基于單片機(jī)的全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張江亞 王靜 李煥娜

摘要：單片機(jī)是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的廣泛使用的自動(dòng)化控制裝置，它的功能性強(qiáng)，可靠性高，編程簡單，使用方便，體積小巧，近年來在工業(yè)生產(chǎn)中得到非常多的使用，被稱之為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化重要支柱之一。在當(dāng)代的社會(huì)，全自動(dòng)洗衣機(jī)進(jìn)入百姓的家中，本設(shè)計(jì)介紹了將單片機(jī)用于全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)，它不僅可以改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)的不足，簡化內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)，還有利于降低生產(chǎn)成本和增加可靠性。

關(guān)鍵詞：全自動(dòng)洗衣機(jī);簡化結(jié)構(gòu);降低成本

一 引言

自古以來，人類一直需要為家務(wù)耗費(fèi)很多時(shí)間，例如沒有洗衣機(jī)的年代，洗衣服這項(xiàng)重復(fù)性很高的體力勞動(dòng)。我們期望的洗衣機(jī)是一種能夠識別衣物的多少，材質(zhì)，臟污程度，自行完成洗滌，漂洗和脫水這些項(xiàng)目，并且過程中不再需要人工進(jìn)行其他的操作。但這類洗衣機(jī)的程序比較單一，如果洗衣人員沒有一定的生活經(jīng)驗(yàn)，可能會(huì)導(dǎo)致漂洗時(shí)間過長或過短，長則浪費(fèi)能源，短則洗衣效果不佳。

故而電動(dòng)控制洗衣機(jī)將慢慢在家電舞臺中消失。它使用可編程的的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行定時(shí)、邏輯運(yùn)算、順序控制、算術(shù)運(yùn)算計(jì)數(shù)和計(jì)數(shù)算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并經(jīng)由數(shù)字以及模擬的輸入與輸出，達(dá)到控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程的目的。

二 全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)總體控制方案確定

2.1 總體控制方案確定

2.1.1 單片機(jī)的優(yōu)勢

1）高集成度，體積小，可靠性強(qiáng)。

2）單片機(jī)可以使用C語言進(jìn)行編程，學(xué)習(xí)簡單，便于調(diào)試。

3）它結(jié)構(gòu)簡單，便于拓展，成本低廉。

2.1.2 洗衣機(jī)的單片機(jī)系統(tǒng)概述

單片機(jī)作為全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)，它能大大提高全自動(dòng)洗衣機(jī)的工作效率以及適應(yīng)工作環(huán)境的能力。在全自動(dòng)洗衣機(jī)中，洗衣機(jī)洗滌、脫水程序是大都是由單片機(jī)為核心控制系統(tǒng)工作的。它程序編寫相對簡單，其次，因?yàn)樗耐卣剐詮?qiáng)，可以增加多種電路保護(hù)裝置，比如電流保護(hù)、過載保護(hù)、電壓保護(hù)、過熱保護(hù)及欠壓保護(hù)等等，使洗衣機(jī)更加成熟。因此大大便利了人們洗衣服的需求。

2.2 模糊控制與固定程序控制的選擇

程序控制洗衣機(jī)即按照設(shè)計(jì)者一開始就預(yù)設(shè)好的幾種固定的程序中，自己判斷待洗衣物的數(shù)量，材質(zhì)以及具體的臟污程度等，自行選擇不同的洗衣程序，由于其工作方式比較簡單，過程不可自動(dòng)根據(jù)實(shí)際的洗滌情況變化，可能導(dǎo)致洗衣效果不能達(dá)到預(yù)想或出現(xiàn)過度洗滌。

模糊控制洗衣機(jī)是通過內(nèi)部的預(yù)設(shè)的各種傳感器，將數(shù)據(jù)匯總到微型電腦中進(jìn)行處理，再由微型電路發(fā)布命令，對桶內(nèi)的衣物進(jìn)行洗滌，并且在這個(gè)過程中進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，根據(jù)洗衣時(shí)的具體情況改變洗衣的計(jì)劃，達(dá)到較為自動(dòng)化的洗衣設(shè)想。并且這種方式設(shè)計(jì)的洗衣機(jī)操作簡單，甚至以做到一鍵開始工作的效果。模糊控制屬一種比較智能的控制，是一種人們期待的理想情況，它代表著未來自動(dòng)控制的發(fā)展方向。

三 全自動(dòng)洗衣機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

3.1 全自動(dòng)洗衣機(jī)的原理和構(gòu)造

波輪式洗衣機(jī)的特點(diǎn)：

1）電動(dòng)機(jī)軸與洗衣桶主軸同心相連，直接驅(qū)動(dòng)。這樣的設(shè)計(jì)可以使得洗衣機(jī)的內(nèi)外桶旋轉(zhuǎn)時(shí)更加穩(wěn)定，噪聲減小，同時(shí)可以減少洗衣機(jī)的硬件磨損，使設(shè)計(jì)出的洗衣機(jī)更加耐用。

2）由于電機(jī)調(diào)速水平的提升，洗衣機(jī)的波輪可以達(dá)到模糊控制中根據(jù)待洗衣物的具體情況具體運(yùn)作的要求，進(jìn)而給待洗滌衣物進(jìn)行一番合適的洗滌，達(dá)到不僅洗干凈衣服，還盡可能的節(jié)約各類資源。并且在脫水甩干時(shí)，電機(jī)可以讓洗衣桶穩(wěn)定的加速啟動(dòng)，在過程中讓衣物因自身重量所受到的離心力自行在桶內(nèi)均勻分布，使得后面內(nèi)外桶的重心和軸保持在同一位置，讓高速的轉(zhuǎn)動(dòng)更加穩(wěn)定，減小對洗衣機(jī)內(nèi)部機(jī)械的傷害。

3.2 洗滌脫水系統(tǒng)

該功能主要靠洗衣機(jī)的內(nèi)（洗滌桶）外（盛水桶）桶和波輪完成。外桶的的功能除了容納洗滌用的水以外，還起支撐包裹內(nèi)桶的功效，并且作為動(dòng)力控制的離合器、電動(dòng)機(jī)、排水閥等直接安裝在外桶底的下方。內(nèi)桶的主要功能就是盛放我們所洗的衣物以及對波輪起支撐作用，同時(shí)與波輪配合完成對衣物的洗滌，到了脫水的時(shí)候，它又化身為脫水桶，對衣物進(jìn)行甩干。波輪是全自動(dòng)洗衣機(jī)中對衣物產(chǎn)生清洗效果的主要部件。如果按照波輪的大小來分，常見的有新水流大波輪（直徑大約在三百毫米）與渦卷式水流小波輪（直徑大約在一百六十毫米）兩類。

3.3 排水和進(jìn)水系統(tǒng)

傳統(tǒng)的用電流流過線圈形成磁場的對活塞等進(jìn)行吸附的現(xiàn)象制作的電磁閥，在需要進(jìn)水時(shí)，給負(fù)責(zé)控制進(jìn)水的閥門通電，形成電磁鐵，將內(nèi)部的水管導(dǎo)通，開水給桶內(nèi)注水，在排水時(shí)，給排水口的閥門通電，將排水的導(dǎo)管導(dǎo)通，開始排水。同時(shí)為了滿足自動(dòng)化控制的預(yù)想，還需要給洗衣機(jī)增加水位的探測器，對水位進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測，匯總到單片機(jī)中，根據(jù)洗衣的實(shí)際情況，控制電磁閥的得電情況，對桶內(nèi)注水或排水。不過排水電磁閥控制洗衣機(jī)的自動(dòng)排水，還影響離合器的工作狀態(tài)，這點(diǎn)需要在設(shè)計(jì)時(shí)讓兩者保持合適的距離。

3.4 電動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)

波輪式洗衣機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)主要由電動(dòng)機(jī)和外筒下面的離合器構(gòu)成。普通的離合器在洗衣時(shí)，使波輪的轉(zhuǎn)速在各個(gè)時(shí)刻與內(nèi)外桶的轉(zhuǎn)速相同，因?yàn)檫@種特性，所以這種離合器適用于小波輪構(gòu)成的洗衣機(jī)中。減速離合器因?yàn)閮?nèi)部裝有行星齒輪的原因，可以讓波輪實(shí)現(xiàn)按需調(diào)整轉(zhuǎn)速的功能，能讓波輪在洗滌的時(shí)候轉(zhuǎn)速相比外桶一些，而在脫水時(shí)則讓內(nèi)外桶轉(zhuǎn)的快一些。通過上述的分析我們發(fā)現(xiàn)采用減速離合器可以達(dá)到按實(shí)際需要清洗的效果，而且大波輪構(gòu)成的套桶洗衣機(jī)可容納的衣物更多，故采用減速離合器構(gòu)造本案設(shè)計(jì)的洗衣機(jī)。

四 電氣控制系統(tǒng)

4.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

構(gòu)成波輪式全自動(dòng)洗衣機(jī)電氣控制系統(tǒng)把各個(gè)檢測器檢測到的數(shù)據(jù)匯集到單片機(jī)中，再由單片機(jī)發(fā)出指令，控制電機(jī)等運(yùn)作，達(dá)到洗衣的效果。舉個(gè)形象的例子：我們可以把單片機(jī)看成整個(gè)洗衣機(jī)的核心，也就是大腦。把負(fù)責(zé)提供動(dòng)力的電動(dòng)機(jī)看做心臟，把負(fù)責(zé)傳輸和調(diào)控機(jī)械力的傳動(dòng)裝置、離合器等看做血管。

4.2 控制系統(tǒng)原理

程序控制器中儲存有多類程序，使用者根據(jù)需求選擇好程序之后，程序控制器就按選擇的程序按部就班的對電動(dòng)機(jī)，進(jìn)、排水電磁閥進(jìn)行控制。單片機(jī)在本次設(shè)計(jì)中屬于控制中心，我們需要的各種信號，比如水位開關(guān)的零的輸入信號開關(guān)，進(jìn)、排水閥和電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)都由在中心的單片機(jī)進(jìn)行控制。而電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)情況直接區(qū)分了洗衣機(jī)的洗滌狀態(tài)和脫水狀態(tài)。

4.3 檢測電路系統(tǒng)

檢測電路需要各種傳感器的相互配合，要求它們能精準(zhǔn)的收集到我們想要的數(shù)據(jù)，然后能轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可以讀懂的數(shù)據(jù)及時(shí)的匯報(bào)，再由單片機(jī)對電動(dòng)機(jī)發(fā)出指令，完成預(yù)想的洗衣流程。采用水位傳感器對水位高低檢測的準(zhǔn)確度直接影響洗衣時(shí)間、用水量等參數(shù)。采用以紅外線為光源的傳感器，根據(jù)桶內(nèi)液體的透光率，判斷桶內(nèi)的清潔狀況。根據(jù)桶內(nèi)衣物纖維中的化學(xué)纖維、棉纖維所占比例的大小，自動(dòng)把衣物的布質(zhì)識別出來。通常水溫傳感器裝在洗滌桶的下面。以熱敏電阻作為檢測元件。將測量出的結(jié)果傳遞給單片機(jī)，進(jìn)行下一步的判斷。

五 結(jié)束語

本次設(shè)計(jì)的模糊控制的自動(dòng)洗衣機(jī)系統(tǒng)特點(diǎn)有：洗衣機(jī)由四大類傳感器為基礎(chǔ)，把得到的數(shù)據(jù)匯總到單片機(jī)中進(jìn)行處理，再反饋到各個(gè)元器件，實(shí)現(xiàn)模糊化的自動(dòng)控制。在洗衣過程中采取模糊控制的方法，節(jié)約水資源、電力、時(shí)間。

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（作者單位：河北科技學(xué)院）