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深度解析小米净水器不能接管线机的问题

发表在 玩机教程 ​ 2017-08-24 12:53:25  来自PC 复制链接 手机看帖扫一扫!手机看帖更爽 32 14924

小米净水器有不少亮点,的确可称得上“重新发明了净水器”。如果只接水龙头使用,基本上只有一个小问题;但如果接管线机,就会暴露出更多问题。

本文基于大量的调查和实验,分析“小米净水器不能接管线机”这个问题的来龙去脉,探讨各种解决方案,并试验了几种改进方案。


1. 问题的由来


因为家里的旧净水器出了点小问题,于是买了向往已久的小米净水器(厨下式)。为了尽快试用,就没有拆掉旧的管路,直接将小米净水器接在旧的出水龙头上。然后发现,

开水龙头不出水!(同理,开管线机也不出水)

看到小米龙头上的电缆,明白了正确的出水姿势是这样的:

1. 电缆接小米龙头;

2. 假装打开小米龙头(尽管它没接水管);

3. 打开接了水管的旧龙头。


这样旧龙头就可以出水了。

图1:小米龙头出水分解动作


2. 小米水龙头


所以,小米水龙头不仅是水路的开关,还是电路的开关。

如图,测量A和B的电阻。水龙头在关的状态下,电路是断路的;打开龙头后,电路是通的。更准确地说,龙头打开到行程的约60%,电路开关就接通了。

图2:小米龙头电缆及开关电阻


这个开关接通时,小米净水器就启动工作了。


3. 水压感应开关(高压开关)


而传统的(无桶)净水器是通过水压感应启动的,这个部件俗称“高压开关”。下图是从旧的净水器上拆下来的高压开关。

图3:高压开关及其电阻


它的原理是:在水压高的时候,开关是断路的;而在水压低的时候,开关是连通的。上图中,不接入水路时,水压为0,所以也是连通的。

当把这个开关接在出水的水路中时,出水龙头或管线机出水时,水路中的压力降低,这个开关就会接通;当出水口关闭,由于净水器制出的水充满管道,管道中的压力就会上升,这个开关就会断路。

下图是一个示意:左边相当于水龙头打开,其电阻很小;右边相当于水龙头关闭(单向阀反接了),其内部是断路状态。

图4:水路通断时高压开关电阻


这样,就可以用这个开关的通/断来启动/停止净水器。这个原理对于水龙头和管线机都是一样的:只要出水,压力就降低;压力降低,开关就接通。所以,传统的净水器连接管线机没有问题。

但小米净水器没有水压感应启动的能力,而是靠水龙头上的“机械开关”来控制的,这样就没法“感知”管线机是否打开。

小知识:高压开关没有方向性(不像单向阀那样)。一个典型的高压开关的触发压力:低于0.15MPa导通,高于0.25MPa断开(这个参数可以微调)。这个值大约相当于1.5/2.5个大气压,也就是工程上说的1.5/2.5公斤(压力)。


4. 解决方案


解决这个问题有以下几种思路:

1. 水路联动: 给小米净水器增加水压启/停的能力;

2. 电路联动: 用管线机的开关信号来控制净水器;

3. 无线联动: 比如通过WiFi或ZigBee启动净水器、传送管线机的按键状态。


方案3超前于现状态太多,而且无线的可靠性也是个问题;1和2各有利弊。先说第2种:优点是能实现开关动作的完全同步;缺点有:

1. 需要布电线,因为通常净水器在厨房,而管线机在客厅或餐厅;

2. 要拆开管线机,找到管线机的开关状态的电路接入点;

3. 为了隔离管线机和净水器的电路,应该要使用继电器,由管线机端的电平来触发继电器的通/断,继电器触点和原水龙头的机械开关处于并联的地位。


所以方案2还是比较麻烦的。我还是先试第1种,这也是网上很多人采用的办法。方法是:把高压开关和小米龙头的机械开关并联。这需要切开小米龙头的电缆,接到其中的红黑两条线上。

图5:高压开关改造方案

这个方案可以实现管线机和净水器的联动,管线机打开时能正常出水。

5. 补丁方案的问题及调试


前面的“补丁方案”有一个问题:净水器会高频率地启动/停止,大约启动1秒,停1秒。

这可能会影响净水器的寿命; 而且直接的影响是:净水器的出水计量完全不准。

如图,1秒级的“用水时长”,出水量基本上都是0;而有些连时长都是0(估计实际是0.5秒以下)。

图6:反复启停时水量不准


网上有人说,需要两个单向阀。还有人说,需要调节高压开关的阈值。

这些办法我都试过,没有用。

图7:一些无效的尝试


其实根源在于:小米净水器的制水速度太快!——快于管线机的出水速度。

进得快、出得慢,水管内的压力必然会上升,即使高压开关的阈值调高一点,还是会被超过(理论上超过阈值的时间上可能会多那么一丢丢,但由于管道内容积有限,这个差别估计只有0.1秒的数量级,人根本感觉不到)。

其实宏观地想一下:(对于管线机),进水快,出水慢,这本身是一种不平衡。要使其平衡,要么加大出水速度,要么降低进水速度。而降低进水速度的办法,要么调低制水速度(比如降低功率),要么让净水器工作一会儿,歇一会儿。

反复地启/停其实是一种野蛮的负反馈,如果制水速度能无级变速就好了。那么,降低净水器的进水速度能否能降低制水速度呢?试着把进水阀门调小:

图8:调小进水阀门

此时貌似听到电机空转的声音,声音变大,感觉净水器内部的增压泵要么抽不到水,要么迅速地把小水流抽过来,并不能连续流畅地运转,于是放弃。

6. 管线机出水为什么会比净水器制水慢


问题的核心就是净水器和管线机两者的出水速度不一致。

会不会是因为管线机的安装位置比净水器高?比如我的管线机的出水口比净水器的位置高1米多,这样压力差大约0.1个大气压。但这其实是远低于高压开关阈值(2.5大气压)的。

查了一下管线机的相关资料,推测是因为管线机内部有水箱,而且水箱很小,靠浮球阀控制水箱开关,这个开和关的容量差很小,以致于1秒的水量就可以使其状态翻转。

图9:管线机原理


这个水箱其实是起到了调控管线机进水速度的作用,使其不超过自己的出水速度。尤其是对于即热式管线机,在烧开水时,出水速度是没法加大的,所以只有降低进水速度,故而必须有这样的调控机制。

7. 官方补丁:云米水盒子


云米是小米生态链公司,小米净水器由云米生产,所以可以认为云米水盒子是这个问题的官方补丁。

但云米水盒子也只宣称支持部分部分管线机。而且描述上也有点神秘,比如没有完整的多角度照片,也没有其三维尺寸。
由于价格感人,我没有购买水盒子。从卖家咨询得到的包装尺寸是 145x145x108mm,净重(应该含配件的)是0.4kg。

下图是官网图片和买家网友晒图。

图10:云米水盒子

根据图片可以看出其水路上是一进二出,电路上是一进一出。

根据其尺寸,可以推测不可能有压力桶。而且网上不少评价说依然要用压力桶,否则还是会反复启停。由于电缆里没有电源线,也不可能增加电路模块。所以我怀疑这玩意儿就是把我们的改装装到了一个盒子里。

对于能匹配部分管线机的说法,我的理解还是在于速度。如果某些管线机的出水速度和净水器制水速度相当,或能自动适应出水速度,用我们的改装方案也能完美匹配。

8. 改进方案1:储水罐/压力桶


既然不能通过调节进/出水速度来达到平衡,另一种办法就是加缓冲区,即加一个压力桶。

压力桶内部有一个类似气囊的东西,在桶内储水增加时,气囊压力增加,以便在出水时有一定的压力(这样水才能流入没有水泵、位置更高的管线机或水龙头)。

下图是一个典型的3.0加仑的压力桶的压力和容量曲线。

图11:压力桶的容量/压力曲线


- A点:压力桶内的水少于4升时,压力下降到0.15MPa,高压开关连通,净水器开始制水;

- B点:储水超过5.5升时,压力上升到0.25MPa,高压开关断开,净水器停止制水。


这意味着,如果管线机一次用水少于1.5升,净水器是不会反复启/停的。举几个例子:


- 如果从B点开始用水,如果少于1.5升,使用的是压力桶内的水,净水器根本不需要启动;

- 如果从A点开始用水,净水器立即启动。然后,取决于制水/出水的速度差:比如制水速度是出水速度的1.5倍,则需要出水3升,压力桶内的水才会增加1.5升到达B点,从而停止制水;如果是3倍,则出水0.75升,就会达到B点,但之后再出水1.5升,净水器都不需要启动,所以是2.25升才启停一次。。


考虑到管线机一次用水一般会比1.5升少很多(一杯水一般0.2~0.3升),所以只要有一个很小的压力桶,反复启停的问题就能得到很好的改善。

而且我不喜欢储水和死水造成的二次污染(这应该是无桶净水器和即热式管线机用户的典型想法),所以这个压力桶越小越好。但我最小只找到了1.5加仑的压力桶,因为是非主流产品,卖家也非常少。其大小还是比我预期的大了点。

图12:1.5加仑压力桶改进方案


实际测试:

- 压力桶在充满水后(即高压开关关断后),可以放出约1升水(至高压开关再次接通);

- 如果一直打开管线机,净水器会连续运转接近2分钟(制水2.8升)才停止。

可以看到,净水器的启/停周期变得很长了。


9. 改进方案2:延时继电器


另一种改进方案是直接着眼于反复启/停的问题:用一个延时继电器,在高压开关断开时,并不立即断开,而是延时5~10秒再断开;但压力降低,高压开关接通时仍然立即接通。

这个方案能解决出水计量的问题,也不需要储水了。但需要增加电路。

另外,由于水路中的压力实际上已超过高压开关的停止压力的,不知道最后压力会高到什么程度,是否会影响净水器的寿命。

我咨询过云米的技术人员:如果净水器运转,但不让它出水会怎么样?云米的技术人员回答说是有保护的。但我还是不理解制出的水到哪里去了?因为水可压缩的体积是很有限的。合乎逻辑的推测只能是水透过RO膜的速度变慢或根本不能透过,因为RO膜下游的压力变大了。按这种推测,应该说危害并不大,除了各滤芯内部要承受更高的压力。最高承受高压泵的压力?——这应该是设计时要考虑的吧。

延时继电器有很多种,为了方便,我选用了能接USB供电的。接线和说明如下图:

图13:延时继电器


用6.3mm的插簧作为连接头,可以很方便地将这个继电器模块加入/移除系统。为了防水,我将这个模块装在了塑料袋里。

图14:延时继电器改进方案


最后设定为约8秒启/停一次,每次制水约0.14升(这其实是管线机的出水速度)。如果管线机打开后马上关闭,净水器还是会“制水”8秒,但水量就很少了(见最后一次)。

图15:延时继电器方案的效果


这个方案的优点是不需储水,而且成本低;缺点是要加入电路模块(要注意防水),净水器内部要承受压力(但应该在安全范围内)。

10. 改进方案3:水流开关

水流开关是这样一种器件:把水流开关串接在水路中后,如果有水流动,则其内部开关导通;否则断开。

这个方案是把水流开关串联在水路中,而其电路则是并联的,即水流开关和高压开关在电路上是并联的。即逻辑上是“或”的关系:水流开关或高压开关任何一个导通,则小米净水器启动/运转。我们可以看一下具体流程:

实际使用了一段时间,这个方案比较完美

11. 小米净水器的两种模式


小米净水器官网上说它有一种提升模式:在自来水水质好的情况下,会自动切换到这种模式;这种模式制水速度更快,废水比更低。

普通模式制水速度是1升/分,提升模式速度是1.4升/分。

我粗略地地用1升的烧杯测量了下,大约3分钟制水5升,所以我的应该是工作在提升模式了。

其实我对这一描述最感兴趣的只是:它内部可以调节制水速度!那么,能不能把这个功能开放给用户?让我从App里手动设置制水速度(使其和管线机出水速度匹配)?

既然内部有这种机制,说明有硬件支持,那么,修改一下固件和App,技术上应该不难实现。


12. 小米净水器的自动冲洗


关于小米净水器是否有自动冲洗的功能,我找到 小米净水器FAQ中的一段说法。

问:小米净水器触控龙头纯水灯先蓝色后橙色再蓝色是什么意思?
答:小米净水器会实时监测纯水的TDS值,以保障出水安全。纯水TDS 偏高时,触控龙头会亮橙色等,同时app也会提醒用户,此时TDS偏高,注意暂时不要直接饮用,纯水TDS低时,用户可以放心饮用。
先蓝、后橙色、再蓝是因为一段时间不使用净水器,反渗透膜发生渗透现象造成的,不同亮灯状态表示纯水的TDS不同:
第一段水:上一次净化的保存在第四级滤芯及管路内的纯水,TDS较低,纯水灯呈蓝色。
第二段水:是第三级反渗透滤芯中发生渗透现象,纯水被浓缩,TDS偏高时纯水灯呈橙色;
第三段水:是机器制出来的新鲜水,TDS较低,纯水灯呈蓝色。。
如果长时间不使用,只要将前面的两段水放掉即可,前面两段水的时间一般是20秒左右,具体冲洗时间和用户家自来水水质有关。

我期望的“自动冲洗”是:如果水质不好,自动将其作为废水排出,这样就不会有TDS高的水流入管线机。上面的回答说明并没有这样的功能,只有依赖于指示灯的“人肉冲洗”。

我咨询了云米的技术人员,说这个有一定难度,业界都没有这样做的。我查了下,确实最高端的云米V1也没有这个功能。下图来自云米V1的官网介绍。


图16:云米V1的龙头指示灯

这就是本文开头说的小米净水器的小问题。既然是新一代的“智能”电器,为什么不能智能地替用户做这个选择呢?还指望用户看指示灯操作呢?

技术上,我以为一个三通加上两个电磁阀就可以做到,我甚至打算进行这方面的改装。但本文太长了,留给续集吧……


13. 结语


小米净水器由于使用机械开关启动/停止净水器,而不是靠水压感应的高压开关,所以无法和管线机联动。
改装的基本原则是增加高压开关,根据出水水压来启动/停止净水器。

如果管线机的出水速度慢于净水器的制水/出水速度(通常是这样——因为小米净水器制水太快),就会导致净水器的反复启/停。这是一种正常的负反馈。
这种反复启停会导致水量计量的严重不准,按说也会影响净水器的寿命。

改进的办法是使用压力桶或延时继电器来降低启动/停止的频率。两种方案各有利弊,文中有详细的分析和实验。

最理想的改进是小米净水器官方增加水压感应的功能:简单的做法是(出水水路中)水压低了启动制水,水压高了停止制水;更完美的是能无级变速,以自动适应管线机的出水速度。

退而求其次的做法是能在App里手动设置制水速度,这种做法的技术成本应该更低一些。

另外,TDS高时亮橙灯,期望用户手动将这段水放掉,对使用水龙头的用户麻烦而不具备很高的可操作性;对使用管线机的用户则完全不具备可行性。期望净水器能增加“智能”功能:自动将TDS高的水作为废水排出。

最后对小米净水器的产品经理吐个槽。

- 设计时不知道有管线机用户。——这是一个不合格的产品经理。

- 考虑到管线机用户只占净水器用户的1%(打个比方,具体数值我不知道),忽略这部分用户。——这是一个务实的产品经理。

- 先挖个坑,以后再填:给配件和升级产品留下空间。——这是一个狡猾的产品经理。


(如排版有问题,请看原文:萝卜头实验室

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  • Mi_6217996325   禁止发言 发表于 08-08 13:09:18 ·来自PC 只看该作者 31#
    支持你一下下。。vip.1700169.com注册联系在线客服送28

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  • Mi_6217943922   禁止访问 发表于 08-08 11:35:57 ·来自PC 只看该作者 30#


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  • T----K   骨灰级手机控 发表于 07-26 21:36:32 ·来自PC 只看该作者 25#
    MI菜菜UI 发表于 2017-08-25 00:03:37

    写得太好了

    很得很好

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  • 午夜狼人01   神仙级手机控 发表于 07-20 04:43:55 ·来自PC 只看该作者 24#

    净水器设计师真是个大撒比,就不知道有管线机这种东东。这么久了,也不出个可以接管线机的净水器。大撒比

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  • Mi_211843360   骨灰级手机控 发表于 06-17 10:55:18 ·来自PC 只看该作者 23#

    另外,TDS高时亮橙灯,期望用户手动将这段水放掉,对使用水龙头的用户麻烦而不具备很高的可操作性;对使用管线机的用户则完全不具备可行性。期望净水器能增加“智能”功能:自动将TDS高的水作为废水排出。


    1、也就是说,用管线机的话,会喝到 “橙灯污水” 吗?这个怎么解决呢?

    2、用压力桶的话,橙灯污水”放不出来吧?会放到压力桶里和桶里的水混合起来?

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  • ~嘿嘿嘿~~   潜力级手机控 发表于 06-10 17:53:54 ·来自PC 只看该作者 22#
    专业能力有限,看的不是很明白,但结果还是知道,买小米的净水器我就无法用管线机!😥😥😥

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  • 海宁雷布斯   神仙级手机控 发表于 10-31 15:15:46 ·来自PC 只看该作者 21#
    厨下净水器+水盒子+管线机。如果管线机水路过长,必须加个压力罐,加个小点的就偶看。不然会频繁启动

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  • 暗夜七君   神仙级手机控 发表于 10-31 10:20:00 ·来自PC 只看该作者 20#

    有个想法就是不用水龙头,直接在 水龙头的航空插头处接高压开关,,然后 水管直接接压力桶,不接水龙头,三通接管线机,这样就可以变成一个单纯接管线机的净水器了。

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  • 梅甲   神马级手机控 发表于 10-09 11:45:34 ·来自PC 只看该作者 19#

    哦,现在用小米净水器,加云米水盒子,连3M的管线机,还需要加装压力桶嘛。。。

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  • 施傅玩小米   神马级手机控 发表于 07-01 22:56:06 ·来自 只看该作者 18#

    厉害了

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  • Mi_63484413   高级手机控 发表于 07-01 20:44:51 ·来自PC 只看该作者 17#

    不加高压开关,直接加水流开关,不可以吗

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  • Mi_69749139   发烧级手机控 发表于 03-26 23:44:35 ·来自PC 只看该作者 16#
    如果要解决就是买一个高压开关,一个水流开关,然后线知道怎么接,就是不知道管子怎么接,楼主能帮忙再解释一下吗?

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  • hesper007   发烧级手机控 发表于 01-30 12:36:34 ·来自PC 只看该作者 15#
    非常专业的文章,认真学习了n次方,这对小米的下一代产品有很大的启发,作者深入的把现象,原因,解决方案都呈现给我们,真是很有启发。

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  • 高深莫   骨灰级手机控 发表于 10-21 10:39:41 ·来自PC 只看该作者 14#
    zhuyoucn 发表于 2017-09-25 23:11:27

    楼主。 米友们又找到一个可行方案。那就是在高压开关上再并联一个水流开关 这样可以避免净水机出水压力大 一直压力波动。 加完水流开关后、压力开关就是一个开关作用 流水开关负责保持开机状态。直到水停止流动。管路压力变大 压力开关去断开

    用了一段时间,这个方案看来是最接近完美的。

    已修改首贴,见改进方案3:水流开关。

    谢谢。

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  • liguoling10   神仙级手机控 发表于 10-02 21:35:32 ·来自小米手机5 只看该作者 13#

    厉害了我的楼主。

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  • 高深莫   骨灰级手机控 发表于 09-29 12:44:59 ·来自PC 只看该作者 12#

     

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  • 高深莫   骨灰级手机控 发表于 09-29 12:44:30 ·来自PC 只看该作者 11#
    zhuyoucn 发表于 2017-09-25 23:11:27

    楼主。 米友们又找到一个可行方案。那就是在高压开关上再并联一个水流开关 这样可以避免净水机出水压力大 一直压力波动。      加完水流开关后、压力开关就是一个开关作用 流水开关负责保持开机状态。直到水停止流动。管路压力变大 压力开关去断开

    谢谢!看起来可行。

    果断拍了一个2分快接的水流感应开关,准备试一下。

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  • zhuyoucn   高级手机控 发表于 09-25 23:11:27 ·来自iPhone 6s 只看该作者 10#

    楼主。 米友们又找到一个可行方案。那就是在高压开关上再并联一个水流开关 这样可以避免净水机出水压力大 一直压力波动。 加完水流开关后、压力开关就是一个开关作用 流水开关负责保持开机状态。直到水停止流动。管路压力变大 压力开关去断开

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  • 高深莫   骨灰级手机控 发表于 08-26 10:32:59 ·来自PC 只看该作者 9#
    VioLW 发表于 2017-08-25 12:22:05

    延时关闭属于强行憋压,机器内部管路长期受高压冲击,对泵和阀的寿命不是很好,憋压后管路会慢慢形变,自动泄压频繁自启,另外憋压后机器的噪音剧增,用户体验很差。这也是小米净水器不愿意用高压开关控制的根本原因。改装有风险,无售后需谨慎(★^㉨^★)。感谢您的支持!

    谢谢!明白了“自动保护”是什么。既如此,我还是切回压力桶模式了,昨天测了下,桶里放了一周的水TDS为26(最初应该是12左右),还好。


    那我只有期待官方升级了:无级调速或手动设置速度。

    其实我的管线机速度大约1升/分钟,小米净水器的普通模式就差不多能匹配,可惜不能手动切换到此模式。


    根据出水水路的压力无极调速制水速度,是我期待的终极方案。(这也可以成为一大卖点吧!以前的净水器从来没有的!。。)

    用液压传感器估计要增加百元左右的成本?

    其实,高压开关的通断时间也可以作为反馈输入,只是反馈算法上要优化,效果肯定没有用液压传感器好。

    如果云米能开放调速接口,我可以试下这两种反馈调速方案。


    雷总说过(好像是在说电饭煲的时候),一台好的电器就是一台精密的仪器,小米/云米的净水器应该也是走在这条路上吧〜

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  • Mi_193047562   骨灰级手机控 发表于 08-25 17:31:47 ·来自 只看该作者 8#

    好厉害的样子

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