基于STM32 控制的智能双筒节水洗衣机

德州学院机电工程学院 王晓崧 常红业 郅昕泽 王芳

引言

像节水洗衣机这类新型绿色家电在当今市场上呈现井喷式的发展，主要原因就是近年来国家大力加强节能环保建设，尤其是在“绿水青山就是金山银山”的强力号召下市场活力极为突出。而绿色家电也最能表现科技特色与创新水平，并且与人们的生活还密切相关。随着节能环保的思想深入人心，加之生活水平的提高，越来越多的人选择了绿色家电。然而绿色智能的家电产品并没有撼动普通家电的市场地位，这就表明在类型多样、各显神通的创新大潮下隐藏的是节水能力差、机体成本高、智能反馈弱等问题。而该产品正是围绕这几点展开了具体调查与攻坚。

1 绿色智能家电的需求分析

1.1 产品需求调研

对中高产阶级的城市居民进行调查研究。该产品由于已经制作出了实体机，可以使体验者对产品的特色节水系统有更直接的视觉感受，而简洁大气的外形结构和简单易懂的内部维修与保养说明书，使得对机电产品没有基本知识的居民也可以进行基础的维修，这就避免了在没有知识储备的条件下进行盲区拆解的情况[1]。而该产品的智能节水循环和洗涤剂二次利用率也在多次的产品调研中得到了最佳数值，同时克服了日常生活中节水难点和频发点。并受到了大部分体验者对该产品的认可，这也充分表明真正特色鲜明的节水智能洗衣机还是有较大市场空间的。

1.2 设计背景

据《2013—2017 年中国洗衣机行业产销需求与投资预测分析报告》分析，目前我国洗衣机市场普及程度已经超过了76%。在日常家庭生活用水中，洗衣用水将近占到1／3。与此同时日益成熟的物联网带来了家电行业的快速发展，安装方便、操作简单的网络化智能家电产品改变了的不只是人们的日常习惯，还有更全面的节能意识[2]。随着我国综合国力在本世纪初的快速的提升，智能家电行业也飞速发展，同时产品设计的创新推动了制造业的转型升级[3]。而在当下不只有产业链的快速发展，国家政策也开始重点扶植绿色产业，伴随这种良好的市场创新条件，绿色智能家电产品也必将在家电市场扮演更重要的角色。

2 基于STM32 控制的智能双筒节水洗衣机结构分析

2.1 主控电路设计

智能双筒洗衣机主控面板由STM32 单本机、电源组成。电源采用双路输出5V 和12V，分别用于提供电子电路工作电源和电磁阀驱动电源，使用交流变压器将220V 市电降压至15V，经过二极管整流桥整流、电容滤波和稳压管稳压，能输出稳定的直流5V 和12V 电压[4]。以STM32 单片机为主控芯片，接收筒内检测模块、留水区水位的信号，负责控制单向电磁控水阀、多口电磁控水阀的开关，水泵的运行和停止。完成分区留水储存、分区留水再利用的任务。

2.2 机体结构设计

智能双筒洗衣机的外形与内部结构如图1 所示。

图1 产品二维图

在两横向滚筒内设有检测洗衣水浊度【浊度传感器模块】、颜色【颜色传感器】、浓度【根据电导率传感器数据得出浓度规律】、水位【水位传感器】的模块，通过对筒内水质进行实时监测，并将收到的数据传递给STM32 单片机，在系统程序判定此时机体内的洗衣水可用后，将无颜色清晰高浓度的洗衣水、无颜色清晰低浓度的洗衣水根据系统控制留入下筒、或留入分区的留水区再次利用。

上下筒连通，其间有1 个单向电磁控水阀。实现“独立水路节水模式”和“连通水路节水模式”，消费者可以根据自己的使用需求和使用习惯在主控面板自行选择，同时可以避免交叉污染，实现更灵活、智能的功能。

在最底部设有分区的留水区。分为无颜色清晰高浓度洗衣水、无颜色清晰低浓度洗衣水两个部分，用于储存洗护后可再次利用的洗衣水；另外在下次不同的洗护阶段，由系统控制中心控制多口电磁控水阀开关、水泵的打开停止将分区留水区中的水再次用于不同的洗护阶段。同时“分区的”留水功能区上方设有过滤、净化装置，主要起到去除洗衣水中的衣物纤维、杀菌等作用，保证留入分区留水功能区的洗衣水无菌、清洁。可有效地避免交叉污染、二次污染。

3 基于STM32 控制的智能双筒节水洗衣机实际工作方式

智能双筒洗衣机的多种洗护模式是为了应对所洗衣物质量、颜色和类别，分别为上筒单独洗护、下筒单独洗护和双筒双模式洗护（即独立水路节水模式和连通水路节水模式）

图2 工作流程图

3.1 上筒单独洗护模式

系统自动控制上筒进水（①水源进水，或是无颜色低浓、高浓留水区进水，或水源、留水区同时进水【注意：高浓无颜色留水仅使用于首次洗护阶段】），上筒不能再次利用的水通过阀3 排出，可用水通过阀4 留入相应留水区。以此循环。

3.2 下筒单独洗护模式

系统自动控制下筒进水（同①），下筒不能再次利用的水通过阀6 排出，可用水通过阀7 留入相应留水区，以此循环。

3.3 双筒双洗护模式

双筒同时进行时，考虑到使用者不同使用情形或习惯，分为独立水路节水模式和连通水路节水模式。

3.3.1 独立水路节水模式

系统将会关闭阀5，上筒进水完全来自于水源，系统自动控制下筒进水（②水源进水，或是低浓、高浓留水区进水，或水源、留水区同时进水【注意：高浓无颜色留水仅使用于首次洗护阶段】），不能再次利用的水通过3、6 排出，可用的水留入相应的留水区。此环节留水区水仅使用于下筒。以此循环。

3.3.2 连通水路节水模式

此时阀5 根据控制可开可关，系统自动控制上、下筒进水（同②），考虑到更好运用连通时阀5 管道的工作效率，当上筒水可作为下筒再次使用的条件（高浓无颜色水仅用于下筒首次洗护阶段），系统协调阀4 和阀5 开、关，并根据运行情况，上筒可停止等待下筒10 分钟，上下筒不可再次利用水由3、6 排出，可用水4、5、7 协调打开、关闭。以此循环。

4 基于STM32 控制的智能双筒节水洗衣机竞争优势

（1）考虑到使用人群和使用情形不同，基于分区洗护的智能节水系统拥有“独立水路节水”和“连通水路节水”两种节水模式，可按消费者需求自行选择，同时有效地避免交叉污染，使用更贴心。

（2）筒内覆盖多个多种类型的传感器，实时检测洗衣水的各种数据。根据相应的数据反馈，由已经测算出的数据库进行判断后，系统根据程序智能控制各个环节的进行，达到高效节水的效果。

（3）智能节水系统设有低浓和高浓“分区的”留水功能区，将不同程度的水高效的再次使用，并根据设定的程序，智能的输出到不同的洗护阶段。

（4）“分区的”留水功能区上方设有过滤、净化装置，去除衣物纤维、杀菌，避免再次污染。

（5）除前期的程序开发与设计和多方面调查与试验外，其机体本身成本并不昂贵，几乎与市场主流普通洗衣机持平，但是在相同寿命的推断下，用户可以节省过半的水电费和洗涤剂费用，使得绿色节能家电可以通过性价比冲破当下市场制约。

5 结语

随着5G 信号的快速普及，伴随着的将是更加猛烈地智能家电大潮，而冲在浪头的绿色家电必定再次洗牌[5]，如何在当今时代抢占先机，就需要不断的探索与创新，不只是要打破外在的市场壁垒，更应通过实践抢先迈出解决问题的脚步。面对未来这个世界迫切需要的是一个更加绿色环保的开端，而正视当下打开这个开端的钥匙就在我们身边。