一種智能型蒸汽洗車機電路的設計與實現(xiàn)

一、引言：
隨著改革開放的不斷深入，我國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的出現(xiàn)，在這種形勢下，我們新近研制和開發(fā)了一種智能型蒸汽洗車機，它采用高效可調壓電鍋爐加熱，產(chǎn)生高壓蒸氣來快速吹除各種汽車、機械、電器以及各種零配件上的灰塵和油跡。它具有自動泵水、調壓等多種功能，效果極為顯著，獨特的電器設計使水充分霧化，氣量大，但用水少。節(jié)水效果能達到98%，同時加入少量消毒液后對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)停車場等地不可多得的好幫手。
二、設計方案介紹：
1、結構
新型蒸汽洗車機電路是采用高性能抗干擾的單片機技術開發(fā)的一種電子產(chǎn)品，它的硬件無需調試，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，對污物進行沖洗，沖洗后的水蒸氣由外殼壁孔洞向機外噴出，進入出水管并冷凝成水；設在外殼內壁上的集水槽用于收集內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，通過移動蒸氣洗車器，使擦拭器對被擦物進行擦拭。本機還設有缺水、過壓自動報警；高壓自動斷電；超壓自動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熱，其凝結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
本機電路主要以 STC89RC52 單片機為核心來構建整個電路，該款單片機的性能及其優(yōu)良，它具有極強的抗干擾性能，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、水位和液位檢測電路、洗車液和玻璃液檢測電路、壓力和蒸汽位檢測電路、熄火檢測和煤汽報警檢測電路、風扇水泵檢測電路、煤汽閥驅動電路、風扇和水泵驅動電路、點火驅動和聲響驅動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電路，通過它去控制單片機的1 腳，14 腳上連接的是玻璃液檢測用發(fā)光二極管，當檢測到有玻璃液存在時發(fā)光二極管就被點亮，18-19 腳外接晶振，頻率為11.0592MZH作為單片機的時鐘源。P2 三極管外接在單片機28 腳上組成本機的有源受控上拉電路，它可以控制當單片機在開機或運行時，某腳電壓不穩(wěn)定時，不至于去驅動負載繼電器或使繼電器亂跳，從而使機器穩(wěn)定工作。由IC2（LN2803）組成單片機輸出端口的驅動模塊，通過它可以直接驅動煤氣電磁閥、風扇和水泵開關，并且能分別點燃對應的各自指示燈，它是一塊具有8 路驅動，輸出電壓為0—50V，可以直接驅動繼電器和燈泡等負載的電路。由N4 三極管組成的為蜂鳴器驅動電路，以配合各種報警器提示用戶；由IC5 組成的是玻璃液和洗車液位檢測轉換電路，它可以檢測玻璃液和洗車液位的高低狀態(tài)；由IC7 開關電源穩(wěn)壓模塊可供出28V 直流電壓，本模塊受單片機21 腳控制，當21 腳處于低電平時可使N3 截止，這時IC7 的5腳為高電平，IC7 的4 腳輸出28Ｖ直流電壓，同時通過IC3 可以將24V 直流電壓轉換為5V 直流電壓供給單片機使用。本機上還設有一些特殊狀態(tài)的檢測電路，它們均采用光電耦合器來進行隔離，以減少被測電路對單片機的影響，例如對風扇、水泵、煤氣電磁閥、煤氣報警器、運行開關、交直流電源、壓力開關和除垢開關等內容的檢測。本機中的各個控制部分均采用繼電器控制模式，它既安全又可靠，例如Ｋ１控制風扇啟動；Ｋ３控制水泵的抽排水；Ｋ４控制煤氣電磁閥。ＩＣ１６為單片機數(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） 復位電路：由IC4 組成的備用強制復位電路，可以在單片機運行死機后實施強制復位，由N1 三極管和Z1 穩(wěn)壓二極管組成的電源復位電路，當開機上電后，穩(wěn)壓管擊穿，電壓對電容器C 進行充電，使三極管導通，單片機9 腳電位接近為零，單片機復位，見圖2

（2） 檢測電路
本機采用的傳感器有以下幾類：檢測水位采用兩個金屬導體作電極，輸出開關信號；采用壓力表作為壓力傳感器輸出開關信號；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電路。具體電路見圖3

（3） 電平充電保護電路
本機由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，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，該點電壓升高即立刻停止充電。由Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３組成浮充和穩(wěn)壓啟動電路，以保證對電池的充電電流是脈動的，同時由ＩＣ１７和Ｎ２組成過流保護電路以保證電池以免過充，由Ｋ２繼電器組成運行控制開關，以保證整機的正常啟動和運行。見圖4

4、軟件部分：
首先對 CPU 控制系統(tǒng)進行初始化，初始化的目的能使系統(tǒng)的一些特征參數(shù)復原到初始設定值，要求完成I/O 的設置、數(shù)據(jù)存儲器的合理分配、定時器、A/D 的設置，同時在每階段要進行按鍵掃描的處理，看看鍵盤有沒有信號輸入，如果有輸入就進行更新原始狀態(tài)且按照鍵盤定義功能要求發(fā)送對應數(shù)據(jù)。接下來要對電源電壓進行檢測，來判電源電壓是否正確和穩(wěn)定，如果不對就馬上返回開機狀態(tài)，如果正確就進入水位檢測階段，當一旦檢測到有水位不夠的現(xiàn)象，就要求立刻啟動水泵進行加水，同時驅動蜂鳴器報警。同理程序轉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，就啟動水泵加液，如果玻璃液不夠，就要求啟動液泵加入玻璃液，接著進入下一階段是壓力檢測，首先看蒸汽壓力是否夠，要滿足（洗車要求6-8 ㎏/㎡），否則就要使壓縮機工作，同時啟動壓力報警，以提示用戶，然后進入最后一個環(huán)節(jié)蒸氣水位檢測，先對熱蒸汽的水位進行檢測，如果不到，就啟動水泵加水，以滿足使用者的要求。完成之后，經(jīng)過系統(tǒng)設定定時10 秒后再發(fā)送數(shù)據(jù)到程序開頭形成循環(huán)，來完成定時計數(shù)，為系統(tǒng)提供數(shù)碼。由于本機的工作環(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，當程序一旦沒有按原先的軌道運行，并超過一定的時間限制，看門狗電路馬上產(chǎn)生一復位信號，強行對單片機進行復位，使程序重新開始，以避免死機。另外還可以采用在非程序區(qū)中設置“軟件陷阱”，當程序彈飛到軟件陷阱中時，程序將自動執(zhí)行事先編好的干擾處理復位子程序，將程序重新納入正常軌道。軟件設計流程圖見圖5

三、電路硬件設計注意事項和調試方法
本人在實際設計電路中遇到以下一些問題需要注意：
1、由于本機的工作環(huán)境及其惡劣，特別是在點火和汽車發(fā)動時對本系統(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STC89RC52，同時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、摸擬信號電路和數(shù)字信號電路布線時要求分開各成系統(tǒng)獨立布線。
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、在使用模塊化設計時，要注意摸擬和數(shù)字信號、高頻和低頻信號各自的地線要嚴格分開，否則電路設計好以后也無法工作。
5、本機電器部分可免調試，只要元器件安裝正確、導線連接無誤，機器就能正常工作，但要注意接線端子，千萬不能將強弱電端子接錯，以免使機器損壞。
四、結束語：隨著科技的不斷發(fā)展，蒸汽洗車機已廣泛地應用于各大汽車維修廠、洗車店、各超市、住宅小區(qū)停車場等場所，為廣大有車族提供了既安全可靠又方便實用的良好設備。目前它的技術在不斷的進步，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：是較全面地介紹了一種電子蒸汽洗車機電路的設計方案及實現(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的檢測和控制電路的工作原理及技術的解決方案，具有廣泛的實用價值。