一种智能型蒸汽洗车机电路的设计与实现

一、引言：
随着改革开放的不断深入，我国居民汽车的保有量在不断的增加，日益急增的洗车业吹生着新一代洗车机的出现，在这种形势下，我们新近研制和开发了一种智能型蒸汽洗车机，它采用高效可调压电锅炉加热，产生高压蒸气来快速吹除各种汽车、机械、电器以及各种零配件上的灰尘和油迹。它具有自动泵水、调压等多种功能，效果极为显著，独特的电器设计使水充分雾化，气量大，但用水少。节水效果能达到98%，同时加入少量消毒液后对车辆任何部位均能喷洒覆盖，可起到杀菌和消毒作用,是各大汽车维修厂、洗车店、各超市、住宅小区停车场等地不可多得的好帮手。
二、设计方案介绍：
1、结构
新型蒸汽洗车机电路是采用高性能抗干扰的单片机技术开发的一种电子产品，它的硬件无需调试，软件稳定可靠，便于处在各类恶劣环境中使用。它主要由电源、主控板、手柄、水泵、出入水管、蒸气发生器、集水槽、擦拭器、外壳等组成。当打开电源，水泵通过入水管抽水送入喷水头，喷水头向电热蒸发器喷水，产生水蒸气，高压水蒸气从喷气头喷出，对污物进行冲洗，冲洗后的水蒸气由外壳壁孔洞向机外喷出，进入出水管并冷凝成水；设在外壳内壁上的集水槽用于收集内壁上的冷凝水并使其沿出水管流出，外壳底部擦拭器，紧靠被擦物，通过移动蒸气洗车器，使擦拭器对被擦物进行擦拭。本机还设有缺水、过压自动报警；高压自动断电；超压自动排气等多重安全装置，保证使用安全可靠。
2、蒸汽洗车的基本原理
水经过加热变成蒸汽后，再将 165℃的蒸汽从喷嘴喷出，这时蒸汽中就含有了一定的热能，汽车车身表面的温度低于蒸汽的温度，蒸汽洗车在车身表面迅速冷凝成水，蒸汽在冷凝过程中释放出凝结热，其凝结热作用车身表面的污垢层，使污垢层受热软化并在专用车身清洗剂的分解及后续带有压力的蒸汽喷射下便非常容易去除。
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3、电路硬件部分：
①方框图
本机电路主要以 STC89RC52 单片机为核心来构建整个电路，该款单片机的性能及其优良，它具有极强的抗干扰性能，可以工作在及其恶劣的环境之中，工作稳定可靠。它的方框图见附图1。它由以下几部分电路组成，包括：电源电路、水位和液位检测电路、洗车液和玻璃液检测电路、压力和蒸汽位检测电路、熄火检测和煤汽报警检测电路、风扇水泵检测电路、煤汽阀驱动电路、风扇和水泵驱动电路、点火驱动和声响驱动电路及各类声光电指示电路等。
②工作原理：
由 N5 三极管组成的煤气打火针检测电路，通过它去控制单片机的1 脚，14 脚上连接的是玻璃液检测用发光二极管，当检测到有玻璃液存在时发光二极管就被点亮，18-19 脚外接晶振，频率为11.0592MZH作为单片机的时钟源。P2 三极管外接在单片机28 脚上组成本机的有源受控上拉电路，它可以控制当单片机在开机或运行时，某脚电压不稳定时，不至于去驱动负载继电器或使继电器乱跳，从而使机器稳定工作。由IC2（LN2803）组成单片机输出端口的驱动模块，通过它可以直接驱动煤气电磁阀、风扇和水泵开关，并且能分别点燃对应的各自指示灯，它是一块具有8 路驱动，输出电压为0—50V，可以直接驱动继电器和灯泡等负载的电路。由N4 三极管组成的为蜂鸣器驱动电路，以配合各种报警器提示用户；由IC5 组成的是玻璃液和洗车液位检测转换电路，它可以检测玻璃液和洗车液位的高低状态；由IC7 开关电源稳压模块可供出28V 直流电压，本模块受单片机21 脚控制，当21 脚处于低电平时可使N3 截止，这时IC7 的5脚为高电平，IC7 的4 脚输出28Ｖ直流电压，同时通过IC3 可以将24V 直流电压转换为5V 直流电压供给单片机使用。本机上还设有一些特殊状态的检测电路，它们均采用光电耦合器来进行隔离，以减少被测电路对单片机的影响，例如对风扇、水泵、煤气电磁阀、煤气报警器、运行开关、交直流电源、压力开关和除垢开关等内容的检测。本机中的各个控制部分均采用继电器控制模式，它既安全又可靠，例如Ｋ１控制风扇启动；Ｋ３控制水泵的抽排水；Ｋ４控制煤气电磁阀。ＩＣ１６为单片机数据寄存器，用于存放一些备用数据和信息。（具体电原理图可以向著作索取）
③特殊电路介绍：
（1） 复位电路：由IC4 组成的备用强制复位电路，可以在单片机运行死机后实施强制复位，由N1 三极管和Z1 稳压二极管组成的电源复位电路，当开机上电后，稳压管击穿，电压对电容器C 进行充电，使三极管导通，单片机9 脚电位接近为零，单片机复位，见图2
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（2） 检测电路
本机采用的传感器有以下几类：检测水位采用两个金属导体作电极，输出开关信号；采用压力表作为压力传感器输出开关信号；采用电热偶模块作煤气熄火传感器，并配有多种与不同传感器相连接的传感检测电路。具体电路见图3
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（3） 电平充电保护电路
本机由ＩＣ６、Ｐ１组成电池浮充电路以保证蓄电池的可靠工作，Ｐ１为充电管，它的基极接的是电压过充开关，ＩＣ６为双向比较器，组成电池充电范围控制电路，它可以在ＩＣ６的６脚上获得直流２４Ｖ电池组是否过充的参考电压值。如果过流，该点电压升高即立刻停止充电。由Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３组成浮充和稳压启动电路，以保证对电池的充电电流是脉动的，同时由ＩＣ１７和Ｎ２组成过流保护电路以保证电池以免过充，由Ｋ２继电器组成运行控制开关，以保证整机的正常启动和运行。见图4
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4、软件部分：
首先对 CPU 控制系统进行初始化，初始化的目的能使系统的一些特征参数复原到初始设定值，要求完成I/O 的设置、数据存储器的合理分配、定时器、A/D 的设置，同时在每阶段要进行按键扫描的处理，看看键盘有没有信号输入，如果有输入就进行更新原始状态且按照键盘定义功能要求发送对应数据。接下来要对电源电压进行检测，来判电源电压是否正确和稳定，如果不对就马上返回开机状态，如果正确就进入水位检测阶段，当一旦检测到有水位不够的现象，就要求立刻启动水泵进行加水，同时驱动蜂鸣器报警。同理程序转入下一阶段去判定洗车液和玻璃液的液位高低状态，先判洗车液位的高低，如果不够，就启动水泵加液，如果玻璃液不够，就要求启动液泵加入玻璃液，接着进入下一阶段是压力检测，首先看蒸汽压力是否够，要满足（洗车要求6-8 ㎏/㎡），否则就要使压缩机工作，同时启动压力报警，以提示用户，然后进入最后一个环节蒸气水位检测，先对热蒸汽的水位进行检测，如果不到，就启动水泵加水，以满足使用者的要求。完成之后，经过系统设定定时10 秒后再发送数据到程序开头形成循环，来完成定时计数，为系统提供数码。由于本机的工作环境及其恶劣，所以在软件部分增加了一些抗干扰的措施和手段，例如采用看门狗电路，当程序一旦没有按原先的轨道运行，并超过一定的时间限制，看门狗电路马上产生一复位信号，强行对单片机进行复位，使程序重新开始，以避免死机。另外还可以采用在非程序区中设置“软件陷阱”，当程序弹飞到软件陷阱中时，程序将自动执行事先编好的干扰处理复位子程序，将程序重新纳入正常轨道。软件设计流程图见图5

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三、电路硬件设计注意事项和调试方法
本人在实际设计电路中遇到以下一些问题需要注意：
1、由于本机的工作环境及其恶劣，特别是在点火和汽车发动时对本系统的干扰特别大，所以硬件上采用抗干扰性能极佳的单片机STC89RC52，同时在软件上采取看门狗电路和软件陷阱等种手段来保证电路的可靠工作，另外在电路的处理上增加了一些电磁屏蔽的措施。
2、摸拟信号电路和数字信号电路布线时要求分开各成系统独立布线。
3、模块外部分立元件要使用表面贴片元件以减少引线分布参数的影响。
4、在使用模块化设计时，要注意摸拟和数字信号、高频和低频信号各自的地线要严格分开，否则电路设计好以后也无法工作。
5、本机电器部分可免调试，只要元器件安装正确、导线连接无误，机器就能正常工作，但要注意接线端子，千万不能将强弱电端子接错，以免使机器损坏。
四、结束语：随着科技的不断发展，蒸汽洗车机已广泛地应用于各大汽车维修厂、洗车店、各超市、住宅小区停车场等场所，为广大有车族提供了既安全可靠又方便实用的良好设备。目前它的技术在不断的进步，正朝着多功能和智能化方向迅速发展。
六、本文作者创新点：是较全面地介绍了一种电子蒸汽洗车机电路的设计方案及实现中遇到的问题及解决的方法，突出了硬件工作原理和软件流程图的介绍，着重介绍了电子蒸汽洗车机的检测和控制电路的工作原理及技术的解决方案，具有广泛的实用价值。