强制式耗材管理系统与空气净化设备的制作方法

本发明涉及耗材技术领域，具体涉及一种强制式耗材管理系统，还涉及一种空气净化设备。

背景技术

耗材是指消耗很频繁的配件产品，耗材可以分为原装耗材和非原装耗材。耗材属于长期投入产品，需要定期或不定期的进行更换，耗材是否需要更换取决于耗材是否能够继续使用。目前，对于耗材的更换主要是以提示为主，并没有采取强制更换的措施，对于某些耗材，如果不进行更换，就无法继续使用，使得用户不得不进行更换，如打印机耗材；然而对于另一些耗材，由于用户通常无法直观的判断是否需要继续更换，如空气过滤耗材、水净化耗材等，那么在耗材过期、过载，甚至发霉变质的情况下，还继续在设备(耗材载体)中使用，然而在设备中继续使用过期耗材不仅对设备不利，还会产生二次污染，危害人体健康。

另外，对于空气过滤耗材的寿命检测，现有技术中是事先通过破坏性实验来确定额定容尘量，如比色法，比色法是通过检测过滤效率(容易受到尘埃颗粒大小、温度湿度等干扰)来确定额定容尘量(最大允许容尘量，当超过额定容尘量时，过滤效率会下降)，过滤效率开始下降时的容尘量则为额定容尘量，然后根据达到额定容尘量的时间来确定使用寿命，最后根据确定出的使用寿命进行倒计时来判断空气过滤耗材是否达到寿命极限。由此可见，现有技术的寿命检测方法是一种共性化的估计方法，并不能针对具体的空气过滤耗材进行个性化判断。

倒计时法完全依赖经验设定使用寿命，不能与耗材的实际使用环境相关联，设定的使用寿命往往与耗材的真实容尘量不符：容易出现耗材过度使用，却仍然被判定为在使用寿命内；或者耗材还能使用，却被提前宣判寿命终止；前者影响使用效果，对人体健康造成危害，后者则造成耗材的浪费，提高了使用成本。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种强制式耗材管理系统，解决现有技术中耗材寿命终止后仍然被继续使用的技术问题，能够对耗材进行强制性监管促使用户及时更换过期耗材。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：一种强制式耗材管理系统，包括用于判断耗材是否需要更换的耗材寿命检测系统、用于判断耗材是否安装或者更换的耗材安装状态检测模块以及用于根据耗材安装/更换状态或耗材寿命状态对设备状态进行切换的设备状态切换模块；还包括配置在设备的控制器内的耗材管理程序，所述耗材管理程序用于根据耗材寿命检测系统与耗材安装/更换状态检测模块的判断结果来控制设备状态切换模块对设备状态进行切换：当安装或更换了在使用寿命内的耗材，设备被维持或切换至可用状态；当安装或更换了超过使用寿命的耗材或者没有安装耗材，设备被维持或切换至禁用状态。

优选的，所述耗材管理程序按如下步骤执行：

步骤a1：设备初始化为禁用状态；

步骤a2：耗材安装状态检测模块判断设备是否安装有耗材；若否，则进入步骤a3；若是，则进入步骤a4：

步骤a3：设备状态切换模块将设备维持为禁用状态，从而防止在没有安装耗材时设备被使用；

步骤a4：设备状态切换模块将设备维持或切换为可用状态，若前一状态为可用状态，则维持为可用状态，若前一状态为禁用状态，则切换至可用状态；执行本步骤后，进入步骤a5；

步骤a5：耗材寿命检测模块检测耗材是否需要更换；若否，则回到步骤a4；若是，则进入步骤a6；

步骤a6：设备状态切换模块将设备切换为禁用状态，并进入步骤a7；

步骤a7：耗材安装状态检测模块检测是否发生更换耗材的事件；若是，则回到步骤a5；若否，则进入步骤a8；

步骤a8：设备状态切换模块将设备维持为禁用状态，从而防止耗材寿命终止后仍然被继续使用。

优选的，所述耗材安装状态检测模块内还配置有倒计时程序，用于从耗材需要更换时进行倒计时并且判断是否在倒计时结束前发生更换耗材事件。

优选的，所述耗材管理程序按如下步骤执行：

步骤b1：设备初始化为禁用状态；

步骤b2：耗材安装状态检测模块判断设备是否安装有耗材；若否，则进入步骤b3；若是，则进入步骤b4：

步骤b3：设备状态切换模块将设备维持为禁用状态，从而防止在没有安装耗材时设备被使用；

步骤b4：设备状态切换模块将设备维持或切换为可用状态，若前一状态为可用状态，则维持为可用状态，若前一状态为禁用状态，则切换至可用状态；执行本步骤后，进入步骤b5；

步骤b5：耗材寿命检测模块检测耗材是否需要更换；若否，则回到步骤b4；若是，则进入步骤b6；

步骤b6：安装状态检测模块从耗材需要更换时进行倒计时，并且判断是否在倒计时结束前发生更换耗材事件；若是，则回到步骤b5；若否，则进入步骤b7；

步骤b7：设备状态切换模块将设备切换为禁用状态，并进入步骤b8；

步骤b8：耗材安装状态检测模块检测是否发生更换耗材的事件；若是，则回到步骤b5：若否，则进入步骤b9；

步骤b9：设备状态切换模块将设备维持为禁用状态，从而防止耗材寿命终止后仍然被继续使用。

优选的，所述的强制式耗材管理系统，用于配置于空气过净化设备中，所述耗材寿命检测系统包括主控制器与透光率采集装置；所述主控制器内配置有根据透光率判断空气过滤耗材寿命的寿命检测程序；所述透光率采集装置包括微控制器与用于安装在空气过滤耗材进风面或出风面一侧的光源发射板，还包括相对于光源发射板而安装在空气过滤耗材另一侧的光源接收板；所述光源发射板中央与光源接收板中央均设有过风孔；所述光源发射板上还设置有发光单元，所述光源接收板上对应于发光单元位置处设有能够将光信号转换为电信号的感光单元，从而使得感光单元能够透过空气过滤耗材接收到发光单元的透射光；光源接收板上的感光单元与微控制控制器的信号输入端连接，以向微控制器输出透射光经感光单元转化后的电信号；微控制器内配置有根据感光单元发送的电信号计算透光率的透光率计算程序；微控制器的信号输出端与主控制器信号输入端连接，以向主控制器发送透光率。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明的耗材管理系统能够根据耗材的寿命状态与耗材安装状态来对对设备状态进行切换，只有安装有耗材，并且耗材在使用寿命内时，设备才能处于可用状态，否则，将会被强制切换到禁用状态；从而避免了在没有耗材的情况下使用设备而对设备造成损害；同时也避免了耗材寿命终止后仍然被继续使用。

2、本发明提供了两种耗材管理程序，其中一种为基础版，另一种为优化版，均能根据耗材寿命与耗材安装/更换状态进行设备状态的管理；优化版是在安装状态检测模块内配置倒计时程序，这样在检测到耗材超过使用寿命需要更换时，不会将设备状态立即切换到禁用状态，为耗材更换预留缓冲时间，实现耗材更换的无缝衔接，提高用户体验感。

3、本发明针对空气过滤耗材提供了一种耗材寿命检测系统，根据透光率与空气过滤耗材容尘量(耗材的粉尘积累量)的关系(容尘量越大透光率越小)，将对耗材寿命的判断，从检测容尘量巧妙地转换为检测透光率，避免了直接计算空气过滤耗材的容尘量(如果不通过实验，容尘量难以计算)，计算过程简单，无需数学建模，需要的参数少，易于实现，容易推广应用。

4、由于即使是相同规格的空气过滤耗材，随着使用环境的不同，其真实寿命与总体的平6、均寿命或额定寿命是有差别的。然而，本发明是针对具体的空气过滤耗材进行的个性化的判断，真实反映个体的寿命，是用户健康使用空气净化设备的重要保证，还能降低使用成本。

5、通过设置多个发光单元与感光单元，能检测到空气过滤耗材上不同区域的透光率，从而能够从整体上评价空气过滤耗材的使用寿命，更加科学，避免以偏概全，提高准确性。

6、设置寿命预警阈值η1，在判断判断寿命是否终止之间，先判断是否达到寿命预警阈值，这样能够为提示用户以使其能为更换空气过滤耗材提前做好准备。

7、本发明的透光率采集装置针对空气过滤耗材需要进出风的特性，设计了过风孔，在进行透射光采集时，不会阻碍空气过滤的正常运行。

8、光源发射板以及光源接收板均采用印制电路板制成，从而能够将供电电路印制在上面，避免了复杂的走线，简化结构，降低生产难度。

9、光源发射板与光源接收板均为边框式，这样能够大大提高将过风孔的面积占比，最大化的减少因安装光源发射板以及光源接收板对送风量、进风量的影响。

附图说明

图1是具体实施方式1中耗材管理程序的流程图；

图2是透光率采集装置的检测原理示意图；

图3是具体实施方式2中耗材管理程序的流程图；

图4是具体实施方式3中空气净化设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式1

一种强制式耗材管理系统，包括用于判断耗材是否需要更换的耗材寿命检测系统、用于判断耗材是否安装或者更换的耗材安装状态检测模块以及用于根据耗材安装/更换状态或耗材寿命状态对设备状态进行切换的设备状态切换模块；还包括配置在设备的控制器内的耗材管理程序，所述耗材管理程序用于根据耗材寿命检测系统与耗材安装/更换状态检测模块的判断结果来控制设备状态切换模块对设备状态进行切换：当安装或更换了在使用寿命内的耗材，设备被维持或切换至可用状态；当安装或更换了超过使用寿命的耗材或者没有安装耗材，设备被维持或切换至禁用状态。

耗材安装状态检测模块的组成部件及原理：耗材安装状态检测模块包括触发部件(如行程开关、复位开关、限位开关或距离传感器)与控制芯片，当耗材安装至设备的耗材安装腔室后，触发部件被触发，则产生相应的安装触发信号(开关量信号或模拟量信号)发送给控制芯片；当耗材从设备上取下时，触发部件产生相应的卸载触发信号发送给控制芯片；控制芯片根据接收到的触发信号的变化来判断耗材的安装状态：当由卸载触发信号变化为安装触发信号时则表明发生了耗材安装事件或耗材更换事件；当由安装触发信号并为卸载触发信号时则表明发生耗材卸载事件；另外，触发部件的初始状态是产生卸载触发信号的状态。例如，触发部件采用复位开关，复位开关安装在耗材安装腔室内的底面或侧面，耗材安装至设备的耗材安装腔室后，挤压复位开关，使复位开关闭合产生安装触发信号，安装触发信号是为1的开关量信号；当耗材从设备上取下时，复位开关不再受到耗材挤压，复位开关复位产生相应的卸载触发信号发送给控制卸载触发信号则是为0的开关量信号。

设备状态切换模块的组成部件及原理：

设备状态切换模块包括控制芯片与执行部件(如继电器、接触器)，控制芯片能够接收设备的主控制器(根据耗材寿命以及安装状态生成状态切换命令)发送的状态切换命令，然后控制执行部件执行状态切换，执行部件可接入设备电机与电源形成的回路中，如采用继电器作为执行部件，当需要切换为禁用状态时，继电器触点断开，电机与电源回路中断，设备为禁用状态；当需要切换为可用状态时，继电器触点闭合，电机与电源回路闭合，设备为可用状态。

本具体实施方式中，如图1所述，所述耗材管理程序按如下步骤执行：

步骤a1：设备初始化为禁用状态；

步骤a2：耗材安装状态检测模块判断设备是否安装有耗材；若否，则进入步骤a3；若是，则进入步骤a4：

步骤a3：设备状态切换模块将设备维持为禁用状态，从而防止在没有安装耗材时设备被使用；

步骤a4：设备状态切换模块将设备维持或切换为可用状态，若前一状态为可用状态，则维持为可用状态，若前一状态为禁用状态，则切换至可用状态；执行本步骤后，进入步骤a5；

步骤a5：耗材寿命检测模块检测耗材是否需要更换；若否，则回到步骤a4；若是，则进入步骤a6；

步骤a6：设备状态切换模块将设备切换为禁用状态，并进入步骤a7；

步骤a7：耗材安装状态检测模块检测是否发生更换耗材的事件；若是，则回到步骤a5；若否，则进入步骤a8；

步骤a8：设备状态切换模块将设备维持为禁用状态，从而防止耗材寿命终止后仍然被继续使用。

本具体实施方式的耗材管理系统能够根据耗材的寿命状态与耗材安装状态来对对设备状态进行切换，只有安装有耗材，并且耗材在使用寿命内时，设备才能处于可用状态，否则，将会被强制切换到禁用状态；从而避免了在没有耗材的情况下使用设备而对设备造成损害；同时也避免了耗材寿命终止后仍然被继续使用。

本具体实施方式中的强制式耗材管理系统，用于配置于空气过净化设备中，所述耗材寿命检测系统包括主控制器(可以与作为耗材载体的设备共用同一主控制器，也可以使用独立于空气净化设备的主控制器)与透光率采集装置；所述主控制器内配置有根据透光率判断空气过滤耗材寿命的寿命检测程序；如图2所示，所述透光率采集装置包括微控制器与用于安装在空气过滤耗材进风面或出风面一侧的光源发射板1，还包括相对于光源发射板而用于安装在空气过滤耗材3另一侧的光源接收板2；所述光源发射板中央与光源接收板中央均设有过风孔；所述光源发射板上还设置有发光单元11，所述光源接收板上对应于发光单元位置处设有能够将光信号转换为电信号的感光单元21，从而使得感光单元能够透过空气过滤耗材接收到发光单元的透射光；光源接收板上的感光单元与微控制控制器的信号输入端连接，以向微控制器输出透射光经感光单元转化后的电信号；微控制器内配置有根据感光单元发送的电信号计算透光率的透光率计算程序；微控制器的信号输出端与主控制器信号输入端连接，以向主控制器发送透光率。

本具体实施方式中，光源发射板上设有n个发光单元，光源接收板上一一对应每个发光单元均设有感光单元，从而使得每个感光单元能够透过空气过滤耗材接收到对应发光单元的透射光。

本具体实施方式中，透光率计算程序按如下步骤执行：

步骤101：接收各个感光单元发送的各个当前电信号值δi，i＝{1,2,......,n}；

步骤102：按如下公式计算当前透光率γ：

初始透光率γ0可在出厂时通过光密度计检测空气过滤耗材进风面光通量φ1与出风面光通量φ2计算，δ0为空气过滤耗材出厂时的初始透光率γ0所对应的感光单元的电信号值δ0。

本具体实施方式中，寿命检测程序按如下步骤执行：

步骤201：接收当前透光率γ；

步骤202：将当前透光γ与寿命预警阈值η1进行比较，所述寿命预警阈值η1是空气过滤耗材达到额定容尘量的50％以上时所对应的透光率；若γ＞η1，则，则回到步骤201；若γ≤η1，则进入步骤203；

步骤203：将当前透光γ与寿命终止阈值η0进行比较，所述寿命终止阈值η0是空气过滤耗材达到额定容尘量时的透光率；若γ＞η0，则发出预警信息，以提示空气过滤耗材即将失效；若γ≤η0，则表明空气过滤耗材已达到寿命极限，发出报警信息，以提示用户更换空气过滤耗材。

寿命终止阈值η0与寿命终止阈值η0通过实验来进行确定，寿命预警阈值η1优选为空气过滤耗材达到额定容尘量的90％以上时所对应的透光率，可以是97％、98％、98.5％、99％。

本具体实施方式中，所述光源发射板1以及光源接收板2均采用印制电路板制成；所述印制板上设有用于连接电源(可以采用作为耗材载体的设备的电源，也可以增设独立电源)的电源管理模块，并印制有供电电路，电源管理模块通过供电电路为发光单元11或感光单元21供电。光源发射板1以及光源接收板2均采用印制电路板制成，从而能够将供电电路印制在上面，避免了复杂的走线，简化结构，降低生产难度。

本具体实施方式中，所述光源发射板1与光源接收板2均为边框式，即若干条形板首尾相接围绕而成，过风孔即为条形板围绕形成的窗口，感光单元21或发光单元11设置在条形板上。光源发射板1与光源接收板2均为边框式，这样能够大大提高将过风孔的面积占比，最大化的减少因安装光源发射板1以及光源接收板2对送风量、进风量的影响。

本具体实施方式中，所述发光单元11可以是可见光源也可以是非可见光源，如可见光led灯或红外、紫外led灯；所述感光单元21为光电二极管、光电三极管或光敏电阻。微控制器通过并行接口同时接收个发光单元11发送的电信号。这样，能够提高缩短数据处理的时间，提高数据处理效率。

具体实施方式2

本具体实施方式与具体实施方式1的区别仅在于：所述耗材安装状态检测模块内还配置有倒计时程序，用于从耗材需要更换时进行倒计时并且判断是否在倒计时结束前发生更换耗材事件。

本具体实施方式中，如图3所示，所述耗材管理程序按如下步骤执行：

步骤b1：设备初始化为禁用状态；

步骤b2：耗材安装状态检测模块判断设备是否安装有耗材；若否，则进入步骤b3；若是，则进入步骤b4：

步骤b3：设备状态切换模块将设备维持为禁用状态，从而防止在没有安装耗材时设备被使用；

步骤b4：设备状态切换模块将设备维持或切换为可用状态，若前一状态为可用状态，则维持为可用状态，若前一状态为禁用状态，则切换至可用状态；执行本步骤后，进入步骤b5；

步骤b5：耗材寿命检测模块检测耗材是否需要更换；若否，则回到步骤b4；若是，则进入步骤b6；

步骤b6：安装状态检测模块从耗材需要更换时进行倒计时，并且判断是否在倒计时结束前发生更换耗材事件；若是，则回到步骤b5；若否，则进入步骤b7；

步骤b7：设备状态切换模块将设备切换为禁用状态，并进入步骤b8；

步骤b8：耗材安装状态检测模块检测是否发生更换耗材的事件；若是，则回到步骤b5：若否，则进入步骤b9；

步骤b9：设备状态切换模块将设备维持为禁用状态，从而防止耗材寿命终止后仍然被继续使用。

本具体实施方式的强制式耗材管理系统在安装状态检测模块内配置倒计时程序，这样在检测到耗材超过使用寿命需要更换时，不会将设备状态立即切换到禁用状态，为耗材更换预留缓冲时间，实现耗材更换的无缝衔接，提高用户体验感。

具体实施方式3

如图4所示，一种空气净化设备，配置有具体实施方式1或2的强制式耗材管理系统，耗材管理程序以及寿命检测程序均配置在空气净化设备的主控制器(如单片机stm32f103等、plc等)内，中所述光源发射板1安装在空气过滤耗材3进风面或出风面一侧，所述光源接收板2相对于光源发射板1而安装在空气过滤耗材3另一侧；所述主控制器为空气净化设备自动的主控制器；所述微控制集成在主控制器内或者安装在光源接收板2上。

光源接收板2、光源发射板1可以通过支架安装在空气净化设备内，也可以通过螺栓固定在空气净化设备内，本领域技术人员还可以根据空气净化设备的内部构造合理设计安装方式。

本具体实施方式中，光源发射板1与光源接收板2均与空气过滤耗材3留有大于零的间隔距离。光源发射板1与光源接收板2均与空气过滤耗材留有大于零的间隔距离，这样实现非接触式安装，便于对耗材进行更换。

本具体实施方式中，送风机4与空气过滤耗材之间设置光源发射板1或光源接收板2；送风机的送风口正对光源发射板1或光源接收板2的过风孔；所述发光单元11围绕过风孔均匀布设在光源发射板1上；所述感光单元21围绕过风孔均匀布设在光源接收板2上；空气净化设备的出风口相对于空气过滤耗材中央位置的两侧设置。发光单元11与感光单元21均匀分布，使得采样的均匀性更好，使得样本集能够从整体上反映空气过滤耗材的透射性。

送风机正的送风口正对光源发射板1或光源接收板2的过风孔，这样使得送风顺畅。由于送风机的作用，送风机抽入空气净化设备后的空气，会变成旋转出风，这样正对送风机的空气过滤耗材中央区域由于经过的空气少，其污染较小；然而空气过滤耗材中央区域周围的区域，由于旋转出风导致其经过的空气较多，污染较为严重，故应该作为寿命检测的重点区域。那么，送风机正的送风口正对光源发射板1或光源接收板2的过风孔，这样使得送风顺畅，再加上发光单元11与感光单元21围绕过风孔，因此能够检测到空气过滤耗材上重点区域的透射光。

本具体实施方式中，空气净化设备的出风口5相对于空气过滤耗材中央位置的两侧设置。这样，适应了送风机造成的旋转出风，从而保证出风口的风量。