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(lái)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(wú)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。

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(lái)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(lái)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

（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

（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

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(lái)要對(duì)電源電壓進(jìn)行檢測(cè)，來(lái)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(lái)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

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(lái)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(wú)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(wú)誤，機(jī)器就能正常工作，但要注意接線端子，千萬(wàn)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。