全自动洗衣机的原理

疫情这段时间一直呆在老家,前几天洗衣机突然不转了,于是拆开了仔细研究了一番,折腾了几天,算是修好了。也许直接找人修更简单一些吧,我主要还是想拆开看看玩玩。

其实洗衣机这东西的原理是很简单的。核心就是一个电动机,加上一些进水排水的控制开关,还有一个用来感应水位的传感器。中间的滚筒,再加上外壳,基本上就是这些东西了。

原理就是,通过不同程度的控制滚筒的旋转,以及进水排水的开关,来达到洗衣的目的,简单说就是一个电机控制程序,输入是水位等传感器信息,输出是进水排水的开关控制,滚筒的正转反转和速度大小

我们看现在的全自动洗衣机好像很复杂的样子,可以选择各种不同类型的衣物,还有不同的洗衣模式。其实核心很简单,就是各种各样的程序,只是我们通过来控制不同的旋转时间,速度还有力度大小来控制这个洗衣的过程,它的机械部分很简单,核心主要还是用程序控制的算法来组成。

当然其中一些旋转的力度和速度的大小,这些都是经验,时间点的把握,正反旋转,等等通过不同的时间不同的输出参数来获得最好的洗涤效果,这些经验性的东西,通过大量的数据和实践都可以获得。

而它的本质核心控制程序是很简单的,要是真写的话,一点都不复杂,估计也就是,几百行,顶多也就是几千行的程序。

洗衣机拆开之后,他的里边有三块主要的电路板。很容易分辨出来各个电路板的功能和类型,其中一个是电源,如果你对电路有点熟悉的话,一眼就能看出来,它其实就是一个开关电源。第二个是控制板,这是整个电路的核心部分,上面包括用来输入的按键,显示屏幕,上面最核心的就是一块CPU了,其实就是一个单片机,看了一下上面的编号,是瑞萨电子的一个16位的控制器。如果你想仔细研究一下,它的具体型号是R5F212A7SNFA,洗衣机的型号是海尔XQS85-BZ1318

最后一块电路板是用来驱动无刷电机的。如果你玩过无人机的话就会知道,每一个无刷电机都需要一个电调来控制。因为无刷电机线圈并不旋转,旋转的是外边的磁体,我们需要在线圈之间不停的变换电流。比如说三个线圈,我们在这些线圈之间不停的变换电流产生交替的磁场,使得电机的外边的永磁体到达当前线圈的时候刚好它的磁场是向着一个方向旋转的力,这样就会持续旋转下去。

当然还有一些老式的洗衣机用的是普通的直流电动机,就没有那么复杂的控制电路了。为什么要用无刷电机呢,因为无刷电机方便调速,不用使用那些麻烦的机械传动和调速装置,所以结构简单,故障率低。旋转的时候可以逐渐提速,震动和噪音也比较小。可以精确控制,正转反转,洗涤效果也要好一些,也能节省一部分电。同时也方便自动化控制,一个桶能洗能脱,所以都号称全自动。

如果你对无刷电机不太了解,那你对它的一些市场营销术语可能是会有一些耳闻的。不管是洗衣机还是空调,都可以看到广告上天天忽悠的变频技术。他们所谓的变频技术,其实核心用的就是无刷电机。通过不同的开关频率来调节无刷电机的旋转速度,所以叫做变频。

还有一个比较重要的部件就是水位传感器,在整个洗衣控制程序中,监测当前水位的高低是很重要的一个输入参数。水位传感器大部分的实现是用空气的压力变化,来估算按水位的高低。桶下边有一个气室,水位改变时这个气室的压力会产生变化,通过一个塑料管道连到上面,上面有一个薄片,在不同压力下会上下移动,通过在磁场中的移动产生不同电流来获取压力大小。

前面说了一大堆基本原理吧,那么,这个洗衣机到底是哪里出问题了呢?他的表现是,各个程序输入输出都是正常的,唯独到了洗涤的时候,下边的电机转不动。很容易就能猜出来,下边无刷电机的驱动电路出了问题。拆开看了一下,可能出问题的地方有很多,最大的可能应该是里边的几个大功率三极管出了问题,就是带着散热片的那几个。这几个晶体管估计是用来控制无刷电机线圈的开关,当然也有可能是旁边的大电容出了问题。

整个板都是被胶给封住的,上面的器件如果坏了,去买的话也比较麻烦。手上工具也不多,不好检测。然而一顿搜索之后发现,淘宝上居然有人直接卖里边的电路板,不管是电源板还是下边的驱动板都有,中国人果然赚钱思维很强啊。

好吧,花了90块钱买了块驱动板换上洗衣机就好了,不能算是我修好的,花钱换了个模块吧,哈哈,说出来有点丢人。

简单估算一下一台洗衣机的成本吧,里边这些电路其实成本很低的。电子相关的部分加起来顶多一两百。电机和滚筒加上外边的外壳,这些估计也就几百块钱,里面的器件的具体型号,在网上搜索的话,都可以找到大致的价格,要是批量买的话,肯定会更便宜。它的核心控制程序,如果你是一个程序员的话,写起来比平时做的大部分软件都要简单得多,主要还是要有耐心的调各种参数。根据不同的经验和反馈来调整控制程序的每一个细节。

所以这样算下来,成本可以做到几百块的洗衣机,如果卖的话可以卖到几千块。这利润其实是很高的,比雷布斯做手机的利润要高得多。所以何苦辛辛苦苦的做那些手机呢,天天搞电路搞软件不停的修bug,几百人上千人的研发团队天天累的要死。最重要的是利润很低,而这边做洗衣机的,那么简单的一个电路成本那么低,而且利润那么高。

所以这个世界,并不是我们想象中的那个样子,看起来比较高大上比较光鲜的那些东西,很牛的那些技术,其实有时候并不怎么赚钱,而那些看着不起眼的很土的东西,却天天在闷声发大财。

所以技术人员一定要多研究一下这个市场,最重要的是,一个产品一项服务如何解决用户的需求,怎么样把东西给销售出去。赚钱跟技术含量,并不是对等的。而且什么是技术呢?这个世界上能做出来的东西没有所谓的核心技术的高低,只要肯花时间慢慢搞,大部分东西都能搞出来的。

好吧,还忽略了一点,就是原理和工程化之间有一个巨大的差距要填满,看起来简单的东西,能够做成一个可以售卖的产品并不简单。任正非老板说过,“其实原子弹的核反应链式方程,初中生都学过,但是做成原子弹可不那么容易。基础科学看起来道理很简单,实施起来非常难。所以,在国外某项东西可能看起来是很小的发明,但是发明中套发明,再套发明,是数千项专利、上万项专利支撑了一个小小的零件。”