电喷汽车喷油嘴清洗机设计Word格式文档下载.docx
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当今时代，清洗机技术已得到广泛应用，是信息社会的重要技术基础。
随着科学技术的发展，产品应用范围的不断扩大，
过去这类保养通常要交汽修厂进行，费用昂贵。
现市场上出现的“电喷汽车喷油嘴清洗机”，但这些电喷汽车喷油嘴清洗机都有如下缺陷：
（1）该机型大都是体积过大，运输，使用等都不方便，从而加大成本。
（2）该机型不能实现自动化，清洗时间，清洗温度也只能人工模糊控制，易使清洗机与电动机受损，且不易适合流水线工作。
（3）并不具有如油面，油温过高过低等的报警警示功能。
（4）一种电喷汽车喷油嘴清洗机只能适用一种机型
2系统设计方案分析
2.1电喷汽车喷油嘴清洗机的工作原理
结合专用的燃油系统清洗剂，不需拆装发动机，只需用接头与发动机供油管及回油管连接，在发动机正常运转状况下，让清洗混合液进入燃油供给系统，在30分钟内即可溶解发动机供油管、喷油嘴针阀和燃烧室各组件的积碳、油泥、胶质及漆类污染物，经由循环燃烧分解过程，从汽车排放系统排出，恢复该车的性能，使其启动顺畅，怠速平稳，加油轻快，增加动力，达到省油及降低空气污染的效果。
2.2电喷汽车喷油嘴清洗机的设计方案分析
Ω电喷汽车喷油嘴清洗机是通过控制电机运行时间和速度，达到对不同汽车作出相应调整，实现清洗目的设备。
这样一个系统我们可以用不同方法来实现。
我们可以用小型PLC加入一个文本模块来实现，在程序设计方面很简单并且系统很稳定、抗干扰能力强，就一般的品牌的PLC，其输入和输出点总共50个点左右，外加一个对应的文本模块就要1000元左右。
还可以根据设计要求用单片机来实现，选择AT89S52单片机：
能实现控制要求且在8051单片机中AT89S52已经是低端的产品，在市面上比这个更低端的产品很少；
一个AT89S52只要10元左右相当便宜，所以才选择AT89S52。
当然用AT89S52也不一定是最好的选择，毕竟个人对单片机产品的了解及市场价位了解有限，所以选择熟悉的产品；
因为设计要求清洗时间为30分钟左右，所以选择两位数码管来作为显示。
在同类显示产品LCD也能做此设计显示，但2位数码管明显比一个LCD便宜；
因为要对不同机型做清洗，所以不仅在时间上会不同，在清洗的力度上也会不同，这就要求电机能够变速。
最直接的方法就是买一个变速电机，但是运用PWM脉冲调制的方法就能改变电机两端的输入电压，即可以改变电机的转速。
用此方法只要一个直流电机就能够实现变速，这样不仅可以节省成本，而且在调速范围的灵活性也能优于用现成的变速电机；
因为要对时间和压力进行设置所以必须要用外部输入一般在单片机中都是用按键输入。
结合实际情况本设计用到时间+、时间-、压力+、压力-、开始，这5个按键。
所以不采用矩阵键盘只接入5个单独的按键放入电路中；
系统实现自动化控制并不是盲目的按照自我想法进行控制，而是要对外界的影响输出的因素进行检测并控制的。
这本设计中油面/油温的高低是在清洗过程中对设备影响的重要因素，所以要根据汽车的油温范围和油面的高低情况选择适当的传感器。
这本设计中在各方面的综合考虑下选择了：
（1）汽车油温传感器型号：
DA-02-QY品牌标记:
Gxp特点:
1，螺钉结构，传感器用环氧树脂封装在螺钉内.2，温度范围：
-30～200℃适用范围:
各类汽车。
（2）0111-0003、液面高度检测传感器，一种液面高度检测传感器，包括信号采集电路、遮光板、浮标及遮光罩。
红外发射二极管发射的红外光信号到液面浮标反射面上，其反射信号由红外接收二极管接收给信号采集电路，实现液面高度的检测任务。
该装置结构简单，可靠性高、反应速度快，可在各种恶劣环境下工作，特别适用于汽车油面高度的检测。
3系统总体设计
3.1系统方案设计
图3-1为电喷汽车喷油嘴清洗机的系统构成方框图，由单片机控制器、按键输入、检测输入、数码管显示、电机PWM驱动电路、输出控制等电路组成。
图3.1系统构成方框图
单片机AT89S52是整个系统的核心，负责控制检测输入，输出显示，电机调速。
这里使用了Atmel公司新型的AT89S52单片机。
按键输入电路负责对清洗过程一系列工作参数进行设定输入。
数码管显示器在工作过程中显示剩余的工作时间。
电机调速利用了单片机内部的定时器，配合软件产生出脉宽调制波（PWM），再通过功率场效应管去驱动低压直流电机，具有效率高、能耗低、转速连续可调等特点。
输出控制电路在油温过高或油面过低的情况下，切断高压汽油泵电机的供电，防止发生事故。
电喷汽车喷油嘴清洗机的工作电源取自汽车上的12V蓄电池，经降压稳压后得到5V的稳定工作电压。
3.2PWM调速设计
3.2.1PWM波调速原理
大家可能做过这样的小实验，一台额定电压为12V的直流小电机，使用一台可调稳压电源供电。
当电压为12V时，电机转得很快；
降低到9V时转速慢了很多；
当降到6V时转速更慢了。
因为电压降低后，电机获得的输入功率小了，当然转速就慢了。
但单片机输出的是数字脉冲信号，如何控制电机调速？
这里，我们就设法控制单片机输出脉冲的宽度（即控制脉冲的占空比），使电机得到的平均输入功率发生变化，就能控制电机调速了。
图3.2中，输出的为50%的脉冲波，其电压平均值（如图中虚线所示）为6V，这样电机的速度就降低了。
而图3.3中，输出的为接近100%的脉冲波，其电压平均值约为12V，这时电机的转速就接近额定转速。
图3.2
输出的为50%的脉冲波
图3.3
输出的为100%的脉冲波
3.2.2PWM调速与其他调速的比较
（1）电机调速控制方案分析：
方案一：
采用电阻网络或数字电位器调整电动机的分压，从而达到调速的目的。
但是电阻网络只能实现有级调速，而数字电阻的元器件价格比较昂贵。
更主要的问题在于一般电动机的电阻很小，但电流很大；
分压不仅会降低效率，而且实现很困难。
方案二：
采用继电器对电动机的开或关进行控制，通过开关的切换对电机的速度进行调整。
这个方案的优点是电路较为简单，缺点是继电器的响应时间慢、机械结构易损坏、寿命较短、可靠性不高。
方案三：
采用由达林顿管组成的H型PWM电路。
用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速。
这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高；
H型电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制；
电子开关的速度很快，稳定性也极佳，是一种广泛采用的PWM调速技术。
鉴于方案三调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大，因此本设计采用方案三原理设计了PWM调速方案。
（2）控制工作方式比较：
双极性工作制。
双极性工作制是在一个脉冲周期内，单片机两控制口各输出一个控制信号，两信号高低电平相反，两信号的高电平时差决定电动机的转向和转速。
单极性工作制。
单极性工作制是单片机控制口一端置低电平，另一端输出PWM信号，两口的输出切换和对PWM的占空比调节决定电动机的转向和转速。
本设计采用单极性工作制。
4硬件电路设计
4.1显示电路设计
4.1.1数码管显示原理
LED显示器由七段发光二极管组成，排列成8字形状，因此也成为七段LED显示器，器排列形状如下图所示：
图4.1七段发光数码管
为了显示数字或符号，要为LED显示器提供代码，即字形代码。
七段发光二极管，再加上一个小数点位，共计8段，因此提供的字形代码的长度正好是一个字节。
数码管分为共阳极和共阴极两种，如图4.2所示左为共阴极右为共阳极。
图4.2共阴/共阳极数码管结构
这两种不同极性数码管的接法不一样所以他们代码也就不同，数字0~9的共阴极和共阳极字形代码如下表：
表4.10~9七段数码管共阴级字形代码
显示字型
g
f
e
d
c
b
a
段码
1
3fh
06h
2
5bh
3
4fh
4
66h
5
6dh
6
7dh
7
07h
8
7fh
9
6fh
表4.20~9七段数码管共阳极字形代码
40h
79h
24h
30h
19h
12h
02h
78h
00h
10h
数码管选择方面其中一个其实就可以，但是介于市面上共阴极数码管比较常见，所以选择共阴极数码管。
4.1.2数码管显示电路
4.3数码管显示实现电路设计
以上Q1~Q7是接到74LS373锁存器输出端上，因为是采用动态显示所以是把两个数码管段选并接在一起。
在两个数码管的位选端各加入一个三极管（NPN），在这三极管的作用是起电流放大和开关的双重作用。
在三极管的基极串入电阻（10K）,电阻的选择：
电阻≥单片机输出电压×
三极管放大倍数÷
数码管最大电流，当然还有一个最小电阻标准亮度可以就行。
4.2PWM脉冲驱动电机电路设计
图4.4为PWM脉冲驱动电机的实现电路。
AT89S52单片机的P3.6脚输出占空比为60~100%的调宽脉冲，经光电隔离后驱动功率场效应管，这样，电机上获得的调宽脉冲波的占空比也为60~100%，幅度也为6V以上，电机具有机械惯性的特点，因此运行时不会产生抖动。
图4.5为输出60%脉冲时电机得到的直流电压平均值。
图4.4为PWM脉冲驱动电机的实现电路
为控制大批量生产的成本，使用了低价位的AT89S52单片机，但AT89S52内部没有集成PWM部件。
这里我们利用了内部定时器，与软件配合产生出调宽脉冲波。
在以上电路中为了使单片机产生的PWM脉冲能够不受干扰，采用了直流+5V光电耦合器，同时加入具有电流放大作用的场效应管；
加入的电阻都是使其电流值在器件的额定范围内，而在电机的两端并联反向二极管这有续流的作用。
在继电器断开开关时电机中还有剩余电流，如果不及时排除对电机的寿命会产生影响。
在电机两端串入一个电阻和电容是为了稳定电机两端的电压。
图4.5输出60%脉冲时电机得到的直流电压平均值
4.3汽车喷油嘴清洗机器件分析
4.3.1
AT89S52单片机的功能特点
AT89S52是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机是AT89S系列的增强产品，片内含8kBytesISP（In-systemprogrammable）的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。
AT89S52具有如下特点：
40个引脚，8kBytesFlash片内程序存储器，256bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，6个中断矢量2级优先权的中断系统，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。
此外，AT89S52设计和配置了空闲和掉电两种低功耗方式运行。
空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。
同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。
主要功能特性：
·
兼容MCS-51指令系统；
32个双向I/O口；
3个16位可编程定时/计数器；
全双工UART串行通信口；
具有8个中断源、6个中断矢量、2级优先权的中断系统；
中断唤醒省电模式；
看门狗（WDT）电路；
灵活的ISP字节和分页编程；
可在ISP编程锝8KB片内flash存储器；
4.5-5.5V工作电压；
时钟频率0-33MHz；
双数据寄存器指针；
低功耗空闲和掉电模式；
3级程序锁存位；
具有断电标志位功能；
256x8bit内部RAM；
图4.6AT89S52引脚排列
4.3.2光电耦合器
光电耦合器是把发光器件与光敏接收器件集成在一起，（或用一根光导纤维把两部分连接起来）以实现信号传输作用的器件。
通常发光器件采用发光管（LED）,光敏接收器件则采用光敏管等。
当信号加在光电耦合器的输入端时,发光管发光,光敏管受光线照射而导通,输出相应的信号,实现了光电的传输和转换。
其主要特点是以光为媒介实现信号的传输,使输入与输出间在电气上完全隔离。
如图4.7所示。
如图4.7光电耦合器
4.3.3电容/电阻选择
（1）电阻值的选择
在硬件的设计中电阻的选择无非是改善电流/电压，使其他的器件在它的额定电压/电流内运作。
选择电阻的值就直接根据R=U/I公式。
电流的大小是根据该电路中，额定电流范围最小的器件来选择电阻。
根据公式I最小则电阻的阻值就是最大，这样所有串入该电路的器件才能得到保护。
在光电耦合器使用的是+12V电压，而光电耦合器允许电压小于12V，电流值只有几毫安所以接入1K电阻,当然也要考虑光电耦合器最低导通电压和电流。
在数码管共阴极加入的放大三极管，基极加入的电阻就是改善电流的作用。
根据流入的电压、三极管的放大倍数（169）和共阴极数码管额定电流（200mA左右），可以确定电阻的大小。
我们选择了10KΩ。
（2）电容的选择
在硬件设计中，电容虽然用得并不多但都有意义。
在单片机的晶振电路中，在晶振的两端加上两个30pf左右的电容，是帮助晶振起振和稳定波形的作用。
由于在实际中晶振并不能输出正弦波形，而是类似三角波但这样的波形是达不到要求的，根据电容稳定电压所以加入电容，这样晶振两端才有稳定的电压，才能输出稳定的波形（正弦波）。
在复位电路中，运用电容的充电和放电时的波形，选择适当的电容能使复位时间达到设计的要求。
4.4系统原理图
使用proteus软件绘制的电喷汽车喷油嘴清洗机电路原理图见图4.8，电喷汽车喷油嘴清洗机原理图共设有5个输入按键、一个油面传感器和一个油温传感器。
两位数码管显示器用于显示输入时间、指示剩余工作时间及报警状态显示。
蜂鸣器作报警提醒，继电器用于控制汽油泵电机的通断。
图4.8
电喷汽车喷油嘴清洗机电路图
按启动/停止键，两位数码管显示器显示“00”，“电喷汽车喷油嘴清洗机”处于待机状态。
此时按时间+、时间-键就能选择工作时间，时间的选择范围为00~60分钟。
选好时间，再延时5秒P3.6输出低电平，继电器吸合工作，汽油泵运行在额定电压12V状态，数码管同时显示剩余的工作时间。
按压力+、压力-键即使P3.6输出的脉冲占空比发生变化，即改变汽油泵转速来调整清洗压力。
当剩余工作时间小于4分钟时，蜂鸣器开始鸣叫。
定时结束时，继电器释放，汽油泵停止工作，蜂鸣器停止鸣叫，数码管显示“00”。
若5分钟内无任何操作则数码管熄灭，自动关机。
在作业过程中，若油面过低时，油面传感器开关（Soil）闭合（实验时由开关代替），此信号经P1.5送入CPU，经运算处理，P3.7输出高电平，汽油泵自动断电，数码管g段显示“——”；
若油温过高时，温度继电器开关（Stem）闭合（实验时由开关代替），经P1.6送入CPU，P3.7输出高电平，
汽油泵也自动断电，数码管g段显示“——”。
用protel绘制的系统接线原理图见附录Ⅰ。
5程序设计
5.1软件的选择
考虑到用汇编编程的复杂我选择用C语言来开发单片机系统软件，它最大的好处是编写代码效率高、软件调试直观、维护升级方便、代码的重复利用率高、便于跨平台的代码移植等等，因此C语言编程在单片机系统设计中已得到越来越广泛的运用。
但在单片机上用C语言写程序和在PC机上写程序绝对不能简单等同。
现在的PC机资源十分丰富，运算能力强大。
写单片机的C程序最关键的一点是单片机内的资源非常有限，控制的实时性要求又很高，因此，如果没有对单片机体系结构和硬件资源作详尽的了解，是无法进行对单片机的编程的。
随着国内单片机开发工具研制水平的提高，现在的单片机仿真器普遍支持C语言的调试，为单片机编程使用C语言提供了便利的条件。
C语言的模块化程序结构特点，可以使程序模块大家共享，不断丰富；
C语言的可读性的特点，更容易使我们借鉴前人的开发经验，提高自己的软件设计水平。
采用C语言，可针对单片机常用的接口芯片编制通用的驱动函数；
可针对常用的功能模块、算法等编制相应的函数。
这些函数经过归纳整理可形成专家库函数，供广大的单片机爱好者使用和完善。
这样可大大提高国内单片机软件设计水平。
国内嵌入式系统的程序设计也采用C语言，可以借鉴其编程经验进行交流，以达到和国际接轨的目的。
过去长时间困扰人们的“高级语言产生代码太长，运行速度太慢，不适合单片机使用”的致命缺点已被大幅度的克服。
目前，8051上C语言的代码长度，在未加入人工优化的条件下，已经做到了最优汇编程序水平的1.2-1.5倍，可以说，比得上中等程序员的水平。
只要有好的仿真器的帮助，用人工优化关键代码就是简单的事了。
如果谈到开发速度、软件质量、结构严谨性和程序固定性等方面，则C语言的完美绝非汇编语言编程所能比拟的。
5.2主程序设计
5.2.1主程序流程图
主程序的工作过程为：
先进行初始化工作，然后判断是否启动？
若启动则读取键值信号或传感器输入信号，进行对应处理。
否则进入工作状态。
流程图如5-1
图5-1主程序状态流程图
5.2.2初始化程序
程序设计时需设立一系列的变量、标志，具体如下：
uintdeda;
//1ms计时单元
ucharsec;
//计时秒
charset_min;
//设定分
ucharmin_5m;
//5分钟计数器
ucharval;
//中间变量
ucharpwm_val;
//调宽脉冲变量值
charpush_val;
//压力变化值
sfrWDT=0xa6;
//定义看门狗定时器
sbitpushdec_key=P1^4;
//压力-键
sbitpushinc_key=P1^3;
//压力+键
sbittimedec_key=P1^2;
//时间-键
sbittimeinc_key=P1^1;
//时间+键
sbitbuzz=P3^5;
//驱动蜂鸣器端
sbitout=P3^6;
//调宽脉冲输出端
sbitrelay=P3^7;
//驱动继电器端
uchardis_sel;
//显示内容散转标志
bitover_5m;
//5分钟溢出标志
bitflag_5m;
//5分钟标志
bitflag_5s;
//5秒钟标志
bitstart;
//启动标志
bitdis_flag;
//显示标志
bitkey_flag;
//按下键标志
bitbuzz_sound;
//蜂鸣器声响标志
bity;
bitout_flag;
//pwm输出标志
/*******************初始化**********************/
voidinit（）
{EX0=1;
//外部
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