洗车机专用电流互感器控制系统设计

1、洗车机专用电流互感器控制系统设计1 引言城市公共交通作为城市的一项市政公众事业，对于运行于各线路的公交车辆的外观清洁 程度要求较高。传统的方式是采用人工对车辆进行清洗，这种方法劳动强度高、劳动效率低、 对资源的浪费情况比较严重，特别在遇到阴雨天气，车身沾满泥浆的时候，人工清洗不能满 足对车辆清洗速度的要求。 虽然 80 年代中期，在公交系统的一些大型停车场开始采用机械化的洗车方式，但是由于技术的限制，所以对汽车的清洗只能做到半人工化的工作，即机器的 所有动作还是要由人工操作完成， 对于提高效率的意义不大。 介于近年来公交事业高速发展， 停车场的车辆数迅速增加，老设备已经远远不能满足发展的需求。

2、为了适应公交系统的需求， 我校为昆明公交集团公司设计了采用 PLC 控制的五刷全自动 洗车机。在洗车机的开发过程中，刷子与车身的距离一直是一个比较难以控制的参数，经过 反复实验，我们选择了采用电流互感器对刷子旋转电机的电流进行监控以保证刷子和车身处 于一个准确的位置。本文所介绍的就是这种用单片机进行控制的电流互感器控制系统。2 LED 显示屏单片机控制系统设计要求 2.1 功能分析在开始的时候，我们考虑采用电流互感器加普通的电路来实现控制。通过电流互感器检 测刷子的旋转电机电流，互感器采集到的信号经过处理后通过比较电路进行比较，当检测值 小于比较值 A1 时控制微继电器接通，向 PLC 输出一

3、个“ 1”信号指导控制系统动作；当检测 值大于比较值 A2 时使微继电器断开，将给 PLC 的“1”信号变为“ 0”。为了防止刷子频繁进 退，在系统中设置了死区，即让 A1 小于 A2 ，A1 和 A2 的设定通过电路板上的电位器实现现 场调整。但是在实际的实验中， 发现了这一系统存在以下问题： 1、由于系统采用了模拟元件， 特别是对于比较值的设定采用了模拟元件，这些元件在工作中会随环境变化发生变化，所以 实际的工作状态是不稳定的； 2、用于控制刷子旋转的电机本身是一个模拟设备，每次工作的 状态都不确定； 3、刷子上带的水量在每次工作过程中都不确定，造成了设定好的比较值在不 同时候并不真正代表

4、了刷子距车身的最佳位置。为了解决这些问题，我们提出了采用单片机对电流互感器进行控制并与PLC进行交互, 动态地采集各元件信息，保证刷子距离车身的最佳距离。2.2系统及参数说明1、控制系统能够直接使用洗车机控制柜中的直流电源（即控制系统与用于检测其他车体 信息的传感器共用一个开关电源）2、系统采用AT89C52单片机进行控制;3、控制系统中需要设定的参数采用微动开关进行设置;4、具体的参数设定值采用数码管显示，该数码管在系统正常工作时也能够显示系统的工 作状态;5、控制系统采用继电器输出简单的开关信号以控制PLC的动作，同时控制系统能够与PLC进行交互;6采用贴片元件焊接;7、预留与计算机的接口

5、，可以动态地调试程序。3系统控制方案介绍系统结构框图如图3-1所示图3-1系统结构框图控制系统的硬件实物图如图 3-2所示。系统采用了电流互感器来检测刷子旋转电机的工 作电流，当刷子靠上车身后，刷子与车身之间的距离越近，电流就越大，本系统正是利用这 一特点来检测刷子与车身之间的的距离。电流互感器的检测信号送单片机进行处理，并与程序计算出的设定值进行比较，当检测值大于限设定值时通过继电器向PLC输出控制信号，同 时系统也能够与PLC进行交互。控制系统的参数通过微动开关进行设定并通过控制板上的数 码管显示设定的情况，设定过程中，先通过微动开关上下选择到要设置的参数，然后对该参数进行加减调整。在洗车

6、机工作时，数码管用来显示该传感器的工作状态。电路板上预留了与计算机的接口,可以再线调试程序。-1产加广r 冷磺*T IlUj-r薯心 F匚-严3 s0X-A-$:一罟遢晋-%番ncj 卷 i 一1品蠶二3no P “S 1-i tri J图3-2电流互感器控制系统硬件实物4系统硬件设计系统主控制部分原理图如图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图4-2为系统原理总图。OUT1OUT2PDAPCLVDDOUT3I/OR3 1 24.7 K0.0 1u FR3 42K2 2 p FITC23t122p3arDboo2 9 D:厶图4-1v系统主控制原理图+ +R3 7R3 9R3 1 12K2K+5 VD3 5IN 40 0 7og:Dg695og,9392og,90SP 32R30 13,CL.851R3 1 4SCOUT1SP1OUT2BUZZFR以上原理图在flD3 9D

9、3 1 022小 * MJ*fe0 7 10 5 3 K4K3SegA JDQ 2图4-2显示屏原理图PROTFL99中进行设计，并自动生成整后可以进行开板制造，最后按照原理图焊接元件。本文感谢 /， 全自动洗车机，洗车设备5系统软件设计e gcd D9g8F 2p FIIIPCB板，生成的ml+ lIf2任也赶血PCB板经过手动调为了解决将比较值设置成固定值导致工作点不稳定的问题，在软件设计中，我们特意将比较值设计成一个变化的值。即对旋转电机进行简单的建模，先找出其工作时电流变化的规 律。在系统工作时，当PLC控制程序要求刷子开始工作时，先向电流互感器发出一个信号, 互感器接收到该信号后先让旋转电机启动（这时对刷子喷水但刷子并未接触车身，处于空转 状态）并稳定一个短暂的时间，让电流互感器采集到该时刻电机的空转电流，然后根据预先找出的电流变化规律计算出刷子距车身最佳距离的设定值，这时互感器向PLC发出信号示意PLC可以让刷子靠近车身。当电流值达到设定值后互感器向PL