Whirlpool Dispenser Cup  

Michigan State University Senior Design  

ECE 480, Team 8 Spring 2015 

 Project Sponsor 

Whirlpool  

Project Facilitator Dean Aslam 

 Team Members 

Daniel Sun Gao Xin 

HongYi Shen Connor Grossman Daniel Gomez 

        

 

Table of Contents  

1. Executive Summary 1. Background 2. Design Approach 

2. Technical Summary 1. Customer Requirements 2. Microcontrollers 3. Power Supply 4. Sensors 

3. Design Stages 1. 3D Model of the Dispenser Cup 2. Active Bandpass Filters 

4. Fast Diagram 5. Project Management 

1. Technical Responsibilities 2. Non­Technical Responsibilities 3. Gantt Chart 

6. Budget  7. Conclusion/Recommendation 8. References 9. Appendix 

          

 

1. Executive Summary  1. 1 Background  

Whirlpool Corporation is one of the largest washing machine manufacturers. It’s 

headquartered in Benton Charter which is a township in Michigan. The Company was 

founded on November 11,1911. At the very beginning, it was a small company that 

produced electric, motor driven, wringer washers. With the science and technology 

developing rapidly, most families choose to use a washing machine at home instead of 

doing laundry outside washing by hand or driving to the laundromat. So the rigid 

demand of having a household washing machine increased  rapidly. Whirlpool growing 

fast and becoming one of  Fortune 500 company,having an annual revenue of about 

19 billion dollars. They have more than 70 manufacturing and technology research 

centers in the world. However a the new problem also came up, which is how to use 

the least energy to wash the cloth clean. Being energy efficient and to be 

environmentally friendly are two big problems for the manufacturer. In addition, with 

the fossil energy being scarce, the government and many environmental protection 

organizations are pressing this issue. Energy Star is an international standard for 

energy efficient consumer, it was created in 1992 by the Environmental Protection 

Agency and the Department of Energy. It aims to encourage the manufacturer to 

design the most energy efficient product. We can see the Energy Star label on most of 

whirlpool products on the market.The label shows how much energy and money it can 

save a customer every year. For the customer, they take this into their consideration 

when they choose the product.. Now, many companies like whirlpool are willing to fund 

the research to find a more economically feasible way to reduce energy cost.  

 

 

 

 1.2 Design Approach  

The aim of this project is to prototype a completely functional, yet independant, 

dispenser cup. The independence of this system means that no contact pads or 

harnesses can be used in between the appliance and the dispenser cup. Our design will 

not be streamlined into the market, but rather, it’s a proof of concept that the 

requirements set by Whirlpool are feasible and can be used in future works relating to 

our project.  

By combining an LED and a photoresistor sensor we can detect when a liquid is 

placed in one of the cups on the dispenser. Along with the sensors, there will be a 

bandpass filter that is different for each cup sensor for increased accuracy and more 

reliability. It is left up to the user to pour the correct contents into the specified cup or the 

system will not work. In addition to the sensor, the system must provide its own power 

since it must be independant from the appliance.  

A solar cell on the outside face of the dispenser will always be exposed to the 

environment and convert light in the surrounding area into energy used to charge a 

battery, which in turn, powers the system. Another feature is to make the system 

independant. This can be done by implementing wireless communication between the 

appliance and the dispenser cup. Using a wireless transceiver, the appliance and 

dispenser cup can communicate with each other without the use of contacts pads or 

harnesses. 

The last feature of the system, is user friendly LEDs to indicate which cups need 

to be filled depending on what cycle the user selects. This ties into the concept of 

wireless communication. The user will select a cycle the appliance will then wirelessly 

communicate that cycle to the dispenser cup and from there the LEDs light up the 

appropriate cups. 

  

2. Technical Summary  2.1 Customer Requirements  

The customer has a functional dispenser cup with content detection that uses 

LEDs and sensors to detect which dispenser cup has a liquid or powder in it. From there 

they wish to determine the actual substance based on which cup was filled. To make 

the appliance lower cost and more efficient, the customer has asked us to implement 

wireless communications between the appliance control unit and the dispenser. The 

dispensers are mostly used in washing machine appliances which tend to vibrate a lot, 

making wireless communication a key factor for the dispenser and appliance. Another 

task is to implement LED’s to light up with certain cycles of the washing machine are 

selected so the user knows which cup needs to be filled in order to perform that cycle. 

Wireless power is another feature that must be implemented in the dispenser. All of this 

is to make the dispenser physically independent from the appliance control unit so that 

the dispenser can be removed and cleaned if needed. Overall there are three task we 

need to accomplish: 

1. To have the appliance control unit tell the dispenser which cups need to 

be filled and have it tell the user via LEDs 

2. To power the dispenser independently  

3. Wireless communication between the appliance control unit and the 

dispenser for future features of the system

 2.2 Microcontrollers  

The microcontroller that will be used for the initial and testing stage is the 

EZ430­RF2500. This microcontroller consists of two separable boards that connect 

together when they are being programmed. Both boards are identical and can perform 

the same task, so each board can act as a transceiver to send information between 

each other. This microcontroller was selected for the testing phase because of its ease 

of use and its wireless capabilities. One of the boards would be placed in the main 

system while the other is placed in the dispenser cup, allowing for easy and reliable 

communication between the two. However, one of the design goals is to keep costs to a 

minimum, to reduce costs it would be necessary to change microcontrollers as the 

EZ430­RF2500 proves to be very expensive. 

One way to reduce the cost is by using a cheaper microcontroller. A microcontroller that 

meets this criteria is the MSP430­G2553. The only problem with this microcontroller is 

that it does not have the wireless transceiver to communicate with the main system. 

Therefore the team has implemented a new transceiver, CC2500. This will implement 

the wireless communication part of the system. The team will have to code the wireless 

communication of the devices which is one of the disadvantages when compared to the 

EZ430­RF2500. 

 2.3 Power Supply  

One of the main customer requirements is for the dispenser cup to be 

self­powered. As previously mentioned there must be no contact pads or cables 

between the main system and the dispenser cup. One of the first solutions the team 

came up with was to flow current through a coil in the main system, then this coil would 

propagate an electromagnetic field than would be received by a coil placed in the 

dispenser cup this would induced voltage onto the second coil and would wirelessly 

power up the dispenser cup system without the need of contact pads or cables. 

However, the more voltage that was needed in the second coil then the bigger the coils 

would have to be. This proved to be as challenge, as the proposed circuitry needs a 

decent amount of voltage and current. Another disadvantage is the distance that the 

voltage can be transferred is really minimal, which may or may not be an issue in our 

design. Instead of this idea, the team opted for a different method. 

The next method will accomplished the task by using a solar cell, this solar cell 

would not be the main supply or the system. It would be used to charge a battery that 

would act as the voltage supplier for the rest of the circuit. Then the main voltage in the 

supply would be stepped down to get the voltages that are necessary in the circuits 

shown on (figure 2­3­1), these are the 3.3V to power the microcontroller and the voltage 

divider and 5V to power the LED used in the sensor and 9V for the bank of LEDs that 

would let the user know what cups to fill. 

 

 Figure 2­3­1 

     2.4 Sensors  

The overall goal of our sensor system is to detect the contents that are placed 

inside the cups. We plan on using a photoresistor and an LED to accomplish this. On 

one side of the cup there will be an area for the LED to shine and the other side will 

have an area for the photoresistor to be exposed to the light of the LED. Once the 

photoresistor is exposed to the light the resistance changes. In darkness, the resistance 

is really high and vice versa when exposed to bright light. With contents in the cup we 

can measure the voltage across the resistor (figure 2­4­1) at that time, then use a 

microcontroller to detect this voltage and tell the dispenser cup that there are contents 

in it. This value will be different depending on the material thats is the cup. 

  

 Figure 2­4­1 

  

   

3. Design Stages  3.1 3D Model of the Dispenser Cup  

The Dispenser cup has three layers with different functions, when assembled 

together it creates the dispenser cup. The dispenser cup contains three cups for 

detergent, bleach and softener. Also, there will be three LEDs besides each cup in the 

first layer. In order to decrease the waste of detergent/bleach/softener, a unflat cup 

bottom has been designed as the second layer. The bottom layer is to store the 

microcontroller, battery and other circuits. There is also a common path for 

detergent/bleach/softener to go through to the washer. 

 Figure 3.1­1 First Layer 

 Figure 3.1­2 Second Layer Top 

  

 Figure 3.1­3 Second Layer Bottom 

 

 Figure 3.1­4 Bottom Layer Top 

  

 Figure 3.1­5 Bottom Layer Back 

 

 Figure 3.1­6 Assembled Dispenser Cup Top 

  

 Figure 3.1­7 Assembled Dispenser Cup Right 

   

3.2 Active Bandpass Filter  

An active bandpass filter is to be implemented with the sensors. The sensors in 

our dispenser cup are used to detect when contents are pour into the cups. Are sensors 

will be sensitive to light due to the photoresistor in the sensor design. This means that 

ambient light from the environment around the dispenser cup will continuously be affect 

the value of the photoresistors. To solve this problem we are going to integrate three 

different bandpass filters (figure 3­2­1), one for each cup. This should make our sensors 

less sensitive to ambient and overall make them more reliable. 

The reason we need three different bandpass filter is due to the fact the each 

liquid (detergent, bleach and fabric softener) will refract the light of the bright red led 

differently, which yield a different wavelength/frequency for each liquid. After calculating 

how each liquid changes the light we can start designing the filters. All a bandpass filter 

is a high pass filter and a low pass filter in series. You first design the high pass filter to 

take care of the low end of your frequency range. After choosing a low end frequency 

(f1) and a value of C1 use equations 3­2­1, 3­2­2 & 3­2­3 to solve for all other unknown 

values. 

 1 /( 1  f1)R = 1 √2 * π *C *   Eq. 3­2­1 2 /(2 1 f1)R = 1 √2 * π *C *   Eq. 3­2­2 1 2C = C Eq. 3­2­3 

 The next step is to design the low pass filter by picking the high end of the frequency range (f2), pick C1, and use equations 3­2­4 & 3­2­5. 

 2 1C = C * 2 Eq. 3­2­4 1 2 /(2 1  2)R = R = 1 √2 * π *C * f Eq. 3­2­5 

 

Finally, the last thing to do is to figure out Cout but that is easily solved by taking a value thats 100­1000 times larger than C1. 

   

 Figure 3­2­1 

                 

4. Fast Diagram The following function analysis system technique (FAST) shows the relationships 

between selecting a washing cycle to actually starting the cycle. Each box represent an 

action that should have happened and each box before and after it are the actions 

before and after.  

 

 

    

  5. Project Management  5.1 Technical Responsibilities  

Name  Responsibility 1  Responsibility 2  Responsibility 3 

  Selection of Parts and Ordering 

Research  Prototyping & Refinement 

Daniel Sun  Photoresistors  Design Approaches  Building/Testing Prototype 

Connor Grossman  RGB LEDS  Active Bandpass Filter 

Building/Testing Prototype 

Daniel Gomez  Microcontroller  Power Supply/ Voltage Divider 

Programming Microcontroller 

Hong Yi Shen  Rechargeable Battery 

Background Material 

Programming Microcontroller 

Gao Xin  Solar Cell  Detergent/Softner/Bleach 

Building/Testing Prototype 

  

5.2 Non­Technical Responsibilities  

Name  Responsibility 

Daniel Sun  Project Manager 

Connor Grossman  Documentation Preparation 

Daniel Gomez  Lab Coordinator  

Hong Yi Shen  Presentation Manager 

Gao Xin  Project Webmaster  

   5.3 Gantt Chart  

 

 6. Budget  

Parts  Cost 

20 piece of 50­100k ohm photoresistors  $4.22 

9V Battery  $9.65 

Solar Cell   $6.95 

RGB LEDS  $9.95 

Microcontroller  Varies 

Detergent/Bleach/Softener  $40~ 

3D Model printing  Varies 

Total  Varies 

  7. Conclusion/Recommendation 

 The recommendation that has been provided is to use the EZ430­RF2500 

microcontroller through the testing stages along with our design. If cost need to be further reduced, Whirlpool will need to consider using the MSP430G2553 along with the CC2500 Transceivers.   

8. References  9. Appendix