自動投放技術在洗衣機上的應用

杜永杰

（美的威靈電機技術(上海)有限公司,上海 201601）

自動投放技術在洗衣機上的應用

杜永杰

（美的威靈電機技術(上海)有限公司,上海 201601）

洗衣機是學校、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也變成一個亟待解決的問題。本文將通過對洗滌劑自動投放技術的詳細分析，來最大程度的提高洗衣服務的便捷性，減少用戶在洗衣當中因對洗滌劑的不當投放或者錯誤使用導致嚴重后果。

洗衣機；自動投放；無線控制；洗滌液

1 自動投放技術在洗衣機中應用的必要性

1.1 帶了失效的洗滌劑

經常有用戶到洗衣時才發現洗衣粉忘記了、洗衣粉袋進水了、洗衣粉因存放時間過長失效了。由此導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。用戶也會無意的把不好的洗衣體驗轉嫁到商家身上，最終影響洗衣機企業的企業形象。

1.2 洗滌劑用量無法控制

在公共洗衣房內，一些用戶可能拿了大量衣物，卻放了少量洗衣粉，導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，待甩干拿出來時發現上面的洗衣粉還沒有沖干凈，最終導致用戶重復洗滌或者帶著抱怨離開。

1.3 特殊洗滌劑的需求無法滿足

經常有用戶帶全是泥巴的衣物到洗衣房里，所帶洗衣粉對臟污一點效果都沒有，最終讓用戶無所是從。也有用戶會帶積累很久的衣服來洗衣，想增加有專門殺菌的清潔劑時也是無從下手，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，這個時候我們想到了超強去污的功能，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，導致洗衣機本身受到了很大的損壞。

2 洗滌劑自動投放機理

為了解決以上所列的種種用戶痛點。我們設計開發了一款洗滌液自動投放設備。

2.1 洗滌劑自動投放技術在洗衣機中的使用原理

自動投放技術在洗衣機中的應用主要包括以下兩個方面：⑴自動投放箱下面需要有帶繼電器的微型電機，當微型電機轉動時可以精確的將洗滌液定量泵出并能及時閉合；⑵需要一個處理網絡下發的指令，并將接收指令進行邏輯處理之后轉換成脈沖信號下發給自動投放箱。

自動投放技術在洗衣機中的使用原理是，當用戶通過手機等客戶端下發洗衣模式及洗滌劑投放配比之后，通訊模塊在接收到相應指令后進行解析，把解析完的程序指令根據特定的程序，通過串口下發洗衣參數給洗衣機，同時也會把洗滌劑投放參數下發給自動投放繼電器的邏輯板，通過繼電器的開合投放定量的對應洗滌液，由此完成一個無人值守的洗滌劑自動投放功能，最終終端設備自動執行用戶一鍵操作的結果。

2.2 自動投放洗滌劑的具體模塊設計要點

2.2.1 自動投放洗滌劑箱設計要點

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

在箱體設計中，一般需要采用抗化學腐蝕的PP材料并用金屬材料在外部進行應力加強，保證能夠承受足夠的重量。在開口設計方面，確保添加洗滌液的開口一定要設置專用開啟閥門，以免普通用戶能夠隨意打開而造成洗滌劑污染和失效。在箱體外部需要標記刻度L，以便運營商能夠監視洗滌液的使用情況和備料準備。

帶繼電器的微型電機是自動投放在核心部件，它的開關直接關系到投放量的準確性和安全性。所以在微型電機上面仍然需要設置一個電磁閥，通過電磁閥能夠減輕微型電機的壓力，在電磁閥打開后微型電機才開始工作。增加電磁閥的另外一個目的是增加設備的魯棒性能，保障在精準投放過程壓力相對均勻，泵體工作時更能準確計算流量。

繼電器控制板在整個投放過程作為一個測量專家，更多功能是在接受到脈沖信號后可以開啟對應的繼電器開關，可以根據導管內的壓力，微型電機的轉速決定繼電器的關閉時間。對繼電器控制板要求更多的是EMC保護，因為電磁閥和微型電機在工作過程會產生強大的電磁干擾，對信號傳輸有一定的影響，所以在設計中一定要考慮器件選型和抗干擾的能力。

洗滌液導流管最能體現一種智能化概念，所以外觀設計上一定是超透的轉管，壁厚一定要在1mm以上，必須選不易老化的材料，同時也需要耐腐蝕。導流管易短不易長，保證在每次出來的洗滌劑都能在當次用掉，管內盡量少殘留當次配比。

與無線通訊模塊通訊的信號線，在設計中最大的問題就是信號損耗和信號干擾，所以在選擇通信電壓和電流時盡可能的大，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 自動投放通訊模塊設計要點

無線通訊模塊實際承擔指令解析器及分發器的功能，無線通訊模塊內置了GSM的通信電路，通過移動通訊基站塔接收到來自固定服務器的加密指令，然后對這些加密指令進行編譯之后結果進行分離。將需要發給自動投放設備的指令轉換成脈沖信號，通過固定端口下發給自動投放設備；將洗衣程序部分轉換成二進制碼通過串口下發給洗衣機的電控板。同時，無線通訊模塊會接收來自洗衣機返回的結果，并進行處理分析。

所以，對無線通訊模塊的實時性要求，對端口數據處理能力，信號電流強度和電壓進行正確設計，傳輸速率和校驗碼的設計都很重要。

2.2.3 自動投放三通管設計

自動投放出料位置是與洗衣機的進水管通過一個三通管進行二合一設計，我們在實驗中也發現，當進水壓力比較大或快速進水時，會產生特別大的吸力，在微動電機沒有開啟的狀況下將管內殘留吸入洗衣機內，所以我在的三通管選擇時一定注意防倒流和防止大吸力而損壞導流管和微動電機。

2.2.4 自動投放配套洗衣機電腦板程序設計

為了配合自動投放設備，洗衣機電腦板也要進行一定的程序改進，當洗衣機在自動投放前一定要進行一次衣物量的檢測，然后將結果反饋給無線通訊模塊。無線通訊模塊在收到洗衣機反饋后與用戶選擇的程序進行比對，如果兩個一致才執行操作，如果兩個結果兩差較大，就中止執行，同時通知用戶。

2.2.5 自動投放手機客戶端設計

在客戶端設計中，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。

同時針對比較主觀的臟污程度和衣物材質類型進行選擇，這樣在用戶端就有了更多的搭配選擇和自主性。當用戶的確認鍵按下后，對應的命令就無線下發到自動投放箱上進行執行，用戶即獲得極大的便捷和投放科學性。

2.3 自動投放方案設計

通過上文對自動投放影響因素的分析，解決不同衣物重量時洗滌劑添加最佳用量和投放元件精準投放兩個問題，將會很好地實現自動投放整體方案的優化。

2.3.1 不同衣物重量時洗滌劑添加最佳用量

針對不同衣物重量時所需的最佳洗滌劑用量，采用DOE實驗法進行設計，對于每個衣物重量添加不同用量的洗滌劑進行洗滌性能測試。我們發現，在某一衣物重量時，隨著洗滌劑用量的不斷增加，衣物的洗凈度不斷增加，當增加到某一值時，衣物洗凈度就不會增加很多了，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，找到最佳洗滌劑用量。洗滌劑用量低于最佳值時，衣物的洗凈率會比較低；洗滌劑用量高于最佳值時，衣物上殘留的洗滌劑會太多，如圖2所示。

2.3.2 實現克服不同洗滌劑在不同溫度下精準投放

目前，市面上的自動投放洗衣機還無法識別不同的洗滌劑品牌，所以針對不同溫度下的洗滌劑粘稠度差異，將會導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，MCU采集溫度，在不同溫度下對投放進行時間補償。但目前的方式只對設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，規律也不統一。很難找到統一的方法，能夠對所有品牌洗滌劑進行溫度補償投放，這樣就會導致投放量忽多忽少，投放不準。洗滌劑添加過少，洗滌水中洗滌劑濃度達不到理想值，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，衣物漂洗時很難漂洗掉所有洗滌劑，最終會殘留在衣服上。

基于以上分析，就需要設計出一種在不同品牌洗滌劑下、不同溫度下都能夠進行精準流量的投放元件。我們仔細研究了各種投放泵的投放原理，改變原有通過投放泵電機帶動泵頭不間斷流量計量的方式，采用體積測量方案。通過設定單位體積標準量，在添加洗滌劑時，通過控制裝置吐出的單位體積的個數來控制添加量。選用活塞泵作為投放元件，并通過控制活塞往返次數來實現流量精準控制。

活塞泵投放原理為：當電機驅動活塞下行時，泵頭的入口單向閥打開，出口單向閥關閉，洗滌劑會被吸入活塞計量腔內；當電機驅動活塞上行時，泵頭的出口單向閥打開，入口單向閥關閉，洗滌劑會被推出活塞計量腔。這樣電機每運轉一周，活塞泵完成一個計量腔體積的洗滌劑投放，采用精確的體積計量方案，實現不論什么品牌洗滌劑，不管溫度如何，粘稠度如何，都能精準地投放。

3 方案論證

通過以上的設計之后，我們進行了實際用戶使用驗證。

（1）溫度濕度：環境溫度在0℃～60℃、濕度85%進行72h運行測試，合格。

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

（3）電性可靠性。電壓從165V～260V進行電壓跌落測試，ESD靜電接觸6KV、空氣放電8KV、同時也進行2KV的瞬時電擊實驗，電源有一定概率起用保護導致整機重啟，在不影響功能的情況下我們判，合格。

（4）網絡通信可靠性方面也進行了一系列功能測試，在GSM網絡通訊下，設備數量超過60臺會有一定通信阻塞現象，分析原因是運營商容量不夠導致，在通過導入多運營商之后就解決了容量問題，指令下發時間保證在1s內。

4 結語

目前我國在洗滌劑自動投放方面還沒有廣泛的應用。因此，無論是從事自動投放技術研究的技術人員，還是負責洗衣機生產的廠家，都應該積極地對這一技術在洗衣機中的應用進行更進一步的探索，不斷提高自動投放技術在洗衣機中應用的可靠性，為用戶提供更便捷的體驗和更專業的洗衣體驗。

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

[2]張亮.電磁兼容（EMC）技術及應用實例詳解[M].北京：電子工業出版社,2014：1-555.

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