Схема блока контроллера стиральной машины-автомата показана на рис. 7. В этом блоке также использован модуль Arduino nano, который на схеме не показан, а указаны наименования выводов модуля Arduino nano, к которым подключены соответствующие элементы блока контроллера. Для обеспечения надёжной работы все устройства ввода/вывода, работающие с переменным напряжением сети, подключены через гальванические развязки на оптронах МОС30хх и РС817. Питается устройство через модуль А1, понижающий и преобразующий высо кое переменное напряжение сети в постоянное напряжение 12 В и ток 1 А. Сам модуль Arduino nano питается через понижающий модуль А2 (Mini 360) с выходным напряжением 8 В. Диод VD5 обеспечивает развязку модуля А2 при программировании микроконтроллера, без него и при отключённом сетевом питании модуль А2 начинает нагружать линию питания модуля Arduino nano. Напряжение +5 В, указанное на схеме, взято с выхода стабилизатора платы Arduino nano.
Рис. 7. Схема блока контроллера стиральной машины-автомата
Начнём описание с устройств ввода, датчик температуры ВК1 на микросхеме DS18B20 контролирует температуру нагрева воды, при достижении заданной температуры микроконтроллер отключает нагревательный элемент ТЭН и продолжает цикл стирки согласно программы. От штатного датчика температуры остался только корпус, из которого удалена старая начинка и вместе термопастой установлена микросхема DS18B20 с герметизацией выходных проводов с помощью термоклея. Подключается термодатчик к плате контроллера через компьютерный разъём Х1 (USB-A).
Три подстроечных резистора R43- R45 - регуляторы коэффициентов PID (P - пропорциональный, I - интегральный, D - дифференциальный) - программного регулятора оборотов коллекторного двигателя со стабилизацией оборотов двигателя независимо от нагрузки. К устройствам ввода относятся четыре датчика контроля состояния стиральной машины, по которым микроконтроллер определяет режимы работы машины. Не будем перечислять все элементы, а только элементы гальванической развязки на оптронах серии РС817: U7 - в датчике контроля включения нагревательного элемента, U8 - в датчике контроля закрытия загрузочного люка. Пока не сработает замок, переменное напряжение не поступит на силовые элементы через контактную группу замка: U9 - в датчике контроля наполнения бака водой (прессостат), который в своей конструкции имеет контактную группу, препятствующую включению нагревательного элемента при отсутствии воды в баке. Прессостаты бывают с одной и двумя контактными группами, в моей машине был с одной. U10 - в датчике контроля нуля напряжения для включения двигателя машины в момент перехода переменного напряжения через ноль, исключающие рывки в работе электродвигателя, а также уменьшающие помехи в момент подачи напряжения на электродвигатель. К устройству ввода также можно отнести ключ на транзисторе VT1, преобразующий синусоидальный сигнал с индуктивного датчика оборотов в прямоугольный и соответствующими уровнями, безопасными для микроконтроллера.
Устройства вывода реализованы частично на оптронах МОС30хх, частично на электромагнитных реле, как и в устройствах ввода, не будем перечислять все элементы, а только элементы гальванической развязки на оптронах. При нажатии на кнопку в блоке управления микроконтроллер через элементы U1 и VS1 подаёт переменное входное напряжение на термотаблетку замка, которая, разогреваясь, увеличивается в размерах и блокирует через рычаг возможность открыть загрузочный люк во время работы стиральной машины, также через контактную группу, расположенную в замке, переменное напряжение поступает на силовые элементы, а датчик контроля закрытия замка сообщает микроконтроллеру, что можно начинать режим стирки. Через элементы U2 и VS2 микроконтроллер включает насос для откачки воды из бака (pompa). Самые интересные элементы выходного устройства - это U3 и VS3, через которые микроконтроллер по сигналам с датчиков контроля нуля фазы и датчика оборотов, атакжес программного регулятора PID регулирует скорость вращения электродвигателя и стабилизирует его обороты независимо от нагрузки. Симистор ВТА41А-600B, конечно, слишком мощный для этого случая, и на его месте сначала стояли симисторы ВТ139-600Т Но при экспериментах, если что-то шло не так, симистор ВТ139 моментально выходил из строя, а симистор ВТА41А выдержал все издевательства, которые выпали на него, вплоть до смены направления вращения на полном ходу, контакты реле спекались, из электродвигателя летели искры, а ему хоть бы что, при звуках, похожих на выстрел, семья в испуге прибегала и спрашивала: "Ты там живой?". Включается симистор VS3 с помощью симисторного оптрона U3 (MOC3052) без узла детектора ноля. Обратите внимание, что оптрон MOC3063 и аналогичный, в котором присутствует детектор ноля, использовать нельзя. Оптроны U4-U6 - это элементы, включающие электромагнитные клапаны для заливки воды в машину, U4, U5 - для холодной воды, U6 - для горячей воды. В прилагаемой версии программы работает только один клапан, управляемый оптроном U4, для заливки холодной воды. Остальные элементы управления электромагнитными клапанами введены про запас, для возможности расширения технических характеристик машины в будущем. На штатной плате машины были разведены проводники ещё для двух электромагнитных клапанов, но элементы на плате отсутствовали, видимо, есть варианты данной машины с тремя клапанами. Реле К1 включает ТЭН, реле К2 и К3 изменяют направление вращения электродвигателя стиральной машины.
Разъём Х2 - компьютерный USB-B, по нему контроллер подаёт питание на плату управления и индикации, а также обменивается информацией по шине I2C. На рис. 8 и рис. 9 показана собранная плата контроллера.
Рис. 8. Плата контроллера
Рис. 9. Плата контроллера
Переходим к описанию режимов работы стиральной машины. Они отличаются от тех, которые были заложены на производстве. Маркетологи утверждают, что они добились экономии электричества и воды, только после стирки не знаешь, от чего у тебя аллергия на коже и всё чешется, когда надеваешь после такой стирки одежду. А всё дело в стиральном порошке, который не успевает вымываться из одежды из-за экономии воды и сокращения режимов полоскания. Распросив семью, как она хочет видеть процесс стирки, и получив от неё техническое задание, заложил это в новую программу контроллера.
Основной цикл стирки состоит из четырёх режимов:
-стирка в холодной воде для отмачивания грязи и последующего лёгкого отжима и слива грязной воды;
-стирка в горячей воде и последующий лёгкий отжим и слив грязной воды;
-полоскание в горячей воде и последующий лёгкий отжим и слив воды;
-полоскание в холодной воде и последующий основной отжим воды.
Эти четыре режима заложены во все режимы стирки, выбираемые переключателем режимов стирки, но отличаются временем стирки, температурой, загрязнением белья, ну и вашей фантазией, если не понравится то, что было заложено мной в программу.
Время стирки зависит от загрязнённости белья, и можно устанавливать три параметра: 5 мин; 8 мин; 12 мин. Температура стирки - 10, 20, 40, 60 и 75 оС (не понятно, зачем там 10 и 75, для стирки достаточно 20, 40, 60 оС), но эти штатные параметры заложены были в машине с завода, и я их оставил, мало ли для чего они могут пригодиться.
Переходим к описанию переключателя режимов стирки:
-при переводе переключателя режимов в положение "0" и нажатии на кнопки Start/Stop происходит сброс установленного перед этим режима и приведение программы в исходное состояние;
-загрязнённость белья (1), температура стирки 20 оС;
-загрязнённость белья (2), температура стирки 40 оС;
-загрязнённость белья (3), температура стирки 60 оС;
-можно выбирать загрязнённость белья и температуру стирки;
-холодное полоскание, время полоскания можно изменять выбором загрязнённости белья, после полоскания происходит отжим белья;
-основной (быстрый) отжим, можно выбирать скорость 600, 800, 1000 оборотов в минуту со сливом воды;
-только слив воды без отжима.
Пока запрограммированы семь режимов, остаются свободными ещё четыре положения переключателя, но это на усмотрение конечного пользователя, мою семью устроили эти.
В моей машине на панели есть кнопки, не задействованные в программе, - это кнопки "Лёгкая глажка", "Отложенный старт", "Против аллергии" и "Предварительная стирка", которые оказались ненужными.
И ещё про маркетологов. В описании на машину указана функция Kg DETECTOR. Если судить по описанию - это магия автоматизма, как Тесла без водителя, машина сама взвешивает заложенное бельё, на основе этого регулирует объём заливаемой воды, определяет количество пены при полоскании и тоже регулирует объём воды, регулирует скорость оборотов при дисбалансе, но в результате я ловлю машину по всей кухне, когда она скачет из одного угла в другой. Для того чтобы эти функции работали, необходимо иметь датчики, которые это должны контролировать, а их там нет. Конечно, можно было ввести самому эти датчики, но у меня закончились порты у микроконтроллера, а применить другой с большим количеством портов - это переделывать плату и отказаться от платформы Arduino nano, а на это не было желания.
А теперь переходим к описанию процесса стирки. Переключателем режимов устанавливаем нужный режим стирки, кнопками устанавливают вариации, если позволяет выбранный режим, и нажимают на кнопку Start/ Stop. Включается режим холодной стирки, микроконтроллер подаёт напряжение сети на термотаблетку и при срабатывании датчика контроля замка люка включает электродвигатель, включает электромагнитный клапан заливки холодной воды в бак, ждёт, пока не сработает датчик прессостата, и после этого ещё заданное время доливает воду в бак, чтобы исключить срабатывания датчика прессостата при стирке, отключает электромагнитный клапан заливки холодной воды в бак и производит стирку на время, заданное в зависимости от загрязнения белья, раз в минуту изменяя направление вращения электродвигателя.
После окончания времени стирки включается насос для слива воды, и начинается укладка белья перед включением режима лёгкого отжима белья на средней скорости вращения барабана. После окончания времени отжима отключается электродвигатель насоса, и устройство ждёт, пока не остановится барабан. После его остановки программа переходит в режим горячей стирки, производит заливку воду, как в режиме холодной стирки, и после окончания заливки воды включает ТЭН. Микроконтроллер ждёт, пока вода разогреется до заданной температуры, в это время барабан вращается в разные стороны с периодом в одну минуту, а после разогрева до заданной температуры производится цикл стирки в горячей воде на время, заданное в зависимости от загрязнения белья. После окончания стирки включается насос, и происходит укладка, и потом лёгкий отжим белья.
После остановки барабана программа переходит в режим горячего полоскания, всё, как при горячей стирке, только со сменой воды на чистую. И последний режим - холодное полоскание, как в режиме холодной стирки, только в конце отжим производится на больших оборотах барабана на скорости, заданной в начале цикла стирки. После остановки микроконтроллер пятикратным длинным звуковым сигналом сообщает об окончании стирки и отключает блокировку загрузочного люка, а после остывания термотаблетки и разблокировки люка пятикратный короткий звуковой сигнал сообщает о возможности открыть загрузочный люк.
Рис. 10. Контроллер стиральной машины-автомата в пластмассовом корпусе
Рис. 11. Контроллер стиральной машины-автомата в пластмассовом корпусе
Собран контроллер стиральной машины-автомата в пластмассовом корпусе, показанном на рис. 10 и рис. 11, размерами 170x130x55 мм. Для изготовления плат использован односторонний фольгированный стеклотекстолит толщиной 1,5...2 мм.
Продолжение следует
Автор: В. Киба, г. Волжский Волгоградской обл.