基于单片机的电喷汽车喷油嘴清洗机设计Word格式文档下载.docx
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严重的会彻底堵塞喷油嘴，损坏发动机。
因此，要定时清洗喷油嘴，长期不清洗或者频繁清洗喷油嘴都会造成不好的影响。
至于清洗的频率，要根据车况和平时使用的燃油的质量来确定。
一般来说，现在大多建议车主在2000~3000Km左右进行清洗，清除喷油嘴上的积炭和污物，使发动机恢复其动力特性。
喷油嘴堵塞会严重影响汽车的性能。
燃油系的沉积物是造成喷油嘴堵塞的元凶。
燃油系的沉积物有很大危害，它会堵塞喷油嘴的针阀和阀孔，影响电子喷射系统精密部件的工作性能，导致发动机动力性能下降。
沉积物还会在进气阀形成积炭，使其关闭不严，导致发动机怠速不稳、油耗增大并伴随尾气排放恶化。
沉积物会在活塞顶和汽缸盖等部位形成坚硬的积炭，由于积炭的热容量高而导致导热性能差，容易引起发动机爆震等故障；
此外还会缩短三元催化器的寿命。
1.1.2喷油嘴沉积物形成原因分析
汽车行驶一段时间后，燃油系统就会形成一定的沉积物。
喷油嘴堵塞的原因是发动机内积碳沉积在喷油嘴上或者燃油中杂质等堵住了喷油嘴通路。
沉积物的形成与使用的燃油有直接的关系：
首先，汽油本身含有的胶质和杂质，或储运过程中带入的灰尘和杂质等，会在汽车油箱、进油管等部位形成类似油泥的沉积物；
其次，汽油中的不稳定成分会在一定温度下发生反应，形成胶质和树脂状的粘稠物。
这些粘稠物在喷油嘴和进气阀等部位燃烧时，会变成坚硬的积炭。
另外，由于城市交通拥堵，汽车经常处于低速行驶和怠速行驶的状态，更加重了这些沉积物的形成和聚积。
1.1.3与同类产品的优势比较
过去这类保养问题通常要交汽修厂进行，费用昂贵。
现在市场上出现的一种电喷汽车喷油嘴清洗机。
该装置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，在发动机正常运转的情况下，让清洗混合液进入燃油供给系统，在30min内即可溶解发动机供油管、喷油嘴针阀和燃烧室的积炭、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，恢复该车性能使其启动顺畅，怠速平稳，加油轻快，增加动力，从而达到省油及降低空气污染的效果。
1.2电喷汽车喷油嘴清洗机的工作原理
把汽油和清洁剂混合，通过高压汽油泵为发动机提供燃料。
由于清洁剂对喷油嘴上的油污有清洁作用，使喷油嘴消除堵塞。
电喷汽车喷油嘴清洗机的工作过程及技术要求：
①按启动/停止键，2位数码管显示器显示“00”。
②按时间＋、时间－选择工作时间，每次累加（减）1min，时间的选择范围位00~60min。
③选好时间，延时5s后继电器吸合工作，汽油泵运行在额定电压12V状态，数码管显示剩余的工作时间。
汽油泵的额定功率为70W，额定电压为12V。
④按压力＋、压力－键通过改变直流电机上的电压（即改变汽油泵的转数）调整清洗压力，电压调整范围为6—12V。
⑤当剩余工作时间少于5min时，蜂鸣器开始鸣叫，直到定时结束，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”。
⑥6min内无任何操作则自动断电，数码管无显示。
⑦保护措施：
●油面过低保护。
为防止无油损坏汽油泵，油面过低时，传感器开关闭合，继电器开关闭合，汽油泵自动断电，数码管g段显示“——”，并闪烁。
●油温过高保护。
为防止油温过高起火，温度过高时，温度继电器开关闭合，汽油泵自动断电，数码管g段显示“——”，但不闪烁。
1.3系统方案比较及论证
1.3.1系统方案
目前清洗喷油嘴几种方法：
1）把清洗剂直接加人油箱里进行清洗
此种方法简便易行，只需将合适的清洗剂加人油箱即可。
但是目前市场上的清洗剂由于热值偏大，燃烧时的温度和压力比汽油混合气燃烧时高，部件承受的热负荷与机械负荷会增大，在清洗过程中容易对进排气门、活塞、缸壁产生损害。
特别是清洗下来的胶质积碳不能完全燃烧,排出大量黑烟,造成严重污染，干扰堵塞氧传感器和三元催化器。
2）免拆清洗机清洗
免拆清洗机清洗的原理就是利用发动机本来系统的压力及循环网络，用清洗剂替代油料燃烧对缸内的积碳进行清洗，然后借排放系统排出。
免拆清洗机的优点在于方便快捷，而且对于进气门、燃烧室清洗效果明显。
缺点是进气道清洗不到，清洗时产生大量黑烟，造成污染，干扰、堵塞氧传感器和三元催化器。
3）超声波清洗
一般这种清洗的费用较高,与用清洗机不同,它要拆下喷油嘴。
其优点在于可以用超声波对喷油嘴进行有无雾化、响应程度、开关灵敏度、是否漏油等方面的检测,缺点是清洗不到进气门、燃烧室、无法解决因进气门、燃烧室积碳造成的油耗增加、动力下降、尾气超标问题。
1.3.2系统方案设计
电喷汽车喷油嘴清洗机的系统组成框图如图所示，它由单片机控制器、按键输入、数码管显示器、电机PWM驱动、输出控制电路等组成。
AT89S51单片机是整个系统的核心，负责控制检测输入/输出显示和电机调速等。
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。
电机调速利用单片机内部的定时器，配合软件产生脉宽调制波（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压取自汽车上12V蓄电池，经降压稳压后得到5V的稳定工作电压。
图1.1电喷汽车喷油嘴清洗机系统组成方框图
1.4PWM波调速原理
图1.2脉宽调制示意图
所谓的脉冲宽度调制（PWM）是英文“PulseWidthModulation”的缩写，简称脉宽调制。
它是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用于测量，通信，功率控制与变换等许多领域。
一种模拟控制方式，根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置，来实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的改变，这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定。
脉冲宽度调制（PWM）是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。
通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。
PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有（ON），要么完全无（OFF）。
电压或电流源是以一种通（ON）或断（OFF）的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。
通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。
只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码。
多数负载（无论是电感性负载还是电容性负载）需要的调制频率高于10Hz，通常调制频率为1kHz到200kHz之间。
许多微控制器内部都包含有PWM控制器。
例如，Microchip公司的PIC16C67内含两个PWM控制器，每一个都可以选择接通时间和周期。
占空比是接通时间与周期之比；
调制频率为周期的倒数。
执行PWM操作之前，这种微处理器要求在软件中完成以下工作：
*设置提供调制方波的片上定时器/计数器的周期
*在PWM控制寄存器中设置接通时间
*设置PWM输出的方向，这个输出是一个通用I/O管脚
*启动定时器
*使能PWM控制器
PWM的一个优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的，无需进行数模转换。
让信号保持为数字形式可将噪声影响降到最小。
噪声只有在强到足以将逻辑1改变为逻辑0或将逻辑0改变为逻辑1时，也才能对数字信号产生影响。
对噪声抵抗能力的增强是PWM相对于模拟控制的另外一个优点，而且这也是在某些时候将PWM用于通信的主要原因。
从模拟信号转向PWM可以极大地延长通信距离。
在接收端，通过适当的RC或LC网络可以滤除调制高频方波并将信号还原为模拟形式。
总之，PWM既经济、节约空间、抗噪性能强，是一种值得广大工程师在许多设计应用中使用的有效技术。
采样控制理论中有一个重要结论：
冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。
PWM控制技术就是以该结论为理论基础，对半导体开关器件的导通和关断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。
按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。
PWM控制的基本原理很早就已经提出，但是受电力电子器件发展水平的制约，在上世纪80年代以前一直未能实现。
直到进入上世纪80年代，随着全控型电力电子器件的出现和迅速发展，PWM控制技术才真正得到应用.随着电力电子技术，微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法，如现代控制理论，非线性系统控制思想的应用，PWM控制技术获得了空前的发展。
到目前为止，已出现了多种PWM控制技术，根据PWM控制技术的特点，到目前为止主要有以下8类方法：
1.4.1相电压控制PWM
1）等脉宽PWM法
VVVF（VariableVoltageVariableFrequency）装置在早期是采用PAM（PulseAmplitudeModulation）控制技术来实现的，其逆变器部分只能输出频率可调的方波电压而不能调压。
等脉宽PWM法正是为了克服PAM法的这个缺点发展而来的，是PWM法中最为简单的一种。
它是把每一脉冲的宽度均相等的脉冲列作为PWM波，通过改变脉冲列的周期可以调频，改变脉冲的宽度或占空比可以调压，采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。
相对于PAM法，该方法的优点是简化了电路结构，提高了输入端的功率因数，但同时也存在输出电压中除基波外，还包含较大的谐波分量。
2）随机PWM
在上世纪70年代开始至上世纪80年代初，由于当时大功率晶体管主要为双极性达林顿三极管，载波频率一般不超过5kHz，电机绕组的电磁噪音及谐波造成的振动引起了人们的关注。
为求得改善，随机PWM方法应运而生。
其原理是随机改变开关频率使电机电磁噪音近似为限带白噪声（在线性频率坐标系中，各频率能量分布是均匀的），尽管噪音的总分贝数未变，但以固定开关频率为特征的有色噪音强度大大削弱。
正因为如此，即使在IGBT已被广泛应用的今天，对于载波频率必须限制在较低频率的场合，随机PWM仍然有其特殊的价值；
另一方面则说明了消除机械和电磁噪音的最佳方法不是盲目地提高工作频率，随机PWM技术正是提供了一个分析，解决这种问题的全新思路。
3）SPWM法
SPWM（SinusoidalPWM）法是一种比较成熟的，目前使用较广泛的PWM法。
前面提到的采样控制理论中的一个重要结论：
SPWM法就是以该结论为理论基础，用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆变电路中开关器件的通断，使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等，通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值。
该方法的实现有以下几种方案：
1.4.2等面积法
该方案实际上就是SPWM法原理的直接阐释，用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替正弦波，然后计算各脉冲的宽度和间隔，并把这些数据存于微机中,通过查表的方式生成PWM信号控制开关器件的通断，以达到预期的目的。
由于此方法是以SPWM控制的基本原理为出发点，可以准确地计算出各开关器件的通断时刻，其所得的的波形很接近正弦波，但其存在计算繁琐，数据占用内存大，不能实时控制的缺点。
1）硬件调制法
硬件调制法是为解决等面积法计算繁琐的缺点而提出的，其原理就是把所希望的波形作为调制信号，把接受调制的信号作为载波，通过对载波的调制得到所期望的PWM波形。
通常采用等腰三角波作为载波，当调制信号波为正弦波时，所得到的就是SPWM波形。
其实现方法简单，可以用模拟电路构成三角波载波和正弦调制波发生电路，用比较器来确定它们的交点，在交点时刻对开关器件的通断进行控制，就可以生成SPWM波。
但是，这种模拟电路结构复杂，难以实现精确的控制。
2）软件生成法
由于微机技术的发展使得用软件生成SPWM波形变得比较容易，因此，软件生成法也就应运而生。
软件生成法其实就是用软件来实现调制的方法，其有两种基本算法，即自然采样法和规则采样法。
3）自然采样法
以正弦波为调制波，等腰三角波为载波进行比较，在两个波形的自然交点时刻控制开关器件的通断，这就是自然采样法，其优点是所得SPWM波形最接近正弦波，但由于三角波与正弦波交点有任意性，脉冲中心在一个周期内不等距，从而脉宽表达式是一个超越方程，计算繁琐，难以实时控制。
4）规则采样法
规则采样法是一种应用较广的工程实用方法，一般采用三角波作为载波。
其原理就是用三角波对正弦波进行采样得到阶梯波，再以阶梯波与三角波的交点时刻控制开关器件的通断，从而实现SPWM法。
当三角波只在其顶点（或底点）位置对正弦波进行采样时，由阶梯波与三角波的交点所确定的脉宽，在一个载波周期（即采样周期）内的位置是对称的，这种方法称为对称规则采样。
当三角波既在其顶点又在底点时刻对正弦波进行采样时，由阶梯波与三角波的交点所确定的脉宽，在一个载波周期（此时为采样周期的两倍）内的位置一般并不对称，这种方法称为非对称规则采样。
规则采样法是对自然采样法的改进，其主要优点就是是计算简单，便于在线实时运算，其中非对称规则采样法因阶数多而更接近正弦。
其缺点是直流电压利用率较低，线性控制范围较小。
以上两种方法均只适用于同步调制方式中。
5）低次谐波消去法
低次谐波消去法是以消去PWM波形中某些主要的低次谐波为目的的方法。
其原理是对输出电压波形按傅氏级数展开，表示为u（ωt）=ansinnωt，首先确定基波分量a1的值，再令两个不同的an=0，就可以建立三个方程，联立求解得a1，a2及a3，这样就可以消去两个频率的谐波。
该方法虽然可以很好地消除所指定的低次谐波，但是,剩余未消去的较低次谐波的幅值可能会相当大，而且同样存在计算复杂的缺点。
该方法同样只适用于同步调制方式中。
6）梯形波与三角波比较法
前面所介绍的各种方法主要是以输出波形尽量接近正弦波为目的，从而忽视了直流电压的利用率，如SPWM法，其直流电压利用率仅为86.6%，因此，为了提高直流电压利用率，提出了一种新的方法--梯形波与三角波比较法。
该方法是采用梯形波作为调制信号，三角波为载波，且使两波幅值相等，以两波的交点时刻控制开关器件的通断实现PWM控制。
由于当梯形波幅值和三角波幅值相等时，其所含的基波分量幅值已超过了三角波幅值，从而可以有效地提高直流电压利用率。
但由于梯形波本身含有低次谐波，所以输出波形中含有5次，7次等低次谐波。
1.4.3线电压控制PWM
前面所介绍的各种PWM控制方法用于三相逆变电路时，都是对三相输出相电压分别进行控制的，使其输出接近正弦波，但是，对于像三相异步电动机这样的三相无中线对称负载，逆变器输出不必追求相电压接近正弦，而可着眼于使线电压趋于正弦.因此，提出了线电压控制PWM，主要有以下两种方法：
1）马鞍形波与三角波比较法
马鞍形波与三角波比较法也就是谐波注入PWM方式（HIPWM），其原理是在正弦波中加入一定比例的三次谐波，调制信号便呈现出马鞍形，而且幅值明显降低，于是在调制信号的幅值不超过载波幅值的情况下，可以使基波幅值超过三角波幅值，提高了直流电压利用率。
在三相无中线系统中，由于三次谐波电流无通路，所以三个线电压和线电流中均不含三次谐波。
除了可以注入三次谐波以外，还可以注入其他3倍频于正弦波信号的其他波形，这些信号都不会影响线电压。
这是因为，经过PWM调制后逆变电路输出的相电压也必然包含相应的3倍频于正弦波信号的谐波，但在合成线电压时，各相电压中的这些谐波将互相抵消，从而使线电压仍为正弦波。
2）单元脉宽调制法
因为，三相对称线电压有Uuv+Uvw+Uwu=0的关系，所以，某一线电压任何时刻都等于另外两个线电压负值之和。
现在把一个周期等分为6个区间，每区间60°
，对于某一线电压例如Uuv，半个周期两边60°
区间用Uuv本身表示，中间60°
区间用-（Uvw+Uwu）表示，当将Uvw和Uwu作同样处理时，就可以得到三相线电压波形只有半周内两边60°
区间的两种波形形状，并且有正有负。
把这样的电压波形作为脉宽调制的参考信号，载波仍用三角波，并把各区间的曲线用直线近似（实践表明，这样做引起的误差不大，完全可行），就可以得到线电压的脉冲波形，该波形是完全对称，且规律性很强，负半周是正半周相应脉冲列的反相，因此，只要半个周期两边60°
区间的脉冲列一经确定，线电压的调制脉冲波形就唯一地确定了。
这个脉冲并不是开关器件的驱动脉冲信号，但由于已知三相线电压的脉冲工作模式，就可以确定开关器件的驱动脉冲信号了。
该方法不仅能抑制较多的低次谐波，还可减小开关损耗和加宽线性控制区，同时还能带来用微机控制的方便，但该方法只适用于异步电动机，应用范围较小。
1.4.4电流控制PWM
电流控制PWM的基本思想是把希望输出的电流波形作为指令信号，把实际的电流波形作为反馈信号，通过两者瞬时值的比较来决定各开关器件的通断，使实际输出随指令信号的改变而改变。
其实现方案主要有以下3种：
1）滞环比较法
这是一种带反馈的PWM控制方式，即每相电流反馈回来与电流给定值经滞环比较器，得出相应桥臂开关器件的开关状态，使得实际电流跟踪给定电流的变化。
该方法的优点是电路简单，动态性能好，输出电压不含特定频率的谐波分量。
其缺点是开关频率不固定造成较为严重的噪音，和其他方法相比，在同一开关频率下输出电流中所含的谐波较多。
2）三角波比较法
该方法与SPWM法中的三角波比较方式不同，这里是把指令电流与实际输出电流进行比较，求出偏差电流，通过放大器放大后再和三角波进行比较，产生PWM波.此时开关频率一定，因而克服了滞环比较法频率不固定的缺点。
但是,这种方式电流响应不如滞环比较法快。
3）预测电流控制法
预测电流控制是在每个调节周期开始时，根据实际电流误差，负载参数及其它负载变量，来预测电流误差矢量趋势，因此，下一个调节周期由PWM产生的电压矢量必将减小所预测的误差。
该方法的优点是，若给调节器除误差外更多的信息，则可获得比较快速，准确的响应。
目前，这类调节器的局限性是响应速度及过程模型系数参数的准确性。
1.4.5.空间电压矢量控制PWM
空间电压矢量控制PWM（SVPWM）也叫磁通正弦PWM法。
它以三相波形整体生成效果为前提，以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的，用逆变器不同的开关模式所产生的实际磁通去逼近基准圆磁通，由它们的比较结果决定逆变器的开关，形成PWM波形。
此法从电动机的角度出发，把逆变器和电机看作一个整体，以内切多边形逼近圆的方式进行控制，使电机获得幅值恒定的圆形磁场（正弦磁通）。
具体方法又分为磁通开环式和磁通闭环式。
磁通开环法用两个非零矢量和一个零矢量合成一个等效的电压矢量，若采样时间足够小，可合成任意电压矢量。
此法输出电压比正弦波调制时提高15%，谐波电流有效值之和接近最小。
磁通闭环式引。
入磁通反馈，控制磁通的大小和变化的速度.在比较估算磁通和给定磁通后，根据误差决定产生下一个电压矢量，形成PWM波形.这种方法克服了磁通开环法的不足，解决了电机低速时，定子电阻影响大的问题，减小了电机的脉动和噪音。
但由于未引入转矩的调节，系统性能没有得到根本性的改善。
1.4.6其他常用的PWM控制方法
1）矢量控制PWM
矢量控制也称磁场定向控制，其原理是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia，Ib及Ic，通过三相/二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1及Ib1,再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1及It1（Im1相当于直流电动机的励磁电流；
It1相当于与转矩成正比的电枢电流），然后模仿对直流电动机的控制方法，实现对交流电动机的控制。
其实质是将交流电动机等效为直流电动机，分别对速度，磁场两个分量进行独立控制。
通过控制转子磁链，然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量，经坐标变换，实现正交或解耦控制。
但是，由于转子磁链难以准确观测，以及矢量变换的复杂性，使得实际控制效果往往难以达到理论分析的效果，这是矢量控制技术在实践上的不足，此外，它必须直接或间接地得到转子磁链在空间上的位置才能实现定子电流解耦控制，在这种矢量控制系统中需要配置转子位置或速度传感器，这显然给许多应用场合带来不便。
2）直接转矩控制PWM
1985年德国鲁尔大学Depenbrock教授首先提出直接转矩控制理论（DirectTorqueControl简称DTC）。
直接转矩控制与矢量
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