基于S7200语音播报全自动洗衣机设计

www�ele169�com󰀁󰀁|󰀁󰀁109电子基础

0 引言现如今，市面上的大多数洗衣机由单片机为主控进行设计，然而，类似单片机这样的微电子产品，由于其不能够长期稳定的工作，抗干扰能力差，设计出的产品往往不能满足长期使用的要求。因此，市面上渐渐出现了以PLC为主控的洗衣机，但传统的以PLC为主控的洗衣机往往使用不够方便，使得洗衣机的使用体验低。本设计在传统洗衣机的设计优势上，加以改进，弥补不足，通过增添语音模块，使得洗衣机的使用更加方便，也提高了控制系统的可靠性，增添触摸显示屏，使得洗衣机变得更为实用，实际操作更为简单，体现出科技感。本文通过参考市面上现有的洗衣机实际运行过程，设计了一种基于西门子S7-200PLC的语音播报全自动洗衣机，使其具有普通洗衣机的功能，添加语音装置、大屏触摸显示屏等特点。1 系统方案整体架构市面上一般全自动洗衣机的工作过程大致包含进水、排水、洗涤、脱水等若干环节。将这些环节分不同方式合理搭配可得到不一样的洗衣动作流程。本文设计的洗衣机的洗衣桶（外桶）和脱水桶（内桶）是以同一中心安放的。外桶固定，盛放水用。内桶桶壁上会有很多小孔，可以旋转，作脱水（甩干）用。进水时通过电控系统使进水阀打开，经进水管将水注入到外桶。排水时，通过电控系统使排水阀打开，将水由外桶排出到机外。洗涤正转反转由洗涤电动机驱动波盘正反转来实现，此时内桶并不旋转。脱水时通过电控系统将电动机带动内桶旋转，此时外桶不旋转，进行甩干。通过高低水位开关检测进水以及排水时的水位情况。传统洗衣机在洗衣即将结束时没有任何提示，故本文设计的洗衣机在内部时钟计时离洗衣结束还剩3分钟（具体时间可修改）时，触发语音系统，进行语音播报，根据不同的情况可选择相适应的合适语音提示音，提醒使用者对衣物进行提前准备回收，提高使用体验，帮助使用者节约时间。洗衣机的人机控制部分采用了西门子公司生产的Smart-700，七寸的触摸显示屏实现人机交流，大屏幕的显示屏方便用户使用，增强用户使用体验，方便设计者对产品系统功能进行升级。2 系统硬件设计 ■2.1 处理核心根据实际I/O点个数分配情况,本文采用西门子S7-200/CPU224/AC/DC/RLY为全自动洗衣机主控单元,该主控有14个输入,10个输出,且为继电器输出型,输出电压调节范围0～220V,输入端端子电压为24V,可为输入按钮提供内接电源。S7-200/CPU224具有极丰富的指令集，丰富了产品的功能设计，提高了程序代码的可读性。S7-200/CPU224具有极其强劲的通讯能力，可以很好地实现与外部显示屏的通讯功能。并且可以根据用户需求添加丰富的扩展模块，丰富产品功能。S7-200/CPU224可靠性高、编程容易、组态灵活、输入/输出模块齐全、安装方便、运行速度快，非常适合本产品的研发设计。 ■2.2 语音模块本装置采用以ISD1820为核心的语音输出模块，ISD1820模块是先将声源录入模块中并存储起来后再播放，播放的声音音色可以根据录入音色的不同而改变。该模块的优点是体积小，操作方便，可多次使用，声音清晰，高质量、自然的语音还原，可实现循环播放、点播放、单遍播放功能。缺点输出功率较小，声音不够大。介于以上优缺点，我们对模块的设计添加了差动输入的功率放大应用电路，使可驱动大功率喇叭。因为ISD1820具有语音录制功能，我们额外添加用户可更改语音输出内容，符合大众的使用体验，丰富产品人性化功能。如：洗衣结束前3分钟可进行语音播报，提醒使用者提前准备对衣服的回收。洗衣开始的时候播报：洗衣正式开始。告诉使用者洗衣工作已经开始，并且可以添加洗衣的时间，操作的方法等使用信息，方便使用者的使用

体验。基于S7-200语音播报全自动洗衣机设计

王楚哲，陈麒，陈铭（通讯作者）（湖北文理学院 汽车与交通工程学院，湖北襄阳，441053）基金项目：湖北文理学院2018年大学生创业创新项目（项目编号：201810519118）。摘要：随着现代社会的发展，日常生活中洗衣服将逐渐由手洗被自动洗衣机代替，全自动洗衣机的重要性不言而喻。近些年来出现了大量的洗衣机产品，大多数功能单一，稳定性不高，实用性不强等因素。我们设计的洗衣机主控为西门子S7-200/CPU-224CN，以ISD1820语音模块辅助方便使用，增添了触摸显示屏方便使用者调控。本文根据实际生活中使用洗衣机的习惯，增添了ISD1820语音播报系统，通过播报工作状态，提高用户的使用体验，并且具有稳定运行，使用方便，调控方式简易等特点。关键词：PLC；ISD1820；洗衣机；语音󰀁󰀁|󰀁󰀁电子制作󰀁󰀁󰀁󰀁2019年02-03月电子基础

图1 ISD1820语音模块及差动输入功率放大电路 ■2.3 Smart700显示屏本装置的人机控制部分采用了西门子公司生产的Smart700触摸屏，该触摸屏为七英寸宽屏大小开孔尺寸（mm）192×138，前板尺寸（mm）213×159，供电电压为24V，分辨率为800×480的高清彩屏显示器，具有IP65的防护等级，极大的降低了洗衣机出现故障后对显示器会产生影响，集成的 RS 422/485 通讯口使面板的通讯更加灵活，Smart700可与S7-200/CPU224之间建立稳定可靠的通讯连接，当采用 PPI 通讯时，通信速率可高达 187.5kb/s，内置高性能的ARM处理器，主频达到了400MHz，使处理器的处理速度更加快速，画面显示更加流畅，64M DDR内存可以使得显示画面切换速度更加快速。高性能的显示屏，增强了用户使用体验，画面更清晰，画质更细腻，提高用户使用体验。3 执行流程 ■3.1 执行说明PLC在投入运行之后，进入初始状态，在PLC启动之后，通过进水泵开始进水，达到高水位（高水位检测）之后停止进水并进入洗涤状态。通过电动机进行正转30s后暂停5s，紧接着反转30s后暂停5s，洗衣机反复洗涤直到正反转洗涤5次。紧接着通过排水泵进行排水，水位到达低水位（低水位检测）之后停止排水，电动机带动内桶旋转40秒进行脱水功能。紧接着重新通过进水泵进水，反复循环此过程5次。系统报警装置报警，自动停机。系统内部所有时间都可以更改，通过改变动作运行时间和循环次数来预设置不同的洗衣方式。由于每次设置的时间不同，所以不同的洗衣方式中语音报时的设置点不同，可根据不同情形进行增添。 ■3.2 接线调试根据设计的洗衣机系统，我们搭建了PLC系统模型，通过控制LED灯来模拟排水、进水、报警、语音控制信号等输出，通过接入按键输入来模拟高低水位，启动开关等实际系统操作过程中的实际输入，外接显示屏，实现与PLC控制器的通讯。通过实际连线和现场调试，可以得到洗衣过程中严格按照流程执行。在实际操作过程中，在连接PLC与显示屏之间的通讯花了些时间，弄明白了PPI通讯协议的运用，设计代码过程中也采用了多种梯形图设计方式，选择出了最适合也是最稳定的解决方案。在产品调试过程中无论在何阶段加入扰动，系统执行不受影响，系统稳定性良好，执行状况和实验预想保持一致，证明实验成功。4 结束语由于传统的洗衣机功能单一，使用体验差，控制方式单一，而且经常会出现洗完衣服忘记将衣服取出等问题。传统的洗衣机一般洗涤功能不能脱水功能并存，本文参考市面上的洗衣机运行过程和功能的比较设计了一种基于S7-200西门子PLC为主控单元的新型的语音播报全自动洗衣机，通过给洗衣机预不同的预设置，可以进行不同的洗衣方式。洗衣过程中严格按照流程执行，在外加扰动作用下，系统不会偏离执行流程，并且在过程中我们添加了语音播报系统，可以提前告知使用者当前洗衣状态和距离洗衣完成的时间，能更好的给使用者以准备时间，提高了洗衣效率，方便的用户使用体验，更能有效的避免洗过的衣物忘记取出等事故发生。使用了Smart700的显示屏能够更好地实现人机交流，控制方式新颖，简化了人们的调控手段。可以实现手动控制与自动控制，在用户使用期间，我们也能不断提高洗衣方式，通过给使用者安装新的程序，提高使用者的使用体验，节约用户时间。

参考文献＊ [1]郁汉琪.电气控制与可编程控制器应用技术（第二版）[M]南京：东南大学出版社，2012.＊ [2]蔡行健.深入浅出西门子S7-200PLC[M]北京：北京航空航天大学出版社，2015.＊ [3]赵景波.西门子S7-200PLC实践与应用[M]北京：机械工业出版社，2012.图2 系统执行流程图

图3 实物接线及调试