本发明涉及洗衣机技术领域，具体地是涉及一种洗衣机不平衡状态的检测系统。
背景技术：
洗衣机在使用过程中，最需要防止的一个问题就是洗衣机在高速洗涤或脱水过程中发生倾倒。尤其是在洗衣机脱水过程中，可能由于桶内负载分布不均匀导致系统偏心较大，从而造成系统离心力较大，发生外桶撞击箱体或者整机移位甚至倾倒等状况。
为避免脱水时出现较大偏心，传统的办法是洗衣机控制器在高速脱水之前需通过对桶内衣物进行称重，然后通过对洗衣机运行时的速度和电流的检测跟预设的正常值进行对比，来判断洗衣机是否处于不平衡状态，这种方法能是最近20年目前市场上的主流的方案，但是由于是一种通过电信号间接判断的方法，所以准确的不是很高，偶尔会出先误判，并且由于误差率较高，大约15％的误差率，所以实际市场产品通常把正常阈值设定较低，以提高可靠性，因此限制了洗衣机的最大洗涤能力。
因此，本发明的发明人亟需构思一种新技术以改善其问题。
技术实现要素：
本发明旨在提供一种洗衣机不平衡状态的检测系统，其利用噪声检测洗衣机的不平衡状态，当洗衣机发生超过预定不平衡趋势时，及时降速或停止运行。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种洗衣机不平衡状态的检测系统，包括：声音传感器、信号预处理电路、信号采集与转换模块、信号频谱分析模块、控制模块和键盘与显示模块，其中所述声音传感器与所述信号预处理电路连接，所述信号预处理电路与所述信号采集与转换模块连接，所述控制模块分别与所述信号采集与转换模块、所述信号频谱分析模块和所述键盘与显示模块连接。
优选地，所述信号预处理电路包括依次连接的输入信号叠加电路、阻抗匹配电路、低通滤波电路、陷波电路和电平转换电路，其中所述输入信号叠加电路包括电阻r7、电阻r10、电阻r11、电阻r12、运算放大器u2a，所述电阻r7、电阻r10与所述运算放大器u2a的同相输入端连接；电阻r11、电阻r12的一端与所述运算放大器u2a的反相输入端连接，电阻r12的另一端与所述运算放大器u2a的输出端连接。
优选地，所述低通滤波电路包括电阻r22、电阻r23、电阻r24、电阻r25、电阻r26、运算放大器u5a、电容c10，其中所述电阻r22经过电容c10后与运算放大器u5a的同相输入端连接；电阻r23设置在运算放大器u5a的反相输入端和输出端之间；电阻r24一端与经过电容c10后与运算放大器u5a的同相输入端连接，另一端与运算放大器u5a的输出端连接；电阻r25一端与运算放大器u5a的反相输入端连接，另一端接地；电阻r26一端与运算放大器u5a的同相输入端连接，另一端接地。
优选地，所述信号采集与转换模块包括转换芯片和与之连接的差分信号转换，其中所述差分信号转换电路包括电阻r31、电阻r32、电阻r33、运算放大器u3、变压器t1，其中所述运算放大器u3的输出端经过电阻r31后与变压器t1的第一脚连接；变压器t1的第三脚经过电阻r32后与转换芯片连接，变压器t1的第四脚经过电阻r32后与转换芯片连接。
优选地，所述信号采集与转换模块还包括一da输出处理电路，所述da输出处理电路具体包括电阻r41、电阻r42、电阻r43、电阻r44、运算放大器u4，其中所述电阻r41的一端与所述转换芯片连接，另一端与所述运算放大器u4的反相输入端连接；所述电阻r42的一端与所述转换芯片连接，另一端与所述运算放大器u4的同相输入端连接；所述电阻r43设置在所述运算放大器u4的反相输入端和输出端之间，所述电阻r44与所述运算放大器u4的输出端连接。
优选地，还包括一时钟触发电路，其与所述信号采集与转换模块连接。
优选地，所述转换芯片为max4477芯片。
优选地，所述控制模块为微处理器。
优选地，所述运算放大器u2a为njm2100运算放大器。
采用上述技术方案，本发明至少包括如下有益效果：
本发明所述的洗衣机不平衡状态的检测系统，利用噪声检测洗衣机的不平衡状态，当洗衣机发生超过预定不平衡趋势时，及时降速或停止运行。并且采用声音传感器判断的方案成本较低，适合家电产品。
附图说明
图1为本发明所述的洗衣机不平衡状态的检测系统的原理图；
图2为本发明所述的输入信号叠加电路的电路图；
图3为本发明所述的低通滤波电路的电路图；
图4为本发明所述的差分信号转换电路的电路图；
图5为本发明所述的da输出处理电路的电路图；
图6为本发明所述的洗衣机不平衡状态的检测系统的软件流程图；
图7为消抖滤波法算法的程序框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图5所示，为符合本发明的一种洗衣机不平衡状态的检测系统，包括：声音传感器、信号预处理电路、信号采集与转换模块、信号频谱分析模块、控制模块和键盘与显示模块，其中所述声音传感器与所述信号预处理电路连接，所述信号预处理电路与所述信号采集与转换模块连接，所述控制模块分别与所述信号采集与转换模块、所述信号频谱分析模块和所述键盘与显示模块连接。
优选地，所述信号预处理电路包括依次连接的输入信号叠加电路、阻抗匹配电路、低通滤波电路、陷波电路和电平转换电路，其中所述输入信号叠加电路包括电阻r7、电阻r10、电阻r11、电阻r12、运算放大器u2a，所述电阻r7、电阻r10与所述运算放大器u2a的同相输入端连接；电阻r11、电阻r12的一端与所述运算放大器u2a的反相输入端连接，电阻r12的另一端与所述运算放大器u2a的输出端连接。
优选地，所述低通滤波电路包括电阻r22、电阻r23、电阻r24、电阻r25、电阻r26、运算放大器u5a、电容c10，其中所述电阻r22经过电容c10后与运算放大器u5a的同相输入端连接；电阻r23设置在运算放大器u5a的反相输入端和输出端之间；电阻r24一端与经过电容c10后与运算放大器u5a的同相输入端连接，另一端与运算放大器u5a的输出端连接；电阻r25一端与运算放大器u5a的反相输入端连接，另一端接地；电阻r26一端与运算放大器u5a的同相输入端连接，另一端接地。
优选地，所述信号采集与转换模块包括转换芯片和与之连接的差分信号转换，其中所述差分信号转换电路包括电阻r31、电阻r32、电阻r33、运算放大器u3、变压器t1，其中所述运算放大器u3的输出端经过电阻r31后与变压器t1的第一脚连接；变压器t1的第三脚经过电阻r32后与转换芯片连接，变压器t1的第四脚经过电阻r32后与转换芯片连接。
优选地，所述信号采集与转换模块还包括一da输出处理电路，所述da输出处理电路具体包括电阻r41、电阻r42、电阻r43、电阻r44、运算放大器u4，其中所述电阻r41的一端与所述转换芯片连接，另一端与所述运算放大器u4的反相输入端连接；所述电阻r42的一端与所述转换芯片连接，另一端与所述运算放大器u4的同相输入端连接；所述电阻r43设置在所述运算放大器u4的反相输入端和输出端之间，所述电阻r44与所述运算放大器u4的输出端连接。
优选地，还包括一时钟触发电路，其与所述信号采集与转换模块连接。
优选地，所述转换芯片为max4477芯片。
优选地，所述控制模块为微处理器。
优选地，所述运算放大器u2a为njm2100运算放大器。
本发明中，信号叠加电路采用反向求和电路，将信号求和的输出，运放采用njm2100。
低通滤波电路部分，由于要求音频信号为10khz以下，为了使信号得到更高的纯度，则需对不用的信号进行滤出，从而提高系统测量精度。
低通滤波器的原理是通过对电容、电阻参数的配置，使得模拟滤波器对频率在通带内的频率分量呈现很小的阻抗，而对频带外的频率分量呈现很大的阻抗，这样当负载电流信号通过该模拟带通滤波器的时候就可以把通带内的信号提取出来，把通带外的信号去除。
图3中r22、c13组成低通网络，r26、c10组成高通网络，两者串联就组成了无源带通滤波电路，图中在带通电路的输出端再加上一个电压跟随器，使之与负载很好的隔离开，三者构成了一个简单的二阶有源带通滤波电路，由于电压跟随器的输入阻抗很高、输出阻抗很低、并且有电压放大功能的特性，将其改为同相比例放大电路的接法即可实现对滤出的信号的电压进行放大，通过改变r22、c13、r26、c10的值，可以调整带通滤波电路的中心频率，通过改变r23、r25的值可以调整带通滤波电路的品质因素、增益和带宽。整体电路简单，元件参数少，电路稳定性好，增益可调等特点。
在音频信号中，工频50hz信号对系统的影响最大，因此，在信号处理中加入50hz的陷波电路(隐波电路)。计算工公式为：f＝1/2πrc。
由于adc只能采集正电压，则需对信号进行抬高，分析计算得电路需加3v的直流电平，故设计了电平转换电路，由于其电路结构为现有技术中的常规电路，故本实施例对此不做赘述。
信号采集与转换模块选择max4477芯片，使用过采样(oversampling)∑—δ技术提供从数字信号到模拟信号(da)和模拟信号到数字信号(ad)的高分辨率低速信号转换。具体地，使用变压器将单端信号转换成差分信号输入到max4477，如图4所示。
图中推荐的值为50ω，电阻r32、电阻r33为22ω，电容c31、电容c32为10μf，这些元件的值也可以根据具体的信号进行调整，一般清况下电阻值在10～100ω之间，电容值在10～200pf之间。
max4477的da输出为差分信号，可以直接驱动600ω的负载。da输出处理电路如图5所示。
通过计算，对模拟信号的采样速率为25.6khz,则需产生25.6khzr的方波.作为a/d转换数据的速率，故设计了时钟触发电路，由于其电路结构为现有技术中的常规电路，故本实施例对此不做赘述。
软件方面需要对噪声内容进行分析和滤波
本系统软件设计主要实现消抖滤波法算法和各频率和对应功率的分析和显示，由于c++语言表达和运算能力比较强且具有很好的可移植性和硬件控制能力，则采用c++语言实现。总体程序流程图如图6所示。
本设计中消抖滤波法根据dft的基二分解方法，在第l(l表示从左到右的运算级数，l＝1，2，3…m)级中，每个蝶形的两个输入数据相距b(l-1)个点，同一旋转因子对应着间隔为2l点的2(m-l)个蝶形。从输入端开始，逐级进行，在进行l级运算时，依次求出2(l-1)不同的旋转因子，每求出一个旋转因子，就计算完它对应的所有的2(m-l)个蝶形。因此用多重循环程序实现消抖滤波法变换。同时采用原址计算，可节省大量的存储单元。消抖滤波法算法的程序框图如图7所示。
通过软件处理后的噪声图谱和正常工作的噪声图谱对比，如果超过15％，则认为有倾倒的危险，洗衣机自动降速，以达到正常状态，并记录故障信息。
结论：通过这种结构设计可以有效识别洗衣机振动噪声的情况，并对即将倾倒状态时的噪声做提前判断和分析，防止洗衣机倾倒。
因为洗衣机不平衡时倾倒状态时，噪声会有特殊的变化，由原有高频噪声变成低频冲击性噪声，通过噪声可以有效判断出洗衣机状态。本发明采用声音传感器判断的方案成本较低，适合家电产品。这种方法可以和传统电信号测量互为矫正和加权，相当于在原有基础上增加了一种更安全可靠的测量矫正，相当于增加一个维度，起到不平衡判断补充作用；另外通过声音传感器，还可以对洗衣机语音控制，包括对开门、关门、洗涤时间等设定。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。