全自動(dòng)洗衣機(jī)中的傳感器

1、論文題目：全自動(dòng)洗衣機(jī)傳感器學(xué) 院：機(jī)械學(xué)院專 業(yè)：機(jī)械制造班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師：馮治國(guó)2012年12月5日全自動(dòng)洗衣機(jī)傳感器 學(xué)生：( 一、調(diào)研背景洗衣機(jī)是一種在家庭中不可缺少的家用電器，發(fā)展非?？欤詣?dòng)式洗衣機(jī)因使用方便得到大家的青睞。這種洗衣機(jī)以人們洗衣操作的經(jīng)驗(yàn)作為模糊控制的規(guī)則,采用多種傳感器把水溫、布質(zhì)、布量、洗凈度等洗衣狀態(tài)信息檢測(cè)出來,并將這些信息送到單片機(jī)中,單片機(jī)應(yīng)用模糊控制程序?qū)λ鶛z測(cè)到的信息進(jìn)行分析,以確定其最佳的洗滌時(shí)間、水流強(qiáng)度、漂洗方式、脫水時(shí)間以及注水水位等參數(shù)，對(duì)洗衣全過程進(jìn)行自動(dòng)控制，最大限度模擬人工操作，達(dá)到最佳的洗滌效果。在這種情況

2、下，各種傳感器在洗衣機(jī)中的應(yīng)用應(yīng)運(yùn)而生。本文主要介紹了幾種典型的傳感器及其在洗衣機(jī)中的應(yīng)用以及工作原理，如水位傳感器、光傳感器、布質(zhì)和布量傳感器。二、傳感器的概述（一）什么是傳感器傳感器是一種物理裝置或生物器官，能夠探測(cè)、感受外界的信號(hào)、物理?xiàng)l件（如光、熱、濕度）或化學(xué)組成（如煙霧），并將探知的信息傳遞給其他裝置或器官。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87對(duì)傳感器下的定義是：“能夠感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。這里所說的“可用輸出信號(hào)”是指便于加工處理、便于傳輸利用的信號(hào)?，F(xiàn)在電信號(hào)是最易于處理和便于傳輸?shù)男盘?hào)。傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感

3、受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。（2）傳感器的組成一般說來，可以把傳感器看作由敏感元件（有時(shí)又稱為預(yù)變換器）和變換元件（有時(shí)又稱為變換器）兩部分組成。敏感元件：能完成預(yù)變換的器件。變換器：能將感受到的非電量變換為電量。（3）傳感器的性能指標(biāo)靜態(tài)特性：是指對(duì)靜態(tài)的輸入信號(hào)，傳感器的輸出量與輸入量之間所具有相互關(guān)系。因?yàn)檫@時(shí)輸入量和輸出量都和時(shí)間無關(guān)，所以它們之間的關(guān)系，即傳感器的靜態(tài)特性可用一個(gè)不含時(shí)間變量的代數(shù)方程，或以輸入量作橫坐標(biāo)，把與其對(duì)

4、應(yīng)的輸出量作縱坐標(biāo)而畫出的特性曲線來描述。表征傳感器靜態(tài)特性的主要參數(shù)有：線性度、靈敏度、分辨力和遲滯等。動(dòng)態(tài)特性：是指?jìng)鞲衅髟谳斎胱兓瘯r(shí)，它的輸出的特性。在實(shí)際工作中，傳感器的動(dòng)態(tài)特性常用它對(duì)某些標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)來表示。這是因?yàn)閭鞲衅鲗?duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)容易用實(shí)驗(yàn)方法求得，并且它對(duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)與它對(duì)任意輸入信號(hào)的響應(yīng)之間存在一定的關(guān)系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)有階躍信號(hào)和正弦信號(hào)兩種，所以傳感器的動(dòng)態(tài)特性也常用階躍響應(yīng)和頻率 響應(yīng)來表示。 線性度：通常情況下，傳感器的實(shí)際靜態(tài)特性輸出是條曲線而非直線。在實(shí)際工作中，為使儀表具有均勻刻度的讀數(shù)，常用一條擬合直線近

5、似地代表實(shí)際的特性曲線、線性度（非線性誤差）就是這個(gè)近似程度的一個(gè)性能指標(biāo)。擬合直線的選取有多種方法。如將零輸入和滿量程輸出點(diǎn)相連的理論直線作為擬合直線；或?qū)⑴c特性曲線上各點(diǎn)偏差的平方和為最小的理論直線作為擬合直線，此擬合直線稱為最小二乘法擬合直線。遲滯特性：表征傳感器在正向（輸入量增大）和反向（輸入量減?。┬谐涕g輸出-輸入特性曲線不一致的程度，通常用這兩條曲線之間的最大差值MAX與滿量程輸出F·S的百分比表示。遲滯可由傳感器內(nèi)部元件存在能量的吸收造成。靈敏度：是指?jìng)鞲衅髟诜€(wěn)態(tài)工作情況下輸出量變化y對(duì)輸入量變化x的比值。它是輸出一輸入特性曲線的斜率。如果傳感器的輸出和輸入之間顯線性關(guān)

6、系，則靈敏度 S是一個(gè)常數(shù)。否則，它將隨輸入量的變化而變化。靈敏度的量綱是輸出、輸入量的量綱之比。例如，某位移傳感器，在位移變化1mm時(shí)，輸出電壓變化為200mV，則其靈敏度應(yīng)表示為200mV/mm。當(dāng)傳感器的輸出、輸入量的量綱相同時(shí)，靈敏度可理解為放大倍數(shù)。提高靈敏度，可得到較高的測(cè)量精度 。但靈敏度愈高，測(cè)量范圍愈窄，穩(wěn)定性也往往愈差。分辨力：是指?jìng)鞲衅骺赡芨惺艿降谋粶y(cè)量的最小變化的能力。也就是說，如果輸入量從某一非零值緩慢地變化。當(dāng)輸入變化值未超過某一數(shù)值時(shí)，傳感器的輸出不會(huì)發(fā)生變化，即傳感器對(duì)此輸入量的變化是分辨不出來的。只有當(dāng)輸入量的變化超過分辨力時(shí)，其輸出才會(huì)發(fā)生變化。三、全自動(dòng)洗

7、衣機(jī)中的傳感器(1 水位傳感器水位檢測(cè)的精度直接影響洗凈度、水流強(qiáng)度、洗滌時(shí)間等參數(shù)。對(duì)于模糊控制的洗衣機(jī),要求水位的檢測(cè)必須是連續(xù)的,故常采用諧振式水位傳感器。諧振式水位傳感器是利用電磁諧振電路LC作為傳感器的敏感元件,將被測(cè)物體的變化轉(zhuǎn)變?yōu)長(zhǎng)C參數(shù)的變化,最終以頻率參數(shù)輸出。其工作原理是:將水位的高低通過導(dǎo)管轉(zhuǎn)換成一個(gè)測(cè)試內(nèi)腔氣體變化的壓力,驅(qū)動(dòng)內(nèi)腔上方的一塊隔膜移動(dòng),帶動(dòng)隔膜中心的磁芯在某線圈內(nèi)移動(dòng),從而線圈電感發(fā)生變化。由此引起諧振電路的固有頻率隨水位變化。水位測(cè)量電路如下圖所示,為便于與單片機(jī)接口,水位傳感器采用數(shù)字振蕩電路,電感與電容組成的三點(diǎn)式振蕩電路經(jīng)C2耦合接入數(shù)字式諧振放大

8、器A1,隨著水位變化,諧振頻率作相應(yīng)變化,放大器在a點(diǎn)輸出,經(jīng)A2整形,由c點(diǎn)輸出,此時(shí)即可將數(shù)字量接到單片機(jī).水位傳感器的測(cè)量電路如下圖：(2 光傳感器光傳感器即洗凈程度傳感器。人工洗衣時(shí)可以隨時(shí)用眼睛檢查衣物是否洗凈,但在洗滌桶內(nèi)的衣物不斷地進(jìn)行翻滾運(yùn)行, 無法直接檢測(cè)衣物的洗凈程度。全自動(dòng)洗衣機(jī)通過采用光傳感器檢測(cè)洗滌液的透光率, 從而間接檢測(cè)了洗凈程度二在洗衣機(jī)排水管兩側(cè)分別安裝紅外發(fā)光管和光電接收管。洗滌前、排水管中充滿清水, 光電接收管受光導(dǎo)通,以此時(shí)光敏三極管輸出電壓為設(shè)定值。洗滌開始后, 衣物的污垢不斷地?cái)U(kuò)散到洗滌液中,洗滌液逐漸變渾濁,致使透光率降低,相應(yīng)地光敏三極管的輸出電

9、壓也隨之下降。經(jīng)過一段時(shí)間后, 該輸出電壓趨于穩(wěn)定值, 洗滌過程結(jié)束，然后進(jìn)人漂流階段。光傳感器的檢測(cè)頭由發(fā)光二極管和光敏三極管組成，分別安裝在排水閥之前的排水口左右對(duì)稱兩側(cè)。為了防止天然水中的淡黃色和淡綠色以及自然背景光對(duì)檢測(cè)結(jié)果的干擾，用國(guó)產(chǎn)砷化鎵紅外發(fā)光二極管，其光譜如下圖，接收端用硅光電三極管，其光譜如下圖，因?yàn)樵谕瑯拥陌l(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電流作用下，光敏三極管所能接收到的光信號(hào)與檢測(cè)頭之間的介質(zhì)有關(guān)。為了克服發(fā)光二極管、光電三極管的老化和不一致以及長(zhǎng)期運(yùn)行之后在檢測(cè)窗口所存污垢的不利影響，因此用下圖所示的接口電路。光傳感器的工作原理為發(fā)光二極管發(fā)出的光透過洗滌液照射到光敏三極管的基極，使光

10、敏三極管基極電流、集電極電流發(fā)生變化、再將電流變化轉(zhuǎn)換成電壓變化。在將電壓的變化傳到PLC中從而實(shí)現(xiàn)洗滌時(shí)間、漂洗時(shí)間和脫水時(shí)間的長(zhǎng)短并自動(dòng)選擇漂洗次數(shù)以及自動(dòng)判斷排水是否結(jié)束等。(3 布量傳感器 布量傳感器其原理如下：在波輪空轉(zhuǎn)時(shí)，電機(jī)內(nèi)要有一定的電流強(qiáng)度。在洗滌桶放人適量的水后，再開動(dòng)電動(dòng)機(jī)，這時(shí)桶內(nèi)的波輪要推動(dòng)水流翻滾，由于水對(duì)波輪的阻力，電動(dòng)機(jī)中的電流會(huì)有所增加，但水的阻力是相對(duì)均勻的，使電機(jī)內(nèi)的電流也是穩(wěn)定增加的。如果這時(shí)我們?cè)偌尤胍挛锖?，電流的增加就不再是穩(wěn)定的了。其原因很簡(jiǎn)單，因?yàn)橐挛镌谒械奈恢檬歉?dòng)的，所以波輪對(duì)它的推動(dòng)力是變化的，這樣也就導(dǎo)致了電動(dòng)機(jī)所需的動(dòng)力是變化的，最終

11、使電動(dòng)機(jī)內(nèi)電流值的增加也有一定的波動(dòng)范圍。如果所洗的衣物吸水性越強(qiáng)，則水中運(yùn)動(dòng)需要的力量就越大，電動(dòng)機(jī)內(nèi)電流的變化范圍也就越寬，反之，洗衣物的吸水性弱，則電流的變化范圍就變窄。所以通過測(cè)定電動(dòng)機(jī)電流和波動(dòng)的大小，即可判斷出洗衣物的種類及重量。按照這些對(duì)應(yīng)關(guān)系，編好程序，程控器即可自動(dòng)確定洗滌時(shí)的水流強(qiáng)弱和確定洗滌時(shí)間的長(zhǎng)短。 四、結(jié)束語 剛拿到課題的時(shí)候基本是一問三不知的狀態(tài)，盡管學(xué)過傳感器的原理及應(yīng)用課程，但是學(xué)習(xí)的時(shí)候由于課程時(shí)間短，所以基本上沒有學(xué)到什么知識(shí)。在寫論文的過程中，遇到了不少的難點(diǎn)，查閱了很多資料，書籍，經(jīng)過逐步學(xué)習(xí)，鉆研，終于取得了成功?？吹匠尚У臅r(shí)候，內(nèi)心的喜悅是無法表達(dá)

12、的。本次的的課題是提交調(diào)研報(bào)告一份（介紹完整機(jī)電裝備中2至3類傳感器，包括裝備應(yīng)用背景、傳感器應(yīng)用狀況、傳感器工作原理，測(cè)量電路、傳感器檢測(cè)信息與控制系統(tǒng)相互關(guān)聯(lián)），主要的任務(wù)是選用什么樣的機(jī)電裝備，因?yàn)槔蠋熞竺總€(gè)人的報(bào)告相似程度80%，按不及格處理，開始準(zhǔn)備寫手機(jī)傳感器的，結(jié)果在QQ上知道有人也準(zhǔn)備寫，又想了好久才決定寫洗衣機(jī)的。然后就是查閱資料了。在網(wǎng)上、圖書館等渠道查閱了很多的資料，但是很多都于蹦課題無關(guān)，就需要整理、分類等等，最后才開始寫作。雖然寫這個(gè)報(bào)告費(fèi)力很大的心力。但在整個(gè)工作中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力，樹立了對(duì)自己工作能力的信心，相信會(huì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。最關(guān)鍵的是培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力和動(dòng)手能力，使我充分