張江亞 王靜 李煥娜

摘要：單片機是以計算機技術為核心的廣泛使用的自動化控制裝置，它的功能性強，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)自動化重要支柱之一。在當代的社會，全自動洗衣機進入百姓的家中，本設計介紹了將單片機用于全自動洗衣機的控制系統(tǒng)，它不僅可以改進現(xiàn)有技術的不足，簡化內(nèi)部機械結(jié)構(gòu)，還有利于降低生產(chǎn)成本和增加可靠性。

關鍵詞：全自動洗衣機;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耗費很多時間，例如沒有洗衣機的年代，洗衣服這項重復性很高的體力勞動。我們期望的洗衣機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，漂洗和脫水這些項目，并且過程中不再需要人工進行其他的操作。但這類洗衣機的程序比較單一，如果洗衣人員沒有一定的生活經(jīng)驗，可能會導致漂洗時間過長或過短，長則浪費能源，短則洗衣效果不佳。

故而電動控制洗衣機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、邏輯運算、順序控制、算術運算計數(shù)和計數(shù)算術運算等操作的指令，并經(jīng)由數(shù)字以及模擬的輸入與輸出，達到控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程的目的。

二 全自動洗衣機控制系統(tǒng)總體控制方案確定

2.1 總體控制方案確定

2.1.1 單片機的優(yōu)勢

1）高集成度，體積小，可靠性強。

2）單片機可以使用C語言進行編程，學習簡單，便于調(diào)試。

3）它結(jié)構(gòu)簡單，便于拓展，成本低廉。

2.1.2 洗衣機的單片機系統(tǒng)概述

單片機作為全自動洗衣機的控制系統(tǒng)，它能大大提高全自動洗衣機的工作效率以及適應工作環(huán)境的能力。在全自動洗衣機中，洗衣機洗滌、脫水程序是大都是由單片機為核心控制系統(tǒng)工作的。它程序編寫相對簡單，其次，因為它的拓展性強，可以增加多種電路保護裝置，比如電流保護、過載保護、電壓保護、過熱保護及欠壓保護等等，使洗衣機更加成熟。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

程序控制洗衣機即按照設計者一開始就預設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，過程不可自動根據(jù)實際的洗滌情況變化，可能導致洗衣效果不能達到預想或出現(xiàn)過度洗滌。

模糊控制洗衣機是通過內(nèi)部的預設的各種傳感器，將數(shù)據(jù)匯總到微型電腦中進行處理，再由微型電路發(fā)布命令，對桶內(nèi)的衣物進行洗滌，并且在這個過程中進行實時的監(jiān)控，根據(jù)洗衣時的具體情況改變洗衣的計劃，達到較為自動化的洗衣設想。并且這種方式設計的洗衣機操作簡單，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，它代表著未來自動控制的發(fā)展方向。

三 全自動洗衣機的基本結(jié)構(gòu)

3.1 全自動洗衣機的原理和構(gòu)造

波輪式洗衣機的特點：

1）電動機軸與洗衣桶主軸同心相連，直接驅(qū)動。這樣的設計可以使得洗衣機的內(nèi)外桶旋轉(zhuǎn)時更加穩(wěn)定，噪聲減小，同時可以減少洗衣機的硬件磨損，使設計出的洗衣機更加耐用。

2）由于電機調(diào)速水平的提升，洗衣機的波輪可以達到模糊控制中根據(jù)待洗衣物的具體情況具體運作的要求，進而給待洗滌衣物進行一番合適的洗滌，達到不僅洗干凈衣服，還盡可能的節(jié)約各類資源。并且在脫水甩干時，電機可以讓洗衣桶穩(wěn)定的加速啟動，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)動更加穩(wěn)定，減小對洗衣機內(nèi)部機械的傷害。

3.2 洗滌脫水系統(tǒng)

該功能主要靠洗衣機的內(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，并且作為動力控制的離合器、電動機、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，同時與波輪配合完成對衣物的洗滌，到了脫水的時候，它又化身為脫水桶，對衣物進行甩干。波輪是全自動洗衣機中對衣物產(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行吸附的現(xiàn)象制作的電磁閥，在需要進水時，給負責控制進水的閥門通電，形成電磁鐵，將內(nèi)部的水管導通，開水給桶內(nèi)注水，在排水時，給排水口的閥門通電，將排水的導管導通，開始排水。同時為了滿足自動化控制的預想，還需要給洗衣機增加水位的探測器，對水位進行實時的檢測，匯總到單片機中，根據(jù)洗衣的實際情況，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的自動排水，還影響離合器的工作狀態(tài)，這點需要在設計時讓兩者保持合適的距離。

3.4 電動機及傳動系統(tǒng)

波輪式洗衣機的動力系統(tǒng)主要由電動機和外筒下面的離合器構(gòu)成。普通的離合器在洗衣時，使波輪的轉(zhuǎn)速在各個時刻與內(nèi)外桶的轉(zhuǎn)速相同，因為這種特性，所以這種離合器適用于小波輪構(gòu)成的洗衣機中。減速離合器因為內(nèi)部裝有行星齒輪的原因，可以讓波輪實現(xiàn)按需調(diào)整轉(zhuǎn)速的功能，能讓波輪在洗滌的時候轉(zhuǎn)速相比外桶一些，而在脫水時則讓內(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到按實際需要清洗的效果，而且大波輪構(gòu)成的套桶洗衣機可容納的衣物更多，故采用減速離合器構(gòu)造本案設計的洗衣機。

四 電氣控制系統(tǒng)

4.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

構(gòu)成波輪式全自動洗衣機電氣控制系統(tǒng)把各個檢測器檢測到的數(shù)據(jù)匯集到單片機中，再由單片機發(fā)出指令，控制電機等運作，達到洗衣的效果。舉個形象的例子：我們可以把單片機看成整個洗衣機的核心，也就是大腦。把負責提供動力的電動機看做心臟，把負責傳輸和調(diào)控機械力的傳動裝置、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機，進、排水電磁閥進行控制。單片機在本次設計中屬于控制中心，我們需要的各種信號，比如水位開關的零的輸入信號開關，進、排水閥和電動機的正反轉(zhuǎn)都由在中心的單片機進行控制。而電動機的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)情況直接區(qū)分了洗衣機的洗滌狀態(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，要求它們能精準的收集到我們想要的數(shù)據(jù)，然后能轉(zhuǎn)換成單片機可以讀懂的數(shù)據(jù)及時的匯報，再由單片機對電動機發(fā)出指令，完成預想的洗衣流程。采用水位傳感器對水位高低檢測的準確度直接影響洗衣時間、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)衣物纖維中的化學纖維、棉纖維所占比例的大小，自動把衣物的布質(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，進行下一步的判斷。

五 結(jié)束語

本次設計的模糊控制的自動洗衣機系統(tǒng)特點有：洗衣機由四大類傳感器為基礎，把得到的數(shù)據(jù)匯總到單片機中進行處理，再反饋到各個元器件，實現(xiàn)模糊化的自動控制。在洗衣過程中采取模糊控制的方法，節(jié)約水資源、電力、時間。

參考文獻：

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[2]?周恩濤.可編程控制器原理及其在液壓系統(tǒng)中的應用【M】.機械工業(yè)出版社.

[3]?潘月琴.全自動洗衣機的維修【M】.北京科學技術出版社，2004

（作者單位：河北科技學院）