自动投放技术在洗衣机上的应用

摘 要：洗衣机是学校、酒店、公寓等公众场合使用频次最高的电器之一。如何让用户能够便捷的使用洗衣机也变成一个亟待解决的问题。本文将通过对洗涤剂自动投放技术的详细分析，来最大程度的提高洗衣服务的便捷性，减少用户在洗衣当中因对洗涤剂的不当投放或者错误使用导致严重后果。

关键词：洗衣机；自动投放；无线控制；洗涤液

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.22.195

1 自动投放技术在洗衣机中应用的必要性

1.1 带了失效的洗涤剂

经常有用户到洗衣时才发现洗衣粉忘记了、洗衣粉袋进水了、洗衣粉因存放时间过长失效了。由此导致用户洗衣效果大打折扣。虽然放了足量的洗衣粉，却并没有洗出比较干净的衣服，反而带来二次污染。用户也会无意的把不好的洗衣体验转嫁到商家身上，最终影响洗衣机企业的企业形象。

1.2 洗涤剂用量无法控制

在公共洗衣房内，一些用户可能拿了大量衣物，却放了少量洗衣粉，导致衣物无法洗涤干净。也有一些用户拿几件夏季衣服选择快洗，但是却放了大量洗衣粉，待甩干拿出来时发现上面的洗衣粉还没有冲干净，最终导致用户重复洗涤或者带着抱怨离开。

1.3 特殊洗涤剂的需求无法满足

经常有用户带全是泥巴的衣物到洗衣房里，所带洗衣粉对脏污一点效果都没有，最终让用户无所是从。也有用户会带积累很久的衣服来洗衣，想增加有专门杀菌的清洁剂时也是无从下手，失望而归。也有人把难以清理的东西泼在了衣服上，在家搓了半天也没有太大的效果，这个时候我们想到了超强去污的功能，却并不是随便都可以买得到的。

1.4 公共洗衣房里面洗衣粉乱倒

我们经常去共用洗衣房里面，在洗涤剂投放盒里面用户乱倒的洗衣粉，特别是个别用户把半包洗衣粉倒入洗衣粉盒里面，还有把洗衣粉倒入柔顺剂盒里面，造成整个衣服洗几遍也没有把洗衣粉冲洗掉，更有甚者，把洗衣粉倒入投放盒边上的缝隙，导致洗衣机本身受到了很大的损坏。

2 洗涤剂自动投放机理

为了解决以上所列的种种用户痛点。我们设计开发了一款洗涤液自动投放设备。

2.1 洗涤剂自动投放技术在洗衣机中的使用原理

自动投放技术在洗衣机中的应用主要包括以下两个方面：⑴自动投放箱下面需要有带继电器的微型电机，当微型电机转动时可以精确的将洗涤液定量泵出并能及时闭合；⑵需要一个处理网络下发的指令，并将接收指令进行逻辑处理之后转换成脉冲信号下发给自动投放箱。

自动投放技术在洗衣机中的使用原理是，当用户通过手机等客户端下发洗衣模式及洗涤剂投放配比之后，通讯模块在接收到相应指令后进行解析，把解析完的程序指令根据特定的程序，通过串口下发洗衣参数给洗衣机，同时也会把洗涤剂投放参数下发给自动投放继电器的逻辑板，通过继电器的开合投放定量的对应洗涤液，由此完成一个无人值守的洗涤剂自动投放功能，最终终端设备自动执行用户一键操作的结果。

2.2 自动投放洗涤剂的具体模块设计要点

2.2.1 自动投放洗涤剂箱设计要点

自动投放装置分洗涤液箱体、带继电器的微型电机、继电器控制板、洗涤液导流管和连接无线通讯模块的通信线。

在箱体设计中，一般需要采用抗化学腐蚀的PP材料并用金属材料在外部进行应力加强，保证能够承受足够的重量。在开口设计方面，确保添加洗涤液的开口一定要设置专用开启阀门，以免普通用户能够随意打开而造成洗涤剂污染和失效。在箱体外部需要标记刻度L，以便运营商能够监视洗涤液的使用情况和备料准备。

带继电器的微型电机是自动投放在核心部件，它的开关直接关系到投放量的准确性和安全性。所以在微型电机上面仍然需要设置一个电磁阀，通过电磁阀能够减轻微型电机的压力，在电磁阀打开后微型电机才开始工作。增加电磁阀的另外一个目的是增加设备的鲁棒性能，保障在精准投放过程压力相对均匀，泵体工作时更能准确计算流量。

继电器控制板在整个投放过程作为一个测量专家，更多功能是在接受到脉冲信号后可以开启对应的继电器开关，可以根据导管内的压力，微型电机的转速决定继电器的关闭时间。对继电器控制板要求更多的是EMC保护，因为电磁阀和微型电机在工作过程会产生强大的电磁干扰，对信号传输有一定的影响，所以在设计中一定要考虑器件选型和抗干扰的能力。

洗涤液导流管最能体现一种智能化概念，所以外观设计上一定是超透的转管，壁厚一定要在1mm以上，必须选不易老化的材料，同时也需要耐腐蚀。导流管易短不易长，保证在每次出来的洗涤剂都能在当次用掉，管内尽量少残留当次配比。

与无线通讯模块通讯的信号线，在设计中最大的问题就是信号损耗和信号干扰，所以在选择通信电压和电流时尽可能的大，通信波长尽可能偏长。需要增加滤波处理，干扰方面就是在线材表面增加屏蔽层。

2.2.2 自动投放通讯模块设计要点

无线通讯模块实际承担指令解析器及分发器的功能，无线通讯模块内置了GSM的通信电路，通过移动通讯基站塔接收到来自固定服务器的加密指令，然后对这些加密指令进行编译之后结果进行分离。将需要发给自动投放设备的指令转换成脉冲信号，通过固定端口下发给自动投放设备；将洗衣程序部分转换成二进制码通过串口下发给洗衣机的电控板。同时，无线通讯模块会接收来自洗衣机返回的结果，并进行处理分析。

所以，对无线通讯模块的实时性要求，对端口数据处理能力，信号电流强度和电压进行正确设计，传输速率和校验码的设计都很重要。

2.2.3 自动投放三通管设计

自动投放出料位置是与洗衣机的进水管通过一个三通管进行二合一设计，我们在实验中也发现，当进水压力比较大或快速进水时，会产生特别大的吸力，在微动电机没有开启的状况下将管内残留吸入洗衣机内，所以我在的三通管选择时一定注意防倒流和防止大吸力而损坏导流管和微动电机。

2.2.4 自动投放配套洗衣机电脑板程序设计

为了配合自动投放设备，洗衣机电脑板也要进行一定的程序改进，当洗衣机在自动投放前一定要进行一次衣物量的检测，然后将结果反馈给无线通讯模块。无线通讯模块在收到洗衣机反馈后与用户选择的程序进行比对，如果两个一致才执行操作，如果两个结果两差较大，就中止执行，同时通知用户。

2.2.5 自动投放手机客户端设计

在客户端设计中，需要用户能够选择衣物量，选择脏污程度和是否需要消杀菌剂。

同时针对比较主观的脏污程度和衣物材质类型进行选择，这样在用户端就有了更多的搭配选择和自主性。当用户的确认键按下后，对应的命令就无线下发到自动投放箱上进行执行，用户即获得极大的便捷和投放科学性。

2.3 自动投放方案设计

通过上文对自动投放影响因素的分析，解决不同衣物重量时洗涤剂添加最佳用量和投放元件精准投放两个问题，将会很好地实现自动投放整体方案的优化。

2.3.1 不同衣物重量时洗涤剂添加最佳用量

针对不同衣物重量时所需的最佳洗涤剂用量，采用DOE实验法进行设计，对于每个衣物重量添加不同用量的洗涤剂进行洗涤性能测试。我们发现，在某一衣物重量时，随着洗涤剂用量的不断增加，衣物的洗净度不断增加，当增加到某一值时，衣物洗净度就不会增加很多了，但是衣物上的洗涤剂残留量却越来越多。这样我们在衣物洗净度和洗涤剂残留度上取平衡点，找到最佳洗涤剂用量。洗涤剂用量低于最佳值时，衣物的洗净率会比较低；洗涤剂用量高于最佳值时，衣物上残留的洗涤剂会太多，如图2所示。

2.3.2 实现克服不同洗涤剂在不同温度下精准投放

目前，市面上的自动投放洗衣机还无法识别不同的洗涤剂品牌，所以针对不同温度下的洗涤剂粘稠度差异，将会导致投放流量不精确的问题。普遍采用的方法是以一种品牌的洗涤剂为基准，MCU采集温度，在不同温度下对投放进行时间补偿。但目前的方式只对设定一种洗涤剂投放比较精确。

但其他品牌洗涤剂在不同温度下投放的流量变化很大，规律也不统一。很难找到统一的方法，能够对所有品牌洗涤剂进行温度补偿投放，这样就会导致投放量忽多忽少，投放不准。洗涤剂添加过少，洗涤水中洗涤剂浓度达不到理想值，衣物洗不干净；洗涤剂添加过多，洗涤水中的洗涤剂浓度过高，衣物漂洗时很难漂洗掉所有洗涤剂，最终会残留在衣服上。

基于以上分析，就需要设计出一种在不同品牌洗涤剂下、不同温度下都能够进行精准流量的投放元件。我们仔细研究了各种投放泵的投放原理，改变原有通过投放泵电机带动泵头不间断流量计量的方式，采用体积测量方案。通过设定单位体积标准量，在添加洗涤剂时，通过控制装置吐出的单位体积的个数来控制添加量。选用活塞泵作为投放元件，并通过控制活塞往返次数来实现流量精准控制。

活塞泵投放原理为：当电机驱动活塞下行时，泵头的入口单向阀打开，出口单向阀关闭，洗涤剂会被吸入活塞计量腔内；当电机驱动活塞上行时，泵头的出口单向阀打开，入口单向阀关闭，洗涤剂会被推出活塞计量腔。这样电机每运转一周，活塞泵完成一个计量腔体积的洗涤剂投放，采用精确的体积计量方案，实现不论什么品牌洗涤剂，不管温度如何，粘稠度如何，都能精准地投放。

3 方案论证

通过以上的设计之后，我们进行了实际用户使用验证。

（1）温度湿度：环境温度在0℃～60℃、湿度85%进行72h运行测试，合格。

（2）盐雾测试：放在正常盐雾箱内进行72h之后（模拟三年使用寿命），引流管有一定发黄，在不影响功能情况下判，合格。

（3）电性可靠性。电压从165V～260V进行电压跌落测试，ESD静电接触6KV、空气放电8KV、同时也进行2KV的瞬时电击实验，电源有一定概率起用保护导致整机重启，在不影响功能的情况下我们判，合格。

（4）网络通信可靠性方面也进行了一系列功能测试，在GSM网络通讯下，设备数量超过60台会有一定通信阻塞现象，分析原因是运营商容量不够导致，在通过导入多运营商之后就解决了容量问题，指令下发时间保证在1s内。

4 结语

目前我国在洗涤剂自动投放方面还没有广泛的应用。因此，无论是从事自动投放技术研究的技术人员，还是负责洗衣机生产的厂家，都应该积极地对这一技术在洗衣机中的应用进行更进一步的探索，不断提高自动投放技术在洗衣机中应用的可靠性，为用户提供更便捷的体验和更专业的洗衣体验。

参考文献：

[1]林福，罗炳莲，吴玲虹.继电器控制与电机[M].厦门：厦门大学出版社，2015：1-280.

[2]张亮.电磁兼容（EMC）技术及应用实例详解[M].北京：电子工业出版社，2014：1-555.