专利名称：一种洗衣机专用直流变频控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种直流变频控制领域的系统，尤其是涉及一种洗衣机专用直流变频控制系统。
背景技术：
目前洗衣机电机主要有感应电机、串激电机、三相变频电机、直流无刷电机等种类。感应电机一般用于低档双桶半自动、全自动洗衣机；串激电机用于中档滚筒洗衣机 三相变频电机、直流无刷电机则用于高档滚筒洗衣机。传统的洗衣机大多使用感应电机来实 现洗衣机的洗涤功能，交流异步电机虽然有成本低、控制简单，不需要额外的控制器，但是在使用过程中存在功率因数滞后，轻载功率因数低，调速性能较差的缺点；而使用串激电机时则有结构复杂，转子电流需要经过换向器和电刷来进行机械式换向，换向器和电刷间的滑动摩擦容易产生机械磨损、噪声、火花以及电磁干扰，使得电机可靠性降低、寿命变短，里然随着科学技术的发展和制造エ艺的提高，可靠性和寿命方面有了很大的提高，但噪声、火花和电磁干扰仍然存在。造成洗衣机在洗涤过程中的噪音，发热，能耗，机械和电机损耗等问题。与传统的感应电机相比，直流电机具有良好的调速特性和较大的启动转矩。使用感应电机的洗衣机，仅仅依靠波轮转动的节拍和方向来改变洗涤强弱、转速是恒定的，而变频洗衣机由于转速可调，洗涤时波轮转速在30转/分到200转/分之问调节，脱水时内桶转速在200转/分到750转/分之间调节，可针对从丝绸到牛仔服不同软硬质地的衣服，采取不同转速，減少了衣物的缠绕和磨损。与串激电机相比，直流无刷电机维修方便，没有换向器和电刷间的滑动摩擦容易产生机械磨损、噪声、火花以及电磁干扰，避免了洗衣机在洗涤过程中的噪音，发热，能耗，机械和电机损耗等问题。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种响应速度快、转速调节精度高、能耗低的洗衣机专用直流变频控制系统。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现一种洗衣机专用直流变频控制系统，该系统连接在上位机和洗衣机的直流电机之间，包括电源转换模块、MCU控制模块和RS232串ロ通信模块，所述的RS232串ロ通信模块和电源转换模块均与上位机连接，所述的MCU控制模块分别连接电源转换模块和RS232串ロ通信模块，该系统还包括霍尔传感模块、智能功率驱动模块和电流检测反馈模块，所述的霍尔传感模块、智能功率驱动模块和电流检测反馈模块均分别与MCU控制模块、电源转换模块和直流电机连接；系统上电后，MCU控制模块通过RS232串ロ通信模块接收上位机的命令，霍尔传感模块和电流检测反馈模块采集直流电机运行状态信号并传递给MCU控制模块，MCU控制模块根据接收到的命令、霍尔传感模块发送的信号以及电流检测反馈模块反馈的信号向智能功率驱动模块发送控制信号，从而控制直流电机运转。
所述的上位机的命令包括称重命令、洗涤命令、抖散命令和脱水命令若命令为称重命令，则MCU控制模块通过智能功率驱动模块驱动直流电机以固定速度正反转两圏，电流检测反馈模块检测电流并反馈至MCU控制模块，MCU控制模块根据电流判断水位并送入上位机；若命令为洗涤命令，则MCU控制模块首先判断该命令为正向洗涤还是反向洗涤，然后根据霍尔传感模块采集的直流电机的霍尔位置信号和上位机给定的速度控制直流电机匀速运转；若命令为抖散命令，则MCU控制模块通过智能功率驱动模块驱动直流电机以设定的间隔执行正转、反转、停止动作，并将抖散结束信号通过RS232串ロ通信模块送入上位机；若命令为脱水命令，则MCU控制模块根据霍尔传感模块采集的直流电机的霍尔位 置信号和上位机给定的速度曲线控制直流电机运转。所述的电源转换模块包括依次连接的LC整流电路、三端稳压集成芯片和低压差线性稳压芯片，所述的LC整流电路与上位机连接，所述的三端稳压集成芯片分别连接智能功率驱动模块、RS232串ロ通信模块和霍尔传感模块，所述的低压差线性稳压芯片与MCU控制模块连接，所述的LC整流电路将交流电压转换成直流电压，所述的三端稳压集成芯片和低压差线性稳压芯片将直流电压降低后输出。所述的MCU控制模块包括主芯片和外围电路，所述的外围电路包括电压检测电路和正弦波控制电路，所述的主芯片分别连接电压检测电路和正弦波控制电路。所述的智能功率驱动模块包括相连接的智能功率芯片和欠压过流检测电路，所述的智能功率芯片分别连接正弦波控制电路和直流电机，所述的欠压过流检测电路与主芯片连接。所述的RS232串ロ通信模块是由光耦合器、三极管、电阻和电容组成的RS232串ロ通信收发电路。所述的霍尔传感模块和MCU控制模块之间还设有电平转换电路，该电平转换电路将霍尔传感模块输出的电压信号进行电平转换后传输给MCU控制模块。所述的电平转换电路包括依次连接的74HC07D芯片、上拉电阻和滤波电容。与现有技术相比，本发明具有以下优点I)本发明通过霍尔传感模块检测电机转子位置后，再对电机转速进行控制，具有控制精度高的优点；2)本发明通过RS232串ロ通信模块完成MCU控制模块和上位机的通信，通信协议
简单可靠；3)本发明采用PWM变频驱动控制技木，电机的加、減速过程采用数字化控制，具备了软启动和软刹车的效果，平均能耗和噪音明显降低；4)传统的直流无刷驱动一般使用方波控制，本发明使用的正弦波控制与传统方波控制方式相比，响应速度快、转速调节精度高、转矩脉动小、能源利用率更高、噪音更小、机械损耗更低。
图I为本发明的外部连接示意图；图2为本发明的结构示意图；图3为本发明电源转换模块的结构示意图；图4为本发明MCU控制模块和智能功率驱动模块的结构示意图；图5为本发明系统的控制流程示意图；图6为实施例2中增加电平转换电路后的示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。·实施例I如图I-图2所示，一种洗衣机专用直流变频控制系统，该系统连接在上位机2和洗衣机的直流电机3之间，所述的系统I包括电源转换模块16、霍尔传感模块12、MCU控制模块11、智能功率驱动模块13、电流检测反馈模块14和RS232串ロ通信模块15，所述的电源转换模块16分别连接霍尔传感模块12、MCU控制模块11、智能功率驱动模块13和RS232串ロ通信模块15，所述的MCU控制模块11分别连接霍尔传感模块12、智能功率驱动模块13、电流检测反馈模块14和RS232串ロ通信模块15，所述的RS232串ロ通信模块15和电源转换模块16均与上位机2连接，所述的霍尔传感模块12、智能功率驱动模块13和电流检测反馈模块14均与直流电机3连接；系统上电后，MCU控制模块11通过RS232串ロ通信模块15接收上位机2的命令，霍尔传感模块12和电流检测反馈模块14采集直流电机运行状态信号并传递给MCU控制模块11，MCU控制模块11根据接收到的命令、霍尔传感模块发送的信号以及电流检测反馈模块反馈的信号向智能功率驱动模块14发送控制信号，从而控制直流电机2运转。如图3所示，电源转换模块16包括依次连接的LC整流电路161、三端稳压集成芯片162和低压差线性稳压芯片163，所述的LC整流电路163与上位机2连接，所述的三端稳压集成芯片162分别连接智能功率驱动模块13、RS232串ロ通信模块15和霍尔传感模块12，所述的低压差线性稳压芯片163与MCU控制模块11连接，所述的LC整流电路将220V交流电压转换成310V直流电压，所述的三端稳压集成芯片162将310V直流电压降低为15V和5V直流电压，15VDC给智能功率驱动模块13供电，5VDC给RS232串ロ通信模块15和霍尔传感模块12供电，低压差线性稳压芯片163将5V直流电压再进行降压，转换为3. 3VDC后给MCU控制模块11供电。如图4所示，MCU控制模块Il包括主芯片111和外围电路,所述的外围电路包括电压检测电路112和正弦波控制电路113，所述的主芯片111分别连接电压检测电路112和正弦波控制电路113，本实施例的主芯片111为STM32F103C8芯片。STM32F103C8芯片具有以下性能指标核心 ARM 32-bit Cortex -M3，运算频率 72MHz，flash32 到 128bit，SRAM6到20字节。智能功率驱动模块13包括相连接的智能功率芯片131和欠压过流检测电路132，所述的智能功率芯片131分别连接正弦波控制电路113和直流电机3，所述的欠压过流检测电路132与主芯片111连接，本实施例的智能功率芯片131为FSBB15CH60芯片。主芯片111通过正弦波控制电路113调整发送给智能功率芯片131的控制信号，智能功率芯片131向直流电机3发送UVW三相信号驱动直流电机转动；欠压过流检测电路132实时检测智能功率芯片131的电压和电流，超出正常范围时会自动停止工作井向主芯片111报警。RS232串ロ通信模块15是由光耦合器、三极管、电阻和电容组成的RS232串ロ通信收发电路。RS232串ロ通信模块15的通讯协议基于上位机，接受命令的RXD(接收数据的引脚)一路由本实施例控制系统光耦隔离，发送命令的TXD(发送数据的引脚)则由上位机作光率禹隔尚。RS232串ロ通信模块15收发的命令由三个字节组成，如下表所示 第一 I第二 I第三pfl
~~FFU (0-255)给定速度以给定的速度正向洗潘
~~FF22 (0-255)给定速度以给定的速度反向洗潘
FF33 不使用称重
~~FF44 (0-255)给定速度 K
""FF55 不使用SM
~~FF66 不使用#1正向洗涤根据上位机给定速度正向匀速转动；反向洗涤根据上位机给定速度反向匀速转动；称重正反转2周，根据平均电流大小计算衣服重量并反馈至上位机；脱水打开排水阀，根据上位机给定速度曲线加速转动；抖散以0. 5秒为长度执行正转、反转、停止命令分别2次，将衣服抖散以便脱水；待机停止运行，等待命令。如图5所示，上述洗衣机专用直流变频控制系统的工作流程具体包括以下步骤I) 220V供电到上位机2，上位机启动时继电器闭合，将电源传递给电源转换模块16，洗衣机的进水阀、排水阀，水位传感器与上位机连接，由上位机控制洗衣机外部部件的运作，MCU控制模块11检测电压和霍尔传感模块12是否正常，若正常，则执行步骤2)，若不正常，MCU控制模块11通过RS232串ロ通信模块15向上位机2报错；2)MCU控制模块11通过RS232串ロ通信模块15接收上位机的命令，并判断该命令是否为新命令，若是，则执行步骤3)，若否，则继续执行当前动作；3)依次判断接收的命令是否为称重、洗涤、抖散或脱水，井根据接收到的命令执行相应的动作若命令为称重命令，则MCU控制模块11通过智能功率驱动模块13驱动直流电机3以固定速度正反转两圏，电流检测反馈模块14检测电流并反馈至MCU控制模块11，MCU控制模块11根据电流判断水位并送入上位机2 ；若命令为洗涤命令，则MCU控制模块11首先判断该命令为正向洗涤还是反向洗涤，然后根据霍尔传感模块12采集的直流电机的霍尔位置信号和上位机2给定的速度控制直流电机3匀速运转；若命令为抖散命令，则MCU控制模块11通过智能功率驱动模块13驱动直流电机3以o. 5秒的间隔执行正转、反转、停止动作，并将抖散结束信号通过RS232串ロ通信模块15送入上位机2 ；若命令为脱水命令，则MCU控制模块11根据霍尔传感模块12采集的直流电机的霍尔位置信号和上位机2给定的速度曲线控制直流电机3运转；4)重复步骤3)，直至断电。实施例2如图I-图6所示，本实施例洗衣机专用直流变频控制系统中，霍尔传感模块12和·MCU控制模块11之间还设有电平转换电路17，该电平转换电路17将霍尔传感模块12输出的5V电压信号进行电平转换后转换为消除干扰的3. 3V电压信号传输给MCU控制模块11，由此得出当前的电机转子位置。所述的电平转换电路17包括依次连接的74HC07D芯片、上拉电阻和滤波电容。本实施例的其余部分与实施例I相同。
权利要求
1.一种洗衣机专用直流变频控制系统，该系统连接在上位机和洗衣机的直流电机之间，包括电源转换模块、MCU控制模块和RS232串ロ通信模块，所述的RS232串ロ通信模块和电源转换模块均与上位机连接，所述的MCU控制模块分别连接电源转换模块和RS232串ロ通信模块，其特征在干，该系统还包括霍尔传感模块、智能功率驱动模块和电流检测反馈模块，所述的霍尔传感模块、智能功率驱动模块和电流检测反馈模块均分别与MCU控制模块、电源转换模块和直流电机连接； 系统上电后，MCU控制模块通过RS232串ロ通信模块接收上位机的命令，霍尔传感模块和电流检测反馈模块采集直流电机运行状态信号并传递给MCU控制模块，MCU控制模块根据接收到的命令、霍尔传感模块发送的信号以及电流检测反馈模块反馈的信号向智能功率驱动模块发送控制信号，从而控制直流电机运转。
2.根据权利要求I所述的ー种洗衣机专用直流变频控制系统，其特征在于，所述的上位机的命令包括称重命令、洗漆命令、抖散命令和脱水命令 若命令为称重命令，则MCU控制模块通过智能功率驱动模块驱动直流电机以固定速度正反转两圏，电流检测反馈模块检测电流并反馈至MCU控制模块，MCU控制模块根据电流判断水位并送入上位机； 若命令为洗涤命令，则MCU控制模块首先判断该命令为正向洗涤还是反向洗涤，然后根据霍尔传感模块采集的直流电机的霍尔位置信号和上位机给定的速度控制直流电机匀速运转； 若命令为抖散命令，则MCU控制模块通过智能功率驱动模块驱动直流电机以设定的间隔执行正转、反转、停止动作，并将抖散结束信号通过RS232串ロ通信模块送入上位机； 若命令为脱水命令，则MCU控制模块根据霍尔传感模块采集的直流电机的霍尔位置信号和上位机给定的速度曲线控制直流电机运转。
3.根据权利要求I所述的ー种洗衣机专用直流变频控制系统，其特征在于，所述的电源转换模块包括依次连接的LC整流电路、三端稳压集成芯片和低压差线性稳压芯片，所述的LC整流电路与上位机连接，所述的三端稳压集成芯片分别连接智能功率驱动模块、RS232串ロ通信模块和霍尔传感模块，所述的低压差线性稳压芯片与MCU控制模块连接，所述的LC整流电路将交流电压转换成直流电压，所述的三端稳压集成芯片和低压差线性稳压芯片将直流电压降低后输出。
4.根据权利要求I所述的ー种洗衣机专用直流变频控制系统，其特征在于，所述的MCU控制模块包括主芯片和外围电路，所述的外围电路包括电压检测电路和正弦波控制电路，所述的主芯片分别连接电压检测电路和正弦波控制电路。
5.根据权利要求4所述的ー种洗衣机专用直流变频控制系统，其特征在干，所述的智能功率驱动模块包括相连接的智能功率芯片和欠压过流检测电路，所述的智能功率芯片分别连接正弦波控制电路和直流电机，所述的欠压过流检测电路与主芯片连接。
6.根据权利要求I所述的ー种洗衣机专用直流变频控制系统，其特征在于，所述的RS232串ロ通信模块是由光耦合器、三极管、电阻和电容组成的RS232串ロ通信收发电路。
7.根据权利要求I所述的ー种洗衣机专用直流变频控制系统，其特征在于，所述的霍尔传感模块和MCU控制模块之间还设有电平转换电路，该电平转换电路将霍尔传感模块输出的电压信号进行电平转换后传输给MCU控制模块。
8.根据权利要求7所述的ー种洗衣机专用直流变频控制系统，其特征在于，所述的电平转换电路包括依次连接的74HC07D芯片、上拉电阻和滤波电容。
全文摘要
本发明涉及一种洗衣机专用直流变频控制系统，该系统连接在上位机和洗衣机的直流电机之间，包括电源转换模块、MCU控制模块和RS232串口通信模块，所述的RS232串口通信模块和电源转换模块均与上位机连接，所述的MCU控制模块分别连接电源转换模块和RS232串口通信模块，该系统还包括霍尔传感模块、智能功率驱动模块和电流检测反馈模块，所述的霍尔传感模块、智能功率驱动模块和电流检测反馈模块均分别与MCU控制模块、电源转换模块和直流电机连接。与现有技术相比，本发明具有响应速度快、转速调节精度高、能耗低等优点。
文档编号H02P6/08GK102957368SQ201210393489
公开日2013年3月6日 申请日期2012年10月16日 优先权日2012年10月16日
发明者史和平, 任宝栋 申请人:上海三意电机驱动技术有限公司