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深度解析小米淨水器不能接管線機的問題
小米淨水器有不少亮點，的確可稱得上“重新發明了淨水器”。如果隻接水龍頭使用，基本上隻有一個小問題；但如果接管線機，就會暴露出更多問題。
本文基於大量的調查和實驗，分析“小米淨水器不能接管線機”這個問題的來龍去脈，探討各種解決方案，並試驗了幾種改進方案。
1. 問題的由來
因為家裏的舊淨水器出了點小問題，於是買了向往已久的小米淨水器（廚下式）。為了盡快試用，就沒有拆掉舊的管路，直接將小米淨水器接在舊的出水龍頭上。然後發現，
開水龍頭不出水！（同理，開管線機也不出水）
看到小米龍頭上的電纜，明白了正確的出水姿勢是這樣的：
這樣舊龍頭就可以出水了。
圖1：小米龍頭出水分解動作
2. 小米水龍頭
所以，小米水龍頭不僅是水路的開關，還是電路的開關。
如圖，測量A和B的電阻。水龍頭在關的狀態下，電路是斷路的；打開龍頭後，電路是通的。更準確地說，龍頭打開到行程的約60%，電路開關就接通了。
圖2：小米龍頭電纜及開關電阻
這個開關接通時，小米淨水器就啟動工作了。
3. 水壓感應開關（高壓開關）
而傳統的（無桶）淨水器是通過水壓感應啟動的，這個部件俗稱“高壓開關”。下圖是從舊的淨水器上拆下來的高壓開關。
圖3：高壓開關及其電阻
它的原理是：在水壓高的時候，開關是斷路的；而在水壓低的時候，開關是連通的。上圖中，不接入水路時，水壓為0，所以也是連通的。
當把這個開關接在出水的水路中時，出水龍頭或管線機出水時，水路中的壓力降低，這個開關就會接通；當出水口關閉，由於淨水器製出的水充滿管道，管道中的壓力就會上升，這個開關就會斷路。
下圖是一個示意：左邊相當於水龍頭打開，其電阻很小；右邊相當於水龍頭關閉（單向閥反接了），其內部是斷路狀態。
圖4：水路通斷時高壓開關電阻
這樣，就可以用這個開關的通/斷來啟動/停止淨水器。這個原理對於水龍頭和管線機都是一樣的：隻要出水，壓力就降低；壓力降低，開關就接通。所以，傳統的淨水器連接管線機沒有問題。
但小米淨水器沒有水壓感應啟動的能力，而是靠水龍頭上的“機械開關”來控製的，這樣就沒法“感知”管線機是否打開。
小知識：高壓開關沒有方向性（不像單向閥那樣）。一個典型的高壓開關的觸發壓力：低於0.15MPa導通，高於0.25MPa斷開（這個參數可以微調）。這個值大約相當於1.5/2.5個大氣壓，也就是工程上說的1.5/2.5公斤（壓力）。
4. 解決方案
解決這個問題有以下幾種思路：
方案3超前於現狀態太多，而且無線的可靠性也是個問題；1和2各有利弊。先說第2種：優點是能實現開關動作的完全同步；缺點有：
所以方案2還是比較麻煩的。我還是先試第1種，這也是網上很多人采用的辦法。方法是：把高壓開關和小米龍頭的機械開關並聯。這需要切開小米龍頭的電纜，接到其中的紅黑兩條線上。
圖5：高壓開關改造方案
這個方案可以實現管線機和淨水器的聯動，管線機打開時能正常出水。
5. 補丁方案的問題及調試
前麵的“補丁方案”有一個問題：淨水器會高頻率地啟動/停止，大約啟動1秒,停1秒。
這可能會影響淨水器的壽命; 而且直接的影響是：淨水器的出水計量完全不準。
如圖，1秒級的“用水時長”，出水量基本上都是0；而有些連時長都是0（估計實際是0.5秒以下）。
圖6：反複啟停時水量不準
網上有人說，需要兩個單向閥。還有人說，需要調節高壓開關的閾值。
這些辦法我都試過，沒有用。
圖7：一些無效的嚐試
其實根源在於：小米淨水器的製水速度太快！——快於管線機的出水速度。
進得快、出得慢，水管內的壓力必然會上升，即使高壓開關的閾值調高一點，還是會被超過（理論上超過閾值的時間上可能會多那麼一丟丟，但由於管道內容積有限，這個差別估計隻有0.1秒的數量級，人根本感覺不到）。
其實宏觀地想一下：（對於管線機），進水快，出水慢，這本身是一種不平衡。要使其平衡，要麼加大出水速度，要麼降低進水速度。而降低進水速度的辦法，要麼調低製水速度（比如降低功率），要麼讓淨水器工作一會兒，歇一會兒。
反複地啟／停其實是一種野蠻的負反饋，如果製水速度能無級變速就好了。那麼，降低淨水器的進水速度能否能降低製水速度呢？試著把進水閥門調小：
圖8：調小進水閥門
此時貌似聽到電機空轉的聲音，聲音變大，感覺淨水器內部的增壓泵要麼抽不到水，要麼迅速地把小水流抽過來，並不能連續流暢地運轉，於是放棄。
6. 管線機出水為什麼會比淨水器製水慢
問題的核心就是淨水器和管線機兩者的出水速度不一致。
會不會是因為管線機的安裝位置比淨水器高？比如我的管線機的出水口比淨水器的位置高1米多，這樣壓力差大約0.1個大氣壓。但這其實是遠低於高壓開關閾值（2.5大氣壓）的。
查了一下管線機的相關資料，推測是因為管線機內部有水箱，而且水箱很小，靠浮球閥控製水箱開關，這個開和關的容量差很小，以致於1秒的水量就可以使其狀態翻轉。
圖9：管線機原理
這個水箱其實是起到了調控管線機進水速度的作用，使其不超過自己的出水速度。尤其是對於即熱式管線機，在燒開水時，出水速度是沒法加大的，所以隻有降低進水速度，故而必須有這樣的調控機製。
7. 官方補丁：雲米水盒子
雲米是小米生態鏈公司，小米淨水器由雲米生產，所以可以認為雲米水盒子是這個問題的官方補丁。
但雲米水盒子也隻宣稱支持部分部分管線機。而且描述上也有點神秘，比如沒有完整的多角度照片，也沒有其三維尺寸。
由於價格感人，我沒有購買水盒子。從賣家谘詢得到的包裝尺寸是 145x145x108mm，淨重（應該含配件的）是0.4kg。
下圖是官網圖片和買家網友曬圖。
圖10：雲米水盒子
根據圖片可以看出其水路上是一進二出，電路上是一進一出。
根據其尺寸，可以推測不可能有壓力桶。而且網上不少評價說依然要用壓力桶，否則還是會反複啟停。由於電纜裏沒有電源線，也不可能增加電路模塊。所以我懷疑這玩意兒就是把我們的改裝裝到了一個盒子裏。
對於能匹配部分管線機的說法，我的理解還是在於速度。如果某些管線機的出水速度和淨水器製水速度相當，或能自動適應出水速度，用我們的改裝方案也能完美匹配。
8. 改進方案1：儲水罐/壓力桶
既然不能通過調節進／出水速度來達到平衡，另一種辦法就是加緩衝區，即加一個壓力桶。
壓力桶內部有一個類似氣囊的東西，在桶內儲水增加時，氣囊壓力增加，以便在出水時有一定的壓力（這樣水才能流入沒有水泵、位置更高的管線機或水龍頭）。
下圖是一個典型的3.0加侖的壓力桶的壓力和容量曲線。
圖11：壓力桶的容量/壓力曲線
- A點：壓力桶內的水少於4升時，壓力下降到0.15MPa，高壓開關連通，淨水器開始製水；
- B點：儲水超過5.5升時，壓力上升到0.25MPa，高壓開關斷開，淨水器停止製水。
這意味著，如果管線機一次用水少於1.5升，淨水器是不會反複啟／停的。舉幾個例子：
- 如果從B點開始用水，如果少於1.5升，使用的是壓力桶內的水，淨水器根本不需要啟動；
- 如果從A點開始用水，淨水器立即啟動。然後，取決於製水／出水的速度差：比如製水速度是出水速度的1.5倍，則需要出水3升，壓力桶內的水才會增加1.5升到達B點，從而停止製水；如果是3倍，則出水0.75升，就會達到B點，但之後再出水1.5升，淨水器都不需要啟動，所以是2.25升才啟停一次。。
考慮到管線機一次用水一般會比1.5升少很多（一杯水一般0.2~0.3升），所以隻要有一個很小的壓力桶，反複啟停的問題就能得到很好的改善。
而且我不喜歡儲水和死水造成的二次汙染（這應該是無桶淨水器和即熱式管線機用戶的典型想法），所以這個壓力桶越小越好。但我最小隻找到了1.5加侖的壓力桶，因為是非主流產品，賣家也非常少。其大小還是比我預期的大了點。
圖12：1.5加侖壓力桶改進方案
實際測試：
- 壓力桶在充滿水後（即高壓開關關斷後），可以放出約1升水（至高壓開關再次接通）；
- 如果一直打開管線機，淨水器會連續運轉接近2分鍾（製水2.8升）才停止。
可以看到，淨水器的啟/停周期變得很長了。
9. 改進方案2：延時繼電器
另一種改進方案是直接著眼於反複啟/停的問題：用一個延時繼電器，在高壓開關斷開時，並不立即斷開，而是延時5~10秒再斷開；但壓力降低，高壓開關接通時仍然立即接通。
這個方案能解決出水計量的問題，也不需要儲水了。但需要增加電路。
另外，由於水路中的壓力實際上已超過高壓開關的停止壓力的，不知道最後壓力會高到什麼程度，是否會影響淨水器的壽命。
我谘詢過雲米的技術人員：如果淨水器運轉，但不讓它出水會怎麼樣？雲米的技術人員回答說是有保護的。但我還是不理解製出的水到哪裏去了？因為水可壓縮的體積是很有限的。合乎邏輯的推測隻能是水透過RO膜的速度變慢或根本不能透過，因為RO膜下遊的壓力變大了。按這種推測，應該說危害並不大，除了各濾芯內部要承受更高的壓力。最高承受高壓泵的壓力？——這應該是設計時要考慮的吧。
延時繼電器有很多種，為了方便，我選用了能接USB供電的。接線和說明如下圖：
圖13：延時繼電器
用6.3mm的插簧作為連接頭，可以很方便地將這個繼電器模塊加入/移除係統。為了防水，我將這個模塊裝在了塑料袋裏。
圖14：延時繼電器改進方案
最後設定為約8秒啟/停一次，每次製水約0.14升（這其實是管線機的出水速度）。如果管線機打開後馬上關閉，淨水器還是會“製水”8秒，但水量就很少了（見最後一次）。
圖15：延時繼電器方案的效果
這個方案的優點是不需儲水，而且成本低；缺點是要加入電路模塊（要注意防水），淨水器內部要承受壓力（但應該在安全範圍內）。
10. 小米淨水器的兩種模式
小米淨水器官網上說它有一種提升模式：在自來水水質好的情況下，會自動切換到這種模式；這種模式製水速度更快，廢水比更低。
普通模式製水速度是1升/分，提升模式速度是1.4升／分。
我粗略地地用1升的燒杯測量了下，大約3分鍾製水5升，所以我的應該是工作在提升模式了。
其實我對這一描述最感興趣的隻是：它內部可以調節製水速度！那麼，能不能把這個功能開放給用戶？讓我從App裏手動設置製水速度（使其和管線機出水速度匹配）？
既然內部有這種機製，說明有硬件支持，那麼，修改一下固件和App，技術上應該不難實現。
11. 小米淨水器的自動衝洗
關於小米淨水器是否有自動衝洗的功能，我找到 小米淨水器FAQ中的一段說法。
問：小米淨水器觸控龍頭純水燈先藍色後橙色再藍色是什麼意思？
答：小米淨水器會實時監測純水的TDS值，以保障出水安全。純水TDS 偏高時，觸控龍頭會亮橙色等，同時app也會提醒用戶，此時TDS偏高，注意暫時不要直接飲用，純水TDS低時，用戶可以放心飲用。
先藍、後橙色、再藍是因為一段時間不使用淨水器，反滲透膜發生滲透現象造成的，不同亮燈狀態表示純水的TDS不同：
第一段水：上一次淨化的保存在第四級濾芯及管路內的純水，TDS較低，純水燈呈藍色。
第二段水：是第三級反滲透濾芯中發生滲透現象，純水被濃縮，TDS偏高時純水燈呈橙色；
第三段水：是機器製出來的新鮮水，TDS較低，純水燈呈藍色。。
如果長時間不使用，隻要將前麵的兩段水放掉即可，前麵兩段水的時間一般是20秒左右，具體衝洗時間和用戶家自來水水質有關。
我期望的“自動衝洗”是：如果水質不好，自動將其作為廢水排出，這樣就不會有TDS高的水流入管線機。上麵的回答說明並沒有這樣的功能，隻有依賴於指示燈的“人肉衝洗”。
我谘詢了雲米的技術人員，說這個有一定難度，業界都沒有這樣做的。我查了下，確實最高端的雲米V1也沒有這個功能。下圖來自雲米V1的官網介紹。
圖16：雲米V1的龍頭指示燈
這就是本文開頭說的小米淨水器的小問題。既然是新一代的“智能”電器，為什麼不能智能地替用戶做這個選擇呢？還指望用戶看指示燈操作呢？
技術上，我以為一個三通加上兩個電磁閥就可以做到，我甚至打算進行這方麵的改裝。但本文太長了，留給續集吧……
12. 結語
小米淨水器由於使用機械開關啟動／停止淨水器，而不是靠水壓感應的高壓開關，所以無法和管線機聯動。
改裝的基本原則是增加高壓開關，根據出水水壓來啟動／停止淨水器。
如果管線機的出水速度慢於淨水器的製水／出水速度（通常是這樣——因為小米淨水器製水太快），就會導致淨水器的反複啟/停。這是一種正常的負反饋。
這種反複啟停會導致水量計量的嚴重不準，按說也會影響淨水器的壽命。
改進的辦法是使用壓力桶或延時繼電器來降低啟動／停止的頻率。兩種方案各有利弊，文中有詳細的分析和實驗。
最理想的改進是小米淨水器官方增加水壓感應的功能：簡單的做法是（出水水路中）水壓低了啟動製水，水壓高了停止製水；更完美的是能無級變速，以自動適應管線機的出水速度。
退而求其次的做法是能在App裏手動設置製水速度，這種做法的技術成本應該更低一些。
另外，TDS高時亮橙燈，期望用戶手動將這段水放掉，對使用水龍頭的用戶麻煩而不具備很高的可操作性；對使用管線機的用戶則完全不具備可行性。期望淨水器能增加“智能”功能：自動將TDS高的水作為廢水排出。
最後對小米淨水器的產品經理吐個槽。
- 設計時不知道有管線機用戶。——這是一個不合格的產品經理。
- 考慮到管線機用戶隻占淨水器用戶的1%（打個比方，具體數值我不知道），忽略這部分用戶。——這是一個務實的產品經理。
- 先挖個坑，以後再填：給配件和升級產品留下空間。——這是一個狡猾的產品經理。
（如排版有問題，請看原文：蘿卜頭實驗室）
最後更新：2017-08-24 15:02:38