CN106226294A - 面向家用净水系统的水质检测装置和检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种净水检测装置和检测方法，装置由光电转换无线通信主控单元、光路单元、流体通路单元、试剂加注定位单元组成。颜色传感器采集水样光信号，经光电转换无线通信主控单元输出水质的检测数据。颜色传感器采集的光信号数据采用零点标定、白平衡调整，待测水样借助定容器精准定量给定，设置反应器皿的气泡清洗和待测水样的气泡混合，提高了检测精度；试剂加注借鉴喷墨打印机的供墨技术，流路单元立足重力自流技术输送检测物料，技术成熟可靠、运维开销低廉；净水检测装置附设WIFI模块，手机APP下载检测组态文件，净水检测装置具有良好的易用性。

Description

面向家用净水系统的水质检测装置和检测方法

技术领域

本发明属水质检测的技术范畴；特别是指面向家用净水系统的水质检测装置和检测方法。

背景技术

我国占全球人口的21％，拥有6％的地球水资源，即人均水资源量仅为世界人均水平的四分之一左右；水资源秉赋先天不足。《2008年中国环境状况公报》指出，全国658座城市的2/3已处在缺水或严重缺水状态；水环境污染形势亦不乐观：中国主要流域的I～III类水质断面为64.2％，劣V类17.2％；水资源短缺、水环境污染、水生态受损，三者交互影响、彼此叠加，制约了经济的可持续发展和大众的健康水准。痛定思痛，政府上下和社会各界形成共识：全面治理水污染、合理利用水资源；从大自然无度索取的单行道实难为继，珍惜人类赖以生存的水资源，人人必须怀揣敬畏之心。《2015年中国环境状况公报》权威发布：I～III类、IV～V类和劣V类水质断面比例分别为63.1％、27.7％和9.2％；显然，经过数年的不懈努力，终于扭转了水环境日趋恶化的态势，呈现水质向好的可喜迹象，困扰大众的供水安全难题渐显化解曙光。2015年4月，我国规格最高的水治理行动计划，俗称“水十条”正式发布，治理水污染上升至体现国家意志的法律层面。

随着净水技术的进步和健康理念的觉醒，中高端家庭的用水不再止步于用水安全的低端基本诉求，谋求高品质生活用水的需求侧催生各种个性化净水需求；需求刺激供给，高品质生活用水供给侧的净水行业应运而生，2015年，全行业产值740亿。家用净水按用途分为飲用型净水和非飲用型净水两大类。飲用型家用净水系统配置反渗透装置，非飲用型家用净水系统则空缺；前者受制于反渗透装置固有的有限水处理能力--出水量偏小需附设储罐、通过缓冲方式供应飲用净水，后者倾向“所见即所得”--实时提供非飲用型净水。目前，国内市场家用净水系统的著名品牌有

ECOWATER SYSEMS怡口牌净水机ETF2100PF10：非飲用型净水3T/h。A.O.Smith公司AO史密斯牌净水机SR400-C3：飲用型净水1.054L/M。

奔泰净水设备有限公司奔泰牌净水机BNT-S08-Z02F：非飲用型净水2.5T/h。

在家用净水领域，用户需求侧的个性化典型诉求汇总如下：

1、滤除钙镁离子。低钙镁离子的软水具有润肤保养功能，可清除肌肤细胞内的污物，延缓皮肤衰老；软水还具有衣物助洗功能，使衣物柔软、色泽如新，衣物的可洗涤次数增加33％，洗涤剂使用量减少55％；等等。

2、去除余氯。氯气刺激眼、鼻、喉和上呼吸道，使头发干涩、断裂、分叉。GB5749-2006B标准规定，自来水中加氯(漂白粉)≥0.3mg/l；加氯杀菌是高性价比的有效消毒技术，但杀菌后水中残留的余氯对人体有百害无一利。

3、清除六价铬、锰和铜等。六价铬会造成人体的四肢麻木和精神异常；锰超量可诱发甲状腺机能亢进；铜摄入量超标将导致呕吐、腹泻、乏力、肝硬化，以及老年痴呆症。

目前，主流水质检测装置聚焦的检测对象是直接源自环境水源的原水样品，或经水厂处理后的自来水样品。水样检测方法先后经历了化学法、分光光度法、电化学法、色谱法，检测依据是《水质监测规范》SD127-84；《水质监测规范》必测的常规五参数是水温、pH、溶解氧、电导率、浊度，涵盖参数有硬度、重金属、氨氮、硝酸盐氮、总氮、氯离子、氟离子、磷酸盐、总磷、TOC、HC碳氢化合物、石油类、高锰酸盐指数。上述检测方法精度高、一致性可靠性得到理论与实验的支持，故检测数据具有法定效用；缺点是装置体积大、技术门槛高、操作步骤多、检测周期长，不适合现场检测、家庭检测。便携式现场水质检测装置基于离子选择性电极技术；检测方便快捷，不涉及试剂耗材、非专业人员亦胜任检测，因此深受业界青睐。离子选择性电极水质检测装置的缺点是测定不同的离子需不同的特制电极，故选配的电极品种多、校正标准溶液多；此外，时至今日选择性电极测定的离子种类相当有限；第三，跨国公司垄断“特制电极”技术，市售选择性电极水质检测装置的价格不菲。本发明定位小众市场：净水的水质检测，有别于“主流水质检测装置”服务的对象。

面向家用净水系统的水质检测装置(简称净水检测装置)尚处启蒙起步阶段，检测对象是净水系统处理后的净水样品；现有的净水检测装置检测参数单一，检测机理粗糙，无法满足净水检测需求侧的个性化要求。以Haier HZS-01型净水检测装置为例，单一检测参数为总溶解性固体TDS(Total Dissolved Solids)；检测机理是测量净水的电导率、间接推祘TDS值，因为TDS大小表征水溶物多少，水溶物多少与水的导电性(电导率)正相关。TDS是一个综合性的水质指标，检测技术门槛低、不用试剂，在行业内得到广泛应用。必须指出，TDS指标无法满足净水检测需求侧的个性化要求，伴随净水用户健康关注度的不断提升，TDS单一检测参数的不足日渐凸现、亟待改进。另一方面，成熟的净水用户不仅重视家用净水系统的初始购置费，更重视运维开支、特别是耗材的开销。例如，飲用型净水系统SR400-C3售价5238元，耗材RO膜售价1200元；非飲用型净水系统ETF2100PF10售价19874元，耗材滤瓶售价9094元。一言蔽之，新型净水检测装置的三要素是：能提供表征个性化净水诉求相应的检测参数；昂贵的净水系统耗材物尽其用，降低总体拥有成本TCO；价格低廉、精度高易用。净水检测和水质检测装置技术领域较有代表性的知识产权成果综述如下：

·发明专利“家庭饮用水水质多参数快速检测方法及检测设备，，(ZL201210187844.2)，提出试纸和颜色传感器结合检测水的氯离子浓度和pH值，电极法检测水电导率。

·发明专利“家用试纸阅读器装置及其检测方法”(申请号201410269974.X)，提出一种家用试纸阅读器装置及其检测方法，自动显示检测结果，避免人工读取过程中人为因素的影响。

·发明专利“一种具有自动水质检测和智能提示功能的净水器”(申请号201310629052.0)，提出在净水过滤系统的前、后端设水检测单元，显示检测结果、提示滤芯更换。

上述有益探索，提出试纸结合颜色传感器的自动检测水质，避免检测中人为因素，并依据水质检测数据更换滤芯。探索有一定的参考价值，但成果仍存在局限：首先，试纸的品种有限，可检测的水质参数亦受限；无法提供表征个性化净水诉求相应的检测参数。其次，净水检测装置的耗材更换判据为TDS单一参数；不能实现净水系统耗材的物尽其用。第三，颜色传感器检测水质的技术路线可行，遗憾的是精度欠佳、价格偏高、易用性不够。对应的解决方案是：颜色传感器的采集数据经零点标定、白平衡调整，待测水样品通过定容器输出，检测流程中设置反应器皿的气泡清洗和待测水样的气泡混合步骤，提高检测精度：试剂加注借鉴喷墨打印机的供墨技术，净水检测装置的流路单元立足重力自流技术，降低净水检测装置的运维开销；净水检测装置增设WIFI模块，手机APP下载检测组态文件，提升净水检测装置的易用性。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种面向家用净水系统的水质检测装置和检测方法。

净水检测装置由光电转换无线通信主控单元、光路单元、流体通路单元、试剂加注定位单元组成；光电转换无线通信主控单元与光路单元相连，调节光路单元的光源和检测光路，光路单元生成的光信号输出至光电转换无线通信主控单元；光电转换无线通信主控单元与流体通路单元相连，实施自来/净水检测流路、清洗/排废辅助流路的切换，以及自来/净水加注试剂后的检测水样搅拌；光电转换无线通信主控单元与试剂加注定位单元相连，控制试剂的加注和定位；用户借助手机下载净水检测装置配套的App应用软件，在应用软件呈现的功能列表中选择个性化的净水诉求，个性化的净水诉求映射为检测组态文件、与净水水质的标准颜色数据一併下载至光电转换无线通信主控单元；根据检测组态文件，光电转换无线通信主控单元控制流体通路单元、试剂加注定位单元，采集光路单元输出的光信号；光电转换无线通信主控单元进行光电信号的转换和处理，与净水水质的标准颜色数据比对、得出的个性化净水水质数据发送到手机显示。

所述的光电转换无线通信主控单元包括以ATmega16芯片为核心的主控模块、TCS3200颜色传感器芯片为核心的光电转换模块、无线通信模块的型号则为USR-WiFi232-S；TCS3200芯片的脚8接电源VCC、脚4接地，脚3、2、1、5、6、7分别与ATmega16芯片的脚40、39、38、37、36、1相连；ATmega16芯片的脚10接电源VCC、脚11接地，脚14、15分别与USR-WiFi232-S的脚5、6相连；光路单元输出的光信号通过光电转换模块转换为电信号，光电转换的初始化操作涉及零点标定和白平衡调整；零点标定：光路单元置于暗室，主控模块依次选通光电转换模块的R、G、B滤波器，逐一读取暗室红绿蓝三色值R0、G0、B0；白平衡调整：清洗光路单元的反应器皿、光路单元的LED光源上电，设主控模块定时器为固定值CONST，依次选通光电转换模块的R、G、B滤波器，逐一在CONST时间内读取红绿蓝三色脉冲数NR1、NG1、NB1，计算红绿蓝三色比例因子DR＝1、DG＝NR1/NG1、DB＝NR1/NB1；检测水样时，主控模块依次选通光电转换模块的R、G、B滤波器，逐一读取检测水样透射光产生的光电转换模块红绿蓝三色值R_IN、G_IN、B_IN；计算三色比例因子下的红绿蓝三色值R_MID＝DR×R_IN、G_MID＝DG×G_IN、B_MID＝DB×G_IN；主控模块通过无线通信模块、输出检测水样的红绿蓝三色值R_OCT＝R_MID-R0、G_OUT＝G_MID-G0、B_OUT＝B_MID-B0。

所述的光路单元包括白光LED光源、准直镜、反应器皿、聚焦镜；白光LED光源的光束通过准直镜成为光强均匀的平行光束，平行光束经过反应器皿的透射、由聚焦镜聚焦于光电转换模块，光路单元和光电转换模块密封在聚碳酸酯壳体内：

对称布置在3cm直径圆周上的8片白色LED构成白光LED光源，白光LED光源安装在准直镜的焦点上；准直镜和聚焦镜采用双胶合物镜工艺制作，反应器皿选用高透光率的玻璃材质；反应器皿的底部预留两孔：检测水样的排废孔和检测水样的气泡孔。

所述的流体通路单元由自来/净水储罐、自来/净水三通电磁阀组、定容器电磁阀组、排废/气泡电磁阀组、压缩气体的步进电机蠕动泵组成，自来/净水储罐包括自来水储罐和净水储罐，自来/净水三通电磁阀组包括二进一出的自来水三通电磁阀和二进一出的净水三通电磁阀，定容器电磁阀组包括一进一出的第一电磁阀、一进一出的第二电磁阀和定容器，排废/气泡电磁阀组包括一进一出的排废电磁阀和一进一出的气泡电磁阀，步进电机蠕动泵包括蠕动泵、第一步进电机、以A3979芯片为核心的第一驱动器；

自来水储罐的出水口与自来水三通电磁阀的2口相连、1口通大气，净水储罐的出水口与净水三通电磁阀的2口相连、1口通大气，自来水三通电磁阀和净水三通电磁阀的3口与第一电磁阀的1口相连；第一电磁阀的2口经定容器、与第二电磁阀的1口相连，第二电磁阀的2口与反应器皿相连；排废孔、气泡孔分别与排废电磁阀的1口、气泡电磁阀的1口相连，排废电磁阀的2口接入废液池、气泡电磁阀的2口则接入步进电机蠕动泵的出口；主控模块ATmega16芯片的脚33、34、35分别与第一驱动器A3979芯片的脚19、3、26相连，第一驱动器A3979芯片的脚18、11、25、4与第一步进电机相连，第一步进电机驱动蠕动泵；主控模块ATmega16芯片的脚22～27分别与自来水三通电磁阀、净水三通电磁阀、第一电磁阀、第二电磁阀、排废电磁阀、气泡电磁阀相连；

水质检测流程涉及清洗工序、排废工序、净水检测工序和自来水检测工序，流体通路单元对应不同的工序、电磁阀有相应的状态；

清洗工序：t＝0，自来水三通电磁阀的1口与3口相连、通大气，净水三通电磁阀的2口、3口相连，第一电磁阀、第二电磁阀打开，排废电磁阀、气泡电磁阀关闭；t＝t1，净水三通电磁阀的1口与3口相连、通大气，第一电磁阀、第二电磁阀关闭，气泡电磁阀打开，步进电机蠕动泵启动；t＝t1+t2，步进电机蠕动泵停运，气泡电磁阀关闭，转入排废工序；

排废工序：第一电磁阀、第二电磁阀打开，排废电磁阀打开；t＝t1+t2+t3，排废电磁阀关闭，转入水质检测的就绪状态；

净水检测工序：T＝0，自来水三通电磁阀的1口与3口相连、通大气，净水三通电磁阀的2口、3口相连，第一电磁阀、第二电磁阀打开，排废电磁阀、气泡电磁阀关闭；T＝T1，净水三通电磁阀的1口与3口相连、通大气，第一电磁阀、第二电磁阀关闭，排废电磁阀打开；T＝T1+T2，排废电磁阀关闭，第一电磁阀、第二电磁阀打开，定容器内的定量净水注入反应器皿；T＝T1+T2+T3，试剂加注定位单元按需注入试剂，气泡电磁阀打开，步进电机蠕动泵启动；T＝T1+T2+T3+T4，步进电机蠕动泵停运，气泡电磁阀关闭，光路单元启动、采集水样颜色数椐、经零点标定和白平衡修正输出；T＝T1+T2+T3+T4+T5，光路单元停运，排废电磁阀打开；T＝T1+T2+T3+T4+T5+T6，排废电磁阀关闭；执行清洗工序、排废工序，进入水质检测的就绪状态；

自来水检测工序：自来水三通电磁阀的2口、3口相连，净水三通电磁阀的1口与3口相连、通大气，第一电磁阀、第二电磁阀打开，排废电磁阀、气泡电磁阀关闭；自来水三通电磁阀的1口与3口相连、通大气，第一电磁阀、第二电磁阀关闭，排废电磁阀打开；排废电磁阀关闭，第一电磁阀、第二电磁阀打开，定容器(333)内的定量自来水注入反应器皿；后续步骤与“净水检测工序”类同。

所述的试剂加注定位单元由试剂加注模块、试剂定位模块组成，试剂加注模块包括喷头、内置试剂盒、试剂输液管组，试剂定位模块包括齿轮导轨定位机构、第二步进电机、以A3979芯片为核心的第二驱动器；

内置试剂盒根据检测组态文件要求、依序配置试剂、最多8种，试剂输液管组一端的8口逐一与内置试剂盒的8口相连、试剂输液管组另一端的8口逐一与喷头的8口相连，主控模块ATmega16芯片的脚29、28、31分别与第二驱动器A3979芯片的脚19、3、26相连，第二驱动器A3979芯片的脚18、11、25、4与第二步进电机相连，第二步进电机驱动齿轮导轨定位机构；主控模块ATmega16芯片的脚1～8分别与喷头8个压电单元的控制端相连；水质检测流程中，主控模块通过试剂定位模块、驱动试剂加注模块至反应器皿正上方，根据检测组态文件要求、选择试剂类别并控制试剂加注量。

所述水质检测方法包括自来/净水的水质检测准备流程，自来/净水的水质检测流程；

自来/净水的水质检测准备流程：

·下载净水检测装置配套的App应用软件

·用户输入个性化净水诉求，生成检测组态文件、与净水水质的标准颜色数据一併下载

·根据检测组态文件依序配置试剂

自来/净水的水质检测流程：

0.净水检测装置上电初始化，转“1”

1.清洗工序，转“2”

2.排废工序，转“3”

3.水质检测就绪状态，转“3”等待、或转“4”、或“5”

4.净水检测工序，转“1”

5.自来水检测工序，转“1”。

本发明与背景技术相比，具有的有益效果是：

颜色传感器采集待测水样的光信号数据采用零点标定、白平衡调整，待测水样借助定容器精准定量给定，设置反应器皿的气泡清洗和待测水样的气泡混合，提高了检测精度；试剂加注借鉴喷墨打印机的供墨技术，流路单元立足重力自流技术输送检测物料，技术成熟可靠、运维开销低廉；净水检测装置附设WIFI模块，手机APP下载检测组态文件，净水检测装置具有良好的易用性。

附图说明

图1(a)是净水检测装置的原理框图；

图2是光电转换无线通信主控单元的电路图；

图3是光路单元的结构图；

图4(a)是流体通路单元的结构图；

图4(b)是流体通路单元的电路图；

图5(a)是试剂加注定位单元的加注模块结构图；

图5(b)是试剂加注定位单元的电路图；

图6是自来/净水水质检测流程的状态机图。

具体实施方式

如图1(a)所示，净水检测装置由光电转换无线通信主控单元100、光路单元200、流体通路单元300、试剂加注定位单元400组成；光电转换无线通信主控单元100与光路单元200相连，调节光路单元200的光源和检测光路，光路单元200生成的光信号输出至光电转换无线通信主控单元100；光电转换无线通信主控单元100与流体通路单元300相连，实施自来/净水检测流路、清洗/排废辅助流路的切换，以及自来/净水加注试剂后的检测水样搅拌；光电转换无线通信主控单元100与试剂加注定位单元400相连，控制试剂的加注和定位；用户借助手机下载净水检测装置配套的App应用软件，在应用软件呈现的功能列表中选择个性化的净水诉求，个性化的净水诉求映射为检测组态文件、与净水水质的标准颜色数据一併下载至光电转换无线通信主控单元100；根据检测组态文件，光电转换无线通信主控单元100控制流体通路单元300、试剂加注定位单元400，采集光路单元200输出的光信号；光电转换无线通信主控单元100进行光电信号的转换和处理，与净水水质的标准颜色数据比对、得出的个性化净水水质数据发送到手机显示。

说明1：手机App应用软件属公知知识范畴，考虑到内容的完整性、本文仅提及但不展开论述。

如图2所示，光电转换无线通信主控单元100包括以ATmega16芯片为核心的主控模块110、TCS3200颜色传感器芯片为核心的光电转换模块120、无线通信模块130的型号则为USR-WiFi232-S；TCS3200芯片的脚8接电源VCC、脚4接地，脚3、2、1、5、6、7分别与ATmega16芯片的脚40、39、38、37、36、1相连；ATmega16芯片的脚10接电源VCC、脚11接地，脚14、15分别与USR-WiFi232-S的脚5、6相连；

光路单元200输出的光信号通过光电转换模块120转换为电信号，光电转换的初始化操作涉及零点标定和白平衡调整；零点标定：光路单元200置于暗室，主控模块110依次选通光电转换模块120的R、G、B滤波器，逐一读取暗室红绿蓝三色值R0、G0、B0；白平衡调整：清洗光路单元200的反应器皿、光路单元200的LED光源上电，设主控模块110定时器为固定值CONST，依次选通光电转换模块120的R、G、B滤波器，逐一在CONST时间内读取红绿蓝三色脉冲数NR1、NG1、NB1，计算红绿蓝三色比例因子DR＝1、DG＝NR1/NG1、DB＝NR1/NB1；检测水样时，主控模块110依次选通光电转换模块120的R、G、B滤波器，逐一读取检测水样透射光产生的光电转换模块120红绿蓝三色值R_IN、G_IN、B_IN；计算三色比例因子下的红绿蓝三色值R_MID＝DR×R_IN、G_MID＝DG×G_IN、B_MID＝DB×G_IN；主控模块110通过无线通信模块130、输出检测水样的红绿蓝三色值R_OUT＝R_MID-R0、G_OUT＝G_MID-G0、B_OUT＝B_MID-B0。

说明2：净水检测装置上电初始化时，启动光电转换模块的零点标定和白平衡修正操作；检测水样时，调用上电初始化时的零点标定和白平衡修正参数、调整颜色传感器输出的数据。

如图3所示，光路单元200包括白光LED光源210、准直镜220、反应器皿230、聚焦镜240；白光LED光源210的光束通过准直镜220成为光强均匀的平行光束，平行光束经过反应器皿230的透射、由聚焦镜240聚焦于光电转换模块120，光路单元200和光电转换模块120密封在聚碳酸酯壳体内；

对称布置在3cm直径圆周上的8片白色LED 211～218构成白光LED光源210，白光LED光源210安装在准直镜220的焦点上；准直镜220和聚焦镜240采用双胶合物镜工艺制作，反应器皿230选用高透光率的玻璃材质；反应器皿230的底部预留两孔：检测水样的排废孔231和检测水样的气泡孔232。

如图4(a)、图4(b)、图3所示，流体通路单元300由自来/净水储罐310、自来/净水三通电磁阀组320、定容器电磁阀组330、排废/气泡电磁阀组340、压缩气体的步进电机蠕动泵350组成，自来/净水储罐310包括自来水储罐311和净水储罐312，自来/净水三通电磁阀组320包括二进一出的自来水三通电磁阀321和二进一出的净水三通电磁阀322，定容器电磁阀组330包括一进一出的第一电磁阀331、一进一出的第二电磁阀332和定容器333，排废/气泡电磁阀组340包括一进一出的排废电磁阀341和一进一出的气泡电磁阀342，步进电机蠕动泵350包括蠕动泵351、第一步进电机352、以A3979芯片为核心的第一驱动器353；

自来水储罐311的出水口与自来水三通电磁阀321的2口相连、1口通大气，净水储罐312的出水口与净水三通电磁阀322的2口相连、1口通大气，自来水三通电磁阀321和净水三通电磁阀322的3口与第一电磁阀331的1口相连；第一电磁阀331的2口经定容器333、与第二电磁阀332的1口相连，第二电磁阀332的2口与反应器皿230相连；排废孔231、气泡孔232分别与排废电磁阀341的1口、气泡电磁阀342的1口相连，排废电磁阀341的2口接入废液池、气泡电磁阀342的2口则接入步进电机蠕动泵350的出口；主控模块110ATmega16芯片的脚33、34、35分别与第一驱动器353A3979芯片的脚19、3、26相连，第一驱动器353 A3979芯片的脚18、11、25、4与第一步进电机352相连，第一步进电机352驱动蠕动泵351；主控模块110ATmega16芯片的脚22～27分别与自来水三通电磁阀321、净水三通电磁阀322、第一电磁阀331、第二电磁阀332、排废电磁阀341、气泡电磁阀342相连；

水质检测流程涉及清洗工序、排废工序、净水检测工序和自来水检测工序，流体通路单元300对应不同的工序、电磁阀有相应的状态；

清洗工序：t＝0，自来水三通电磁阀321的1口与3口相连、通大气，净水三通电磁阀322的2口、3口相连，第一电磁阀331、第二电磁阀332打开，排废电磁阀341、气泡电磁阀342关闭；t＝t1，净水三通电磁阀322的1口与3口相连、通大气，第一电磁阀331、第二电磁阀332关闭，气泡电磁阀342打开，步进电机蠕动泵350启动；t＝t1+t2，步进电机蠕动泵350停运，气泡电磁阀342关闭，转入排废工序；

排废工序：第一电磁阀331、第二电磁阀332打开，排废电磁阀341打开；t＝t1+t2+t3，排废电磁阀341关闭，转入水质检测的就绪状态；

净水检测工序：T＝0，自来水三通电磁阀321的1口与3口相连、通大气，净水三通电磁阀322的2口、3口相连，第一电磁阀331、第二电磁阀332打开，排废电磁阀341、气泡电磁阀342关闭；T＝T1，净水三通电磁阀322的1口与3口相连、通大气，第一电磁阀331、第二电磁阀332关闭，排废电磁阀341打开；T＝T1+T2，排废电磁阀341关闭，第一电磁阀331、第二电磁阀332打开，定容器333内的定量净水注入反应器皿230；T＝T1+T2+T3，试剂加注定位单元400按需注入试剂，气泡电磁阀342打开，步进电机蠕动泵350启动；T＝T1+T2+T3+T4，步进电机蠕动泵350停运，气泡电磁阀342关闭，光路单元200启动、采集水样颜色数椐、经零点标定和白平衡修正输出；T＝T1+T2+T3+T4+T5，光路单元200停运，排废电磁阀341打开；T＝T1+T2+T3+T4+T5+T6，排废电磁阀341关闭；执行清洗工序、排废工序，进入水质检测的就绪状态；

自来水检测工序：自来水三通电磁阀321的2口、3口相连，净水三通电磁阀322的1口与3口相连、通大气，第一电磁阀331、第二电磁阀332打开，排废电磁阀341、气泡电磁阀342关闭；自来水三通电磁阀321的1口与3口相连、通大气，第一电磁阀331、第二电磁阀332关闭，排废电磁阀341打开；排废电磁阀341关闭，第一电磁阀331、第二电磁阀332打开，定容器333内的定量自来水注入反应器皿230；后续步骤与“净水检测工序”类同。

说明3：步进电机型号为45BF003，蠕动泵型号为KPP80DC12；定容器的容量按水质检测标准设定；流体通路单元300的电磁阀均附设固态继电器ALD105，MCU借助ALD105驱动流体通路单元300的电磁阀。

说明4：净水检测装置出厂时内置参数T1、T2、T3、T4、T5、T6，

如图5所示，试剂加注定位单元400由试剂加注模块410、试剂定位模块420组成，试剂加注模块410包括喷头411、内置试剂盒412、试剂输液管组413，试剂定位模块420包括齿轮导轨定位机构421、第二步进电机422、以A3979芯片为核心的第二驱动器423；

内置试剂盒412根据检测组态文件要求、依序配置试剂、最多8种，试剂输液管组413一端的8口逐一与内置试剂盒412的8口相连、试剂输液管组413另一端的8口逐一与喷头411的8口相连，主控模块110ATmega16芯片的脚29、28、31分别与第二驱动器423A3979芯片的脚19、3、26相连，第二驱动器423A3979芯片的脚18、11、25、4与第二步进电机422相连，第二步进电机422驱动齿轮导轨定位机构421；主控模块110ATmega16芯片的脚1～8分别与喷头4118个压电单元的控制端相连；水质检测流程中，主控模块110通过试剂定位模块420、驱动试剂加注模块410至反应器皿230正上方，根据检测组态文件要求、选择试剂类别并控制试剂加注量。

如图6所示，净水检测装置水质检测方法的检测流程包括自来/净水的水质检测准备流程，自来/净水的水质检测流程；

自来/净水的水质检测准备流程：

·下载净水检测装置配套的App应用软件

·用户输入个性化净水诉求，生成检测组态文件、与净水水质的标准颜色数据一併下载

·根据检测组态文件依序配置试剂

自来/净水的水质检测流程：

0.净水检测装置上电初始化，转“1”

1.清洗工序，转“2”

2.排废工序，转“3”

3.水质检测就绪状态，转“3”等待、或转“4”、或“5”

4.净水检测工序，转“1”

5.自来水检测工序，转“1”。

Claims (6)

1.一种净水检测装置，其特征在于净水检测装置由光电转换无线通信主控单元(100)、光路单元(200)、流体通路单元(300)、试剂加注定位单元(400)组成；光电转换无线通信主控单元(100)与光路单元(200)相连，调节光路单元(200)的光源和检测光路，光路单元(200)生成的光信号输出至光电转换无线通信主控单元(100)；光电转换无线通信主控单元(100)与流体通路单元(300)相连，实施自来/净水检测流路、清洗/排废辅助流路的切换，以及自来/净水加注试剂后的检测水样搅拌；光电转换无线通信主控单元(100)与试剂加注定位单元(400)相连，控制试剂的加注和定位；

用户借助手机下载净水检测装置配套的App应用软件，在应用软件呈现的功能列表中选择个性化的净水诉求，个性化的净水诉求映射为检测组态文件、与净水水质的标准颜色数据一併下载至光电转换无线通信主控单元(100)；根据检测组态文件，光电转换无线通信主控单元(100)控制流体通路单元(300)、试剂加注定位单元(400)，采集光路单元(200)输出的光信号；光电转换无线通信主控单元(100)进行光电信号的转换和处理，与净水水质的标准颜色数据比对、得出的个性化净水水质数据发送到手机显示。

2.根据权利要求1所述的一种净水检测装置，其特征在于所述的光电转换无线通信主控单元(100)包括以ATmega16芯片为核心的主控模块(110)、TCS3200颜色传感器芯片为核心的光电转换模块(120)、无线通信模块(130)的型号则为USR-WiFi232-S；TCS3200芯片的脚8接电源VCC、脚4接地，脚3、2、1、5、6、7分别与ATmega16芯片的脚40、39、38、37、36、1相连；ATmega16芯片的脚10接电源VCC、脚11接地，脚14、15分别与USR-WiFi232-S的脚5、6相连：

光路单元(200)输出的光信号通过光电转换模块(120)转换为电信号，光电转换的初始化操作涉及零点标定和白平衡调整；零点标定：光路单元(200)置于暗室，主控模块(110)依次选通光电转换模块(120)的R、G、B滤波器，逐一读取暗室红绿蓝三色值R0、G0、B0；白平衡调整：清洗光路单元(200)的反应器皿、光路单元(200)的LED光源上电，设主控模块(110)定时器为固定值CONST，依次选通光电转换模块(120)的R、G、B滤波器，逐一在CONST时间内读取红绿蓝三色脉冲数NR1、NG1、NB1，计算红绿蓝三色比例因子DR＝1、DG＝NR1/NG1、DB＝NR1/NB1；检测水样时，主控模块(110)依次选通光电转换模块(120)的R、G、B滤波器，逐一读取检测水样透射光产生的光电转换模块(120)红绿蓝三色值R_IN、G_IN、B_IN；计算三色比例因子下的红绿蓝三色值R_MID＝DR×R_IN、G_MID＝DG×G_IN、B_MID＝DB×G_IN；主控模块(110)通过无线通信模块(130)、输出检测水样的红绿蓝三色值R_OUT＝R_MID-R0、G_OUT＝G_MID-G0、B_OUT＝B_MID-B0。

3.根据权利要求1所述的一种净水检测装置，其特征在于所述的光路单元(200)包括白光LED光源(210)、准直镜(220)、反应器皿(230)、聚焦镜(240)；白光LED光源(210)的光束通过准直镜(220)成为光强均匀的平行光束，平行光束经过反应器皿(230)的透射、由聚焦镜(240)聚焦于光电转换模块(120)，光路单元(200)和光电转换模块(120)密封在聚碳酸酯壳体内；

对称布置在3cm直径圆周上的8片白色LED(211～218)构成白光LED光源(210)，白光LED光源(210)安装在准直镜(220)的焦点上；准直镜(220)和聚焦镜(240)采用双胶合物镜工艺制作，反应器皿(230)选用高透光率的玻璃材质；反应器皿(230)的底部预留两孔：检测水样的排废孔(231)和检测水样的气泡孔(232)。

4.根据权利要求1所述的一种净水检测装置，其特征在于所述的流体通路单元(300)由自来/净水储罐(310)、自来/净水三通电磁阀组(320)、定容器电磁阀组(330)、排废/气泡电磁阀组(340)、压缩气体的步进电机蠕动泵(350)组成，自来/净水储罐(310)包括自来水储罐(311)和净水储罐(312)，自来/净水三通电磁阀组(320)包括二进一出的自来水三通电磁阀(321)和二进一出的净水三通电磁阀(322)，定容器电磁阀组(330)包括一进一出的第一电磁阀(331)、一进一出的第二电磁阀(332)和定容器(333)，排废/气泡电磁阀组(340)包括一进一出的排废电磁阀(341)和一进一出的气泡电磁阀(342)，步进电机蠕动泵(350)包括蠕动泵(351)、第一步进电机(352)、以A3979芯片为核心的第一驱动器(353)；

自来水储罐(311)的出水口与自来水三通电磁阀(321)的2口相连、1口通大气，净水储罐(312)的出水口与净水三通电磁阀(322)的2口相连、1口通大气，自来水三通电磁阀(321)和净水三通电磁阀(322)的3口与第一电磁阀(331)的1口相连；第一电磁阀(331)的2口经定容器(333)、与第二电磁阀(332)的1口相连，第二电磁阀(332)的2口与反应器皿(230)相连；排废孔(231)、气泡孔(232)分别与排废电磁阀(341)的1口、气泡电磁阀(342)的1口相连，排废电磁阀(341)的2口接入废液池、气泡电磁阀(342)的2口则接入步进电机蠕动泵(350)的出口；主控模块(110)ATmega16芯片的脚33、34、35分别与第一驱动器(353)A3979芯片的脚19、3、26相连，第一驱动器(353)A3979芯片的脚18、11、25、4与第一步进电机(352)相连，第一步进电机(352)驱动蠕动泵(351)；主控模块(110)ATmega16芯片的脚22～27分别与自来水三通电磁阀(321)、净水三通电磁阀(322)、第一电磁阀(331)、第二电磁阀(332)、排废电磁阀(341)、气泡电磁阀(342)相连；

水质检测流程涉及清洗工序、排废工序、净水检测工序和自来水检测工序，流体通路单元(300)对应不同的工序、电磁阀有相应的状态；

清洗工序：t＝0，自来水三通电磁阀(321)的1口与3口相连、通大气，净水三通电磁阀(322)的2口、3口相连，第一电磁阀(331)、第二电磁阀(332)打开，排废电磁阀(341)、气泡电磁阀(342)关闭；t＝t1，净水三通电磁阀(322)的1口与3口相连、通大气，第一电磁阀(331)、第二电磁阀(332)关闭，气泡电磁阀(342)打开，步进电机蠕动泵(350)启动；t＝t1+t2，步进电机蠕动泵(350)停运，气泡电磁阀(342)关闭，转入排废工序；

排废工序：第一电磁阀(331)、第二电磁阀(332)打开，排废电磁阀(341)打开；t＝t1+t2+t3，排废电磁阀(341)关闭，转入水质检测的就绪状态；

净水检测工序：T＝0，自来水三通电磁阀(321)的1口与3口相连、通大气，净水三通电磁阀(322)的2口、3口相连，第一电磁阀(331)、第二电磁阀(332)打开，排废电磁阀(341)、气泡电磁阀(342)关闭；T＝T1，净水三通电磁阀(322)的1口与3口相连、通大气，第一电磁阀(331)、第二电磁阀(332)关闭，排废电磁阀(341)打开；T＝T1+T2，排废电磁阀(341)关闭，第一电磁阀(331)、第二电磁阀(332)打开，定容器(333)内的定量净水注入反应器皿(230)；T＝T1+T2+T3，试剂加注定位单元(400)按需注入试剂，气泡电磁阀(342)打开，步进电机蠕动泵(350)启动；T＝T1+T2+T3+T4，步进电机蠕动泵(350)停运，气泡电磁阀(342)关闭，光路单元(200)启动、采集水样颜色数椐、经零点标定和白平衡修正输出；T＝T1+T2+T3+T4+T5，光路单元(200)停运，排废电磁阀(341)打开；T＝T1+T2+T3+T4+T5+T6，排废电磁阀(341)关闭；执行清洗工序、排废工序，进入水质检测的就绪状态；

自来水检测工序：自来水三通电磁阀(321)的2口、3口相连，净水三通电磁阀(322)的1口与3口相连、通大气，第一电磁阀(331)、第二电磁阀(332)打开，排废电磁阀(341)、气泡电磁阀(342)关闭；自来水三通电磁阀(321)的1口与3口相连、通大气，第一电磁阀(331)、第二电磁阀(332)关闭，排废电磁阀(341)打开；排废电磁阀(341)关闭，第一电磁阀(331)、第二电磁阀(332)打开，定容器(333)内的定量自来水注入反应器皿(230)；后续步骤与“净水检测工序”类同。

5.根据权利要求1所述的一种净水检测装置，其特征在于所述的试剂加注定位单元(400)由试剂加注模块(410)、试剂定位模块(420)组成，试剂加注模块(410)包括喷头(411)、内置试剂盒(412)、试剂输液管组(413)，试剂定位模块(420)包括齿轮导轨定位机构(421)、第二步进电机(422)、以A3979芯片为核心的第二驱动器(423)；

内置试剂盒(412)根据检测组态文件要求、依序配置试剂、最多8种，试剂输液管组(413)一端的8口逐一与内置试剂盒(412)的8口相连、试剂输液管组(413)另一端的8口逐一与喷头(411)的8口相连，主控模块(110)ATmega16芯片的脚29、28、31分别与第二驱动器(423)A3979芯片的脚19、3、26相连，第二驱动器(423)A3979芯片的脚18、11、25、4与第二步进电机(422)相连，第二步进电机(422)驱动齿轮导轨定位机构(421)；主控模块(110)ATmega16芯片的脚1～8分别与喷头(411)8个压电单元的控制端相连；水质检测流程中，主控模块(110)通过试剂定位模块(420)、驱动试剂加注模块(410)至反应器皿(230)正上方，根据检测组态文件要求、选择试剂类别并控制试剂加注量。

6.一种使用如权利要求1所述装置的水质检测方法，其特征在于检测流程包括自来/净水的水质检测准备流程，自来/净水的水质检测流程；

自来/净水的水质检测准备流程：

·下载净水检测装置配套的App应用软件

·用户输入个性化净水诉求，生成检测组态文件、与净水水质的标准颜色数据一併下载

·根据检测组态文件依序配置试剂

自来/净水的水质检测流程：

0.净水检测装置上电初始化，转“1”

1.清洗工序，转“2”

2.排废工序，转“3”

3.水质检测就绪状态，转“3”等待、或转“4”、或“5”

4.净水检测工序，转“1”

5.自来水检测工序，转“1”。