可移動式節(jié)能環(huán)保型智能洗車系統(tǒng)技術(shù)報告

1、“可移動式節(jié)能環(huán)保型智能洗車系統(tǒng)”技術(shù)報告第十屆西安高新“挑戰(zhàn)杯”陜西省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽作品技術(shù)報告 作品名稱： 可移動式節(jié)能環(huán)保型智能洗車系統(tǒng) 學(xué)校全稱： 西安文理學(xué)院 申報者姓名 （集體名稱） 新動力 指導(dǎo)教師： 邊培瑩 2015年3月可移動式節(jié)能環(huán)保型智能洗車系統(tǒng)設(shè)計摘要：可移動式節(jié)能環(huán)保型智能洗車系統(tǒng)是為適應(yīng)現(xiàn)代汽車清洗行業(yè)的迅速發(fā)展而設(shè)計的一種快捷、高效的洗車系統(tǒng)，整個系統(tǒng)由機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、單片機控制系統(tǒng)、水處理循環(huán)系統(tǒng)及太陽能轉(zhuǎn)換利用系統(tǒng)這四個子系統(tǒng)組成。該系統(tǒng)能實現(xiàn)以太陽能與電能相結(jié)合的供電方式，通過單片機控制系統(tǒng)對該系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)部分進行控制，從而完成無人操作、全自動化

2、的汽車噴淋、擦洗、烘干、打蠟等主要的汽車清洗及養(yǎng)護環(huán)節(jié)。該系統(tǒng)不但能高質(zhì)、高效地完成汽車清洗任務(wù), 而且還能對清洗過程中排出的廢水集中回收、過濾、處理、循環(huán)再利用，這樣既減少了洗車污水的排放,又節(jié)約大量的水資源。而且該系統(tǒng)的整個洗車過程基本上都在密閉空間內(nèi)完成, 減少了洗車過程中的噪聲污染和其他廢氣的大量排放。該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)合理、控制靈活、性能可靠、移動方便、投資成本低等優(yōu)點，在我國的洗車領(lǐng)域有著廣泛的研究意義和應(yīng)用前景。關(guān)鍵字：可移動式，智能洗車，節(jié)能環(huán)保，自動控制。目錄第一章 緒論11.1研究目的及意義11.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀21.4主要創(chuàng)新點31.5作品的應(yīng)用前景41.6本章小結(jié)5第二章

3、系統(tǒng)的總體方案設(shè)計62.1系統(tǒng)組成62.2 工作原理72.3本章小結(jié)8第三章 機械結(jié)構(gòu)部分設(shè)計93.1整體結(jié)構(gòu)93.2 汽車傳送系統(tǒng)103.3噴洗系統(tǒng)133.4 擦洗部分153.5吹干系統(tǒng)分析及設(shè)計173.6水循環(huán)利用系統(tǒng)173.7太陽能利用系統(tǒng)183.8本章小結(jié)22第四章 控制系統(tǒng)部分設(shè)計234.1 電機的選擇234.2控制系統(tǒng)的功能234.3控制系統(tǒng)芯片的選擇244.4單片機控制流程274.5單片機源程序的設(shè)計284.6本章小結(jié)31第五章 實驗與分析325.1洗車系統(tǒng)實物圖及相關(guān)實驗325.2總體控制流程355.3系統(tǒng)評估355.4本章小結(jié)36第六章 設(shè)計總結(jié)37參考資料38“可移動式節(jié)能

4、環(huán)保型智能洗車系統(tǒng)”技術(shù)報告第一章 緒論1.1研究目的及意義隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，人民生活水平的不斷提高,汽車走進了千家萬戶,其數(shù)量急劇增加。隨之而來的有關(guān)汽車美容的服務(wù)行業(yè)也空前迅速發(fā)展，洗車成為汽車美容服務(wù)當中最基礎(chǔ)的一個項目，同時也是最重要的一個項目?，F(xiàn)在市面上的洗車方式大多分為兩大類：一類是以人力為主的人工洗車。這種洗車方式雖然具有靈活性高、操作簡單等優(yōu)點，但存在著洗車耗時長、投入的勞動力大等缺點。另一類是全自動智能洗車系統(tǒng)。這種洗車方式具有洗車速度快、洗車效率高的優(yōu)點，但設(shè)備安裝模式固定、不具備遷移性，且全套設(shè)備造價太高，使一些洗車行望而卻步，同時這種洗車系統(tǒng)大多依賴于國外技術(shù)，使

5、用和維護都需要專門的人才，并且其系統(tǒng)模塊太多，雖然國內(nèi)一些大城市引進了該設(shè)備，但是由于種種原因，最終導(dǎo)致自動洗車系統(tǒng)在我國沒有廣泛的普及。針對以上洗車及不方便的問題，我們從洗車地點、洗車時間、洗車費用和對自動環(huán)保洗車的認知普及程度等方面進行了調(diào)研。在我國汽車清洗行業(yè)存在技術(shù)水平低、產(chǎn)業(yè)滯后等諸多問題的大背景下，我們設(shè)計的可移動式節(jié)能環(huán)保智能洗車系統(tǒng)恰恰能具有移動方便、循環(huán)用水、節(jié)約成本、節(jié)省人力、提高工作效率以及太陽能的有效利用等功能。通過以上分析，我們設(shè)計的洗車系統(tǒng)具有極其廣闊的市場空間和研究意義，通過我們的努力為我國洗車行業(yè)取得長足的進步奠定堅實的基礎(chǔ)。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀汽車清洗行業(yè)是近

6、幾年才在我國逐漸發(fā)展起來的新興行業(yè)，具備資金和技術(shù)門檻高的特點。由于從國家到地方，相關(guān)的行業(yè)標準不是十分完備，對場地、環(huán)保、設(shè)備、技術(shù)、經(jīng)營管理等方面都缺乏明確的規(guī)定和要求，導(dǎo)致本應(yīng)被淘汰的人工洗車方式仍然在洗車市場上大行其道，而無水洗車、全自動洗車等先進的洗車方式卻在我國的洗車市場上寥寥無幾。在歐、美等發(fā)達國家，經(jīng)過多年的發(fā)展，科學(xué)洗車的理念己深入人心，洗車市場的洗車方式有全自動洗車機洗車、蒸汽洗車和無水洗車，其中尤以全自動洗車為主。在我國建設(shè)美化城市，現(xiàn)代化城市的發(fā)展主題中，在全社會節(jié)約水資源、保護環(huán)境、可持續(xù)發(fā)展的潮流中，追求時尚、高效和環(huán)保已成為汽車美容服務(wù)行業(yè)的重要內(nèi)容和發(fā)展方向。目

7、前，城市落后的人工洗車方式已不能適應(yīng)現(xiàn)代化城市的市容衛(wèi)生及行業(yè)發(fā)展的需求，也不符合企業(yè)的規(guī)模經(jīng)營、專業(yè)化、規(guī)范化的要求，更談不上行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。要想我國的洗車行業(yè)健康有序地發(fā)展，必須推廣科學(xué)的、環(huán)保的、符合中國國情的洗車方式，要用新的理念、新的思路和新的方法來管理洗車行業(yè)，提升行業(yè)的整體形象和競爭力。通過對比國內(nèi)外洗車行業(yè)發(fā)展上的狀況和差距，我們研究的可移動式節(jié)能環(huán)保型智能洗車系統(tǒng)立足于國內(nèi)洗車行業(yè)的現(xiàn)狀，完全具備研究和發(fā)展的可行性。1.3主要研究內(nèi)容1、研究智能洗車系統(tǒng)的工作方式，設(shè)計出節(jié)能環(huán)保智能洗車系統(tǒng)方案；2、完成對智能洗車系統(tǒng)主體機械結(jié)構(gòu)及各部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計，實現(xiàn)無人參與的汽車拖進、

8、噴洗、擦洗、烘干、打蠟等最基本、最主要的洗車步驟；3、根據(jù)各機械部件的性能特點，設(shè)計出主體機械結(jié)構(gòu)方案，并對該方案進行優(yōu)化設(shè)計；4、實現(xiàn)以單片機為核心的控制系統(tǒng)設(shè)計，通過硬件與程序軟件進行步進電機和直流電機控制，實現(xiàn)拖進、噴水、擦洗、打蠟等環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)進行；5、對整個系統(tǒng)進行實驗、評價。1.4主要創(chuàng)新點1、可移動性強 開創(chuàng)性的設(shè)想將傳統(tǒng)的洗車店變成可移動式便捷洗車店。高速路?？奎c、城市小區(qū)停車場旁、大型超市購物商場停車場等一系列傳統(tǒng)洗車店無法施展本領(lǐng)的地方，將會在未來成為我們所研究的可移動式節(jié)能環(huán)保型智能洗車系統(tǒng)的用武之地，從而顛覆性的解決我國民眾對洗車需求的困擾。2、簡單實用的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案 該

9、系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)分三層，上層是控制系統(tǒng)安放層（控制層），中層是汽車清洗操作進行層（清洗層），下層是污水回收處理、循環(huán)利用層（污水處理層），使其具有良好的可操作性和維護性。3、對汽車輪轂采用旋轉(zhuǎn)吸盤式清洗 彌補了目前市場上輪轂大多依賴于人工擦洗的方式，提高了系統(tǒng)自動化程度。4、污水的循環(huán)利用和水箱的分化管理 先用濾網(wǎng)、紗布濾除洗車污水中的大顆粒雜質(zhì)及泥沙，再將過濾后的污水經(jīng)樹脂球、活性炭凈化后收集到蓄水箱，通過向蓄水箱里投加明礬將水中不溶顆粒吸附聚集、沉淀。將該水箱作為前水箱，通過單片機控制水泵抽取該水箱的水用作第一次清洗，從而實現(xiàn)了循環(huán)用水，減少了水資源的浪費，后水箱提供汽車最后清洗的新水可用。

10、5、太陽能首次運用到洗車行業(yè) 用太陽能電池板和蓄電池組構(gòu)成的供電系統(tǒng)，供電可靠、經(jīng)濟實惠、節(jié)能環(huán)保，在我國新能源開發(fā)的領(lǐng)域上有著極為深刻的意義。6、該系統(tǒng)提供人機交互界面 用戶可以根據(jù)自己的車型及洗車需求選擇不同的洗車模式，進一步提高洗車系統(tǒng)的自動化程度。7、該系統(tǒng)采用“立刷墻”的方式 延長車體和刷子接觸時間，以此彌補現(xiàn)在自動化洗車時車體沒洗干凈的弊端。1.5作品的應(yīng)用前景隨著我國汽車工業(yè)的高速發(fā)展，中國對汽車需求的年均增長速度遠遠超過世界年均的增長速度，我國已成為世界第二大汽車消費國。隨著生活節(jié)奏的加快,人們也無暇專門開車去洗車行。所以可移動式的職能洗車系統(tǒng)以其便捷性、經(jīng)濟性、環(huán)保性必定贏得

11、廣泛的市場需求。智能洗車系統(tǒng)不但可以提高水資源的利用率，充分節(jié)約人力和洗車時間，而且開發(fā)并利用太陽能這個新能源。所以我們在設(shè)計整個系統(tǒng)協(xié)調(diào)、高效運作的同時，也致力于新能源的利用、簡化各系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)、研發(fā)更先進的水循環(huán)系統(tǒng)，從而設(shè)計出更符合我國國情和人們消費習(xí)慣的自動洗車系統(tǒng)，如果結(jié)合工業(yè)化技術(shù)的進一步完善和研發(fā)，必將使我國洗車行業(yè)登上一個新的臺階。 由此可見，可移動式智能洗車系統(tǒng)既能改變我國目前洗車行業(yè)落后的現(xiàn)狀，也能極大的解決國內(nèi)洗車不方便的囧迫境地，同時也填補了洗車行業(yè)受限與位置空間的空白市場，具有相當大的應(yīng)用和推廣價值。1.6本章小結(jié)本章介紹了可移動式節(jié)能環(huán)保智能洗車系統(tǒng)的研究目的和意義

12、，并分析該系統(tǒng)在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，確定了主要研究內(nèi)容。并列舉該系統(tǒng)的一些創(chuàng)新之處，在我國未來汽車行業(yè)的發(fā)展中，這種可移動式節(jié)能環(huán)保自動洗車系統(tǒng)將有非常廣闊的發(fā)展前景。第二章 系統(tǒng)的總體方案設(shè)計2.1系統(tǒng)組成該系統(tǒng)主要由機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、單片機控制系統(tǒng)、水循環(huán)處理系統(tǒng)及太陽能轉(zhuǎn)換利用系統(tǒng)等組成。其系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框架如圖2-1所示。圖2-1系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框架圖機械結(jié)構(gòu)部分主要由機架結(jié)構(gòu)、帶傳動機構(gòu)、水平刷機構(gòu)、旋轉(zhuǎn)吸盤式刷傳動機構(gòu)、側(cè)立式墻刷機構(gòu)等構(gòu)成。控制系統(tǒng)主要采用以單片機芯片為主的控制系統(tǒng)，單片機芯片選用MSP430超低功耗系列，直流電機驅(qū)動芯片型號為L298N系列，步進電機驅(qū)動型號為TB6560，

13、控制系統(tǒng)包含12864液晶顯示、菜單按鍵以及洗車全過程控制程序，從而實現(xiàn)各機械部分（噴水、擦洗、烘干）有序的進行。 水循環(huán)系統(tǒng)先通過濾網(wǎng)、紗布的粗過濾除去洗車污水中的大雜質(zhì)顆粒和泥沙，再將過濾后的水收集到蓄水池，然后向蓄水池里投入明礬使污水中的懸浮物凝結(jié)并沉淀，通過控制電路驅(qū)動水泵抽取蓄水池中上層水繼續(xù)完成洗車作業(yè)，從而實現(xiàn)了水的循環(huán)利用。此過程中，同時采用水箱分化管理，讓凈化后的水作為第一階段供水，洗車最后階段用水用另一個水箱提供。太陽能轉(zhuǎn)換利用系統(tǒng)在光照條件滿足的情況下通過太陽能電池板接收光能，再通過光伏充電控制器將轉(zhuǎn)換的電能儲存到蓄電池里。當然在給蓄電池充電的同時，電路負載所使用的電力優(yōu)

14、先直接使用太陽能電池板的電，當沒負載時太陽能電池板所轉(zhuǎn)換的95%的電能將會充到蓄電池里，直至蓄電池充滿。另外在光照條件不好時蓄電池直接給整個系統(tǒng)供電。2.2 工作原理將車駛?cè)胫付ㄎ恢貌酉到y(tǒng)后，用戶選擇洗車模式，洗車模式選定后等待用戶確認，一旦確認則由單片機控制帶傳動電機工作，將模型小車傳送到預(yù)定位置時單片機控制水泵開始從車的頂上方和兩側(cè)噴水對汽車進行沖洗，此時小車隨著傳送帶緩慢移動，5s后單片機控制位于車上方和兩側(cè)的噴頭對車身噴灑洗車專用的清洗劑，同時啟動旋轉(zhuǎn)吸盤式側(cè)刷電機工作，開始對汽車輪轂及部分側(cè)面進行擦洗，并且位于車前方的水平刷在單片機的控制下靈活調(diào)節(jié)高度實現(xiàn)對車前面、頂面和后面的擦

15、洗，此時汽車進入立刷部分，對汽車兩側(cè)進行清洗，接著烘干吹風(fēng)裝置對汽車進行烘干，最后根據(jù)車主需求，有選擇性地對汽車進行打蠟等養(yǎng)護操作，至此，該裝置便完成了對汽車的自動清洗。其順序圖如圖2-2所示。圖2-2 洗車過程順序圖洗車產(chǎn)生的污水通過擋水板收集到下層凈水裝置中進行相應(yīng)處理，循環(huán)利用。其中電能主要由太陽能電池板經(jīng)蓄電池儲能后提供，而市電作為模型天氣不好等使蓄電池容量不足時的備用電源。2.3本章小結(jié)本章簡單介紹節(jié)能環(huán)保智能洗車系統(tǒng)的各組成系統(tǒng)，并論述了該系統(tǒng)的工作原理。第三章 機械結(jié)構(gòu)部分設(shè)計3.1整體結(jié)構(gòu)節(jié)能環(huán)保智能洗車系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)主要包括機架結(jié)構(gòu)、帶傳動結(jié)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)吸盤刷刷洗結(jié)構(gòu)、水平刷刷洗結(jié)

16、構(gòu)、大側(cè)刷刷洗結(jié)構(gòu)、噴水系統(tǒng)、噴蠟系統(tǒng)。模型小車的拖動采用一臺減速直流電動機作為驅(qū)動源，單片機控制系統(tǒng)通過控制電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，和調(diào)速，使行模型小車得以完成整個洗車過程的運動。同時，為保證小車在軌道上運行的順序可控制及安全，在軌道兩端特設(shè)立兩個行程開關(guān)，以控制其行走的范圍。其整體機械結(jié)構(gòu)分布如圖3-1所示。圖3-1 洗車系統(tǒng)整體機械結(jié)構(gòu)分布圖3.2 汽車傳送系統(tǒng)為了實現(xiàn)在汽車的擦洗過程中無人駕駛，設(shè)計中考慮了用同步帶傳動的方式拖動汽車。當模型小車駛?cè)胲壍罆r，小車兩側(cè)的車輪被同步帶上的卡緊裝置鎖住，由驅(qū)動電機驅(qū)動帶輪轉(zhuǎn)動使帶緩慢運動，使得模型小車與傳送帶同步向前拖進運動。3.2.1帶傳動的工作原

17、理帶傳動由主動帶輪、從動帶輪和皮帶組成，借助帶與帶輪之間的嚙合，將主動輪的運動傳給從動輪。3.2.2帶傳動的特點優(yōu)點：（1）有過載保護作用； （2）有緩沖吸振作用； （3）運行平穩(wěn)、無噪音 ； （4）適于遠距離傳動； （5）制造、安裝精度要求不高。缺點：（1）有彈性滑動使傳動比i不恒定； （2）張緊力較大（與嚙合傳動相比）軸上壓力較大； （3）結(jié)構(gòu)尺寸較大、不緊湊； （4）打滑，使帶壽命較短； （5）帶與帶輪間會產(chǎn)生摩擦放電現(xiàn)象，不適宜高溫的場合。3.2.3帶傳動的受力分析工作前 :兩邊初拉力F0=F0 工作時:兩邊拉力變化：緊邊F0F1；松邊F0F2F1F0 = F0F2F1F2 = 摩擦力

18、總和Ff = 有效圓周力Fe所以: 緊邊拉力 F1=F0 + Fe/2松邊拉力 F2=F0Fe/23.2.4 帶傳動的設(shè)計計算1.確定計算功率 計算功率是根據(jù)傳遞的額定功率（如電動機的額定功率），并考慮載荷性質(zhì)以及每天運轉(zhuǎn)時間的 長短因素的影響而確定的，查表得=1.0為工作情況系數(shù)即 2.選擇同步帶的型號 根據(jù)24W、n1=30r/min，由機械設(shè)計手冊查的，選用B型普通帶。3.確定帶輪基準直徑和 根據(jù)相關(guān)圖表選取30mm， 大帶輪基準直徑為 按表選取標準值30mm，則實際傳動比、從動輪的實際轉(zhuǎn)速分別為 4.驗算帶速 因此帶速應(yīng)控制在36cm/s范圍內(nèi)。5.初定中心距和基準帶長 按結(jié)構(gòu)設(shè)計要求

19、初定中心距。 由表選取基準長度2000mm。 得實際中心距為 中心距的變動范圍為 6.單根V帶的初拉力 單根V帶所需的初拉力為 由于新帶易松弛，對不能調(diào)整中心距的普通V帶傳動，安裝新帶時的初拉力應(yīng)為計算值的1.5倍。7.設(shè)計結(jié)果選用2根B400 GB 1171-89帶，中心距1025mm，帶輪直徑30mm，30mm，軸上壓力65.7N。3.3噴洗系統(tǒng)為了在有限的距離內(nèi)實現(xiàn)更好的噴水效果，噴頭的運動和汽車的行進速度設(shè)置的不同，通過這種相對運動使噴水管在大的噴施壓力下有較低的相對速度，實現(xiàn)了更好的噴射效果。其噴水流程圖如圖3-2所示。當系統(tǒng)啟動時開始噴洗，時間長短由控制程序設(shè)定。 圖3-2 噴水流

20、程圖1、噴頭選型。 噴頭在自動洗車裝置中至關(guān)重要，如果噴頭發(fā)生堵塞或霧化效果達不到設(shè)計要求，則會影響清洗效果。根據(jù)洗車特點，選用具有大流道，能提供均勻、高沖擊力噴霧的噴頭。根據(jù)清水池內(nèi)懸浮物粒徑及自動清洗過濾器過濾精度，選擇噴頭孔徑為2 mm，噴流角度為35°時水壓為0.050.15 MPa 的P 型噴頭，為防止噴頭發(fā)生銹蝕，材質(zhì)選用塑料的。如圖3-3所示。 圖3-3噴頭實物圖2、噴頭水力計算。 噴頭出口孔徑為2 mm，為達到洗車效果，確定垂直射流高度為2 m，則噴頭水壓為0.04 MPa，管嘴出水流量為0.30 m3/h；出口有收縮，取流量系數(shù)為0.94；噴頭數(shù)量為12 個，則總流

21、量為11.20 m3/h。3、 水泵選型。水泵要求具有自吸功能且無需重復(fù)引流，自吸性能穩(wěn)定，自控能力強，方便與自動化系統(tǒng)配套使用。因此，水泵可采用無密封自控自吸泵。因洗車間隔時間為1 min 左右，水泵需頻繁啟動，而且要 圖34 水泵實物圖求水泵啟動后即出水，要求水泵可以方便進行自動控制。其實物圖如圖34所示。電壓:直流6V-12V。 電流:360MA（空載），抽水時，電流要2A左右。 入水管內(nèi)直徑:8mm  出水口內(nèi)徑：4MM流量:5L/min。垂直最大揚程:5米。 4、水管選型。根據(jù)水泵和噴頭的型號選用水管的型號，此模型中水管應(yīng)選用內(nèi)孔直徑為4mm,外孔直徑為7mm的抗暴曬、抗老

22、化、材質(zhì)柔軟、結(jié)實耐用、抗壓力強的PE材質(zhì)水管。3.4 擦洗部分小車在噴洗操作結(jié)束后緊接著要進入擦洗環(huán)節(jié)，擦洗部分的設(shè)計由兩輪轂旋轉(zhuǎn)吸盤刷、上頂面水平刷和車體兩側(cè)立式側(cè)刷三部分組成。3.4.1 兩輪轂旋轉(zhuǎn)吸盤刷的分析及設(shè)計兩輪轂旋轉(zhuǎn)吸盤刷機構(gòu)由定位機構(gòu)和刷子轉(zhuǎn)動機構(gòu)組成。刷子轉(zhuǎn)動由兩臺直流電動機作為驅(qū)動源，不需要對刷子行正反轉(zhuǎn)控制。其工作原理是以吸附輪胎盤的方式清洗汽車的輪轂和部分汽車側(cè)面。它的運動包括自身繞中心軸旋轉(zhuǎn)和沿Y軸方向上的運動分量，其示意圖如右圖35所示。 圖35 吸盤刷運動示意圖3.4.2 水平刷的分析及設(shè)計水平刷的作用是對汽車上部進行仿形刷洗，它的運動包括自身繞中心軸的回轉(zhuǎn)運動

23、和回轉(zhuǎn)中心的運動。其回轉(zhuǎn)中心運動軌跡應(yīng)為上下運 圖36 水平刷運動示意圖 動，其示意圖如圖36所示。 即需要有x軸和z軸方向的運動分量。為滿足這一要求，通常完成回轉(zhuǎn)運動的絲杠電機安裝在平行于Z軸的軌道上，使水平刷沿軌道上下運動。X軸方向的相對運動則靠同步帶的運動來實現(xiàn)。3.4.3側(cè)立刷墻的分析及設(shè)計側(cè)立刷墻的作用是完成汽車兩側(cè)面等部位的清洗。它的運動主要是自身繞中心軸轉(zhuǎn)動。其運動示意圖如圖3-7所示。即兩側(cè)各有兩個大立刷，保持位置不動，只參與自轉(zhuǎn)運動，通過甩起的絨布強力甩擦完成汽車兩側(cè)的清洗。 圖中第一層(前面)左右兩個立刷進行初級的車體側(cè)面強擦,緊接著第二層(后面)左右兩個立刷進行進一步的側(cè)

24、面強擦,從而達到立刷墻的擦洗效果。 圖37 側(cè)立刷運動示意圖3.5吹干系統(tǒng)分析及設(shè)計吹干系統(tǒng)的作用是在汽車清洗后將附著于車身等部位的水珠強力吹干，而吹干的效果與出風(fēng)口距車身距離有很大的關(guān)系，因此，吹干系統(tǒng)出口的仿形要求更為嚴格。為實現(xiàn)保護車輛的功能。風(fēng)箱的初始位置保持在車輛的頂端。3.6水循環(huán)利用系統(tǒng)3.6.1水處理系統(tǒng)水處理系統(tǒng)分為污水收集過濾部分和水箱分化管理部分。水收集過濾部分采用濾網(wǎng)、紗布等具有過濾特性的材料過濾除去洗車污水中的大顆粒雜質(zhì)及泥沙，再將過濾后的污水經(jīng)樹脂球、活性炭凈化除去污水中的小雜質(zhì)顆粒。將初次過濾后的污水收集到蓄水箱，然后向蓄水箱里投加明礬，明礬溶于水，鋁離子水解產(chǎn)生

25、氫氧化鋁的膠體，氫氧化鋁膠體有較強吸附性，將水中不溶顆粒吸附聚集，形成較大不溶顆粒沉降到箱底沉積，從而使蓄水箱上層液體澄清。水箱分化管理部分采用兩級水箱。前水箱為凈化處理后的污水容納箱，為洗車過程第一次噴淋提供水源，后水箱為自來水容納箱，為汽車最后噴淋清洗提供干凈水源。通過水箱的分化管理，大大減小了洗車過程中循環(huán)水體對汽車的傷害，并達到水資源的循環(huán)利用。3.6.2水循環(huán)部分實驗發(fā)現(xiàn)經(jīng)水處理部分后的污水，水質(zhì)透明、無色無味。通過單片機控制系統(tǒng)控制水泵抽取蓄水池中上層經(jīng)處理過的水再次完成洗車操作，從而實現(xiàn)了循環(huán)用水，并定期清除箱底的的沉淀物?？梢姡诒咀詣酉窜嚹Ｐ椭性谄嚥料吹南聦釉O(shè)計了收集水箱及

26、相應(yīng)的污水處理方式。并且實現(xiàn)了水循環(huán)控制系統(tǒng)，其水循環(huán)利用流程如圖3-8所示。圖3-8水處理循環(huán)流程圖3.7太陽能利用系統(tǒng) 目前，太陽能用于發(fā)電的途徑有兩個：一個是熱發(fā)電，就是先用聚熱器把太陽能變成熱能，再通過汽輪機將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?；二是光發(fā)電，就是利用太陽能的光電效應(yīng)，將太陽能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。近年來，太陽能電池板在電子設(shè)備中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，基本已經(jīng)普及。用太陽能電池板和蓄電池構(gòu)成的供電系統(tǒng)，經(jīng)濟實惠、節(jié)能環(huán)保，在我國新能源開發(fā)的領(lǐng)域上有著極為深刻的意義。 3.7.1太陽能電池板簡介 太陽能電池板實物如圖3-9所示： 規(guī)格：10瓦/12伏（12伏系統(tǒng)使用）單晶硅電池板； 尺寸：長：797毫

27、米，寬：320毫米，高：16毫米； 標準測試條件下（溫度25度，AM1.5, 1000w/m2下測試出來的）； 峰值電壓：17.2伏； 峰值電流：1.45安； 開路電壓：21伏； 短路電流：1.5安。 圖3-9 太陽能光伏板實物圖目前太陽能電池的種類一般有三種材料的種類，即非晶硅、單晶硅和多晶硅。非晶硅電池是早期產(chǎn)品，具有成本低、產(chǎn)量高等特點。光電的轉(zhuǎn)換效率一般為8%左右，所以價格低廉，現(xiàn)在已經(jīng)基本被淘汰。單晶硅和多晶硅電池是一種將硅礦石采用燒結(jié)、拉晶、制極等工藝，再按照相關(guān)的工藝要求進行切割成適當?shù)男∑?，?jīng)焊接線連接在一起形成組片，由于它的基片很薄，所以小功率的電池還需要再安裝在絕緣基板上使

28、用，而大功率的采用強化玻璃將片基層壓于絕緣基板內(nèi)，最后加上鋁合金框架進行保護所制成的平板電池。  單晶硅電池與多晶硅電池的不同處在于多晶硅的表面有大面積的冰花狀花紋，而單晶硅電池則是細小的顆粒，在它們的表面都鍍有一層藍色或紫色的抗反光膜。單晶硅轉(zhuǎn)換效率一般在10%15%，而多晶硅的轉(zhuǎn)換效率在12%16%。太陽能電池的一個單片為一個PN結(jié)。單片電池的開路電壓在0.45V0.6V之間,一般情況下電壓為0.5V,電池串聯(lián)的片數(shù)越多電壓越高;單片電池的電流取決于單個PN結(jié)實際受光面積,其短路電流一般為1530mA/平方厘米，面積越大或并聯(lián)的片數(shù)越多則電流越大。 太陽能電池的最大功率Pmax=

29、開路電壓×短路電流，這是它們的理想功率，而平時大家衡量太陽能電池的是額定功率Pm。實際中額定功率是小于最大功率的，主要是由于太陽能電池的輸出效率只有70%左右。在使用中由于受光強度的不同，所以不同時刻的功率也是不同的，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)它的實際平均功率P=0.7Pm。如果太陽能電池要直接帶動負載，并且要使負載長期穩(wěn)定的工作，則負載的額定功率為Pr=0.7Pm。如果按照負載的功率選擇太陽能電池的功率則電池的功率為：Pm=1.43Pr。就是說太陽能電池的功率要是負載功率的1.43倍。 在選擇太陽能電池的功率時,應(yīng)合理選擇負載的耗電功率,這樣才能使發(fā)電功率與耗電功率處于一種平衡狀態(tài)。當然太陽能電

30、池的發(fā)電功率也會受到季節(jié)、氣候、地理環(huán)境和光照時間等多方面因素的制約。 3.7.2蓄電池簡介 蓄電池實物及規(guī)格參數(shù)如圖3-10： 類型：儲能用蓄電池； 電池蓋和排氣拴結(jié)構(gòu)：閥控式密閉； 荷電狀態(tài)：免維護蓄電池； 型號：12V14AH ； 化學(xué)類型：鋅鎳蓄電池； 額定容量：14AH ； 電壓：12V； 外型尺寸：151×99×95（mm）。 圖3-10蓄電池實物圖    蓄電池是一種儲存電能的容器,常被作為其它電路的“能源基地”。由于太陽能電池所產(chǎn)生的電力有限，因此要盡可能的擴大“基地”的儲電容量，但也不能無限擴大，因為太陽能電池只能在白天發(fā)電，其日發(fā)電量

31、M發(fā)電功率（最大輸出功率）×有效光照時間×發(fā)電時間，由此它的日電量等于輸出電流與有效光照時間的乘積,即:C=IH(Ah)。而蓄電池的容量則使放電時間和放電電流的乘積，因此計算公式為：C=IH(單位Ah，就是額定1A的電流放電一小時)。通過電功率公式:P=IU演化為:P=Iuh/h=CU/h。 根據(jù)上面的公式可以計算出蓄電池的容量，在計算過程中為了更加準確，還要考慮蓄電池的充電效率。蓄電池的充電效率一般為65%80%之間，其充電效率的高低取決于充電的方式，即充電的速率和電池內(nèi)部的活性物質(zhì)的利用率等客觀條件,一般的經(jīng)驗是充電效率的高低按照充電時間率和電流率來分別選取。充電時間越

32、長電流越小，電能安全的轉(zhuǎn)化效率越高，其補償值就越高；充電時間越短則電流越大安全電能的轉(zhuǎn)化越低。 如附表31所示：表3-1充電時間與通過電池的電流關(guān)系充電時間段時間率電流率電流補償值20小時以上C200.05C 1.501.5515小時左右C150.07C 1.451.5010小時左右C100.1C 1.401.455小時左右C50.2C1.351.401小時以下C11C1.201.30節(jié)能環(huán)保自動洗車系統(tǒng)的太陽能電池板是一塊單晶硅電池的組件，最大的輸出功率Pm(額定功率)為25W，峰值電壓(額定電壓)Ump為17.2V，峰值電流(額定電流)為1.45A，開路電壓為21V，短路電流為Isc為1.

33、5A，暫定有效光照時間為10小時，太陽能電池的發(fā)電效率為:u=0.7,蓄電池的補償值為n=1.4。太陽能電池的發(fā)電量:M=Pm×h×u=25×10×0.7=175W。按上述公式:C=Ph/U=25×10/17.2=14.53Ah。那么實際的蓄電池的有效容量要在C=14.53/1.40=10.28Ah以上。 所以在實際中我們可以選擇12Ah左右容量的蓄電池。3.7.3蓄電池和太陽能電池的配接 目前生產(chǎn)太陽能電池產(chǎn)品種類和規(guī)格很多，對于蓄電池來講一般有6V、12V、24V的。通常來說太陽能電池的額定輸出電壓要比蓄電池高1.31.5倍，這是因為蓄電池

34、的充電效率決定的，因為太陽能電池的充電，不像使用市電給蓄電池充電一樣有較大的選擇余地，況且它在給蓄電池充電的時候功率波動比較大，這要先考慮太陽能電池的成本問題。如果蓄電池的充電時率選擇在C10,充電的補償值定位1.4倍，那么額定12V電壓的蓄電池應(yīng)當選配的太陽能電池的電壓應(yīng)該在12V×1.4=16.8V左右的太陽能電池，這個電壓值已經(jīng)接近蓄電池的極限充電電壓。   在太陽能電池的與蓄電池并聯(lián)充電時,要注意防止樹木和建筑物的遮擋照射太陽能電池的光線，或在陰天和夜晚時太陽能電池不能發(fā)電，所以在電路中要串聯(lián)一個整流二極管防止太陽能電池在電壓下降或者不發(fā)電時蓄電池對太陽能

35、電池逆放電。3.8本章小結(jié) 本章重點介紹了節(jié)能環(huán)保自動洗車系統(tǒng)的傳動系統(tǒng)、噴洗系統(tǒng)、擦洗系統(tǒng)、水處理循環(huán)系統(tǒng)和太陽能轉(zhuǎn)換利用系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)和各零部件的選用規(guī)格及相關(guān)的計算。第4章 控制系統(tǒng)部分設(shè)計4.1 電機的選擇 根據(jù)設(shè)計任務(wù)要求，在智能洗車模型中選用直流電機，直流減速電機和步進電機。由于本系統(tǒng)對于電機的轉(zhuǎn)速的設(shè)置無需要求，所以在整個控制過程中，無需調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速。1、帶動齒輪動電機：工作機轉(zhuǎn)速因此選用調(diào)速電機10r/min，直接用變頻調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速。2、帶動行車運動電機： 因此選用調(diào)速電機30轉(zhuǎn)/min，利用變電阻調(diào)速得到需要運行的三個速度。3、帶動側(cè)刷轉(zhuǎn)動電機： 均選用電壓為12v，轉(zhuǎn)速為

36、800-2000r/min的直流電機。4.2控制系統(tǒng)的功能節(jié)能環(huán)保智能洗車系統(tǒng)的控制系統(tǒng)主要控制機械系統(tǒng)、水循環(huán)系統(tǒng)的相關(guān)電路，從而實現(xiàn)全自動控制洗車。其控制模塊圖如圖41所示。 圖41控制系統(tǒng)模塊圖4.3控制系統(tǒng)芯片的選擇1、單片機芯片的選取單片機具有體積小、控制功能強、功耗低、環(huán)境適應(yīng)能力強、擴展靈活和使用方便等優(yōu)點，用單片機可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、信號檢測系統(tǒng)、無線感知系統(tǒng)、測控系統(tǒng)、機器人等應(yīng)用控制系統(tǒng)。 節(jié)能環(huán)保智能洗車系統(tǒng)的控制系芯片選用MSP430這一型號的單片機。該型號的單片機具有功能強大、存儲容量大、容易上手等優(yōu)點。芯片引腳如圖4-2所示。圖42

37、MSP430單片機芯片引腳圖2、驅(qū)動電路芯片的選取 L298N是ST公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機驅(qū)動芯片。該芯片采用15腳封裝。主要特點是：工作電壓高，最高工作電壓可達46V；輸出電流大，瞬間峰值電流可達3A，持續(xù)工作電流為2A；額定功率25W。內(nèi)含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動器，可以用來驅(qū)動直流電動機和步進電動機、繼電器線圈等感性負載；采用標準邏輯電平信號控制；具有兩個使能控制端，在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作有一個邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測電阻，將變化量反饋給控制電路。使用L298N芯片驅(qū)動電機，該芯片可以驅(qū)動一臺兩相步進電機或四相

38、步進電機，也可以驅(qū)動兩臺直流電機。本作品采用L298N來驅(qū)動直流電機。L298N芯片引腳如圖4-3所示：圖43 L298N芯片引腳說明圖1、15引腳：電流檢測端 5、7、10、12引腳：控制電機正反轉(zhuǎn) 2、3、13、14引腳：輸出端 8、11引腳：使能端TB6560AHQ步進電機驅(qū)動器采用東芝公司推出的步進馬達IC芯片。工作電壓直流10V-35V，一般使用開關(guān)電源DC24V供電。 采用6N137高速光藕，保證高速不失步。且內(nèi)有低壓關(guān)斷、過熱停車及過流保護電路，保證最優(yōu)性能。 額定最大輸出為：±3A，峰值3.5A。自動半流功能。 非常適合本作品的42兩相步

39、進電機。實物圖如圖4-4所示：圖44 TB6560AHQ實物圖3、單片機控制芯片與電機驅(qū)動芯片的連接 由于MSP430單片機I/O口輸出邏輯電平3.3V，而驅(qū)動器都是5V邏輯，故采用74LS4245電平轉(zhuǎn)換芯片，工作如圖4-5所示：圖45 電平轉(zhuǎn)換邏輯圖4.4單片機控制流程將車駛?cè)胪綆?，選擇洗車模式并確認，由控制系統(tǒng)控制同步帶電機工作帶動模型小車運動，其流程如圖4-6所示。帶傳動5秒后啟動水泵電機工作，噴頭開始噴水，噴洗操作進行5S后，啟動吸盤刷電機，開始進行洗車，5s后啟動水平刷電機和大立刷電機工作，逐步完成對模型小車的清洗操作，整個清洗操作耗時40S。清洗工序完成后再對汽車進行吹干、打

40、蠟操作，最后直至汽車完全駛出導(dǎo)軌，整個洗車環(huán)節(jié)就全部完成了。圖46 自動洗車控制流程圖4.5單片機源程序的設(shè)計在各個模塊的編程中，按照順序的結(jié)構(gòu)方式編寫，不同的模塊的編程內(nèi)容都是相似的，通過控制電機的延時時間來達到控制的時間，在此列出部分程序段如下：#include "msp430f2618.h"#include "LCD12864.h"#include "myFunction.h"#include "cf.h"void main( void ) / Stop watchdog timer to prevent t

41、ime out reset WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; TA_pwm(); / _EINT(); /開中斷 while(1) int key; Clk_Init(1); Clk_OutTest();LCD_Init(); Init_port(); TA_pwm(); while(1) while(key=P6IN)=0xff) display_0( ); ; /屏保/ delay(20); /鍵盤消抖/ if(P6IN!=0xff)/ key=key; /讀取鍵值 switch(key) case key_model2: display_2(); if(P2IN&

42、;BIT6)=0)control_all_2(); break; /按鍵P6.0按下，顯示模式二，等待紅外觸發(fā)(P2.6口為0），觸發(fā)后執(zhí)行洗車模式； case key_model1: display_1(); if(P2IN&BIT6)=0)control_all_1(); break;/按鍵P6.1按下，顯示模式一，等待紅外觸發(fā)(P2.6口為0），觸發(fā)后執(zhí)行洗車模式； case key_xps: display_4( ); moter_xps_on(); while(P6IN&BIT2)!=0) display_4_off( );moter_xps_off(); break

43、; /P6.2按下洗盤刷單步調(diào)試 case key_model3: display_3(); if(P2IN&BIT6)=0)control_all_3(); break; /按鍵P6.3按下，顯示模式三，等待紅外觸發(fā)(P2.6口為0），觸發(fā)后執(zhí)行洗車模式； case key_ups: moter_level_up(); while(P6IN&BIT4)!=0) moter_level_stop(); turn_sps_off; break; /P6.4按下單步調(diào)試水平刷上 case key_downs: moter_level_down(); while(P6IN&B

44、IT5)!=0) moter_level_stop(); turn_sps_off; break; /P6.5按下單步調(diào)試水平刷下 case key_ls: turn_ls_on; while(P6IN&BIT6)!=0)turn_ls_off; break; /P6.6 按下單步調(diào)試立刷 case key_td: turn_td_on; while(P6IN&BIT7)!=0)turn_td_off; break; /P6.7按下單步調(diào)試拖動 default: break; /沒條件滿足，則退出 4.6本章小結(jié)本章主要介紹可移動式節(jié)能環(huán)保型智能洗車的單片機控制系統(tǒng)的各組成芯片

45、的選取和控制流程順序，并列舉編寫出的部分單片機控制程序。第五章 實驗與分析5.1洗車系統(tǒng)實物圖及相關(guān)實驗 可移動式節(jié)能環(huán)保型智能洗車系統(tǒng)整體實物圖及部分局部實物圖如圖51至圖56所示：圖51 洗車系統(tǒng)整體實物圖圖52 洗車系統(tǒng)進口處實物圖圖53 洗車系統(tǒng)出口處實物圖圖54 洗車系統(tǒng)初噴洗和洗盤刷部位實物圖圖55 洗車系統(tǒng)水平刷實物圖圖56 洗車系統(tǒng)立刷、最后噴洗及吹干部位實物圖可移動式節(jié)能環(huán)保型智能洗車系統(tǒng)相關(guān)實驗如下所述：將車駛?cè)胪綆虾筮x擇洗車模式，并確認即啟動洗車。在太陽能供電或蓄電池供電下，由控制系統(tǒng)控制同步帶電機工作帶動模型小車運動，帶傳動5秒后啟動水泵電機工作，噴頭開始噴水，噴洗操作進行5S后，啟動吸盤刷電機，開始進行洗車，5s后啟動水平刷電機和大立刷電機工作，逐步完成對模型小車的清洗操作，整個清洗操作耗時40S。清洗工序完成后再對汽車進行吹干、打蠟操作，最后直至汽車完全駛出導(dǎo)軌，行車回到初始位置，整個洗車環(huán)節(jié)就全部完成了。在洗車過程中產(chǎn)生的污