自動(dòng)投放技術(shù)在洗衣機(jī)上的應(yīng)用

杜永杰

（美的威靈電機(jī)技術(shù)(上海)有限公司,上海 201601）

自動(dòng)投放技術(shù)在洗衣機(jī)上的應(yīng)用

杜永杰

（美的威靈電機(jī)技術(shù)(上海)有限公司,上海 201601）

洗衣機(jī)是學(xué)校、酒店、公寓等公眾場合使用頻次最高的電器之一。如何讓用戶能夠便捷的使用洗衣機(jī)也變成一個(gè)亟待解決的問題。本文將通過對(duì)洗滌劑自動(dòng)投放技術(shù)的詳細(xì)分析，來最大程度的提高洗衣服務(wù)的便捷性，減少用戶在洗衣當(dāng)中因?qū)ο礈靹┑牟划?dāng)投放或者錯(cuò)誤使用導(dǎo)致嚴(yán)重后果。

洗衣機(jī)；自動(dòng)投放；無線控制；洗滌液

1 自動(dòng)投放技術(shù)在洗衣機(jī)中應(yīng)用的必要性

1.1 帶了失效的洗滌劑

經(jīng)常有用戶到洗衣時(shí)才發(fā)現(xiàn)洗衣粉忘記了、洗衣粉袋進(jìn)水了、洗衣粉因存放時(shí)間過長失效了。由此導(dǎo)致用戶洗衣效果大打折扣。雖然放了足量的洗衣粉，卻并沒有洗出比較干凈的衣服，反而帶來二次污染。用戶也會(huì)無意的把不好的洗衣體驗(yàn)轉(zhuǎn)嫁到商家身上，最終影響洗衣機(jī)企業(yè)的企業(yè)形象。

1.2 洗滌劑用量無法控制

在公共洗衣房內(nèi)，一些用戶可能拿了大量衣物，卻放了少量洗衣粉，導(dǎo)致衣物無法洗滌干凈。也有一些用戶拿幾件夏季衣服選擇快洗，但是卻放了大量洗衣粉，待甩干拿出來時(shí)發(fā)現(xiàn)上面的洗衣粉還沒有沖干凈，最終導(dǎo)致用戶重復(fù)洗滌或者帶著抱怨離開。

1.3 特殊洗滌劑的需求無法滿足

經(jīng)常有用戶帶全是泥巴的衣物到洗衣房里，所帶洗衣粉對(duì)臟污一點(diǎn)效果都沒有，最終讓用戶無所是從。也有用戶會(huì)帶積累很久的衣服來洗衣，想增加有專門殺菌的清潔劑時(shí)也是無從下手，失望而歸。也有人把難以清理的東西潑在了衣服上，在家搓了半天也沒有太大的效果，這個(gè)時(shí)候我們想到了超強(qiáng)去污的功能，卻并不是隨便都可以買得到的。

1.4 公共洗衣房里面洗衣粉亂倒

我們經(jīng)常去共用洗衣房里面，在洗滌劑投放盒里面用戶亂倒的洗衣粉，特別是個(gè)別用戶把半包洗衣粉倒入洗衣粉盒里面，還有把洗衣粉倒入柔順劑盒里面，造成整個(gè)衣服洗幾遍也沒有把洗衣粉沖洗掉，更有甚者，把洗衣粉倒入投放盒邊上的縫隙，導(dǎo)致洗衣機(jī)本身受到了很大的損壞。

2 洗滌劑自動(dòng)投放機(jī)理

為了解決以上所列的種種用戶痛點(diǎn)。我們設(shè)計(jì)開發(fā)了一款洗滌液自動(dòng)投放設(shè)備。

2.1 洗滌劑自動(dòng)投放技術(shù)在洗衣機(jī)中的使用原理

自動(dòng)投放技術(shù)在洗衣機(jī)中的應(yīng)用主要包括以下兩個(gè)方面：⑴自動(dòng)投放箱下面需要有帶繼電器的微型電機(jī)，當(dāng)微型電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可以精確的將洗滌液定量泵出并能及時(shí)閉合；⑵需要一個(gè)處理網(wǎng)絡(luò)下發(fā)的指令，并將接收指令進(jìn)行邏輯處理之后轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)下發(fā)給自動(dòng)投放箱。

自動(dòng)投放技術(shù)在洗衣機(jī)中的使用原理是，當(dāng)用戶通過手機(jī)等客戶端下發(fā)洗衣模式及洗滌劑投放配比之后，通訊模塊在接收到相應(yīng)指令后進(jìn)行解析，把解析完的程序指令根據(jù)特定的程序，通過串口下發(fā)洗衣參數(shù)給洗衣機(jī)，同時(shí)也會(huì)把洗滌劑投放參數(shù)下發(fā)給自動(dòng)投放繼電器的邏輯板，通過繼電器的開合投放定量的對(duì)應(yīng)洗滌液，由此完成一個(gè)無人值守的洗滌劑自動(dòng)投放功能，最終終端設(shè)備自動(dòng)執(zhí)行用戶一鍵操作的結(jié)果。

2.2 自動(dòng)投放洗滌劑的具體模塊設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.2.1 自動(dòng)投放洗滌劑箱設(shè)計(jì)要點(diǎn)

自動(dòng)投放裝置分洗滌液箱體、帶繼電器的微型電機(jī)、繼電器控制板、洗滌液導(dǎo)流管和連接無線通訊模塊的通信線。

在箱體設(shè)計(jì)中，一般需要采用抗化學(xué)腐蝕的PP材料并用金屬材料在外部進(jìn)行應(yīng)力加強(qiáng)，保證能夠承受足夠的重量。在開口設(shè)計(jì)方面，確保添加洗滌液的開口一定要設(shè)置專用開啟閥門，以免普通用戶能夠隨意打開而造成洗滌劑污染和失效。在箱體外部需要標(biāo)記刻度L，以便運(yùn)營商能夠監(jiān)視洗滌液的使用情況和備料準(zhǔn)備。

帶繼電器的微型電機(jī)是自動(dòng)投放在核心部件，它的開關(guān)直接關(guān)系到投放量的準(zhǔn)確性和安全性。所以在微型電機(jī)上面仍然需要設(shè)置一個(gè)電磁閥，通過電磁閥能夠減輕微型電機(jī)的壓力，在電磁閥打開后微型電機(jī)才開始工作。增加電磁閥的另外一個(gè)目的是增加設(shè)備的魯棒性能，保障在精準(zhǔn)投放過程壓力相對(duì)均勻，泵體工作時(shí)更能準(zhǔn)確計(jì)算流量。

繼電器控制板在整個(gè)投放過程作為一個(gè)測量專家，更多功能是在接受到脈沖信號(hào)后可以開啟對(duì)應(yīng)的繼電器開關(guān)，可以根據(jù)導(dǎo)管內(nèi)的壓力，微型電機(jī)的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定繼電器的關(guān)閉時(shí)間。對(duì)繼電器控制板要求更多的是EMC保護(hù)，因?yàn)殡姶砰y和微型電機(jī)在工作過程會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁干擾，對(duì)信號(hào)傳輸有一定的影響，所以在設(shè)計(jì)中一定要考慮器件選型和抗干擾的能力。

洗滌液導(dǎo)流管最能體現(xiàn)一種智能化概念，所以外觀設(shè)計(jì)上一定是超透的轉(zhuǎn)管，壁厚一定要在1mm以上，必須選不易老化的材料，同時(shí)也需要耐腐蝕。導(dǎo)流管易短不易長，保證在每次出來的洗滌劑都能在當(dāng)次用掉，管內(nèi)盡量少殘留當(dāng)次配比。

與無線通訊模塊通訊的信號(hào)線，在設(shè)計(jì)中最大的問題就是信號(hào)損耗和信號(hào)干擾，所以在選擇通信電壓和電流時(shí)盡可能的大，通信波長盡可能偏長。需要增加濾波處理，干擾方面就是在線材表面增加屏蔽層。

2.2.2 自動(dòng)投放通訊模塊設(shè)計(jì)要點(diǎn)

無線通訊模塊實(shí)際承擔(dān)指令解析器及分發(fā)器的功能，無線通訊模塊內(nèi)置了GSM的通信電路，通過移動(dòng)通訊基站塔接收到來自固定服務(wù)器的加密指令，然后對(duì)這些加密指令進(jìn)行編譯之后結(jié)果進(jìn)行分離。將需要發(fā)給自動(dòng)投放設(shè)備的指令轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)，通過固定端口下發(fā)給自動(dòng)投放設(shè)備；將洗衣程序部分轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制碼通過串口下發(fā)給洗衣機(jī)的電控板。同時(shí)，無線通訊模塊會(huì)接收來自洗衣機(jī)返回的結(jié)果，并進(jìn)行處理分析。

所以，對(duì)無線通訊模塊的實(shí)時(shí)性要求，對(duì)端口數(shù)據(jù)處理能力，信號(hào)電流強(qiáng)度和電壓進(jìn)行正確設(shè)計(jì)，傳輸速率和校驗(yàn)碼的設(shè)計(jì)都很重要。

2.2.3 自動(dòng)投放三通管設(shè)計(jì)

自動(dòng)投放出料位置是與洗衣機(jī)的進(jìn)水管通過一個(gè)三通管進(jìn)行二合一設(shè)計(jì)，我們在實(shí)驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn)，當(dāng)進(jìn)水壓力比較大或快速進(jìn)水時(shí)，會(huì)產(chǎn)生特別大的吸力，在微動(dòng)電機(jī)沒有開啟的狀況下將管內(nèi)殘留吸入洗衣機(jī)內(nèi)，所以我在的三通管選擇時(shí)一定注意防倒流和防止大吸力而損壞導(dǎo)流管和微動(dòng)電機(jī)。

2.2.4 自動(dòng)投放配套洗衣機(jī)電腦板程序設(shè)計(jì)

為了配合自動(dòng)投放設(shè)備，洗衣機(jī)電腦板也要進(jìn)行一定的程序改進(jìn)，當(dāng)洗衣機(jī)在自動(dòng)投放前一定要進(jìn)行一次衣物量的檢測，然后將結(jié)果反饋給無線通訊模塊。無線通訊模塊在收到洗衣機(jī)反饋后與用戶選擇的程序進(jìn)行比對(duì)，如果兩個(gè)一致才執(zhí)行操作，如果兩個(gè)結(jié)果兩差較大，就中止執(zhí)行，同時(shí)通知用戶。

2.2.5 自動(dòng)投放手機(jī)客戶端設(shè)計(jì)

在客戶端設(shè)計(jì)中，需要用戶能夠選擇衣物量，選擇臟污程度和是否需要消殺菌劑。

同時(shí)針對(duì)比較主觀的臟污程度和衣物材質(zhì)類型進(jìn)行選擇，這樣在用戶端就有了更多的搭配選擇和自主性。當(dāng)用戶的確認(rèn)鍵按下后，對(duì)應(yīng)的命令就無線下發(fā)到自動(dòng)投放箱上進(jìn)行執(zhí)行，用戶即獲得極大的便捷和投放科學(xué)性。

2.3 自動(dòng)投放方案設(shè)計(jì)

通過上文對(duì)自動(dòng)投放影響因素的分析，解決不同衣物重量時(shí)洗滌劑添加最佳用量和投放元件精準(zhǔn)投放兩個(gè)問題，將會(huì)很好地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)投放整體方案的優(yōu)化。

2.3.1 不同衣物重量時(shí)洗滌劑添加最佳用量

針對(duì)不同衣物重量時(shí)所需的最佳洗滌劑用量，采用DOE實(shí)驗(yàn)法進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)于每個(gè)衣物重量添加不同用量的洗滌劑進(jìn)行洗滌性能測試。我們發(fā)現(xiàn)，在某一衣物重量時(shí)，隨著洗滌劑用量的不斷增加，衣物的洗凈度不斷增加，當(dāng)增加到某一值時(shí)，衣物洗凈度就不會(huì)增加很多了，但是衣物上的洗滌劑殘留量卻越來越多。這樣我們在衣物洗凈度和洗滌劑殘留度上取平衡點(diǎn)，找到最佳洗滌劑用量。洗滌劑用量低于最佳值時(shí)，衣物的洗凈率會(huì)比較低；洗滌劑用量高于最佳值時(shí)，衣物上殘留的洗滌劑會(huì)太多，如圖2所示。

2.3.2 實(shí)現(xiàn)克服不同洗滌劑在不同溫度下精準(zhǔn)投放

目前，市面上的自動(dòng)投放洗衣機(jī)還無法識(shí)別不同的洗滌劑品牌，所以針對(duì)不同溫度下的洗滌劑粘稠度差異，將會(huì)導(dǎo)致投放流量不精確的問題。普遍采用的方法是以一種品牌的洗滌劑為基準(zhǔn)，MCU采集溫度，在不同溫度下對(duì)投放進(jìn)行時(shí)間補(bǔ)償。但目前的方式只對(duì)設(shè)定一種洗滌劑投放比較精確。

但其他品牌洗滌劑在不同溫度下投放的流量變化很大，規(guī)律也不統(tǒng)一。很難找到統(tǒng)一的方法，能夠?qū)λ衅放葡礈靹┻M(jìn)行溫度補(bǔ)償投放，這樣就會(huì)導(dǎo)致投放量忽多忽少，投放不準(zhǔn)。洗滌劑添加過少，洗滌水中洗滌劑濃度達(dá)不到理想值，衣物洗不干凈；洗滌劑添加過多，洗滌水中的洗滌劑濃度過高，衣物漂洗時(shí)很難漂洗掉所有洗滌劑，最終會(huì)殘留在衣服上。

基于以上分析，就需要設(shè)計(jì)出一種在不同品牌洗滌劑下、不同溫度下都能夠進(jìn)行精準(zhǔn)流量的投放元件。我們仔細(xì)研究了各種投放泵的投放原理，改變原有通過投放泵電機(jī)帶動(dòng)泵頭不間斷流量計(jì)量的方式，采用體積測量方案。通過設(shè)定單位體積標(biāo)準(zhǔn)量，在添加洗滌劑時(shí)，通過控制裝置吐出的單位體積的個(gè)數(shù)來控制添加量。選用活塞泵作為投放元件，并通過控制活塞往返次數(shù)來實(shí)現(xiàn)流量精準(zhǔn)控制。

活塞泵投放原理為：當(dāng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)活塞下行時(shí)，泵頭的入口單向閥打開，出口單向閥關(guān)閉，洗滌劑會(huì)被吸入活塞計(jì)量腔內(nèi)；當(dāng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)活塞上行時(shí)，泵頭的出口單向閥打開，入口單向閥關(guān)閉，洗滌劑會(huì)被推出活塞計(jì)量腔。這樣電機(jī)每運(yùn)轉(zhuǎn)一周，活塞泵完成一個(gè)計(jì)量腔體積的洗滌劑投放，采用精確的體積計(jì)量方案，實(shí)現(xiàn)不論什么品牌洗滌劑，不管溫度如何，粘稠度如何，都能精準(zhǔn)地投放。

3 方案論證

通過以上的設(shè)計(jì)之后，我們進(jìn)行了實(shí)際用戶使用驗(yàn)證。

（1）溫度濕度：環(huán)境溫度在0℃～60℃、濕度85%進(jìn)行72h運(yùn)行測試，合格。

（2）鹽霧測試：放在正常鹽霧箱內(nèi)進(jìn)行72h之后（模擬三年使用壽命），引流管有一定發(fā)黃，在不影響功能情況下判，合格。

（3）電性可靠性。電壓從165V～260V進(jìn)行電壓跌落測試，ESD靜電接觸6KV、空氣放電8KV、同時(shí)也進(jìn)行2KV的瞬時(shí)電擊實(shí)驗(yàn)，電源有一定概率起用保護(hù)導(dǎo)致整機(jī)重啟，在不影響功能的情況下我們判，合格。

（4）網(wǎng)絡(luò)通信可靠性方面也進(jìn)行了一系列功能測試，在GSM網(wǎng)絡(luò)通訊下，設(shè)備數(shù)量超過60臺(tái)會(huì)有一定通信阻塞現(xiàn)象，分析原因是運(yùn)營商容量不夠?qū)е?，在通過導(dǎo)入多運(yùn)營商之后就解決了容量問題，指令下發(fā)時(shí)間保證在1s內(nèi)。

4 結(jié)語

目前我國在洗滌劑自動(dòng)投放方面還沒有廣泛的應(yīng)用。因此，無論是從事自動(dòng)投放技術(shù)研究的技術(shù)人員，還是負(fù)責(zé)洗衣機(jī)生產(chǎn)的廠家，都應(yīng)該積極地對(duì)這一技術(shù)在洗衣機(jī)中的應(yīng)用進(jìn)行更進(jìn)一步的探索，不斷提高自動(dòng)投放技術(shù)在洗衣機(jī)中應(yīng)用的可靠性，為用戶提供更便捷的體驗(yàn)和更專業(yè)的洗衣體驗(yàn)。

[1]林福,羅炳蓮,吳玲虹.繼電器控制與電機(jī)[M].廈門：廈門大學(xué)出版社,2015：1-280.

[2]張亮.電磁兼容（EMC）技術(shù)及應(yīng)用實(shí)例詳解[M].北京：電子工業(yè)出版社,2014：1-555.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.22.195