一种用于衣物洗护技术研究的可视化动态反馈测控系统和方法

本发明涉及衣物洗护技术及其智能洗涤研究领域，尤其涉及一种具有衣物洗护过程可视化及其各阶段洗护参数动态反馈调控的方法和系统。

背景技术：

衣物洗护技术研究其实质就是研究如何利用洗衣设备(洗衣机)将沾染到衣物上的污渍与衣物快速高效分离的技术，故其也可称作洗衣设备(洗衣机)洗护衣物技术研发。而洗衣设备(洗衣机)洗护衣物是指将沾染污渍的衣物放置在洗涤设备内利用水流、洗涤剂、机械力等作用将衣物上污渍与衣物脱离的过程，是一种常见的生活现象，但至今人们对其的理解并不透彻，仍处于“知其然不知所以然”的水平。

造成上述现象的原因是：

第一，目前市场上的洗衣设备(洗衣机)均不具备洗护过程各洗护参数(注水时间、注水量、水温、浸泡时间、主洗次数、主洗时间、主洗转速、主洗旋转方向、漂洗次数、漂洗时间、漂洗转速、漂洗旋转方向、脱水次数、脱水时间、脱水转速、脱水旋转方向)及其衣物运动形态(各向运动速度、加速度、滞留时间、滞留区域、剪切速率)数据实时动态追踪(可视化)和各工艺参数(注水时间、注水量、水温、浸泡时间、主洗次数、主洗时间、主洗转速、主洗旋转方向、漂洗次数、漂洗时间、漂洗转速、漂洗旋转方向、脱水次数、脱水时间、脱水转速、脱水旋转方向)可按照依据现场运行情况和“提质增效”洗护要求动态反馈调控相应洗护参数的功能。若要实现洗衣机洗护过程各洗护阶段洗护参数及运动形态的可视化，不仅需要给设备加装各类高精度传感器，还要对其硬件组成进行各种改造(打孔、布线)或者更换，同时还要综合考虑各方需求进行相应软件的编写及其功能调试，相当繁琐，故目前没有研究装置能实现洗衣机洗护过程各洗护阶段洗护参数及运动形态的可视化；

第二，市场上所有的洗衣设备(洗衣机)洗护程序参数(注水时间、注水量、水温、浸泡时间、主洗次数、主洗时间、主洗转速、主洗旋转方向、漂洗次数、漂洗时间、漂洗转速、漂洗旋转方向、脱水次数、脱水时间、脱水转速、脱水旋转方向)都是固定的、各参数调节水平或者组合形式(洗涤程序)都是有限的，且各品牌干衣机产品差别不大。总之，不论目前的研究装置或者市场上的洗衣机设备均无法实现洗衣过程(洗涤参数及衣物运动形态)的可视化和洗涤参数((注水时间、注水量、水温、浸泡时间、主洗次数、主洗时间、主洗转速、主洗旋转方向、漂洗次数、漂洗时间、漂洗转速、漂洗旋转方向、脱水次数、脱水时间、脱水转速、脱水旋转方向)的自由调控。因此，本发明提出一种用于洗衣设备洗护过程的可视化动态反馈测控系统，以便实现洗衣设备洗护过程可视化和动态反馈调控。

洗衣设备(洗衣机)洗后衣物服用性能下降、耗水、耗能、耗时、洗净率低等问题一直是大家关注的焦点，但是目前的研究仅限于对洗衣机洗护参数优化的试验研究和经验数学模型的构建，而对于洗衣机洗护过程各阶段洗护参数及衣物运动轨迹的关注相对较少，不能完全揭示洗衣机洗护过程污渍与衣物的吸附脱附规律及其运动分布信息。殊不知，洗衣机洗护衣物其实质就是衣物随转筒运动，在洗涤剂、水流及机械外力的作用下，使其沾染污渍清除的过程。此过程涉及注水阶段、主洗阶段、漂洗阶段、脱水阶段等洗护阶段，而每个阶段的参数运行情况又与洗衣机洗护衣物最终的耗水量、耗能耗时及洗后衣物的服用性能密切相关。因此深入探究洗衣机洗护过程才是有效解决目前洗衣机耗水耗电、洗后衣物服用性能差问题的关键。然而在实际研究中，人们忽略洗衣机洗护过程各阶段运行情况与衣物所沾染污渍的吸附脱附规律态，却采用将洗衣机洗护过程作为一个“黑箱”处理，仅关注洗护结束时的耗水量、耗能耗时及洗后衣物的洗净率等指标的数值的大小，而很少关注洗衣机洗护过程吸附脱附、热质传输、运动力学等变化规律及其对洗衣机耗水量、耗能耗时及洗后衣物的服用性能的影响。

因而，要想彻底解决洗衣机洗护耗水量大、耗能耗时及洗后衣物服用性能差的问题，必须对衣物洗护过程其洗护环境流体动力学、衣物自身物理特性及其与污渍的吸附脱附规律等进行深入研究，掌握其过程行为变化规律。而进行上述研究的基础就是必须将洗衣机衣物洗护过程可视化，并能依据洗护过程现场运行情况和“提质增效”的洗护要求动态的调控运行参数。故本发明提出一种用于衣物洗护技术研究的可视化动态反馈测控方法及系统。既可从理论上真正掌握衣物洗护过程衣物特性变化规律；掌握衣物洗护效果(外观等级和力学性能)与洗护参数之间的关系，也可利用此结论优化洗护程序、更新洗护技术、降低洗护水耗、能耗、提高并预测衣物洗后品质、实现全过程智能调控，真正实现用户各种洗护需求被满足的目的。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是实现一种用于衣物洗护技术研究的可视化动态反馈测控方法及其实现此方法的系统，实现洗衣机洗护过程各洗护阶段洗护参数及运动形态的可视化和各阶段洗护参数的自由调控，为理解洗衣机洗护过程衣物运动形态、传质机理和洗护过程效能优化提供实验支持。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种用于衣物洗护技术研究的可视化动态反馈测控系统，包括

衣物洗护各阶段参数定制模块：用于进行衣物各阶段洗护参数的设置，并将设置的参数输送至洗衣机执行；

衣物洗护各参数及运动轨迹动态追踪模块：用于在洗衣机执行过程中现场数据监控，获取监控数据；

衣物洗护参数分析处理模块：根据设置的参数获取目标数据，该模块用于将目标数据与监控数据比较，并获取比较结果；

衣物洗护参数动态反馈调控模块：根据比较结果，将监控数据中未达到目标数据的数据作为修正信号输送至洗衣机的调控元器件，所述调控元器件根据修正信号调控洗衣机洗护过程；

用户交互界面：用于向衣物洗护各阶段参数定制模块输入各阶段洗护的参数，以及显示监控数据、比较结果和修正信号。

所述衣物洗护各阶段参数定制模块中设置的各阶段洗护参数，以及衣物洗护参数动态反馈调控模块中比较的参数，均为注水阶段参数、主洗阶段参数、漂洗阶段参数、脱水阶段参数和结束指令；

所述注水阶段参数包括：注水时间、注水量、水温、浸泡时间；

所述主洗阶段参数包括：主洗次数、主洗时间、主洗转速、主洗旋转方向、主洗次数；

所述漂洗阶段参数包括：漂洗次数、漂洗时间、漂洗转速、漂洗旋转方向；

所述脱水阶段参数包括：脱水次数、脱水时间、脱水转速、脱水旋转方向。

所述衣物洗护各参数及运动轨迹动态追踪模块获取的监控数据，以及衣物洗护参数分析处理模块中比较的数据，均为注水阶段参数、主洗阶段参数、漂洗阶段参数、脱水阶段参数、衣物运动数据；

所述注水阶段参数包括注水时间、注水量、水温、浸泡时间

所述主洗阶段参数包括主洗次数、主洗时间、主洗转速、主洗旋转方向、主洗次数；

所述漂洗阶段参数包括漂洗次数、漂洗时间、漂洗转速、漂洗旋转方向；

所述脱水阶段参数包括脱水次数、脱水时间、脱水转速、脱水旋转方向；

所述衣物运动数据包括各向运动速度、加速度、滞留时间、滞留区域、剪切速率。

所述衣物洗护各参数及运动轨迹动态追踪模块连接有获取数据参数的监控元器件，所述监控元器件流量计、水温传感器、内嵌式渔网摄像头和计时器，所述流量计安装在洗衣机的注水水管上，所述水温传感器安装在洗衣机内外滚筒中间空隙的底部，所述摄像头安装在滚筒外，所述摄像头的镜头朝向滚筒内。

所述洗衣机的壳体内固定有滚筒，所述滚筒包括内滚筒和外滚筒，在内外滚筒中间空隙的底部设有加热管，所述滚筒的注水口连接注水水管，所述注水水管上设有电磁阀，壳体内设有内置电控柜和变频器，所述内置电控柜输入端连接市电，所述变频器输入端连接洗衣机的内置电控柜，输出端连接驱动滚筒转动的电机，所述加热管、电磁阀、变频器均连接上位机，所述上位机通过数据线连接衣物洗护各阶段参数定制模块和衣物洗护参数动态反馈调控模块。

基于所述可视化动态反馈测控系统的测控方法：

1)登录用户交互界面；

2)输入设置的参数；

3)保存设置的参数；

4)将设置的参数输送至洗衣机执行；

5)洗衣机执行设置的参数过程中，实时获取监控参数；

6)根据设置的参数确定目标数据，将监控参数与目标数据比对，并将比对结果输送至用户交互界面显示。

还包括所述7)中，洗衣机执行每个阶段的数据参数时，定义设置的参数作为标准，将监控数据与标准比较，若监控数据达到标准则直接进入下一个阶段，若监控数据未达到目标数据，则驱动洗衣机工作使监控数据接近或达到标准后，再执行下一个阶段。

所述1)中，通过输入账号和密码登录用户交互界面。

所述2)中，输入设置的参数时，按照洗衣机执行顺序注水阶段、主洗阶段、漂洗阶段、脱水阶段，逐个设置每个阶段内包含的数据参数。

所述5)中，洗衣机按照设置的参数，按照顺序依次执行注水阶段、主洗阶段、漂洗阶段、脱水阶段。

本发明用于衣物洗护技术研究的可视化动态反馈测控方法及系统，具有洗衣机各洗护参数(注水时间、注水量、水温、浸泡时间、主洗次数、主洗时间、主洗转速、主洗旋转方向、漂洗次数、漂洗时间、漂洗转速、漂洗旋转方向、脱水次数、脱水时间、脱水转速、脱水旋转方向)及其衣物运动形态(各向运动速度、加速度、滞留时间、滞留区域、剪切速率)数据实时动态追踪和各工艺参数(注水时间、注水量、水温、浸泡时间、主洗次数、主洗时间、主洗转速、主洗旋转方向、漂洗次数、漂洗时间、漂洗转速、漂洗旋转方向、脱水次数、脱水时间、脱水转速、脱水旋转方向)可按照“提质增效”洗护要求动态调控的功能，可实现衣物洗护过程参数及运动形态的可视化；可实现根据研究目的和研究实况，对洗衣机洗护参数(水温、水流、转速、转动方向、转停比、洗涤次数等参数)进行连续可调；可实现洗衣机各种洗护工况的模拟，是进行洗衣机理论研究及产品研发不可缺少的试验系统。

本发明可解决目前洗衣机洗护过程数据监控缺失的技术难题，洗护参数不能连续调控的难题，适用于衣物洗护机理、洗护能耗、洗护品质、洗护程序优化等方面的研究。

此外，也能真实反映洗衣机衣物洗护过程的工作状态，同时克服了现有设备的缺陷，实现洗护过程各阶段参数的可测可控，并提高了各项数据的精度，适用于衣物洗护设备的机理研究(洗衣机洗护过程衣物与所沾染污渍的吸附脱附、洗衣机内液固两项流传输机制、运动力学等变化规律及其对洗衣机耗水量、耗能耗时、洗净率的影响研究)、性能评估并指导产品设计与生产。

此外，本发明所公布的一种用于衣物洗护技术研究的可视化动态反馈测控方法及系统，还具有如下功能及优势：

(1)操作方便：通过简单的拖拽,将需要执行的步骤拖到运行的阶段,松开鼠标左键会弹出窗口,提示操作人员输入工艺参数；

(2)数据存储：操作人员通过在上位机界面编写工艺程序,实现设备的运行.每次程序编写完成后,可以选择存储下来,后续可以被调用；

(3)实时显示：设备运行过程中每一步的参数会实时显示在工控机界面,方便维护和查看；

(4)实时存储：对于自动生产过程中重要的参数可以选择存储至数据库,可以选择存储时间间隔.方便后续数据的分析；

(5)账户管理：不同的操作需要操作人员不同的权限,通过设置权限等级,放置不同人员的非法操作；

(6)精确控制：温度采用智能的pid控制,温度偏差保证+/-1℃,温度自校准功能；

(7)视频采集控制：通过上位机的usb端口,连接摄像头,可以实时采集感兴趣的区域,并且可以选择实时将视频流存储至工控机内存。

附图说明

下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容作简要说明：

图1为可视化动态反馈测控系统的框架图；

图2为可视化动态反馈测控系统的功能实现示意图；

图3为可视化动态反馈测控系统的调控模块功能实现示意图；

图4为可视化动态反馈测控系统的电控柜内部结构分布图；

图5为可视化动态反馈测控系统的定制模块结构图；

图6为可视化动态反馈测控方法的调控方法原理图；

图7为可视化动态反馈测控方法的系统运行流程图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

本发明是一种用于衣物洗护技术研究的可视化动态反馈测控方法及系统，解决了目前衣物洗护技术研究中，缺乏可实现从洗衣机洗护过程各阶段运行情况可视化的角度进行洗衣机洗护过程衣物与所沾染污渍的吸附脱附、热质传输、运动力学等变化规律及其对洗护效能(耗水量、耗能耗时、洗净率)影响研究的测控方法及系统的问题，同时也可解决目前洗衣机洗护过程各阶段现场运行数据监控不全面不直观的技术问题。

如图1所示，可视化动态反馈测控系统包括衣物洗护各阶段参数定制模块、衣物洗护各参数及运动轨迹动态追踪模块、衣物洗护参数分析处理模块、衣物洗护参数动态反馈调控模块及用户交互界面。

衣物洗护各阶段参数定制模块主要用于根据实际洗护任务和研究需要，进行衣物各阶段洗护参数的设置，主要涉及洗护参数为注水阶段参数、主洗阶段参数、漂洗阶段参数、脱水阶段参数及结束指令。注水阶段参数包括注水时间、注水量、水温、浸泡时间，主洗阶段参数包括主洗次数、主洗时间、主洗转速、主洗旋转方向、主洗次数，漂洗阶段参数包括漂洗次数、漂洗时间、漂洗转速、漂洗旋转方向，脱水阶段参数包括脱水次数、脱水时间、脱水转速、脱水旋转方向。

衣物洗护各参数及运动轨迹动态追踪模块主要用于根据实际洗护任务现场数据监控，监控数据包括注水阶段参数、主洗阶段参数、漂洗阶段参数、脱水阶段参数、衣物运动数据。注水阶段参数包括注水时间、注水量、水温、浸泡时间，主洗阶段参数包括主洗次数、主洗时间、主洗转速、主洗旋转方向、主洗次数，漂洗阶段参数包括漂洗次数、漂洗时间、漂洗转速、漂洗旋转方向，脱水阶段参数包括脱水次数、脱水时间、脱水转速、脱水旋转方向，衣物运动数据包括各向运动速度、加速度、滞留时间、滞留区域、剪切速率。

衣物洗护参数分析处理模块主要用于根据实际洗护任务现场数据监控，并依据现场运行数据，与定制数据对比，判断其现场数据是否到达预定的阶段的数据，以此调控洗护过程，其主要涉及的监控数据包括注水阶段参数、主洗阶段参数、漂洗阶段参数、脱水阶段参数、衣物运动数据。注水阶段参数包括注水时间、注水量、水温、浸泡时间，主洗阶段参数包括主洗次数、主洗时间、主洗转速、主洗旋转方向、主洗次数，漂洗阶段参数包括漂洗次数、漂洗时间、漂洗转速、漂洗旋转方向，脱水阶段参数包括脱水次数、脱水时间、脱水转速、脱水旋转方向，衣物运动数据包括各向运动速度、加速度、滞留时间、滞留区域、剪切速率。

衣物洗护参数动态反馈调控模块主要用于借助所获得的实际洗护任务现场监控数据，与定制数据对比，判断其现场数据是否到达预定的阶段的数据，以此调控洗护过程，其主要涉及的调控数据包括注水阶段参数、主洗阶段参数、漂洗阶段参数、脱水阶段参数。注水阶段参数包括注水时间、注水量、水温、浸泡时间，主洗阶段参数包括主洗次数、主洗时间、主洗转速、主洗旋转方向、主洗次数，漂洗阶段参数包括漂洗次数、漂洗时间、漂洗转速、漂洗旋转方向，脱水阶段参数包括脱水次数、脱水时间、脱水转速、脱水旋转方向。

衣物洗护用户交互界面主要用于用户根据实际洗护任务进行洗护参数设定和洗护现场数据观测，以便实现洗护过程可视化的目的，掌握其洗护过程行为变化规律，其主要涉及的设定和观测数据包括注水阶段参数、主洗阶段参数、漂洗阶段参数、脱水阶段参数、衣物运动数据。注水阶段参数包括注水时间、注水量、水温、浸泡时间，主洗阶段参数包括主洗次数、主洗时间、主洗转速、主洗旋转方向、主洗次数，漂洗阶段参数包括漂洗次数、漂洗时间、漂洗转速、漂洗旋转方向，脱水阶段参数包括脱水次数、脱水时间、脱水转速、脱水旋转方向，衣物运动数据包括各向运动速度、加速度、滞留时间、滞留区域、剪切速率。

可视化动态反馈测控系统需要衣服洗衣机工作，洗衣机能够与系统交互信息并执行洗衣指令，洗衣机能够执行设置的洗护参数，并能获取衣物运动形态，执行的数据和获取的数据均与可视化动态反馈测控系统交互，执行的洗护参数包括注水量、水温、延时、转速、旋转，获取衣物运动形态包括各向运动速度、加速度、滞留时间、滞留区域、剪切速率，同时洗衣机能够根据衣物洗护参数动态反馈调控模块发出的修正信号对执行的指令进行修正，实现实时动态追踪和各工艺参数(注水量、水温、延时、转速、旋转方向)可按照“提质增效”洗护要求动态调控的功能。

如图2所示，注水量是借助songger流量计，通过高速脉冲，闭环控制入水量。水温是通过扩展模块xd-2ad2pt-v-ed，实时将安装在内外滚筒中间空隙的底部的pt100温度传感器给出的0-5v电压转换为当前温度，如果温度到达设定温度的+/-1℃时，开启pid控制，保证水温在设定温度的+/-1℃范围内波动。转速借助使用labview编程语言编写的控制程序，通过安装在电控柜内型号为vb5n-21p5的变频器调节带动滚筒转动的电机旋转速度实现滚筒转速的调控，其间的信息传输采用485通讯协议，控制器选择型号。转动方向借助变频器输入端口，通过继电器(型号idec)通断实现旋转方向的控制。此外，系统控制器选择信捷xde，交流接触器：德力西32a，信号传输方式：上位机与控制器通过modbustcp通讯，控制器与变频器通讯485无协议实时通讯。

如图3所示，可调控的洗衣机洗护参数主要包括注水量、水温、延时、转速、旋转。其中，注水量是借助加装在水管入口处的songger流量计的高速脉冲实现注水量的闭环控制。水温是通过扩展模块xd-2ad2pt-v-ed,实时将温度传感器给出的0-5v电压转换为当前温度，如果温度到达设定温度的+/-1℃时，开启pid控制,保证水温在设定温度的+/-1℃范围内波动。转速是通过编写的程序实时通讯，控制变频器实现转速的调控。转动方向是通过编写程序控制继电器的输出，从而控制旋转方向。延时是通过继电器控制洗脱机的动力装置实现的。

如图5所示，用于衣物洗护技术研究的可视化动态反馈测控方法包括：

借助洗衣机洗护过程可视化动态反馈调控系统的衣物洗护各阶段参数定制模块，根据实际洗护任务个性化定制其洗护过程各阶段洗护参数；

洗衣机洗护过程可视化动态反馈调控系统接收定制信号，并按定制数据开始工作；

借助洗衣机洗护过程可视化动态反馈调控系统的衣物洗护各参数及运动轨迹动态追踪模块，进行洗护现场数据的监控，并将其监控数据传输到衣物洗护参数对比分析模块，用于洗护现场分析；

借助洗衣机洗护过程可视化动态反馈调控系统的衣物洗护参数对比分析模块，进行所获洗护现场数据的对比分析，并将其监控数据与定制数据对比，判断其现场数据是否到达预定阶段的数据，给出判断，并将其判定结果传输到衣物洗护参数动态反馈调控模块；

借助洗衣机洗护过程可视化动态反馈调控系统的衣物洗护参数动态反馈调控模块，进行洗护现场各阶段洗护参数的调控。

衣物洗护各阶段参数定制模块主要包括注水阶段参数、主洗阶段参数、漂洗阶段参数、脱水阶段参数、等洗护洗护参数。注水阶段参数包括注水时间、注水量、水温、浸泡时间，主洗阶段参数包括主洗次数、主洗时间、主洗转速、主洗旋转方向、主洗次数，漂洗阶段参数包括漂洗次数、漂洗时间、漂洗转速、漂洗旋转方向，脱水阶段参数包括脱水次数、脱水时间、脱水转速、脱水旋转方向等洗护洗护参数。

如图6所示，洗衣机工作过程中，根据衣物实际洗护任务，进行衣物各阶段洗护参数的个性化定制；其次，与衣物洗护各参数及运动轨迹动态追踪模块获得的监控数据对比，判断其现场数据是否到达预定的阶段的数据，如当前现场数据未达到预定阶段的开始启动数据，反馈调控模块启动相应的调控器件，使其达到预定阶段的启动数据；如当现场数据到达预定阶段开始启动数据，洗护参数按照当前预定数据运行，直到达到当前阶段的结束数据，进入下一阶段，依次进行，直到整个洗护过程结束。

具体调控原理如下：

如当前现场数据未达到预定阶段的开始启动数据，反馈调控模块启动相应的调控器件，使其达到预定阶段的启动数据；

如当现场数据到达预定阶段开始启动数据，洗护参数按照当前预定数据运行，直到达到当前阶段的结束数据，进入下一阶段，依次进行，直到整个洗护过程结束。

如图7所示，根据实验目的，综合考虑各方面因素：(织物纤维成分、织物初始含水率、织物干重)、干衣机参数程序(烘干温度、加热丝功率、转速及方向、风量、最终含水率)、烘干过程(四阶段的分界点及滚筒进出口空气的温差)等因素，最终确定实验样品及实验各设定参数；其次，启动上位机上相应程序，进入参数设定界面，对各阶段各参数进行逐个设定并保存；再次，启动干衣机，将信号采集模块采集数据与设定数值比较，是否为设定值：如果不是，则调整相应控制原件；如果是，则按照设定值运作；再次，利用can通讯协议上位机将测试模块采集的信号实时显示、传输、记录下来；最后，将烘干过程采集并记录下的各种信号进行统计分析、多种形式显示、理论分析等研究，充分利用测控数据，实现织物烘干过程织物自身温湿度的准确测试、烘干各参数的自由准确设定及运行、构建烘干模型(烘干速率方程、烘干失水速率方程、烘干热质交换微分方程等)、品质预测模型(根据相关标准对烘干后低的织物进行评级，并结合平台获取参数进行分析，给出烘干因素—品质关系)。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。