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十幾年前出現(xiàn)過中國旅客去日本旅游排隊買智能馬桶蓋的新聞，當時剛看到新聞的時候還覺得奇怪，一個馬桶蓋有什么好買的。而現(xiàn)在，大家在體驗到了智能馬桶蓋的舒適和便利后，智能馬桶成了越來越多人家衛(wèi)生間的標配。
智能馬桶蓋可以在不需要更換馬桶主體的前提下更換馬桶蓋進行安裝，普通馬桶可以在更換完馬桶蓋后變成智能馬桶，維修、替換起來都很便捷。
對于智能馬桶蓋的使用，相信大家都比較熟悉。而今天，我來帶大家看看智能馬桶蓋的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與電路。
本期拆解的對象是國內(nèi)知名智能馬桶蓋廠家的西屋智能馬桶蓋WHJ-1900B15。這款智能馬桶蓋不但價格親民而且功能齊全，即熱恒溫、座圈感應(yīng)、噴頭自清潔、兒童座圈、兒童老人清洗等等一應(yīng)俱全。
開箱
馬桶蓋使用藍白色硬質(zhì)紙盒包裝，箱體正面印有馬桶蓋外形圖片，拆開包裝，首先看到的是智能馬桶蓋的主體，產(chǎn)品還附贈了兒童座圈，隨機還有一本安裝使用說明書和一本產(chǎn)品保修書。
除了主體機身外商家還贈送了進水口過濾器、進水口水管、水管轉(zhuǎn)接頭以及一對固定螺絲和墊片。
首先我們來看看智能馬桶蓋的外觀。智能馬桶蓋通體由亮白色ABS塑料制成，翻開上蓋，有明顯阻尼感，上蓋上貼印使用提示、產(chǎn)品信息以及水效標識。
座圈上貼有感應(yīng)位置貼標，座圈下方周邊貼有4個硅膠墊片，座圈轉(zhuǎn)動軸上也安裝有阻尼器，翻起后緩慢下落。
兒童座圈可以直接放置在原有座圈上，裝卸起來很方便。
側(cè)方是控制面板，面板上的功能包括電源控制、清洗位置前后調(diào)節(jié)、清洗強度有3檔可調(diào)、水溫、座溫及風溫有高中低3檔可調(diào)，最后方是兒童、清潔、節(jié)能快捷按鈕。根據(jù)印制內(nèi)容，使用者可以方面得調(diào)節(jié)對應(yīng)功能。
翻過機身，可以看到出風口和清洗噴頭隱藏在座圈后方，入水口在機體一側(cè)，另一側(cè)則是電源線，電源線插頭集成了漏電保護開關(guān)。位于機體后方的安裝卡口可以根據(jù)不同尺寸馬桶進行調(diào)節(jié)。
拆解
主機后蓋上使用螺絲固定，使用螺絲刀將4個固定螺絲取下，可以比較輕松的將后蓋取下。
打開后蓋我們可以看到馬桶蓋和座圈連接旋轉(zhuǎn)的部分有2個阻尼器。座圈加熱器、以及入座感應(yīng)傳感器，通過接線接入控制主板。
使用螺絲刀拆卸下按鍵及顯示面板的4顆固定螺絲，我們可以看到內(nèi)部還有一個盒體，繼續(xù)拆卸下內(nèi)部盒體上的4顆螺絲后可以將面板和下層板分離。
按鍵面板主板使用透明有機硅膠灌封，使用了1顆寬體SOP的MCU進行按鍵檢測、LED控制。按鍵面板主板通過1根排線連接到主控板上進行供電和通訊。
水路方面，進水口管道經(jīng)過一個電子水閥進入水箱，水箱上安裝有加熱器、溫度傳感器以及水位器，一路用于噴頭沖洗，另一路加熱的水經(jīng)由調(diào)流閥進入沖洗噴頭，再經(jīng)由噴嘴馬達加壓進行沖洗。
暖風風機位于主控板下方，其加熱及電機控制接線通過接頭接入主板。
智能馬桶電路
為了保證防水性能，主控板上使用透明有機硅膠灌封，四周依次排列有供電、傳感器、通訊及控制不同顏色的接插口。
控制主板按功能分類可分為電源電路、按鍵輸入及顯示、座溫控制、暖風控制、水路控制這5部分。
首先我們看看電源電路，電源輸入接口位于電路板右下側(cè)，火線后串接1個保險絲，再向后火線與零線之間并聯(lián)一個壓敏電路及安規(guī)電容，再經(jīng)由鎮(zhèn)流橋、ACDC電源芯片、變壓器、大電容等器件將高壓交流電轉(zhuǎn)換成低壓直流電。一部分直接給后端做驅(qū)動電源、一路再經(jīng)由1個LDO芯片給主控芯片供電。
按鍵輸入及顯示部分，黃色的接口接入的是按鍵輸入、顯示電路，主控通過通訊接口與按鍵輸入、顯示板交互數(shù)據(jù)，設(shè)置用戶按鍵配置及參數(shù)顯示。電路板中部還有1個蜂鳴器，用于用戶控制響應(yīng)提示。
座溫控制部分，內(nèi)部深綠色的接口接入的是環(huán)境溫傳感器，藍色接口接入的是座溫傳感器。主控通過檢測外界環(huán)境溫度及座溫傳感器對座溫加熱器進行回環(huán)控制。座圈加熱器由光耦隔離、使用了1個功率較小的雙向可控硅進行驅(qū)動控制。
暖風控制部分，主控通過光耦控制雙向可控硅驅(qū)動溫風加熱器，另一路通過三極管驅(qū)動暖風風機吹出熱風進行烘干。
水路控制部分，紅色接口接入的是浮球水位開關(guān)，用來檢測水箱水位，主控通過控制主閥驅(qū)動進行水箱水位控制。藍色和紫色接口分別是進水溫度及出水溫傳感器，用于對水溫做控制和調(diào)節(jié)，水加熱驅(qū)動部分由于功率較大使用了光耦控制雙向可控硅的方式驅(qū)動。主控通過噴嘴電機控制調(diào)節(jié)噴嘴位置、通過調(diào)流閥驅(qū)動對水壓進行控制，從而實現(xiàn)臀洗的功能。
而整個智能馬桶電路中最為重要的元件是位于主控板中間的MCU，控制如此之多的電機、加熱器及傳感器的檢測，不但需要大量的IO腳、ADC輸入還需要很強的抗干擾能力。
透過有機硅膠可以看到主控芯片上絲印有100GEA的字樣。通過查詢絲印可以查詢到這是1顆瑞薩電子生產(chǎn)的R5F100GEAFB芯片。
值得注意的一點，通過觀察電路板布線我們可以看到整個電路板上MCU IO腳走線十分規(guī)整，這要得益于R5F100GEAFB靈活的IO復(fù)用功能。
R5F100GEAFB屬于瑞薩電子RL78/G13系列16位單片機，在性能和低功耗上都有出色表現(xiàn)。在32MHz運行下算力可以達到43.2DMIPS的高新能。CPU耗電僅有66uA/MHz，待機情況下只有230nA。
RL78/G13 框圖
看下R5F100GEAFB具體資源，64K Flash 4K Data Flash,4K RAM,LQFP48封裝，可用IO數(shù)量44個。
內(nèi)置的片內(nèi)高速振蕩器最高可達32MHz，通過OSC精度校正寄存器可以將時鐘修調(diào)到±1%的精度，所以可以直接使用內(nèi)部時鐘進行串口通訊，這也是我們在電路板上沒有看到使用外部晶體振蕩器的原因。
MCU內(nèi)置了程序FLASH、SRAM以及數(shù)據(jù)FLASH，程序運行和數(shù)據(jù)存儲可以同時進行。內(nèi)置的數(shù)據(jù)FLASH和EEPROM模擬器相比減少了等待時間，以1字節(jié)為單位讀寫，可以通過庫進行操作，不需要外部的EEPROM不但提高了數(shù)據(jù)的安全性還降低了系統(tǒng)成本。
在安全上，MCU還提供了RAM奇偶校驗、ADC自我檢測、時鐘監(jiān)控以及存儲CRC。這些大大地提高了芯片的安全和穩(wěn)定性。
內(nèi)置的安全功能支持家用電器安全標準（IEC/UL 60730），這讓MCU用于從家用、消費電器到工業(yè)設(shè)備各種應(yīng)用。
MCU內(nèi)置支持DMA、中斷、時鐘產(chǎn)生器、PORT、LVD，同時還有硬件乘除法器和MAC，不但為CPU減輕了負擔還加快了運算速度。MCU還可以通過單線串口進行調(diào)試。
MCU擁有10位10通道ADC、內(nèi)置參考源和溫度傳感器。
定時器方面，MCU內(nèi)置了8通道的16位定時器、12位間隔計時器、1個看門狗定時器以及1個RTC定時器。
MCU還提供了豐富的通訊接口，可根據(jù)選擇配置出3個I2C主機接口、3個SPI接口以及3個UART接口(其中UART2可配置為Lin通訊接口)，另外還提供1個多主機I2C接口,可以適用各種需要與外設(shè)通訊的應(yīng)用。
芯片還提供了多種低功耗模式，支持RTC和DMA的HALT模式、支持串口和ADC的SNOOZE模式以及SRAM保持的STOP模式，可以根據(jù)不同的低功耗場景進行選擇。
小結(jié)
相信通過本次對西屋智能馬桶蓋的拆解可以讓大家更加了解其內(nèi)部接口和電路設(shè)計，不得不說，從很多方面都可以看到結(jié)構(gòu)工程師和電子工程師的精心設(shè)計。在電路方面我覺得主控板上選用的瑞薩電子這款MCU十分的得當，外圍簡單、安全可靠、功能適用，好的設(shè)計可見一斑。
