一種智能型蒸汽洗車機(jī)電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

一、引言：
隨著改革開放的不斷深入，我國(guó)居民汽車的保有量在不斷的增加，日益急增的洗車業(yè)吹生著新一代洗車機(jī)的出現(xiàn)，在這種形勢(shì)下，我們新近研制和開發(fā)了一種智能型蒸汽洗車機(jī)，它采用高效可調(diào)壓電鍋爐加熱，產(chǎn)生高壓蒸氣來快速吹除各種汽車、機(jī)械、電器以及各種零配件上的灰塵和油跡。它具有自動(dòng)泵水、調(diào)壓等多種功能，效果極為顯著，獨(dú)特的電器設(shè)計(jì)使水充分霧化，氣量大，但用水少。節(jié)水效果能達(dá)到98%，同時(shí)加入少量消毒液后對(duì)車輛任何部位均能噴灑覆蓋，可起到殺菌和消毒作用,是各大汽車維修廠、洗車店、各超市、住宅小區(qū)停車場(chǎng)等地不可多得的好幫手。
二、設(shè)計(jì)方案介紹：
1、結(jié)構(gòu)
新型蒸汽洗車機(jī)電路是采用高性能抗干擾的單片機(jī)技術(shù)開發(fā)的一種電子產(chǎn)品，它的硬件無需調(diào)試，軟件穩(wěn)定可靠，便于處在各類惡劣環(huán)境中使用。它主要由電源、主控板、手柄、水泵、出入水管、蒸氣發(fā)生器、集水槽、擦拭器、外殼等組成。當(dāng)打開電源，水泵通過入水管抽水送入噴水頭，噴水頭向電熱蒸發(fā)器噴水，產(chǎn)生水蒸氣，高壓水蒸氣從噴氣頭噴出，對(duì)污物進(jìn)行沖洗，沖洗后的水蒸氣由外殼壁孔洞向機(jī)外噴出，進(jìn)入出水管并冷凝成水；設(shè)在外殼內(nèi)壁上的集水槽用于收集內(nèi)壁上的冷凝水并使其沿出水管流出，外殼底部擦拭器，緊靠被擦物，通過移動(dòng)蒸氣洗車器，使擦拭器對(duì)被擦物進(jìn)行擦拭。本機(jī)還設(shè)有缺水、過壓自動(dòng)報(bào)警；高壓自動(dòng)斷電；超壓自動(dòng)排氣等多重安全裝置，保證使用安全可靠。
2、蒸汽洗車的基本原理
水經(jīng)過加熱變成蒸汽后，再將 165℃的蒸汽從噴嘴噴出，這時(shí)蒸汽中就含有了一定的熱能，汽車車身表面的溫度低于蒸汽的溫度，蒸汽洗車在車身表面迅速冷凝成水，蒸汽在冷凝過程中釋放出凝結(jié)熱，其凝結(jié)熱作用車身表面的污垢層，使污垢層受熱軟化并在專用車身清洗劑的分解及后續(xù)帶有壓力的蒸汽噴射下便非常容易去除。
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3、電路硬件部分：
①方框圖
本機(jī)電路主要以 STC89RC52 單片機(jī)為核心來構(gòu)建整個(gè)電路，該款單片機(jī)的性能及其優(yōu)良，它具有極強(qiáng)的抗干擾性能，可以工作在及其惡劣的環(huán)境之中，工作穩(wěn)定可靠。它的方框圖見附圖1。它由以下幾部分電路組成，包括：電源電路、水位和液位檢測(cè)電路、洗車液和玻璃液檢測(cè)電路、壓力和蒸汽位檢測(cè)電路、熄火檢測(cè)和煤汽報(bào)警檢測(cè)電路、風(fēng)扇水泵檢測(cè)電路、煤汽閥驅(qū)動(dòng)電路、風(fēng)扇和水泵驅(qū)動(dòng)電路、點(diǎn)火驅(qū)動(dòng)和聲響驅(qū)動(dòng)電路及各類聲光電指示電路等。
②工作原理：
由 N5 三極管組成的煤氣打火針檢測(cè)電路，通過它去控制單片機(jī)的1 腳，14 腳上連接的是玻璃液檢測(cè)用發(fā)光二極管，當(dāng)檢測(cè)到有玻璃液存在時(shí)發(fā)光二極管就被點(diǎn)亮，18-19 腳外接晶振，頻率為11.0592MZH作為單片機(jī)的時(shí)鐘源。P2 三極管外接在單片機(jī)28 腳上組成本機(jī)的有源受控上拉電路，它可以控制當(dāng)單片機(jī)在開機(jī)或運(yùn)行時(shí)，某腳電壓不穩(wěn)定時(shí)，不至于去驅(qū)動(dòng)負(fù)載繼電器或使繼電器亂跳，從而使機(jī)器穩(wěn)定工作。由IC2（LN2803）組成單片機(jī)輸出端口的驅(qū)動(dòng)模塊，通過它可以直接驅(qū)動(dòng)煤氣電磁閥、風(fēng)扇和水泵開關(guān)，并且能分別點(diǎn)燃對(duì)應(yīng)的各自指示燈，它是一塊具有8 路驅(qū)動(dòng)，輸出電壓為0—50V，可以直接驅(qū)動(dòng)繼電器和燈泡等負(fù)載的電路。由N4 三極管組成的為蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路，以配合各種報(bào)警器提示用戶；由IC5 組成的是玻璃液和洗車液位檢測(cè)轉(zhuǎn)換電路，它可以檢測(cè)玻璃液和洗車液位的高低狀態(tài)；由IC7 開關(guān)電源穩(wěn)壓模塊可供出28V 直流電壓，本模塊受單片機(jī)21 腳控制，當(dāng)21 腳處于低電平時(shí)可使N3 截止，這時(shí)IC7 的5腳為高電平，IC7 的4 腳輸出28Ｖ直流電壓，同時(shí)通過IC3 可以將24V 直流電壓轉(zhuǎn)換為5V 直流電壓供給單片機(jī)使用。本機(jī)上還設(shè)有一些特殊狀態(tài)的檢測(cè)電路，它們均采用光電耦合器來進(jìn)行隔離，以減少被測(cè)電路對(duì)單片機(jī)的影響，例如對(duì)風(fēng)扇、水泵、煤氣電磁閥、煤氣報(bào)警器、運(yùn)行開關(guān)、交直流電源、壓力開關(guān)和除垢開關(guān)等內(nèi)容的檢測(cè)。本機(jī)中的各個(gè)控制部分均采用繼電器控制模式，它既安全又可靠，例如Ｋ１控制風(fēng)扇啟動(dòng)；Ｋ３控制水泵的抽排水；Ｋ４控制煤氣電磁閥。ＩＣ１６為單片機(jī)數(shù)據(jù)寄存器，用于存放一些備用數(shù)據(jù)和信息。（具體電原理圖可以向著作索?。?br />③特殊電路介紹：
（1） 復(fù)位電路：由IC4 組成的備用強(qiáng)制復(fù)位電路，可以在單片機(jī)運(yùn)行死機(jī)后實(shí)施強(qiáng)制復(fù)位，由N1 三極管和Z1 穩(wěn)壓二極管組成的電源復(fù)位電路，當(dāng)開機(jī)上電后，穩(wěn)壓管擊穿，電壓對(duì)電容器C 進(jìn)行充電，使三極管導(dǎo)通，單片機(jī)9 腳電位接近為零，單片機(jī)復(fù)位，見圖2
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（2） 檢測(cè)電路
本機(jī)采用的傳感器有以下幾類：檢測(cè)水位采用兩個(gè)金屬導(dǎo)體作電極，輸出開關(guān)信號(hào)；采用壓力表作為壓力傳感器輸出開關(guān)信號(hào)；采用電熱偶模塊作煤氣熄火傳感器，并配有多種與不同傳感器相連接的傳感檢測(cè)電路。具體電路見圖3
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（3） 電平充電保護(hù)電路
本機(jī)由ＩＣ６、Ｐ１組成電池浮充電路以保證蓄電池的可靠工作，Ｐ１為充電管，它的基極接的是電壓過充開關(guān)，ＩＣ６為雙向比較器，組成電池充電范圍控制電路，它可以在ＩＣ６的６腳上獲得直流２４Ｖ電池組是否過充的參考電壓值。如果過流，該點(diǎn)電壓升高即立刻停止充電。由Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３組成浮充和穩(wěn)壓?jiǎn)?dòng)電路，以保證對(duì)電池的充電電流是脈動(dòng)的，同時(shí)由ＩＣ１７和Ｎ２組成過流保護(hù)電路以保證電池以免過充，由Ｋ２繼電器組成運(yùn)行控制開關(guān)，以保證整機(jī)的正常啟動(dòng)和運(yùn)行。見圖4
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4、軟件部分：
首先對(duì) CPU 控制系統(tǒng)進(jìn)行初始化，初始化的目的能使系統(tǒng)的一些特征參數(shù)復(fù)原到初始設(shè)定值，要求完成I/O 的設(shè)置、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的合理分配、定時(shí)器、A/D 的設(shè)置，同時(shí)在每階段要進(jìn)行按鍵掃描的處理，看看鍵盤有沒有信號(hào)輸入，如果有輸入就進(jìn)行更新原始狀態(tài)且按照鍵盤定義功能要求發(fā)送對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)。接下來要對(duì)電源電壓進(jìn)行檢測(cè)，來判電源電壓是否正確和穩(wěn)定，如果不對(duì)就馬上返回開機(jī)狀態(tài)，如果正確就進(jìn)入水位檢測(cè)階段，當(dāng)一旦檢測(cè)到有水位不夠的現(xiàn)象，就要求立刻啟動(dòng)水泵進(jìn)行加水，同時(shí)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警。同理程序轉(zhuǎn)入下一階段去判定洗車液和玻璃液的液位高低狀態(tài)，先判洗車液位的高低，如果不夠，就啟動(dòng)水泵加液，如果玻璃液不夠，就要求啟動(dòng)液泵加入玻璃液，接著進(jìn)入下一階段是壓力檢測(cè)，首先看蒸汽壓力是否夠，要滿足（洗車要求6-8 ㎏/㎡），否則就要使壓縮機(jī)工作，同時(shí)啟動(dòng)壓力報(bào)警，以提示用戶，然后進(jìn)入最后一個(gè)環(huán)節(jié)蒸氣水位檢測(cè)，先對(duì)熱蒸汽的水位進(jìn)行檢測(cè)，如果不到，就啟動(dòng)水泵加水，以滿足使用者的要求。完成之后，經(jīng)過系統(tǒng)設(shè)定定時(shí)10 秒后再發(fā)送數(shù)據(jù)到程序開頭形成循環(huán)，來完成定時(shí)計(jì)數(shù)，為系統(tǒng)提供數(shù)碼。由于本機(jī)的工作環(huán)境及其惡劣，所以在軟件部分增加了一些抗干擾的措施和手段，例如采用看門狗電路，當(dāng)程序一旦沒有按原先的軌道運(yùn)行，并超過一定的時(shí)間限制，看門狗電路馬上產(chǎn)生一復(fù)位信號(hào)，強(qiáng)行對(duì)單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位，使程序重新開始，以避免死機(jī)。另外還可以采用在非程序區(qū)中設(shè)置“軟件陷阱”，當(dāng)程序彈飛到軟件陷阱中時(shí)，程序?qū)⒆詣?dòng)執(zhí)行事先編好的干擾處理復(fù)位子程序，將程序重新納入正常軌道。軟件設(shè)計(jì)流程圖見圖5

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三、電路硬件設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)和調(diào)試方法
本人在實(shí)際設(shè)計(jì)電路中遇到以下一些問題需要注意：
1、由于本機(jī)的工作環(huán)境及其惡劣，特別是在點(diǎn)火和汽車發(fā)動(dòng)時(shí)對(duì)本系統(tǒng)的干擾特別大，所以硬件上采用抗干擾性能極佳的單片機(jī)STC89RC52，同時(shí)在軟件上采取看門狗電路和軟件陷阱等種手段來保證電路的可靠工作，另外在電路的處理上增加了一些電磁屏蔽的措施。
2、摸擬信號(hào)電路和數(shù)字信號(hào)電路布線時(shí)要求分開各成系統(tǒng)獨(dú)立布線。
3、模塊外部分立元件要使用表面貼片元件以減少引線分布參數(shù)的影響。
4、在使用模塊化設(shè)計(jì)時(shí)，要注意摸擬和數(shù)字信號(hào)、高頻和低頻信號(hào)各自的地線要嚴(yán)格分開，否則電路設(shè)計(jì)好以后也無法工作。
5、本機(jī)電器部分可免調(diào)試，只要元器件安裝正確、導(dǎo)線連接無誤，機(jī)器就能正常工作，但要注意接線端子，千萬不能將強(qiáng)弱電端子接錯(cuò)，以免使機(jī)器損壞。
四、結(jié)束語(yǔ)：隨著科技的不斷發(fā)展，蒸汽洗車機(jī)已廣泛地應(yīng)用于各大汽車維修廠、洗車店、各超市、住宅小區(qū)停車場(chǎng)等場(chǎng)所，為廣大有車族提供了既安全可靠又方便實(shí)用的良好設(shè)備。目前它的技術(shù)在不斷的進(jìn)步，正朝著多功能和智能化方向迅速發(fā)展。
六、本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：是較全面地介紹了一種電子蒸汽洗車機(jī)電路的設(shè)計(jì)方案及實(shí)現(xiàn)中遇到的問題及解決的方法，突出了硬件工作原理和軟件流程圖的介紹，著重介紹了電子蒸汽洗車機(jī)的檢測(cè)和控制電路的工作原理及技術(shù)的解決方案，具有廣泛的實(shí)用價(jià)值。