周克良，劉響響，張躍飛，劉　松（.江西理工大學(xué)電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院，江西贛州34000；.太原衛(wèi)星發(fā)射中心，山西太原03630）

基于ARM11的自助洗車(chē)系統(tǒng)設(shè)計(jì)*

周克良1，劉響響1，張躍飛2，劉松2
（1.江西理工大學(xué)電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院，江西贛州341000；2.太原衛(wèi)星發(fā)射中心，山西太原036301）

設(shè)計(jì)了一種投幣式全自動(dòng)洗車(chē)系統(tǒng)。根據(jù)語(yǔ)音提示，客戶(hù)在完成繳費(fèi)后，系統(tǒng)便可進(jìn)入洗車(chē)環(huán)節(jié)。借助現(xiàn)代傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，該系統(tǒng)采用非接觸式洗車(chē)方式。通過(guò)光電傳感器、接觸式傳感器采集汽車(chē)位置信息。以ARM11為控制核心，根據(jù)汽車(chē)位置信息控制各機(jī)構(gòu)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)以及各部分功能閥的開(kāi)啟與關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車(chē)的清洗。實(shí)驗(yàn)表明：系統(tǒng)響應(yīng)快、清洗效果好、各機(jī)構(gòu)設(shè)置簡(jiǎn)單、節(jié)約系統(tǒng)耗材。

便捷洗車(chē)；非接觸；功能閥；全自動(dòng)洗車(chē)

0　引言

隨著人們的生活水平不斷地提高，私家車(chē)擁有量與日俱增。汽車(chē)使用過(guò)程中，需要進(jìn)行定期清洗。由此形成了龐大的洗車(chē)［1］市場(chǎng)，但是我國(guó)洗車(chē)行業(yè)發(fā)展起步晚，洗車(chē)店設(shè)備［2］落后于發(fā)達(dá)國(guó)家水平。人工方式的洗車(chē)行業(yè)逐漸不能滿足人們的需求，自動(dòng)化洗車(chē)［3］受到商家和顧客的青睞，目前市場(chǎng)上使用的洗車(chē)系統(tǒng)價(jià)格昂貴，洗車(chē)店占有量少不能滿足市場(chǎng)需求。本文設(shè)計(jì)了全自動(dòng)投幣式洗車(chē)系統(tǒng)，擁有良好的控制系統(tǒng)，在保持良好的清潔度時(shí)，為客戶(hù)提供便捷，快速的洗車(chē)業(yè)務(wù)。

1　洗車(chē)過(guò)程分析與硬件組成

根據(jù)需要總過(guò)程分為：繳費(fèi)，底盤(pán)清洗，車(chē)身預(yù)清洗，車(chē)身噴涂洗車(chē)液，噴灑洗車(chē)液，清洗，噴灑打蠟液，車(chē)身風(fēng)干。

系統(tǒng)包含投幣部分［4］、龍門(mén)架部分、洗刷系統(tǒng)、風(fēng)干系統(tǒng)。洗車(chē)系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)控制部分框圖Fig 1　Block diagram of system control

2　硬件設(shè)計(jì)

2.1投幣部分設(shè)計(jì)

采用LCD液晶顯示模塊，以及語(yǔ)音播報(bào)器［5］，設(shè)置不同等級(jí)的洗車(chē)選項(xiàng)。使用SK708—S2，SINKO型紙幣識(shí)別器，工作電壓為12VDC，采用串口RS—232工作模式，擁有自動(dòng)提示LCD顯示模塊顯示所要投幣金額，投幣部分組成如圖2，程序設(shè)計(jì)如圖3。

圖2　投幣系統(tǒng)組成Fig 2　Constitution of coin system

圖3　投幣程序Fig 3　Coin program

2.2龍門(mén)架部分

龍門(mén)架兩側(cè)安裝M30光電傳感器。當(dāng)汽車(chē)進(jìn)入洗車(chē)房指定區(qū)域后，控制龍門(mén)架的電機(jī)［6］開(kāi)始工作，龍門(mén)架快速移動(dòng)尋找汽車(chē)，當(dāng)龍門(mén)架兩臂上對(duì)照式傳感器被汽車(chē)頭部擋住時(shí)，汽車(chē)清洗機(jī)構(gòu)工作，在龍門(mén)架移動(dòng)到汽車(chē)后端時(shí)，電機(jī)拖動(dòng)龍門(mén)架向后運(yùn)動(dòng)，傳感器再次檢測(cè)到汽車(chē)時(shí)，清洗部分再次工作。龍門(mén)架與懸掛的軌道［7］采用齒輪黏合，3#和4#齒輪安裝在同軸電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸上的齒輪與軌道齒口咬合連接，保證龍門(mén)架移動(dòng)精確，減少移動(dòng)距離上的誤差。為防止龍門(mén)架在來(lái)回移動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)誤差撞擊兩端部件，在龍門(mén)架軌道前后設(shè)置兩對(duì)限位開(kāi)關(guān)。龍門(mén)架［8］與L桿結(jié)構(gòu)位置如圖4。

圖4　洗車(chē)系統(tǒng)主要硬件布局Fig 4　Major hardware layout of car-washing system

根據(jù)車(chē)身長(zhǎng)度龍門(mén)電機(jī)控制曲線圖（實(shí)驗(yàn)根據(jù)奧迪A6L，5015×1874×1455 mm設(shè)定）

如圖5，龍門(mén)架在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下由汽車(chē)的前端開(kāi)始移動(dòng)接近汽車(chē)，階段1為龍門(mén)電機(jī)驅(qū)動(dòng)龍門(mén)架從車(chē)頭到車(chē)尾部移動(dòng)的速度和位移，該階段完成對(duì)車(chē)輛的預(yù)清洗噴水過(guò)程；階段2為龍門(mén)電機(jī)驅(qū)動(dòng)龍門(mén)架由車(chē)尾移動(dòng)到車(chē)頭完成噴灑洗車(chē)液過(guò)程；階段3為龍門(mén)架電機(jī)驅(qū)動(dòng)龍門(mén)架由車(chē)頭到車(chē)尾，此次完成噴水清洗過(guò)程；階段4為龍門(mén)架電機(jī)由車(chē)尾再次返回到車(chē)頭，完成風(fēng)干過(guò)程。

圖5　龍門(mén)電機(jī)控制曲線Fig 5　Motor control curve of gantry crane

2.3洗刷部分硬件設(shè)計(jì)

2.3.1底盤(pán)清洗

洗車(chē)房入口處距離地面50 cm墻面上安裝2組對(duì)照式激光傳感器，并在地面上設(shè)置2排噴水孔。車(chē)輛進(jìn)入洗車(chē)房時(shí)，墻壁上傳感器檢測(cè)到車(chē)輛后，高壓噴頭立刻開(kāi)啟，向車(chē)底噴水沖刷底盤(pán)。

2.3.2車(chē)身清洗部分

清洗結(jié)構(gòu)形狀設(shè)計(jì)成倒立彎曲“L”，當(dāng)龍門(mén)架傳感器檢測(cè)到汽車(chē)時(shí)，L形清洗臂在1#橫向齒輪組的驅(qū)動(dòng)下向車(chē)身靠近，L臂上的激光傳感器檢測(cè)車(chē)身與L臂間距，距離靠近達(dá)到20 cm，L臂保持靜止，龍門(mén)架沿縱向移動(dòng)。龍門(mén)架上對(duì)照式傳感器移出車(chē)身位置時(shí)，龍門(mén)架停止移動(dòng)，L清洗臂頂端電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)推動(dòng)L臂桿緩慢旋轉(zhuǎn)對(duì)車(chē)尾清洗。完成尾部清洗時(shí)，L臂回轉(zhuǎn)，龍門(mén)架向回移動(dòng)，當(dāng)龍門(mén)架移出車(chē)頭部位時(shí)L臂桿在橫向電機(jī)的推動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)車(chē)頭部分清洗。L臂桿內(nèi)裝有高壓出水管束，出水口間距10cm，在高壓水泵的驅(qū)動(dòng)下完成噴水過(guò)程。當(dāng)L臂桿距離檢測(cè)完成時(shí)由控制中心發(fā)送信號(hào)給繼電器啟動(dòng)高壓泵。洗車(chē)液通過(guò)L臂桿，在高壓泵進(jìn)水管道前端安裝進(jìn)水閥門(mén)，使用清洗液清洗時(shí)，關(guān)閉進(jìn)水管道閥門(mén)。同時(shí)設(shè)計(jì)獨(dú)立的出液管，在管口添加霧化噴液口。可控工作壓力在3.5～6kg。

2.3.3閥門(mén)選型與控制

系統(tǒng)使用電磁閥8個(gè)，洗車(chē)液進(jìn)液閥1個(gè)，進(jìn)水閥1個(gè)；底噴出水閥3個(gè)，L臂出水閥3個(gè)。均采用重慶盾銘電磁閥有限公司生產(chǎn)的交流220V ZC51-3GB常閉型液用電磁閥。電磁閥原理：當(dāng)線圈通電時(shí)，先導(dǎo)閥芯吸合，先導(dǎo)孔

打開(kāi)，閥上腔卸壓，活塞靠下腔介質(zhì)壓力推動(dòng)，電磁閥打開(kāi)；當(dāng)線圈斷電時(shí)，先導(dǎo)閥芯靠彈簧復(fù)位，先導(dǎo)孔關(guān)閉，閥上腔由活塞節(jié)流孔增壓和復(fù)位彈簧的推力，電磁閥關(guān)閉。系統(tǒng)電磁閥經(jīng)常啟停，采用ARM與繼電器控制電磁閥。

2.3.4電機(jī)與高壓泵選型部分

L臂橫向控制電機(jī)與L臂轉(zhuǎn)向電機(jī)采用雷賽86型號(hào)步進(jìn)電機(jī)［9］，在傳感器檢測(cè)信號(hào)傳輸給ARM芯片后，ARM發(fā)送信號(hào)至L臂橫向步進(jìn)電機(jī)，L臂旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)。使用超高壓水泵一臺(tái)，由三項(xiàng)異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)，選用霍克（Hawk）XXT5520型高壓泵輪流支配L臂出水口30個(gè)，兩個(gè)L臂桿各15個(gè)，底盤(pán)清洗口［10］20個(gè)。

2.3.5風(fēng)干系統(tǒng)

當(dāng)完成對(duì)汽車(chē)的清洗后，斧型風(fēng)干機(jī)在龍門(mén)架頂端由車(chē)頭部分向車(chē)尾部分移動(dòng)，到達(dá)尾端后停留在車(chē)尾部，在洗車(chē)房進(jìn)口處左右兩側(cè)的4個(gè)固定式斧型風(fēng)干機(jī)在傳感器檢測(cè)到車(chē)身時(shí)即開(kāi)始工作。風(fēng)干機(jī)采用KT100型風(fēng)機(jī)（扇）。

3　系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)建立在ARM平臺(tái)上運(yùn)行，使用C語(yǔ)言編程，控制各類(lèi)傳感器和各部分驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。流程如圖6。

4　結(jié)論

測(cè)試表明：系統(tǒng)整體運(yùn)行平穩(wěn)，各部分機(jī)構(gòu)響應(yīng)迅速，整個(gè)洗車(chē)過(guò)程耗時(shí)少，穩(wěn)定性高；采用非接觸式洗車(chē)方式設(shè)計(jì)安全度高，避免了接觸式仿形洗車(chē)方式在清洗過(guò)程中出現(xiàn)的過(guò)度擦碰，靈敏的傳感網(wǎng)絡(luò)加強(qiáng)了系統(tǒng)的感知，在無(wú)人條件下自動(dòng)完成收費(fèi)，清洗，節(jié)約人力，降低了造價(jià)成本。同時(shí)設(shè)計(jì)也為系統(tǒng)升級(jí)留有足夠的空間。

［1］Yu Y，Kurnianggoro L，Jo K H.Design of intelligent car washing system［C］∥2015 The 54th Annual Conference of the Society of Instrument and Control Engineers of Japan（SICE），IEEE，2015：1447-1450.

［2］李培麗.節(jié)能便攜式洗車(chē)機(jī)的研制［D］.呼和浩特：內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)，2010.

圖6　洗車(chē)流程軟件設(shè)計(jì)流程圖Fig 6　Flow chart of software design of car-washing process

［3］韓曉成.智能洗車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究［D］.沈陽(yáng)：東北大學(xué)，2011.

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為過(guò)程控制與應(yīng)用，嵌入式技術(shù)等。

劉響響，通訊作者，E—mail：1308685570@qq.com。

Research and design of self-service car-washing system based on ARM11*

ZHOU Ke-liang1，LIU Xiang-xiang1，ZHANG Yue-fei2，LIU Song2
（1.School of Electrical Engineering and Automation，Jiangxi University of Science and Technology，Ganzhou 341000，China；
2.Taiyuan Satellite Launching Center，Taiyuan 036301，China）

Design a coin automatic car-washing system.According to voice prompts，after customer completes payment，the system goes into the car-washing mode.Based on modern sensor network technology，the system uses non-contact car-washing way.Through photoelectric sensor and contact sensor，collect vehicle position information. The ARM11 is used as control core，according to vehicle position information，control operation of motor，and open and close of each part of functional valve，so as to realize car-cleaning.Experimental result shows that the system responds quickly，cleaning effect is good，setting of each mechanism is simple and save material cost.

convenient car-washing；non-contact；functional valve；automatic car-washing

TP277

A

1000—9787（2016）06—0107—02

10.13873/J.1000—9787（2016）06—0107—02

2016—03—21

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（61363011）

周克良（1963-），男，江西贛州人，碩士，教授，主要研究方向