基于单片机的全自动洗衣机控制系统设计

张江亚 王静 李焕娜

摘要：单片机是以计算机技术为核心的广泛使用的自动化控制装置，它的功能性强，可靠性高，编程简单，使用方便，体积小巧，近年来在工业生产中得到非常多的使用，被称之为现代工业自动化重要支柱之一。在当代的社会，全自动洗衣机进入百姓的家中，本设计介绍了将单片机用于全自动洗衣机的控制系统，它不仅可以改进现有技术的不足，简化内部机械结构，还有利于降低生产成本和增加可靠性。

关键词：全自动洗衣机;简化结构;降低成本

一 引言

自古以来，人类一直需要为家务耗费很多时间，例如没有洗衣机的年代，洗衣服这项重复性很高的体力劳动。我们期望的洗衣机是一种能够识别衣物的多少，材质，脏污程度，自行完成洗涤，漂洗和脱水这些项目，并且过程中不再需要人工进行其他的操作。但这类洗衣机的程序比较单一，如果洗衣人员没有一定的生活经验，可能会导致漂洗时间过长或过短，长则浪费能源，短则洗衣效果不佳。

故而电动控制洗衣机将慢慢在家电舞台中消失。它使用可编程的的存贮器，用来在其内部存贮执行定时、逻辑运算、顺序控制、算术运算计数和计数算术运算等操作的指令，并经由数字以及模拟的输入与输出，达到控制各种类型的机械或生产过程的目的。

二 全自动洗衣机控制系统总体控制方案确定

2.1 总体控制方案确定

2.1.1 单片机的优势

1）高集成度，体积小，可靠性强。

2）单片机可以使用C语言进行编程，学习简单，便于调试。

3）它结构简单，便于拓展，成本低廉。

2.1.2 洗衣机的单片机系统概述

单片机作为全自动洗衣机的控制系统，它能大大提高全自动洗衣机的工作效率以及适应工作环境的能力。在全自动洗衣机中，洗衣机洗涤、脱水程序是大都是由单片机为核心控制系统工作的。它程序编写相对简单，其次，因为它的拓展性强，可以增加多种电路保护装置，比如电流保护、过载保护、电压保护、过热保护及欠压保护等等，使洗衣机更加成熟。因此大大便利了人们洗衣服的需求。

2.2 模糊控制与固定程序控制的选择

程序控制洗衣机即按照设计者一开始就预设好的几种固定的程序中，自己判断待洗衣物的数量，材质以及具体的脏污程度等，自行选择不同的洗衣程序，由于其工作方式比较简单，过程不可自动根据实际的洗涤情况变化，可能导致洗衣效果不能达到预想或出现过度洗涤。

模糊控制洗衣机是通过内部的预设的各种传感器，将数据汇总到微型电脑中进行处理，再由微型电路发布命令，对桶内的衣物进行洗涤，并且在这个过程中进行实时的监控，根据洗衣时的具体情况改变洗衣的计划，达到较为自动化的洗衣设想。并且这种方式设计的洗衣机操作简单，甚至以做到一键开始工作的效果。模糊控制属一种比较智能的控制，是一种人们期待的理想情况，它代表着未来自動控制的发展方向。

三 全自动洗衣机的基本结构

3.1 全自动洗衣机的原理和构造

波轮式洗衣机的特点：

1）电动机轴与洗衣桶主轴同心相连，直接驱动。这样的设计可以使得洗衣机的内外桶旋转时更加稳定，噪声减小，同时可以减少洗衣机的硬件磨损，使设计出的洗衣机更加耐用。

2）由于电机调速水平的提升，洗衣机的波轮可以达到模糊控制中根据待洗衣物的具体情况具体运作的要求，进而给待洗涤衣物进行一番合适的洗涤，达到不仅洗干净衣服，还尽可能的节约各类资源。并且在脱水甩干时，电机可以让洗衣桶稳定的加速启动，在过程中让衣物因自身重量所受到的离心力自行在桶内均匀分布，使得后面内外桶的重心和轴保持在同一位置，让高速的转动更加稳定，减小对洗衣机内部机械的伤害。

3.2 洗涤脱水系统

该功能主要靠洗衣机的内（洗涤桶）外（盛水桶）桶和波轮完成。外桶的的功能除了容纳洗涤用的水以外，还起支撑包裹内桶的功效，并且作为动力控制的离合器、电动机、排水阀等直接安装在外桶底的下方。内桶的主要功能就是盛放我们所洗的衣物以及对波轮起支撑作用，同时与波轮配合完成对衣物的洗涤，到了脱水的时候，它又化身为脱水桶，对衣物进行甩干。波轮是全自动洗衣机中对衣物产生清洗效果的主要部件。如果按照波轮的大小来分，常见的有新水流大波轮（直径大约在三百毫米）与涡卷式水流小波轮（直径大约在一百六十毫米）两类。

3.3 排水和进水系统

传统的用电流流过线圈形成磁场的对活塞等进行吸附的现象制作的电磁阀，在需要进水时，给负责控制进水的阀门通电，形成电磁铁，将内部的水管导通，开水给桶内注水，在排水时，给排水口的阀门通电，将排水的导管导通，开始排水。同时为了满足自动化控制的预想，还需要给洗衣机增加水位的探测器，对水位进行实时的检测，汇总到单片机中，根据洗衣的实际情况，控制电磁阀的得电情况，对桶内注水或排水。不过排水电磁阀控制洗衣机的自动排水，还影响离合器的工作状态，这点需要在设计时让两者保持合适的距离。

3.4 电动机及传动系统

波轮式洗衣机的动力系统主要由电动机和外筒下面的离合器构成。普通的离合器在洗衣时，使波轮的转速在各个时刻与内外桶的转速相同，因为这种特性，所以这种离合器适用于小波轮构成的洗衣机中。减速离合器因为内部装有行星齿轮的原因，可以让波轮实现按需调整转速的功能，能让波轮在洗涤的时候转速相比外桶一些，而在脱水时则让内外桶转的快一些。通过上述的分析我们发现采用减速离合器可以达到按实际需要清洗的效果，而且大波轮构成的套桶洗衣机可容纳的衣物更多，故采用减速离合器构造本案设计的洗衣机。

四 电气控制系统

4.1 控制系统结构

构成波轮式全自动洗衣机电气控制系统把各个检测器检测到的数据汇集到单片机中，再由单片机发出指令，控制电机等运作，达到洗衣的效果。举个形象的例子：我们可以把单片机看成整个洗衣机的核心，也就是大脑。把负责提供动力的电动机看做心脏，把负责传输和调控机械力的传动装置、离合器等看做血管。

4.2 控制系统原理

程序控制器中储存有多类程序，使用者根据需求选择好程序之后，程序控制器就按选择的程序按部就班的对电动机，进、排水电磁阀进行控制。单片机在本次设计中属于控制中心，我们需要的各种信号，比如水位开关的零的输入信号开关，进、排水阀和电动机的正反转都由在中心的单片机进行控制。而电动机的正转与反转情况直接区分了洗衣机的洗涤状态和脱水状态。

4.3 检测电路系统

检测电路需要各种传感器的相互配合，要求它们能精准的收集到我们想要的数据，然后能转换成单片机可以读懂的数据及时的汇报，再由单片机对电动机发出指令，完成预想的洗衣流程。采用水位传感器对水位高低检测的准确度直接影响洗衣时间、用水量等参数。采用以红外线为光源的传感器，根据桶内液体的透光率，判断桶内的清洁状况。根据桶内衣物纤维中的化学纤维、棉纤维所占比例的大小，自动把衣物的布质识别出来。通常水温传感器装在洗涤桶的下面。以热敏电阻作为检测元件。将测量出的结果传递给单片机，进行下一步的判断。

五 结束语

本次设计的模糊控制的自动洗衣机系统特点有：洗衣机由四大类传感器为基础，把得到的数据汇总到单片机中进行处理，再反馈到各个元器件，实现模糊化的自动控制。在洗衣过程中采取模糊控制的方法，节约水资源、电力、时间。

参考文献：

[1] 魏志精.可编程控制器应用基础【M】.电子工业出版社，2003

[2] 周恩涛.可编程控制器原理及其在液压系统中的应用【M】.机械工业出版社.

[3] 潘月琴.全自动洗衣机的维修【M】.北京科学技术出版社，2004

（作者单位：河北科技学院）