三合一传感器项目

TDS三合一传感器集成研究项目

---

一、项目背景与整体架构

本项目为研究性项目，核心是将一颗集成TDS、浊度、温度三合一的传感器引入洗碗机产品，并在此基础上开发三大智能功能：智能漂洗、智能软水、智能排水（排空立停）。

硬件架构：一拖三

主控板软件需同时支持以下三路设备的通信：

设备	类型	备注
TDS三合一传感器	隔离设备	涉水件，需安全隔离
自动开关门 2.0	非隔离设备	已有一拖二经验
换挡排风 2.0	非隔离设备	新增第三路

---

二、传感器特性评审

TDS三合一传感器规格

• 浊度检测范围：0～4000 NTU（可扩展至 0～8000 NTU），前项目使用 0～4000 范围
• 采用对管结构：折射方向（对管）与反射方向（垂直方向）两路 AD
  • 第一路 AD：对应 0～4000 NTU 量程，当前已接入通信协议
  • 第二路 AD（垂直方向）：对应 4000～8000 NTU 量程，暂未接入协议，后续需扩展
• 传感器内部集成温度补偿功能，但由于传感器壳体与水之间存在热迟滞，温度补偿精度存在一定偏差，不建议用于性能测量，仅作参考
• 传感器采用数字输出，TDS 值直接输出，无需主控板再做 AD 转换

浊度特性对比

• 新 TDS 三合一传感器的浊度曲线（0～1000 NTU 范围电压差）高于原有单独浊度传感器，说明分辨率更优，传感器性能更好

关键待确认事项

• 供应商给出的 AD 值究竟来自对管（折射）还是垂直方向（反射），需与供应商电话沟通确认
• 第二路 AD 值需要在通信协议中增加字段，以备后续 0～8000 NTU 量程扩展使用

---

三、通信协议问题与解决方案

问题1：隔离与非隔离设备 TX 线打架

根本原因：

• TDS 传感器为隔离设备，其内部通过隔离芯片（已取得 TUV 3000V 加强绝缘认证）输出 TX 信号
• 隔离芯片的 TX 引脚始终处于输出模式，无法切换为输入态
• 在一拖多架构中，所有设备 TX 线并联，当 TDS 不发送时，其 TX 仍保持输出高电平，会干扰其他设备发出的低电平信号，导致通信冲突

解决方案：在 TX 线路加入反向二极管

• 高电平时：二极管截止，高电平由外部上拉电阻维持，TDS 不影响总线
• 低电平时：低电平可正常透传至总线，通信正常

副作用： 低电平会被抬高约 0.7～0.8V，经评估，0.8V 低电平不影响后级 MCU 的电平判断（低电平识别阈值一般 ≥1.5V），风险可接受

---

问题2：多设备通信打架（帧问题）

根本原因：

• TDS、自动开关门、换挡排风各自每 1 秒通信一次
• 三路设备定时器同时触发，导致同一时刻多路 TX 同时发送，产生丢帧

解决方案：引入统一心跳调度函数

• 各设备不再各自独立发送，而是统一向心跳调度函数"申报通信需求"
• 调度函数按优先级轮询，依次分时通信：先通信设备A，再通信设备B，再通信设备C
• 实际效果：每路设备通信间隔从 1 秒变为约 1.5 秒（三路轮询），完全消除丢帧现象
• 扩展性好：后续如需调整各路通信频率，只需修改调度函数内部逻辑，无需改动各设备驱动

---

问题3：一拖三上拉电阻功率降额风险

• 单路上拉电阻：10KΩ
• 两路并联：等效 5KΩ
• 三路并联：等效约 3KΩ+

上拉电阻等效值降低，在高电平驱动时电流增大，功率增加，需硬件工程师评估上拉电阻功率是否满足降额要求，该问题在评审中被明确记录为待办事项。

---

四、三大智能功能详细阐述

功能1：智能漂洗

核心逻辑（闭环漂洗控制）：

1. 传统漂洗为开环控制，固定漂洗次数，无法感知水的洁净程度
2. 智能漂洗通过比较进水 TDS 与漂洗水 TDS 的比值和差值，判断漂洗效果，实现闭环控制

判断流程：

• 计算漂洗水 TDS 与进水 TDS 的比例
  • 比例值 < 1.1：进入下一步差值判断
  • 比例值 ≥ 1.1：判为漂洗不充分，追加一次漂洗（表3/表4循环），最多追加 4次
• 若连续 3 次比例值均超出阈值，直接进入差值判断路径

时序设计：

• 表1：少量水冲洗底部并排掉（快速初步冲洗）
• 表2：大量水冲洗整腔（主漂洗）
• 表3/表4：追加漂洗（动态，最多 4 次）

TDS 异常值阈值调整：

• 原阈值：450 mg/L（基于实验室经验，认为自来水不超过 450）
• 新阈值：2000 mg/L
• 调整依据：参考全国水质地图，部分地区自来水 TDS 远超 450 mg/L，原阈值会导致大量正常水质被误判为异常，影响智能漂洗判断准确性

性能表现：

• 相比常规漂洗，在重油污场景下洗净率显著提升
• 用水量处于规最大与最小之间，能耗差异不大
• 本质是将"开环漂洗"升级为"闭环漂洗"，碗越脏漂得越多，碗越干净减少漂洗次数

---

功能2：智能软水

背景：

• 传统软水档位由用户手动调节H1～H9档），用户需了解当地水质硬度才能正确设置，实际操作困难
• 进水经过软水器后 TDS 变化不明显，但进水 TDS 能反映用户家的水质情况

算法原理：

1. 收集全国水样数据（含 TDS 值和对应硬度值）
2. 利用 AI 对 TDS 与硬度的对应关系进行曲线拟合，建立映射关系表
3. 通过检测进水 TDS，自动推荐对应软水档位

算法迭代优化：

版本	推荐档位偏低比例	说明
第一版	17%	部分场景推荐档位低于实际所需，可能产生水垢
第二版	4%	优化后显著改善，4% 为可接受范围

4% 偏低原因分析： 部分水样数据中 TDS 值小于硬度值（理论上 TDS 应大于硬度），疑为水样测试误差或该地区钙镁离子占比异常偏高。

用户交互逻辑：

• 类比调 AUTO 风速，软水调至最大档再按一下，进入 H杠（自动挡）
• 显示屏显示"H杠"，代表自动调档中
• 实际执行从 H6 档起始，后台根据 TDS 实测值动态调整
• 用户也可手动切回特定档位

在线检（出厂检测）默认值： 自动挡，默认执行 H6

---

功能3：智能排水（排空立停）

功能定位：

基于 TDS 检测实现自动判断水箱是否有水，若检测到非纯净水则触发排空立停，解决变频麦克风无法通过排水泵电流检测来判断排空的问题。

发现的关键风险：

• 纯净水 TDS 极低（接近 0，测试检测值约为 5～10 mg/L）
• 传感器"无水"判断阈值（约十几个值）与纯净水 TDS 值区间叠加
• 后果：使用纯净水洗碗时，系统误判为"无水"，触发排空立停，导致洗碗机提前停止

解决方案：

1. 增加水质状态判断：若判断当前水质为纯净水，则禁用智能排水功能，直接走最短路径（常规排水逻辑）
2. 增加用户警告提示：在控制面板增加"使用纯净水洗碗"警告提示

纯净水危害说明（评审中专门讨论）：

• 纯净水处于离子饥饿状态（不含矿物质离子），具有强烈的"夺取离子"特性
• 洗碗时会从餐具（尤其是玻璃制品）中萃取离子，对餐具产生腐蚀作用
• 这一风险在此前产品中并未关注，属于本次评审新发现的可靠性风险

当前状态： 警告提示功能尚未开发，作为待办事项记录

---

五、安全认证评审（隔离芯片爬电距离）

当前认证状态：

• TDS 传感器隔离芯片已取得 TUV 3000V 加强绝缘认证

核心问题：芯片认证 ≠ 板级认证

• 芯片自身通过 TUV 认证，但装入 PCB 后，评判标准变为板级标准
• 板级标准需依据 PCB 材料等级（CTI 值）评估爬电距离

爬电距离要求：

场景	爬电距离要求
常规（≤2000m 海拔）	2.5 mm
高海拔（>2000m，国内内销需考虑）	2.5 mm × 1.29 ≈ 3.9 mm
电击间隙（与海拔无关）	2.22 mm

潜在不符合风险：

• 当前隔离芯片原副边引脚间距约 4.8 mm，芯片本身满足要求
• 但装板后需确认 PCB 材料等级（当前 CTI≥600，材料等级较好），以及是否需要开槽处理以确保满足高海拔爬电距离要求

待办： 确认原副边引脚间距与板级爬电距离要求的符合性，必要时进行开槽或提高 PCB 材料等级

---

六、静电防护（SD 测试）

风险来源：

• TDS 传感器探针直接接触水流，存在静电传导路径
• 在 EMC 测试中，接触放电 8000V 可能经由探针 → 水 → PCB 路径损伤 MCU

验证结论：

• 未涂三防漆时：打静电后出现 EC 过流报警，MCU 功能异常
• 涂覆三防漆后：静电测试连续三次，无 EC 报警，MCU 损伤

措施落地：

• 在 PPAP 文件中增加隔离芯片及 MCU 三防漆厚度要求（≥500 微米）
• 三防漆涂覆作为量产工艺管控项目

---

七、软件架构创新（子表模块102重构）

原架构问题：

• 智能漂洗涉及表1、表2、表3、表4、表5等多张子表
• 原方案每个时序（玻璃洗、碟子洗等）均独立复制一套漂洗逻辑，代码高度冗余
• 测试时每个时序都需要独立验证智能漂洗功能，测试覆盖困难，极易遗漏

新架构方案（102模块统一管理）：

• 将所有智能漂洗子表逻辑统一收归102模块管理
• 其他时序调用102模块即可，不再各自维护一套独立逻辑
• 开发量降低：新时序开发时无需重复编写漂洗逻辑
• 可靠性提升：只需验证102模块一次，即覆盖所有时序的智能漂洗功能
• 扩展性好：后续如需调整漂洗算法，只需修改102模块内部逻辑

倒计时处理创新：

• 由于智能漂洗为动态时序（追加次数不定），倒计时无法提前算定
• 新算法：自动查询干燥阶段时间上限，以此作为倒计时下界
  • 当实际剩余时间递减至干燥阶段时间上限时，倒计时不再向下递减，避免卡死或跳变
  • 无需为每个时序单独配置倒计时参数，消除了人工配置易出错的问题

---

八、项目整体待办事项汇总（电控软硬件）

序号	项目	待办事项	关键要求
1	7617609Y	确认主控板/显示板硬件配置合规性与兼容性	UC606C四代主控
2	阿里帕4款机型	完成剩余4款机型主板切换并发布软件	U76001C统一架构
3	时序调整	确冷凝水测试是否通过	2026版本时序
4	智能漂洗	完成整机性能验证（洗净率、用水量、时）	重油污场景重点验证
5	智能软水	优化用户界面，完成用户测试	H杠自动档显示
6	智能排水	增加纯净水状态判断保护逻辑	纯净水时禁用智能排水
7	智能排水	控制面板增加纯净水洗碗警告提示	防止餐具腐蚀
8	通信协议	与供应商确认TDS传感器AD值来源（对管还是垂直管）	电话沟通确认
9	通信协议	在协议中增加第二路AD字段	支持4～8000 NTU扩展
10	硬件评估	评估一拖三架构上拉电阻功率降额风险	10KΩ→5KΩ→3KΩ+等效值降低
11	安全认证	确认隔离芯片原副边引脚板级爬电距离符合性	高海拔需满足3.9 mm
12	静电防护	PPAP文件增加三防漆厚度要求	≥500微米
13	软件架构	对102模块进行代码详细评审并对团队培训	推广新架构设计思路