Entwurf eines intelligenten Steuerungssystems für Wäscheständer basierend auf einem Einchip-Mikrocomputer

Die Entwicklung eines intelligenten Steuerungssystems für einen Wäschetrockengestell auf der Grundlage eines Ein-Chip-Mikrocontrollers (MCU) umfasst die Integration von Sensoren, Aktoren und Steuerungslogik, um den Trocknungsprozess zu automatisieren und zu optimieren. Nachfolgend finden Sie einen detaillierten Entwurfsansatz:

Systemanforderungen

1. Kernfunktionalität:

   • Automatische Erkennung der Luftfeuchtigkeit, um festzustellen, ob die Wäsche trocken ist.

   • Steuerung von Heizung und Lüftungssystemen für eine effiziente Trocknung.

   • Bereitstellung von Benutzerfeedback (z. B. LED-Anzeigen, Display).

   • Unterstützung einer manuellen Überschreibung für die Benutzersteuerung.

2. Zusätzliche Funktionen:

   • Energieeffizienz (z. B. Abschaltung der Heizung, wenn die Wäsche trocken ist).

   • Sicherheitsfunktionen (z. B. Überhitzungsschutz).

   • Drahtlose Konnektivität zur Fernüberwachung (optional).

Systemblockdiagramm

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| Feuchtigkeitssensor|       | Temperatursensor  |       | Benutzerschnittst.|
| (z. B. DHT22)     |       | (z. B. NTC-Therm.)|       | (Tasten, Display) |
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         |                           |                           |
         |                           |                           |
         v                           v                           v
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|                                                                          |
|                          Ein-Chip-Mikrocontroller                       |
|                          (z. B. STM32, ESP32, ATmega328)                |
|                                                                          |
+--------+-------------------------------------------------------+----------+
         |                           |                           |
         |                           |                           |
         v                           v                           v
+--------+----------+       +-------------------+       +-------------------+
| Heizungssteuerung |       | Lüftersteuerung   |       | Stromversorgung   |
| (Relais/MOSFET)   |       | (Relais/MOSFET)   |       | (AC/DC-Wandler)   |
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Hardware-Entwurf

1. Mikrocontroller:

   • Wählen Sie einen kostengünstigen MCU mit ausreichenden GPIOs, ADC und PWM (z. B. STM32, ESP32 oder ATmega328).

   • ESP32 ist eine gute Wahl, wenn Wi-Fi-Konnektivität für die Fernüberwachung benötigt wird.

2. Sensoren:

   • Feuchtigkeitssensor: DHT22 oder SHT31 für genaue Messung von Luftfeuchtigkeit und Temperatur.

   • Temperatursensor: NTC-Thermistor oder DS18B20 zur Überwachung der Gestelltemperatur.

   • Optional: Wägezelle zur Erkennung des Wäschegewichts (zur Schätzung des Trocknungsfortschritts).

3. Aktoren:

   • Heizung: Verwenden Sie ein Relais oder MOSFET zur Steuerung eines Heizelements.

   • Lüfter: Verwenden Sie ein Relais oder MOSFET zur Steuerung eines Lüfters für die Luftzirkulation.

   • LED-Anzeigen: Für Systemstatus (z. B. Trocknen, Trocken, Fehler).

4. Stromversorgung:

   • Verwenden Sie ein 5V- oder 3,3V-Gleichstromnetzteil für den MCU und die Sensoren.

   • Verwenden Sie ein Relais oder ein Solid-State-Relais (SSR) zur Steuerung von netzbetriebenen Heizungen und Lüftern.

5. Benutzerschnittstelle:

   • Tasten zur manuellen Steuerung (z. B. Start/Stopp, Modusauswahl).

   • LCD- oder OLED-Display zur Anzeige des Status (z. B. Luftfeuchtigkeit, Temperatur, Trocknungszeit).

Software-Entwurf

1. Hauptsteuerungslogik:

   • Lesen Sie Feuchtigkeits- und Temperaturdaten von den Sensoren.

   • Vergleichen Sie die Luftfeuchtigkeit mit einem vordefinierten Schwellenwert, um festzustellen, ob die Wäsche trocken ist.

   • Steuern Sie die Heizung und den Lüfter basierend auf den Feuchtigkeits- und Temperaturwerten.

2. Heizungs- und Lüftersteuerung:

   • Verwenden Sie PWM, um die Heizintensität und Lüftergeschwindigkeit für Energieeffizienz anzupassen.

   • Implementieren Sie einen PID-Regler für eine präzise Temperatursteuerung (optional).

3. Sicherheitsfunktionen:

   • Überhitzungsschutz: Schalten Sie die Heizung ab, wenn die Temperatur einen sicheren Grenzwert überschreitet.

   • Zeitüberschreitung: Stoppen Sie das System nach einer vordefinierten Trocknungszeit, um ein Übertrocknen zu verhindern.

4. Benutzerschnittstelle:

   • Zeigen Sie Echtzeit-Luftfeuchtigkeit, Temperatur und Systemstatus auf dem LCD/OLED an.

   • Verwenden Sie LEDs, um Systemzustände anzuzeigen (z. B. Rot für Heizen, Grün für Trocken).

5. Optionale Funktionen:

   • Wi-Fi-Konnektivität: Verwenden Sie ESP32, um die Fernüberwachung und -steuerung über eine mobile App oder Weboberfläche zu ermöglichen.

   • Datenprotokollierung: Speichern Sie den Trocknungsverlauf im EEPROM oder externen Flash-Speicher.

Algorithmus (Pseudocode)

void main() {
    initialize_sensors();
    initialize_actuators();
    initialize_user_interface();

    while (1) {
        float humidity = read_humidity_sensor();
        float temperature = read_temperature_sensor();

        if (humidity > HUMIDITY_THRESHOLD) {
            turn_on_heater();
            turn_on_fan();
            display_status("Trocknen...");
        } else {
            turn_off_heater();
            turn_off_fan();
            display_status("Trocken");
        }

        if (temperature > MAX_SAFE_TEMP) {
            turn_off_heater();
            display_error("Überhitzung!");
        }

        check_user_input(); // Manuelle Steuerung behandeln
        delay(1000); // 1 Sekunde warten
    }
}

Prototyp und Tests

1. Prototyp erstellen:

   • Bauen Sie die Hardware auf einem Steckbrett oder einer Leiterplatte auf.

   • Verbinden Sie Sensoren, Aktoren und den MCU.

2. Funktionalität testen:

   • Überprüfen Sie die Sensorwerte und die Aktorsteuerung.

   • Testen Sie die Steuerungslogik unter verschiedenen Bedingungen (z. B. nasse Wäsche, trockene Wäsche).

3. Optimieren:

   • Passen Sie die Schwellenwerte (z. B. Luftfeuchtigkeit, Temperatur) für eine optimale Trocknung an.

   • Feineinstellung der PWM-Einstellungen für Heizung und Lüfter.

Kostenoptimierung

1. Verwenden Sie kostengünstige Komponenten (z. B. DHT22 statt SHT31).

2. Vereinfachen Sie das Leiterplattendesign (z. B. 2-lagige Leiterplatte).

3. Verwenden Sie Open-Source-Softwaretools und -bibliotheken.

Beispielkomponenten

• MCU: ESP32 (~5 $).

• Feuchtigkeitssensor: DHT22 (~5 $).

• Temperatursensor: NTC-Thermistor (~1 $).

• Heizung: PTC-Heizung (~10 $).

• Lüfter: 12V-Gleichstromlüfter (~5 $).

• Display: 16x2-LCD (~3 $).

Durch die Umsetzung dieses Entwurfs können Sie ein intelligentes Steuerungssystem für ein Wäschetrockengestell entwickeln, das kostengünstig, energieeffizient und benutzerfreundlich ist.