爆款拆解：智能馬桶蓋 —— 揭秘舒適便利的背后科技

十幾年前出現(xiàn)過(guò)中國(guó)旅客去日本旅游排隊(duì)買智能馬桶蓋的新聞，當(dāng)時(shí)剛看到新聞的時(shí)候還覺得奇怪，一個(gè)馬桶蓋有什么好買的。而現(xiàn)在，大家在體驗(yàn)到了智能馬桶蓋的舒適和便利后，智能馬桶成了越來(lái)越多人家衛(wèi)生間的標(biāo)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(jìn)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(lái)都很便捷。

對(duì)于智能馬桶蓋的使用，相信大家都比較熟悉。而今天，我來(lái)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(duì)象是國(guó)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(jià)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(lán)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(zèng)了兒童座圈，隨機(jī)還有一本安裝使用說(shuō)明書和一本產(chǎn)品保修書。

除了主體機(jī)身外商家還贈(zèng)送了進(jìn)水口過(guò)濾器、進(jìn)水口水管、水管轉(zhuǎn)接頭以及一對(duì)固定螺絲和墊片。

首先我們來(lái)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(biāo)識(shí)。

座圈上貼有感應(yīng)位置貼標(biāo)，座圈下方周邊貼有4個(gè)硅膠墊片，座圈轉(zhuǎn)動(dòng)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(lái)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(qiáng)度有3檔可調(diào)、水溫、座溫及風(fēng)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(duì)應(yīng)功能。

翻過(guò)機(jī)身，可以看到出風(fēng)口和清洗噴頭隱藏在座圈后方，入水口在機(jī)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(hù)開關(guān)。位于機(jī)體后方的安裝卡口可以根據(jù)不同尺寸馬桶進(jìn)行調(diào)節(jié)。

拆解

主機(jī)后蓋上使用螺絲固定，使用螺絲刀將4個(gè)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(gè)阻尼器。座圈加熱器、以及入座感應(yīng)傳感器，通過(guò)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(gè)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(jī)硅膠灌封，使用了1顆寬體SOP的MCU進(jìn)行按鍵檢測(cè)、LED控制。按鍵面板主板通過(guò)1根排線連接到主控板上進(jìn)行供電和通訊。

水路方面，進(jìn)水口管道經(jīng)過(guò)一個(gè)電子水閥進(jìn)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(jìn)入沖洗噴頭，再經(jīng)由噴嘴馬達(dá)加壓進(jìn)行沖洗。

暖風(fēng)風(fēng)機(jī)位于主控板下方，其加熱及電機(jī)控制接線通過(guò)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(jī)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(fēng)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(gè)保險(xiǎn)絲，再向后火線與零線之間并聯(lián)一個(gè)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(dòng)電源、一路再經(jīng)由1個(gè)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(guò)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(gè)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(lán)色接口接入的是座溫傳感器。主控通過(guò)檢測(cè)外界環(huán)境溫度及座溫傳感器對(duì)座溫加熱器進(jìn)行回環(huán)控制。座圈加熱器由光耦隔離、使用了1個(gè)功率較小的雙向可控硅進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。

暖風(fēng)控制部分，主控通過(guò)光耦控制雙向可控硅驅(qū)動(dòng)溫風(fēng)加熱器，另一路通過(guò)三極管驅(qū)動(dòng)暖風(fēng)風(fēng)機(jī)吹出熱風(fēng)進(jìn)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(lái)檢測(cè)水箱水位，主控通過(guò)控制主閥驅(qū)動(dòng)進(jìn)行水箱水位控制。藍(lán)色和紫色接口分別是進(jìn)水溫度及出水溫傳感器，用于對(duì)水溫做控制和調(diào)節(jié)，水加熱驅(qū)動(dòng)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(dòng)。主控通過(guò)噴嘴電機(jī)控制調(diào)節(jié)噴嘴位置、通過(guò)調(diào)流閥驅(qū)動(dòng)對(duì)水壓進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)臀洗的功能。

而整個(gè)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(jī)、加熱器及傳感器的檢測(cè)，不但需要大量的IO腳、ADC輸入還需要很強(qiáng)的抗干擾能力。

透過(guò)有機(jī)硅膠可以看到主控芯片上絲印有100GEA的字樣。通過(guò)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(diǎn)，通過(guò)觀察電路板布線我們可以看到整個(gè)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(jī)，在性能和低功耗上都有出色表現(xiàn)。在32MHz運(yùn)行下算力可以達(dá)到43.2DMIPS的高新能。CPU耗電僅有66uA/MHz，待機(jī)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(gè)。

內(nèi)置的片內(nèi)高速振蕩器最高可達(dá)32MHz，通過(guò)OSC精度校正寄存器可以將時(shí)鐘修調(diào)到±1%的精度，所以可以直接使用內(nèi)部時(shí)鐘進(jìn)行串口通訊，這也是我們?cè)陔娐钒迳蠜]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(yùn)行和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)可以同時(shí)進(jìn)行。內(nèi)置的數(shù)據(jù)FLASH和EEPROM模擬器相比減少了等待時(shí)間，以1字節(jié)為單位讀寫，可以通過(guò)庫(kù)進(jìn)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(yàn)、ADC自我檢測(cè)、時(shí)鐘監(jiān)控以及存儲(chǔ)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(biāo)準(zhǔn)（IEC/UL 60730），這讓MCU用于從家用、消費(fèi)電器到工業(yè)設(shè)備各種應(yīng)用。

MCU內(nèi)置支持DMA、中斷、時(shí)鐘產(chǎn)生器、PORT、LVD，同時(shí)還有硬件乘除法器和MAC，不但為CPU減輕了負(fù)擔(dān)還加快了運(yùn)算速度。MCU還可以通過(guò)單線串口進(jìn)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(shí)器方面，MCU內(nèi)置了8通道的16位定時(shí)器、12位間隔計(jì)時(shí)器、1個(gè)看門狗定時(shí)器以及1個(gè)RTC定時(shí)器。

MCU還提供了豐富的通訊接口，可根據(jù)選擇配置出3個(gè)I2C主機(jī)接口、3個(gè)SPI接口以及3個(gè)UART接口(其中UART2可配置為L(zhǎng)in通訊接口)，另外還提供1個(gè)多主機(jī)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(chǎng)景進(jìn)行選擇。

小結(jié)

相信通過(guò)本次對(duì)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(jì)，不得不說(shuō)，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(jì)。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(dāng)，外圍簡(jiǎn)單、安全可靠、功能適用，好的設(shè)計(jì)可見一斑。