濁度傳感器應(yīng)用

如今,全自動(dòng)洗衣機(jī)與已走進(jìn)千家萬戶，其功能也越來越多，花樣不斷翻新。判斷洗衣機(jī)性能的參數(shù)已經(jīng)不再是最基本的洗凈比、能耗以及耗水量等指標(biāo)。通常是用戶根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置洗衣機(jī)的洗滌時(shí)間和漂洗次數(shù)，要讓洗衣機(jī)自動(dòng)處理，通常會優(yōu)先滿足洗凈比的要求，而對能耗和耗水量的考慮則較少,造成水電的浪費(fèi)。

采用濁度傳感器測量衣物的污濁程度，是一個(gè)比較可行的方法，通過判斷污濁程度，確定最佳的洗滌時(shí)間和漂洗次數(shù)，可以用較少的能耗和耗水量獲得滿足要求的洗凈比。

濁度傳感器是一種專門用于家電產(chǎn)品的低成本傳感器，主要用于洗衣機(jī)、洗碗機(jī)等產(chǎn)品的水污濁程度的測量。通過測量水的污濁程度來判斷所洗物品潔凈程度，從而確定最佳的冼滌時(shí)間。

該傳感器的工作原理是:傳感器內(nèi)部是一個(gè)IR958與PT958封裝的紅外線對管(如下圖所示)，當(dāng)光線穿過一定量的水時(shí)，光線的透過量取決于該水的污濁程度，水越污濁，透過的光就越少。光接收端把透過的光強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電流大小，透過的光多，電流大，反之透過的光少，電流小。通過測量接收端電流的大小，就可以計(jì)算出水的污濁程度。濁度傳感器內(nèi)部原理如圖1所示(虛線框內(nèi)為濁度傳感器內(nèi)部)。

濁度電流信號經(jīng)過電阻R1轉(zhuǎn)換為0 V~5 V電壓信號，利用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣處理，單片機(jī)就可以獲知當(dāng)前水的污濁度。濁度傳感器有3個(gè)引腳，按照圖1電路連接就可以實(shí)現(xiàn)水濁度的測量。實(shí)際使用時(shí)需要通過實(shí)驗(yàn)獲得衣物污濁程度的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。洗衣機(jī)硬件框圖如圖2所示。

按鍵、顯示、負(fù)載驅(qū)動(dòng)、輸人水位門開關(guān)信號等均為常規(guī)電路，與單片機(jī)的相應(yīng)端口連接即可。負(fù)載通常用可控硅驅(qū)動(dòng)。通訊接口采用單片機(jī)具有的UART接口，可以連接其他外部設(shè)備，是備用接口。這里介紹帶有濁度傳感器的洗衣機(jī)，通過濁度傳感器檢測當(dāng)前衣物的臟污程度來確定衣物的洗滌時(shí)間和漂洗次數(shù)，以達(dá)到既洗凈衣物，又節(jié)省水電的目的。圖2中，濁度傳感器連接單片機(jī)的A/D輸入接口，信號直接連接即可，也可在中間串聯(lián)一只1 kΩ的電阻，并聯(lián)一只0.1μF的電容進(jìn)行濾波。

4 軟件設(shè)計(jì)

為了檢測衣物的污濁程度，采用如下特殊處理過程:首先讓洗衣機(jī)洗滌60s，然后停止洗滌，等待15s,讓水平靜，水中氣泡揮發(fā)以減少氣泡的影響，然后進(jìn)行污濁度檢測。根據(jù)表1數(shù)據(jù)確定洗滌時(shí)間。表中數(shù)據(jù)實(shí)際分成了3部分，每部分采用不同的洗滌電機(jī)轉(zhuǎn)停比，以獲得更好的洗凈效果，表中1項(xiàng)和2項(xiàng)采用較低的轉(zhuǎn)停比，6~8項(xiàng)采用較高的轉(zhuǎn)停比，中間項(xiàng)則采用標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)停比。洗衣機(jī)完成洗滌過程，排水脫水后，再進(jìn)水漂洗。漂洗結(jié)束后，等待15s，檢測漂洗水的污濁程度,并結(jié)合洗滌水的污濁程度進(jìn)行判定，判定方法如下:如果洗滌水污濁程度低(符合表1中的1和2兩項(xiàng))，漂洗水基本無污濁(滿足1項(xiàng))，則可以認(rèn)為無需繼續(xù)漂洗。洗衣機(jī)脫水后完成整個(gè)洗衣過程。否則繼續(xù)漂洗。檢測流程如圖3所示。

通常最多漂洗3次，如果3次仍然認(rèn)為有污濁。也不再漂洗，直接結(jié)束，由用戶處理。對濁度傳感器輸出信號的采樣和處理，采用了下面的方法:連續(xù)采樣20 ms(采樣10個(gè)數(shù)據(jù))，累加取平均,得到數(shù)據(jù)作為一個(gè)結(jié)果，連續(xù)獲得64個(gè)這樣的數(shù)據(jù)，累加后取平均值作為最終結(jié)果。數(shù)據(jù)采樣處理過程可以在2 ms中斷中進(jìn)行，這樣可以在20 ms均勻間隔采樣。實(shí)際采樣時(shí)，可以只在需要進(jìn)行采樣處理時(shí)進(jìn)行。

另外，上述結(jié)果是在衣物不掉色的情況下獲得的，對于掉顏色的衣物，需要分開洗滌，并且不選擇污濁度判斷功能。

濁度是由水中的懸浮顆粒引起的，懸浮顆粒會漫反射入射光，通常采用90度那個(gè)方向的散射光做為測試信號，這樣測試出來的單位稱為4:;。散射光與濁度符合多段線性關(guān)系，因此傳感器需要多點(diǎn)標(biāo)定。而且光源強(qiáng)度和溫度變化均會影響測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)研究和理論推算，發(fā)現(xiàn)散射光與透射光的比值與濁度符合線性關(guān)系。本傳感器采用散射光與透射光比值代替單純的散射光測量濁度，傳感器的準(zhǔn)確度、可靠性提高，維護(hù)更加簡單，抗污性增強(qiáng)。

該傳感器的工作原理是:傳感器內(nèi)部是一個(gè)IR958與PT958封裝的紅外線對管，當(dāng)光線穿過一定量的水時(shí)，光線的透過量取決于該水的污濁程度，水越污濁，透過的光就越少。光接收端把透過的光強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電流大小，透過的光多，電流大，反之透過的光少，電流小。通過測量接收端電流的大小，就可以計(jì)算出水的污濁程度。濁度傳感器內(nèi)部原理如圖1所示(虛線框內(nèi)為濁度傳感器內(nèi)部)。

濁度電流信號經(jīng)過電阻R1轉(zhuǎn)換為0 V~5 V電壓信號，利用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣處理，單片機(jī)就可以獲知當(dāng)前水的污濁度。濁度傳感器有3個(gè)引腳，按照圖1電路連接就可以實(shí)現(xiàn)水濁度的測量。實(shí)際使用時(shí)需要通過實(shí)驗(yàn)獲得衣物污濁程度的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

按鍵、顯示、負(fù)載驅(qū)動(dòng)、輸人水位門開關(guān)信號等均為常規(guī)電路，與單片機(jī)的相應(yīng)端口連接即可。負(fù)載通常用可控硅驅(qū)動(dòng)。通訊接口采用單片機(jī)具有的UART接口，可以連接其他外部設(shè)備，是備用接口。這里介紹帶有濁度傳感器的洗衣機(jī)，通過濁度傳感器檢測當(dāng)前衣物的臟污程度來確定衣物的洗滌時(shí)間和漂洗次數(shù)，以達(dá)到既洗凈衣物，又節(jié)省水電的目的。圖2中，濁度傳感器連接單片機(jī)的A/D輸入接口，信號直接連接即可，也可在中間串聯(lián)一只1 kΩ的電阻，并聯(lián)一只0.1μF的電容進(jìn)行濾波。

濁度儀采用雙光束光路，有二個(gè)高度對稱的光學(xué)、電學(xué)通道，產(chǎn)生相同的感應(yīng)，測差不變，在除法電路中得以抵消，使儀器具有長期穩(wěn)定性和抗干擾能力;采用線性化電路，使測量結(jié)果成線性顯示;采用溫度補(bǔ)償，模擬除法功能等電路，消除噪音等專項(xiàng)技術(shù)，保證了儀器的高度靈敏和優(yōu)良的重現(xiàn)性。

根據(jù)這一公式，我們可以通過測定水樣中微粒的散射光強(qiáng)度來測量水樣的渾濁度。這是本產(chǎn)品的基本測量原理。DZ系列濁度儀高濁度測量采用的是散射和透射結(jié)合型原理。