Стиральная машина сложное устройство. Множество элементов в ней объединены в системы, выполняющие определенные функции. Нетрудно догадаться, что для связи всех этих элементов нужно устройство, так сказать «мозг» (по аналогии с человеческим организмом). Этим устройством является электронный модуль.
Модуль управления представляет собой печатную плату с набором элементов, необходимых для управления исполнительными устройствами. Условно можно разделить на несколько узлов.
Блок питания преобразует сетевое напряжение, обеспечивает питание микроконтроллера и коммутационных элементов (реле, симисторы, тиристоры, транзисторные сборки и др.). Блоки питания бывают двух видов: линейные и импульсные.
Линейный источник питания состоит из сетевого трансформатора, выпрямительного диодного моста, конденсаторного фильтра и схемы стабилизации напряжений. Довольно громоздкий вариант, по причине больших габаритов трансформатора, более дорогой, но и гораздо надежнее.
Линейный источник питания
8/10 Модуля управления LG | Курс по ремонту модулей стиральных машин
Импульсный источник питания включает в себя: выпрямительный диодный мост, фильтр, схему преобразования низкочастотного напряжения в высокочастотное, импульсный трансформатор, схему обработки вторичного напряжения и схему обратной связи. Этот источник питания более предпочтителен, так как имеет низкую стоимость, вес и габариты. Но несмотря на эти плюсы, является частой причиной ремонта модуля. Правда ввиду доступности элементов не является сложным.
Импульсный источник питания
Микроконтроллер – универсальная микросхема, которая осуществляет контроль над исполнительными элементами, и отдает команды (сигналы) для работы этих элементов. Работает по заданному алгоритму, то есть программе, записанной в его память или в отдельное устройство памяти. Запись программы называется прошивкой.
Микроконтроллер нуждается в стабильном рабочем питании, обычно 5 вольт. Основной причиной выхода из строя являются именно проблемы с питанием. Выход микроконтроллера из строя довольно редкая причина ремонта электронного модуля, но дорогая и сложная.
Микроконтроллер
Коммутационные элементы включают в себя: электромагнитные реле (включение ТЭНА, сливного насоса, электродвигателя), симисторы – полупроводниковые устройства (управляют УБЛ, сливным насосом, заливными клапанами), транзисторные ключи и сборки (усиливают управляющие сигналы микроконтроллера).
Источник: dzen.ru
Разработка блока управления для стиральной машины
Прасолов, А. С. Разработка блока управления для стиральной машины / А. С. Прасолов, А. А. Кащеев, Д. О. Пасечник, Д. И. Хайрутдинов. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2016. — № 15 (119). — С. 80-84. — URL: https://moluch.ru/archive/119/33061/ (дата обращения: 10.07.2023).
В данной работе разрабатывается один из вариантов блока управления стиральной машиной. Основой для этого блока послужит микроконтроллер 8051 фирмы Intel.
Ремонт модулей стиральных машин полный курс 4 часа
Ключевые слова: блок управления, контроллер, блок схема
Параметры блока управления определяются исходя из технического задания:
- Установка программы стирки с помощью клавиатуры;
- Жидкокристаллический индикатор;
- Контроль закрытия двери, температуры воды в баке и протечки.
Для выполнения первого пункта необходимо включить в состав устройства клавиатуру. Для выполнения условий достаточно клавиатуры из пяти кнопок для выбора программы стирки и отдельно расположенной кнопки включения устройства. В разрабатываемом устройстве используются кнопки без фиксации PB-22E88, т. к. они обладают подходящими габаритами, невысокой стоимостью и предназначены для монтажа на плату. Для включения/выключения устройства используется переключатель ASW-09–12.
Для индикации будет использоваться жидкокристаллический индикатор ITM-1601 рассчитанный на 16 знакомест. Причинами, по которым был выбран именно этот индикатор, являются:
− контроллер индикатора — HD44780. Контроллер HD44780 фирмы Hitachi фактически является промышленным стандартом и широко применяется при производстве алфавитно-цифровых ЖКИ-модулей. Аналоги этого контроллера или совместимые с ним по интерфейсу и командному языку микросхемы, выпускают множество фирм, среди которых: Epson, Toshiba, Sanyo, Samsung, Philips. Еще большее число фирм производят ЖКИ-модули на базе данных контроллеров. Таким образом, устройства на базе этого контроллера обладают не сложным и легко настраиваемым интерфейсом, легки в управлении, надежны в работе, а также легко совместимы с другими устройствами;
− индикатор обладает встроенным знакогенератором;
− небольшие масса и габариты;
− невысокая стоимость и широкое распространение, что обеспечивает легкодоступность.
Для контроля закрытия двери используется геркон REEDSW-2.
В качестве температурного датчика используется термопара, закрепленную на стенке бака. Основные преимущества термопары относительно других вариантов температурных датчиков: термопары являются небольшими, точными и относительно недорогими устройствами, обладающими высокой линейностью функции передачи. К минусам можно отнести невысокий уровень выходного сигнала, требующий усиления и компенсацию температуры холодного спая. Для выбора типа термопары нужно оценить поведение коэффициента Зеебека термопары в диапазоне температур предполагаемых измерений, и выбрать тип термопары с наибольшей линейностью. На рисунке 1 приведены зависимости коэффициента Зеебека термопары от температуры для основных типов термопар.
Рис. 1. Зависимости коэффициента Зеебека от температуры
Как видно, наиболее подходящим является тип S.
В качестве датчика протечки используется геркон, встроенный в поплавок, находящийся в нижней части машины. Если вода превышает допустимый уровень, поплавок всплывает и замыкает контакты датчика.
1.1. Структурная схема прибора.
Структурная схема устройства представлена на рисунке 2.
Рис. 2. Схема структурная, где: 1 — датчик температуры; 2 — датчик протечки; 3 — датчик закрытия двери; 4 — жидкокристаллический индикатор; 5 — микроконтроллер; 6 — клавиатура; 7 — блок питания
Сигналы с датчиков поступают на микроконтроллер. Клавиатура используется для управления устройством. Индикатор выводит информацию о процессах, происходящих в устройстве. Блок питания обеспечивает все составные части устройства питанием с необходимыми параметрами.
1.2. Принципиальная электрическая схема.
По функциональной схеме, описанной в предыдущем пункте, построена схема электрическая принципиальная, представленная на рисунке 3.
Рис. 3. Схема электрическая принципиальная
Разъем X1 — штепсельная вилка, через которую на устройство поступает питание из бытовой электросети с параметрами 220 В 50 Гц. Напряжение с такими параметрами используется в данном устройстве для питания нагревателя и электродвигателя.
Для питания цифровой части устройства напряжение сначала преобразуется на трансформаторе Tr1, со вторичной обмотки которого снимается напряжение 9В. Далее в цепи расположен диодный мост VD1, выпрямляющий данное напряжение. Микросхема DA2 — стабилизатор напряжения 7805 — снижает значения напряжения до 5В, необходимых для питания микроконтроллера и индикатора.
Кнопка S1 это выключатель устройства. HG1 — жидкокристаллический индикатор, выводящий информацию о текущем режиме работы стиральной машины. Потенциометр R5 позволяет управлять контрастностью индикатора.
Конденсаторы C1, C2 и С4 предназначены для устранения помех в цепи питания. Резистор R4 с конденсатором C3 образуют цепь начального сброса микроконтроллера. Кнопка S2 предназначена для принудительного сброса. Кварцевый резонатор Z1 с конденсаторами С5 и С6 используются для синхронизации микроконтроллера. Кнопки S3-S7 это клавиатура для выбора режима работы устройства.
S9 и S10 — герконы, выполняющие роль датчиков закрытия двери и протечки соответственно. S7 — геркон, используемый в качестве датчика уровня воды. Операционный усилитель ОР1 усиливает сигнал с термопары, чтобы он мог быть считан АЦП DA1, который переводит сигнал в цифровую форму и передает его на вход микроконтроллера.
Резисторы R2 и R3 образуют цепь обратной связи, задающей коэффициент усиления операционного усилителя. На ножку Vref АЦП приходит опорное напряжение, равное напряжению питания. На вывод CLK приходят синхроимпульсы. Ножка CS — выбор чипа, активный уровень — логический 0.
Для управления нагрузкой (нагревателем, электродвигателем и насосом) используется схема управления с использованием симистора. Достоинствами данной схемы управления являются высокая надежность, отсутствие акустического шума, отсутствие износа элементов, обеспечение гальванической развязки.
Для расчета номинала резисторов R8 и R20 воспользуемся формулой:
где: Vcc — напряжение питания; Uкэ — падение напряжения на транзисторе; Uu — падение напряжения на оптроне; UHL1 — падение напряжения на динисторе; Iu1 — ток через оптрон.
Подставив численные значения получим значение номинала резисторов около 2кОм.
Для расчета номинала резисторов R6 и R17 воспользуемся формулой
где:U0 — напряжение логического нуля; Uбэ — падение напряжения на переходе база-эмиттер; Iб — ток базы.
Подставив численные значения было получено значение номинала резисторов не более 10 Ом.
Номинал резисторов R9…R12, R14…R16, R19 рассчитывается по формуле:
где: Vcc — напряжение питания, Umin — минимальное напряжение логической единицы микроконтроллера, Iвх — величина входного тока микроконтроллера.
Для микроконтроллера 8051 вышеперечисленные величины равны 5В, 2,4В и 0,1 мА соответственно. Следовательно, номинал резисторов не более 26кОм.
Блок-схема изображена на рисунке 4.
Программа начинается с инициализации портов ввода/вывода и таймера/счетчика микроконтроллера. Затем таймер/счетчик обнуляется и программа переходит к опросу клавиатуры. Если нажата одна из пяти кнопок, то установленная температура и время стирки устанавливаются равными значениям для соответствующего режима стирки. Программа циклически опрашивает кнопки до тех пор, пока одна из них не будет нажата.
Если режим стирки задан, программа переходит к проверке закрытия дверцы. Если дверца открыта, то на индикатор выводится сообщение с предупреждением и программа переходит к началу алгоритма. Если дверца закрыта, то запускается таймер/счетчик, на экран выводится информация о параметрах режима стирки: температура и время, прошедшее после запуска стирки.
После этого программа проверяет наличие протечки. Если есть сигнал от датчика протечки, включается сливной насос, машина сливает воду и выводит на экран сообщение с предупреждением, после чего переходит к началу алгоритма. Если протечки нет, то программа переходит к проверки уровня. Если максимальный уровень не достигнут — открывается клапан.
После этого считывается сигнал с термопары, преобразуется и сравнивается с установленным значением. Если температура меньше установленного значения, то подается питание на нагреватель. После этого включается электродвигатель. Затем проверяется значение таймера/счетчика.
Если время, предусмотренное выбранным режимом стирки, прошло, выключается нагреватель, электродвигатель и сливается вода и программа переходит к началу алгоритма. Если же время не вышло, программа переходит к пункту алгоритма с выводом данных о режиме стирке.
Рис. 4. Блок-схема
Заключение.
Таким образом был разработан блок управления стиральной машиной с пятью режимами стирки, защитой от протечек, контролем закрытия дверцы, оснащенный жидкокристаллическим индикатором, термодатчиком, датчиком уровня воды и датчиком протечки. Представлены функциональная и электрическая принципиальная схемы устройства, алгоритм программы микроконтроллера.
- Угрюмов Е. П. Цифровая схемотехника / Е. П. Угрюмов. — СПб: БХВ-Петербург, 2010 г. — 798 с.
- Белов А. В. Конструирование устройств на микроконтроллерах. / А. В. Белов — СПб: Наука и Техника, 2005 г. — 256 с.
- Кестер У. Методы практического конструирования при нормировании сигнала/ Уолт Кестер; пер. с англ. Горшков Б. Л. — СПб: Автэкс, 2008 г. — 311 с.
Основные термины (генерируются автоматически): жидкокристаллический индикатор, падение напряжения, датчик протечки, напряжение питания, начало алгоритма, программа, стиральная машина, CLK, невысокая стоимость, операционный усилитель.
Источник: moluch.ru
Разработка электронного блока управления стиральной машины «Иволга»
За все время эксплуатации (порядка 30 лет) стиральная машина показала себя с хорошей стороны. Слабым местом являются насос, датчик уровня воды и электронный блок управления. В родном блоке управления вышла из строя микросхема логики. Заменил микросхему, но вскоре вылетела К556РТ1. Пришлось менять всю плату электроники на новую.
В этой плате тоже после нескольких лет вылетела РТшка. Мысль разработки своей платы витала долго в голове, но как-то находились более приоритетные задачи. Хотелось что-то простое, с минимальной номенклатурой и свое. И тем не менее, этот день настал.
Подробности ниже.
Конечно, можно было купить другую современную стиральную машину и не усложнять себе жизнь, но мне было интересно сделать свой модуль. Ну а раз делать свой блок управления, то непременно надо привнести что-то более интересное, чем копия оригинального блока по функциям.
Рис.2. Оригинальная плата электронного блока управления
Из оригинальных функций стиральной машины были оставлены только режимы: «стирка», «полоскание», «отжим». Настройка типа ткани, уровня воды и режимов стирки были исключены, так как ими практически никогда не пользуешься. Настройки заданы по умолчанию для среднего уровня воды, обычной ткани и обычной стирки.
Как я уже писал ранее, проблемы возникали с датчиком уровня воды. Конструктивно он выполнен в виде пенопластовых тороидальных поплавков с магнитами, скользящих по вертикальному стержню, в котором располагаются герконы. Загрязнение элементов датчика нарушало его правильную работу, и оригинальная электроника не включала циклы стирки или полоскания. Также не было возможности оценить правильную работу датчика уровня воды.
В описываемом блоке управления датчик уровня используется в основном для наглядности. Если произошло «залипание» поплавков внутри датчика, то уровень будет моргать на дисплее. Включить стирку теперь можно с любым количеством воды, повторно нажав на кнопку «Пуск». Причем не важно исправен датчик уровня или нет.
Геркон аварийного уровня воды обычно исправен, т.к. находится всегда в сухом виде и на нем нет различных отложений. При достижении аварийного уровня воды автоматически включается насос, откачивающий воду до уровня ниже аварийного.
Все циклограммы работы стиральной машины были в точности повторены.
В конструкцию был добавлен OLED-дисплей, на котором отображаются основные параметры. Также были добавлены термодатчики на двигатель активатора/центрифуги, на насос и на радиатор симисторов. Тем самым можно контролировать текущую температуру этих элементов и, в случае перегрева, отключить силовую часть.
На панели управления имелось окошко с логотипом «Иволга». Было решено вмонтировать в это окошко дисплей. Стекло с линзой было использовано от корпуса медицинского термометра очень удачно подходящего по размерам.
Рис.3. Окошко для OLED-дисплея
Рис.4. Установка датчиков температуры
Рис.5. Внешний вид модифицированной панели управления
Также добавлен Wi-Fi модуль ESP-12e При включении электроники происходит подключение к домашней точке доступа и запрос текущего времени с NTP-сервера. Запускается web-сервер. Управлять режимами работы стиральной машины и видеть текущее состояние и режимы также можно через Интернет с web-странички машинки.
Рис.6. Принципиальная схема блока управления
Мозгом является PIC-контроллер. Силовая часть гальванически развязана посредством оптронов. Применен импульсный источник питания. На Wi-Fi модуле ESP-12E запущен web-сервер, который динамически формирует страничку в соответствии с режимом работы стиральной машины. Для сокращения количества портов использую аналоговые входы.
Рис.7. Плата блока управления (Вид со стороны установки элементов)
Рис.8. Плата блока управления (Вид со стороны монтажа)
Рис.9. Крепление платы блока управления
Программное обеспечение
При включении питания на дисплее отображается логотип «Иволга», подключение к точке доступа и запрос текущего времени с NTP-сервера. При нажатии на кнопку выбора режима работы включается соответствующий светодиод на панели (как и на оригинальной электронике) и на дисплее отображается название режима. Также на дисплей выводятся оставшееся время стирки/полоскания/отжима, температура двигателя, насоса, электроники. В случае нештатной ситуации на экран выводится сообщение о перегреве или о превышении допустимой вибрации центрифуги.
Со смартфона или компьютера через web-интерфейс также можно включить нужный режим стиральной машины или осуществлять прямое управление двигателем и насосом для поиска неисправностей.
Видео демонстрации работы контроллера:
Источник: habr.com