洗車機(jī)專用電流互感器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、洗車機(jī)專用電流互感器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1 引言城市公共交通作為城市的一項(xiàng)市政公眾事業(yè)，對(duì)于運(yùn)行于各線路的公交車輛的外觀清潔 程度要求較高。傳統(tǒng)的方式是采用人工對(duì)車輛進(jìn)行清洗，這種方法勞動(dòng)強(qiáng)度高、勞動(dòng)效率低、 對(duì)資源的浪費(fèi)情況比較嚴(yán)重，特別在遇到陰雨天氣，車身沾滿泥漿的時(shí)候，人工清洗不能滿 足對(duì)車輛清洗速度的要求。 雖然 80 年代中期，在公交系統(tǒng)的一些大型停車場(chǎng)開始采用機(jī)械化的洗車方式，但是由于技術(shù)的限制，所以對(duì)汽車的清洗只能做到半人工化的工作，即機(jī)器的 所有動(dòng)作還是要由人工操作完成， 對(duì)于提高效率的意義不大。 介于近年來公交事業(yè)高速發(fā)展， 停車場(chǎng)的車輛數(shù)迅速增加，老設(shè)備已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足發(fā)展的需求。

2、為了適應(yīng)公交系統(tǒng)的需求， 我校為昆明公交集團(tuán)公司設(shè)計(jì)了采用 PLC 控制的五刷全自動(dòng) 洗車機(jī)。在洗車機(jī)的開發(fā)過程中，刷子與車身的距離一直是一個(gè)比較難以控制的參數(shù)，經(jīng)過 反復(fù)實(shí)驗(yàn)，我們選擇了采用電流互感器對(duì)刷子旋轉(zhuǎn)電機(jī)的電流進(jìn)行監(jiān)控以保證刷子和車身處 于一個(gè)準(zhǔn)確的位置。本文所介紹的就是這種用單片機(jī)進(jìn)行控制的電流互感器控制系統(tǒng)。2 LED 顯示屏單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 2.1 功能分析在開始的時(shí)候，我們考慮采用電流互感器加普通的電路來實(shí)現(xiàn)控制。通過電流互感器檢 測(cè)刷子的旋轉(zhuǎn)電機(jī)電流，互感器采集到的信號(hào)經(jīng)過處理后通過比較電路進(jìn)行比較，當(dāng)檢測(cè)值 小于比較值 A1 時(shí)控制微繼電器接通，向 PLC 輸出一

3、個(gè)“ 1”信號(hào)指導(dǎo)控制系統(tǒng)動(dòng)作；當(dāng)檢測(cè) 值大于比較值 A2 時(shí)使微繼電器斷開，將給 PLC 的“1”信號(hào)變?yōu)椤?0”。為了防止刷子頻繁進(jìn) 退，在系統(tǒng)中設(shè)置了死區(qū)，即讓 A1 小于 A2 ，A1 和 A2 的設(shè)定通過電路板上的電位器實(shí)現(xiàn)現(xiàn) 場(chǎng)調(diào)整。但是在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)中， 發(fā)現(xiàn)了這一系統(tǒng)存在以下問題： 1、由于系統(tǒng)采用了模擬元件， 特別是對(duì)于比較值的設(shè)定采用了模擬元件，這些元件在工作中會(huì)隨環(huán)境變化發(fā)生變化，所以 實(shí)際的工作狀態(tài)是不穩(wěn)定的； 2、用于控制刷子旋轉(zhuǎn)的電機(jī)本身是一個(gè)模擬設(shè)備，每次工作的 狀態(tài)都不確定； 3、刷子上帶的水量在每次工作過程中都不確定，造成了設(shè)定好的比較值在不 同時(shí)候并不真正代表

4、了刷子距車身的最佳位置。為了解決這些問題，我們提出了采用單片機(jī)對(duì)電流互感器進(jìn)行控制并與PLC進(jìn)行交互, 動(dòng)態(tài)地采集各元件信息，保證刷子距離車身的最佳距離。2.2系統(tǒng)及參數(shù)說明1、控制系統(tǒng)能夠直接使用洗車機(jī)控制柜中的直流電源（即控制系統(tǒng)與用于檢測(cè)其他車體 信息的傳感器共用一個(gè)開關(guān)電源）2、系統(tǒng)采用AT89C52單片機(jī)進(jìn)行控制;3、控制系統(tǒng)中需要設(shè)定的參數(shù)采用微動(dòng)開關(guān)進(jìn)行設(shè)置;4、具體的參數(shù)設(shè)定值采用數(shù)碼管顯示，該數(shù)碼管在系統(tǒng)正常工作時(shí)也能夠顯示系統(tǒng)的工 作狀態(tài);5、控制系統(tǒng)采用繼電器輸出簡(jiǎn)單的開關(guān)信號(hào)以控制PLC的動(dòng)作，同時(shí)控制系統(tǒng)能夠與PLC進(jìn)行交互;6采用貼片元件焊接;7、預(yù)留與計(jì)算機(jī)的接口

5、，可以動(dòng)態(tài)地調(diào)試程序。3系統(tǒng)控制方案介紹系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖3-1所示圖3-1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖控制系統(tǒng)的硬件實(shí)物圖如圖 3-2所示。系統(tǒng)采用了電流互感器來檢測(cè)刷子旋轉(zhuǎn)電機(jī)的工 作電流，當(dāng)刷子靠上車身后，刷子與車身之間的距離越近，電流就越大，本系統(tǒng)正是利用這 一特點(diǎn)來檢測(cè)刷子與車身之間的的距離。電流互感器的檢測(cè)信號(hào)送單片機(jī)進(jìn)行處理，并與程序計(jì)算出的設(shè)定值進(jìn)行比較，當(dāng)檢測(cè)值大于限設(shè)定值時(shí)通過繼電器向PLC輸出控制信號(hào)，同 時(shí)系統(tǒng)也能夠與PLC進(jìn)行交互。控制系統(tǒng)的參數(shù)通過微動(dòng)開關(guān)進(jìn)行設(shè)定并通過控制板上的數(shù) 碼管顯示設(shè)定的情況，設(shè)定過程中，先通過微動(dòng)開關(guān)上下選擇到要設(shè)置的參數(shù)，然后對(duì)該參數(shù)進(jìn)行加減調(diào)整。在洗車

6、機(jī)工作時(shí)，數(shù)碼管用來顯示該傳感器的工作狀態(tài)。電路板上預(yù)留了與計(jì)算機(jī)的接口,可以再線調(diào)試程序。-1產(chǎn)加廣r 冷磺*T IlUj-r薯心 F匚-嚴(yán)3 s0X-A-$:一罟遢晉-%番ncj 卷 i 一1品蠶二3no P “S 1-i tri J圖3-2電流互感器控制系統(tǒng)硬件實(shí)物4系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)主控制部分原理圖如圖4-1所示。S1S2S3+5 VS4R2 1C1 3C1 43K32 20uF0.0 1 uFVDDR2 2R2 33K3Dig71 3SegA1SegCSegDSecFSegF61 02232789SegDSegF1 22145SegFSegGSegHDig6Dig5Dig4Dig3Da

7、DigJN 414 8+3VQ1 2C1 8C1 98 05 00.01uF22 0uFU6lFST34AD1 0/P0.P 2.4P0.2P 0.3UTP 6RST/P1.5VssP0P0DA7CL8P 2.3P2.2VDDP 2.5Vcc1X1X2GNDSDA/P1.SCL/P1.289 LP91 6Vcc2SCLRI/ORSTS1302P1P1+5 V+5VPCLI/OC3 6?DdN 414 83K3EgB 丄SegH 暫24SegF 璋*6 _SegF R27a SegH 丄 SegD 128SegB F1 0SegA R2 1 1szLEDD2 3Dig：Dig-Dig(sDA2

8、0SeaGSegHsCL 1 9SDAVCC+5VC2 211SCLOSC2JU MP1JP1OSC1RST1 5C2 14/0 PR2 1 21 00K+5 V圖4-2為系統(tǒng)原理總圖。OUT1OUT2PDAPCLVDDOUT3I/OR3 1 24.7 K0.0 1u FR3 42K2 2 p FITC23t122p3arDboo2 9 D:厶圖4-1v系統(tǒng)主控制原理圖+ +R3 7R3 9R3 1 12K2K+5 VD3 5IN 40 0 7og:Dg695og,9392og,90SP 32R30 13,CL.851R3 1 4SCOUT1SP1OUT2BUZZFR以上原理圖在flD3 9D

9、3 1 022小 * MJ*fe0 7 10 5 3 K4K3SegA JDQ 2圖4-2顯示屏原理圖PROTFL99中進(jìn)行設(shè)計(jì)，并自動(dòng)生成整后可以進(jìn)行開板制造，最后按照原理圖焊接元件。本文感謝 /， 全自動(dòng)洗車機(jī)，洗車設(shè)備5系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)e gcd D9g8F 2p FIIIPCB板，生成的ml+ lIf2任也趕血PCB板經(jīng)過手動(dòng)調(diào)為了解決將比較值設(shè)置成固定值導(dǎo)致工作點(diǎn)不穩(wěn)定的問題，在軟件設(shè)計(jì)中，我們特意將比較值設(shè)計(jì)成一個(gè)變化的值。即對(duì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)單的建模，先找出其工作時(shí)電流變化的規(guī) 律。在系統(tǒng)工作時(shí)，當(dāng)PLC控制程序要求刷子開始工作時(shí)，先向電流互感器發(fā)出一個(gè)信號(hào), 互感器接收到該信號(hào)后先讓旋轉(zhuǎn)電機(jī)啟動(dòng)（這時(shí)對(duì)刷子噴水但刷子并未接觸車身，處于空轉(zhuǎn) 狀態(tài)）并穩(wěn)定一個(gè)短暫的時(shí)間，讓電流互感器采集到該時(shí)刻電機(jī)的空轉(zhuǎn)電流，然后根據(jù)預(yù)先找出的電流變化規(guī)律計(jì)算出刷子距車身最佳距離的設(shè)定值，這時(shí)互感器向PLC發(fā)出信號(hào)示意PLC可以讓刷子靠近車身。當(dāng)電流值達(dá)到設(shè)定值后互感器向PL