的进水口与储水箱20的出水口连接，增压泵30的出水口与即热式加热器50的进水口连接；定子与控制单元电连接，在通电状态下驱动转子旋转。具体地，所述增压泵30由额定电压dc310v、额定功率100w的直流无刷电机驱动。
[0049]
流量传感器40，对所述增压泵30输出的清洗水进行流量检测，与控制单元电连接并向控制单元发送检测到的流量信息。流量传感器40可安装在增压泵30的出水口，或即热式加热器50的进水口，或增压泵30出水口至即热式加热器50进水口之间的水路管道内。具体地，所述流量传感器40可选择欧姆龙公司的d6f-ph型号流量传感器。
[0050]
即热式加热器50，包括设有进水口和出水口的加热管和所述加热管外的电热丝，对流过的清洗水进行瞬间加热。其中，即热式加热器50的进水口与增压泵30的出水口连接，即热式加热器50的出水口与选择阀61的进水口连接；电热丝与控制单元电连接，在通电状态下发热并向加热管传递热量。具体地，所述即热式加热器50可选择额定电压220v、额定功率1600w的陶瓷加热管；也可选择集成有流量传感器40的即热模块，比如tyrek公司的双端
即热模块。
[0051]
清洗功能组件用于输出清洗水，包括选择阀61和喷杆62。
[0052]
选择阀61，包括与控制单元电连接的步进电机、由步进电机驱动转动的阀芯，以及设有一个进水口和若干出水口的阀体。其中，选择阀61的进水口与即热式加热器50的出水口连接，选择阀61的出水口与喷杆62连接；控制单元通过步进电机控制阀芯转动的行程，在同一时间只使一个选择阀61的出水口导通，从而改变清洗水的流向。
[0053]
喷杆62包括设有若干独立的流道和与所述流道对应的喷孔，以及驱动所述喷杆62伸缩的步进电机。其中，所述选择阀61的出水口分别与所述流道对应连通，清洗水经所述流道和喷孔喷出至人体部位；所述步进电机与控制单元电连接，在智能坐便器运行清洗功能时驱动所述喷杆62伸出以使喷孔对准人体部位。
[0054]
一般地，智能坐便器具备多种清洗模式，如臀部清洗、妇洗等，清洗功能组件对每种清洗模式均预设特定的选择阀61出水口、流道和喷孔。当用户选定某种清洗模式后，对应流道和喷孔经选择阀61出水口接入水路，从而使清洗水从不同喷孔喷出。
[0055]
参见图3和图4，智能坐便器第二实施例是在上述第一实施例的基础上，对增压泵30和即热式加热器50在水路中的连接关系作调换的替换设计方案。在本第二实施例中，储水箱20的出水口与即热式加热器50的进水口连接，即热式加热器50的出水口与增压泵30的进水口连接，增压泵30的出水口与选择阀61的进水口连接。此外，采用的流量传感器40只能安装在增压泵30的出水口，不能采用集成有流量传感器40的即热模块。
[0056]
每种清洗模式各自具有预设的初始水压档位，即水压档位在用户选择某一种清洗模式后自动给定。当然，用户也可以自行调节水压档位。无论自动给定的水压档位，还是用户手动给定的水压档位，均作为用户输入的水压档位信息，由控制单元接收。
[0057]
控制单元，具体为通过uart通讯连接的主控电路板和电机驱动电路板。
[0058]
对前述二个智能坐便器实施例，控制单元均有如下实施方式。参见图5，控制单元包括：集成于主控电路板的数据存储部和pwm生成部，以及集成于电机驱动电路板的通电控制部。主控电路板的mcu采用atmel公司的单片机芯片atsamc20n18a-n。
[0059]
数据存储部，具体为主控电路板mcu的存储器，以数据结构的方式储存水压档位和流量的对应关系。所述对应关系如下：
[0060]
水压档位12345流量(ml/min)600700100012001500
[0061]
mcu接收用户输入的水压档位信息，将所述水压档位信息根据上表所述对应关系转化为流量信息，并发送至pwm生成部作为给定流量信息。另外，mcu通过uart接口与流量传感器40/即热模块通讯连接，接收实际流量信息并发送至pwm控制部。pwm控制部，具体为主控电路板mcu的比较器，接收给定流量和实际流量的信息并对两者进行比较运算，输出pwm信号控制参数。所述pwm信号控制参数为pwm信号占空比，在所述给定流量大于所述实际流量时，输出增大pwm信号占空比的信息；在所述给定流量小于所述实际流量时，输出减小pwm信号占空比的信息。
[0062]
pwm生成部，根据所述pwm信号控制参数，输出pwm信号，具体为一电机驱动芯片。所述电机驱动芯片与mcu通过uart接口通讯连接，接收所述pwm信号控制参数。具体地，参见图6，电机驱动芯片采用士兰微电子公司的单片机芯片sc32f5632ll。
[0063]
通电控制部，根据所述pwm信号控制所述增压泵30的电源通断，包括栅极驱动电路和全桥驱动电路。栅极驱动电路为围绕栅极驱动芯片搭建的电路，栅极驱动芯片采用士兰微电子公司的栅极驱动芯片sdh2106sa，以u相为例，参见图7，其vcc端口与15v直流电源连接，15v直流电源经电容c0接地，hin端口和lin端口分别与电机驱动芯片的两个u相的pwm端口uh、ul连接，com端口接地，vb端口经二极管dbs和电阻r0与15v直流电源连接，vs端口经电容cbs与vb端口连接，ho和lo端口分别与全桥驱动电路的u相的高、低侧mos管栅极uho、ulo相连。类推地，对于v相的栅极驱动电路，另一栅极驱动芯片sdh2106sa的hin端口和lin端口分别与电机驱动芯片的两个v相的pwm端口vh、vl连接，ho和lo端口分别与全桥驱动电路的v相的高、低侧mos管栅极vho、vlo相连；对于w相的栅极驱动电路，再一栅极驱动芯片sdh2106sa的hin端口和lin端口分别与电机驱动芯片的两个w相的pwm端口wh、wl连接，ho和lo端口分别与全桥驱动电路的w相的高、低侧mos管栅极who、wlo相连。
[0064]
电阻r0可选择15ω。电容c0为电源滤波电容，可选择0.1μf至1μf。二极管dbs为自举二极管，应选择高反向击穿电压(大于600v)、恢复时间尽量短的二极管。电容cbs为自举电容，应选择陶瓷电容或钽电容，最小容值可按以下公式计算，电容cbs在本实施例中取2.2μf。
[0065][0066]
其中，qg为高侧mos管的栅极电荷；qperiod为每个周期中电平转换电路的电荷要求，约为5nc；ibs(static)为高侧全桥驱动电路的静态电流；ibs(leak)为自举电容cbs的漏电流；f为电路工作频率；vcc为自举二极管dbs的充电电压；v
f
为自举二极管dbs的正向导通压降；vds(l)为低侧mos管的导通压降。15v直流电源由320v直流电源经开关电源电路取得，开关电源电路属现有技术，具体不再赘述。
[0067]
全桥驱动电路，参见图8，包括6只pmos管q1、q2、q3、q4，q5和q6。q1、q2和q3的漏极与320v直流电源连接，q1、q2和q3的栅极分别经一栅极保护电阻r1、r2、r3与栅极保护芯片的ho端口相连，q1、q2和q3的源极分别和q4、q5和q6的漏极相连，q4、q5和q6的的栅极分别经一栅极保护电阻r4、r5、r6与栅极保护芯片的lo端口相连，q4、q5和q6的源极接地；全桥驱动电路的中点uout、vout和wout分别与驱动增压泵30的直流无刷电机m的三条相线相连。栅极保护电阻r1、r2、r3、q4、q5和q6均可选择75ω。
[0068]
当pmos管的打开顺序为q1q5，q1q6，q2q6，q2q4，q3q4，q3q5时，在合适时间进行准确换向，可实现直流无刷电机的连续运转。当通电控制部接收到占空比增大的pwm信号时，增压泵30在一个给定周期内的通电时间增加，使作用于所述增压泵30上的电压有效值增大，从而增压泵30转速加快。当通电控制部接收到占空比减小的pwm信号时，增压泵30在一个给定周期内的通电时间减少，使作用于所述增压泵30上的电压有效值减小，从而增压泵30转速减慢。
[0069]
增压泵30的转速，按预设的水压档位分为5级调速，与增压泵30输出的清洗水的流量成线性关系，具体对应关系参考下表。
[0070]
水压档位12345
转速(rpm)6000700080001000012000流量(ml/min)600700100012001500
[0071]
所述控制单元执行的计算机指令，存储于mcu的存储器中。所述计算机指令也即可输出恒定流量清洗水的智能坐便器的工作方法：
[0072]
根据用户选择的水压档位，以及预设的水压档位和流量的对应关系获取给定流量；
[0073]
获取所述增压泵30输出的清洗水的实际流量；
[0074]
在所述给定流量大于所述实际流量时，增大所述增压泵30的端电压以提高所述增压泵30的转速；在所述给定流量小于所述实际流量时，减小所述增压泵30的端电压以降低所述增压泵30的转速；使所述增压泵30稳定运行在所输出清洗水的实际流量与所述给定的水压档位保持所述对应关系的状态。
[0075]
在所述智能坐便器工作时，进水阀10保持打开状态，使自来水正常供水至储水箱20。在所述智能坐便器进入一种清洗模式时，喷杆62伸出，选择阀61接通与该清洗模式对应流道和喷孔，储水箱20中的清洗水经增压泵30的增压处理和即热式加热器50的加热处理后，经所述对应流道和喷孔喷出至人体部位。同时，水压档位经预先设置或用户修改确定，增压泵30以与水压档位匹配的转速运行，控制单元通过流量反馈调节增压泵30转速以保证增压泵30转速稳定。
[0076]
在所述给定流量大于所述实际流量时，所述pwm信号的占空比增大，所述增压泵30在一个给定周期内的通电时间增加，作用于所述增压泵30上的电压有效值增大，所述增压泵30的端电压增大，从而增压泵30转速加快；在所述给定流量小于所述实际流量时，所述pwm信号的占空比减小，所述增压泵30在一个给定周期内的通电时间减少，作用于所述增压泵30上的电压有效值减小，所述增压泵30的端电压减小，从而增压泵30转速减慢。
[0077]
作为供水和用水之间的缓冲手段，储水箱20的设置，解决了清洗水水温因自来水水压波动而变化的问题，提升了产品的安全性能。
[0078]
而且，通过检测增压泵30输出的清洗水的流量，以转速——流量对应关系获得增压泵30转速，代替传统的foc无感检测、霍尔元件测速等检测增压泵30转速的方法，在保持测速结果可靠性的同时，电路和算法更简单，大大降低产品成本。
[0079]
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
[0080]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。
[0081]
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“驱动”、“连通”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关
系；可以是直接驱动，也可以通过中间媒介间接驱动。
[0082]
在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0083]
在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
[0084]
以上所述，只是本实用新型的较佳实施例而己，本实用新型并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本实用新型的技术效果，都应属于本实用新型的保护范围。