基于STM32 控制的智能雙筒節水洗衣機

德州學院機電工程學院 王曉崧 常紅業 郅昕澤 王芳

引言

像節水洗衣機這類新型綠色家電在當今市場上呈現井噴式的發展，主要原因就是近年來國家大力加強節能環保建設，尤其是在“綠水青山就是金山銀山”的強力號召下市場活力極為突出。而綠色家電也最能表現科技特色與創新水平，并且與人們的生活還密切相關。隨著節能環保的思想深入人心，加之生活水平的提高，越來越多的人選擇了綠色家電。然而綠色智能的家電產品并沒有撼動普通家電的市場地位，這就表明在類型多樣、各顯神通的創新大潮下隱藏的是節水能力差、機體成本高、智能反饋弱等問題。而該產品正是圍繞這幾點展開了具體調查與攻堅。

1 綠色智能家電的需求分析

1.1 產品需求調研

對中高產階級的城市居民進行調查研究。該產品由于已經制作出了實體機，可以使體驗者對產品的特色節水系統有更直接的視覺感受，而簡潔大氣的外形結構和簡單易懂的內部維修與保養說明書，使得對機電產品沒有基本知識的居民也可以進行基礎的維修，這就避免了在沒有知識儲備的條件下進行盲區拆解的情況[1]。而該產品的智能節水循環和洗滌劑二次利用率也在多次的產品調研中得到了最佳數值，同時克服了日常生活中節水難點和頻發點。并受到了大部分體驗者對該產品的認可，這也充分表明真正特色鮮明的節水智能洗衣機還是有較大市場空間的。

1.2 設計背景

據《2013—2017 年中國洗衣機行業產銷需求與投資預測分析報告》分析，目前我國洗衣機市場普及程度已經超過了76%。在日常家庭生活用水中，洗衣用水將近占到1／3。與此同時日益成熟的物聯網帶來了家電行業的快速發展，安裝方便、操作簡單的網絡化智能家電產品改變了的不只是人們的日常習慣，還有更全面的節能意識[2]。隨著我國綜合國力在本世紀初的快速的提升，智能家電行業也飛速發展，同時產品設計的創新推動了制造業的轉型升級[3]。而在當下不只有產業鏈的快速發展，國家政策也開始重點扶植綠色產業，伴隨這種良好的市場創新條件，綠色智能家電產品也必將在家電市場扮演更重要的角色。

2 基于STM32 控制的智能雙筒節水洗衣機結構分析

2.1 主控電路設計

智能雙筒洗衣機主控面板由STM32 單本機、電源組成。電源采用雙路輸出5V 和12V，分別用于提供電子電路工作電源和電磁閥驅動電源，使用交流變壓器將220V 市電降壓至15V，經過二極管整流橋整流、電容濾波和穩壓管穩壓，能輸出穩定的直流5V 和12V 電壓[4]。以STM32 單片機為主控芯片，接收筒內檢測模塊、留水區水位的信號，負責控制單向電磁控水閥、多口電磁控水閥的開關，水泵的運行和停止。完成分區留水儲存、分區留水再利用的任務。

2.2 機體結構設計

智能雙筒洗衣機的外形與內部結構如圖1 所示。

圖1 產品二維圖

在兩橫向滾筒內設有檢測洗衣水濁度【濁度傳感器模塊】、顏色【顏色傳感器】、濃度【根據電導率傳感器數據得出濃度規律】、水位【水位傳感器】的模塊，通過對筒內水質進行實時監測，并將收到的數據傳遞給STM32 單片機，在系統程序判定此時機體內的洗衣水可用后，將無顏色清晰高濃度的洗衣水、無顏色清晰低濃度的洗衣水根據系統控制留入下筒、或留入分區的留水區再次利用。

上下筒連通，其間有1 個單向電磁控水閥。實現“獨立水路節水模式”和“連通水路節水模式”，消費者可以根據自己的使用需求和使用習慣在主控面板自行選擇，同時可以避免交叉污染，實現更靈活、智能的功能。

在最底部設有分區的留水區。分為無顏色清晰高濃度洗衣水、無顏色清晰低濃度洗衣水兩個部分，用于儲存洗護后可再次利用的洗衣水；另外在下次不同的洗護階段，由系統控制中心控制多口電磁控水閥開關、水泵的打開停止將分區留水區中的水再次用于不同的洗護階段。同時“分區的”留水功能區上方設有過濾、凈化裝置，主要起到去除洗衣水中的衣物纖維、殺菌等作用，保證留入分區留水功能區的洗衣水無菌、清潔。可有效地避免交叉污染、二次污染。

3 基于STM32 控制的智能雙筒節水洗衣機實際工作方式

智能雙筒洗衣機的多種洗護模式是為了應對所洗衣物質量、顏色和類別，分別為上筒單獨洗護、下筒單獨洗護和雙筒雙模式洗護（即獨立水路節水模式和連通水路節水模式）

圖2 工作流程圖

3.1 上筒單獨洗護模式

系統自動控制上筒進水（①水源進水，或是無顏色低濃、高濃留水區進水，或水源、留水區同時進水【注意：高濃無顏色留水僅使用于首次洗護階段】），上筒不能再次利用的水通過閥3 排出，可用水通過閥4 留入相應留水區。以此循環。

3.2 下筒單獨洗護模式

系統自動控制下筒進水（同①），下筒不能再次利用的水通過閥6 排出，可用水通過閥7 留入相應留水區，以此循環。

3.3 雙筒雙洗護模式

雙筒同時進行時，考慮到使用者不同使用情形或習慣，分為獨立水路節水模式和連通水路節水模式。

3.3.1 獨立水路節水模式

系統將會關閉閥5，上筒進水完全來自于水源，系統自動控制下筒進水（②水源進水，或是低濃、高濃留水區進水，或水源、留水區同時進水【注意：高濃無顏色留水僅使用于首次洗護階段】），不能再次利用的水通過3、6 排出，可用的水留入相應的留水區。此環節留水區水僅使用于下筒。以此循環。

3.3.2 連通水路節水模式

此時閥5 根據控制可開可關，系統自動控制上、下筒進水（同②），考慮到更好運用連通時閥5 管道的工作效率，當上筒水可作為下筒再次使用的條件（高濃無顏色水僅用于下筒首次洗護階段），系統協調閥4 和閥5 開、關，并根據運行情況，上筒可停止等待下筒10 分鐘，上下筒不可再次利用水由3、6 排出，可用水4、5、7 協調打開、關閉。以此循環。

4 基于STM32 控制的智能雙筒節水洗衣機競爭優勢

（1）考慮到使用人群和使用情形不同，基于分區洗護的智能節水系統擁有“獨立水路節水”和“連通水路節水”兩種節水模式，可按消費者需求自行選擇，同時有效地避免交叉污染，使用更貼心。

（2）筒內覆蓋多個多種類型的傳感器，實時檢測洗衣水的各種數據。根據相應的數據反饋，由已經測算出的數據庫進行判斷后，系統根據程序智能控制各個環節的進行，達到高效節水的效果。

（3）智能節水系統設有低濃和高濃“分區的”留水功能區，將不同程度的水高效的再次使用，并根據設定的程序，智能的輸出到不同的洗護階段。

（4）“分區的”留水功能區上方設有過濾、凈化裝置，去除衣物纖維、殺菌，避免再次污染。

（5）除前期的程序開發與設計和多方面調查與試驗外，其機體本身成本并不昂貴，幾乎與市場主流普通洗衣機持平，但是在相同壽命的推斷下，用戶可以節省過半的水電費和洗滌劑費用，使得綠色節能家電可以通過性價比沖破當下市場制約。

5 結語

隨著5G 信號的快速普及，伴隨著的將是更加猛烈地智能家電大潮，而沖在浪頭的綠色家電必定再次洗牌[5]，如何在當今時代搶占先機，就需要不斷的探索與創新，不只是要打破外在的市場壁壘，更應通過實踐搶先邁出解決問題的腳步。面對未來這個世界迫切需要的是一個更加綠色環保的開端，而正視當下打開這個開端的鑰匙就在我們身邊。