基于ARM11的自助洗車系統(tǒng)設計*

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

基于ARM11的自助洗車系統(tǒng)設計*

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

設計了一種投幣式全自動洗車系統(tǒng)。根據(jù)語音提示，客戶在完成繳費后，系統(tǒng)便可進入洗車環(huán)節(jié)。借助現(xiàn)代傳感器網(wǎng)絡技術，該系統(tǒng)采用非接觸式洗車方式。通過光電傳感器、接觸式傳感器采集汽車位置信息。以ARM11為控制核心，根據(jù)汽車位置信息控制各機構電機的運轉以及各部分功能閥的開啟與關閉，從而實現(xiàn)對汽車的清洗。實驗表明：系統(tǒng)響應快、清洗效果好、各機構設置簡單、節(jié)約系統(tǒng)耗材。

便捷洗車；非接觸；功能閥；全自動洗車

0　引言

隨著人們的生活水平不斷地提高，私家車擁有量與日俱增。汽車使用過程中，需要進行定期清洗。由此形成了龐大的洗車［1］市場，但是我國洗車行業(yè)發(fā)展起步晚，洗車店設備［2］落后于發(fā)達國家水平。人工方式的洗車行業(yè)逐漸不能滿足人們的需求，自動化洗車［3］受到商家和顧客的青睞，目前市場上使用的洗車系統(tǒng)價格昂貴，洗車店占有量少不能滿足市場需求。本文設計了全自動投幣式洗車系統(tǒng)，擁有良好的控制系統(tǒng)，在保持良好的清潔度時，為客戶提供便捷，快速的洗車業(yè)務。

1　洗車過程分析與硬件組成

根據(jù)需要總過程分為：繳費，底盤清洗，車身預清洗，車身噴涂洗車液，噴灑洗車液，清洗，噴灑打蠟液，車身風干。

系統(tǒng)包含投幣部分［4］、龍門架部分、洗刷系統(tǒng)、風干系統(tǒng)。洗車系統(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　硬件設計

2.1投幣部分設計

采用LCD液晶顯示模塊，以及語音播報器［5］，設置不同等級的洗車選項。使用SK708—S2，SINKO型紙幣識別器，工作電壓為12VDC，采用串口RS—232工作模式，擁有自動提示LCD顯示模塊顯示所要投幣金額，投幣部分組成如圖2，程序設計如圖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龍門架部分

龍門架兩側安裝M30光電傳感器。當汽車進入洗車房指定區(qū)域后，控制龍門架的電機［6］開始工作，龍門架快速移動尋找汽車，當龍門架兩臂上對照式傳感器被汽車頭部擋住時，汽車清洗機構工作，在龍門架移動到汽車后端時，電機拖動龍門架向后運動，傳感器再次檢測到汽車時，清洗部分再次工作。龍門架與懸掛的軌道［7］采用齒輪黏合，3#和4#齒輪安裝在同軸電機，驅動電機軸上的齒輪與軌道齒口咬合連接，保證龍門架移動精確，減少移動距離上的誤差。為防止龍門架在來回移動過程中出現(xiàn)誤差撞擊兩端部件，在龍門架軌道前后設置兩對限位開關。龍門架［8］與L桿結構位置如圖4。

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

根據(jù)車身長度龍門電機控制曲線圖（實驗根據(jù)奧迪A6L，5015×1874×1455 mm設定）

如圖5，龍門架在電機的驅動下由汽車的前端開始移動接近汽車，階段1為龍門電機驅動龍門架從車頭到車尾部移動的速度和位移，該階段完成對車輛的預清洗噴水過程；階段2為龍門電機驅動龍門架由車尾移動到車頭完成噴灑洗車液過程；階段3為龍門架電機驅動龍門架由車頭到車尾，此次完成噴水清洗過程；階段4為龍門架電機由車尾再次返回到車頭，完成風干過程。

圖5　龍門電機控制曲線Fig 5　Motor control curve of gantry crane

2.3洗刷部分硬件設計

2.3.1底盤清洗

洗車房入口處距離地面50 cm墻面上安裝2組對照式激光傳感器，并在地面上設置2排噴水孔。車輛進入洗車房時，墻壁上傳感器檢測到車輛后，高壓噴頭立刻開啟，向車底噴水沖刷底盤。

2.3.2車身清洗部分

清洗結構形狀設計成倒立彎曲“L”，當龍門架傳感器檢測到汽車時，L形清洗臂在1#橫向齒輪組的驅動下向車身靠近，L臂上的激光傳感器檢測車身與L臂間距，距離靠近達到20 cm，L臂保持靜止，龍門架沿縱向移動。龍門架上對照式傳感器移出車身位置時，龍門架停止移動，L清洗臂頂端電機驅動轉向齒輪轉動推動L臂桿緩慢旋轉對車尾清洗。完成尾部清洗時，L臂回轉，龍門架向回移動，當龍門架移出車頭部位時L臂桿在橫向電機的推動下轉動對車頭部分清洗。L臂桿內裝有高壓出水管束，出水口間距10cm，在高壓水泵的驅動下完成噴水過程。當L臂桿距離檢測完成時由控制中心發(fā)送信號給繼電器啟動高壓泵。洗車液通過L臂桿，在高壓泵進水管道前端安裝進水閥門，使用清洗液清洗時，關閉進水管道閥門。同時設計獨立的出液管，在管口添加霧化噴液口?？煽毓ぷ鲏毫υ?.5～6kg。

2.3.3閥門選型與控制

系統(tǒng)使用電磁閥8個，洗車液進液閥1個，進水閥1個；底噴出水閥3個，L臂出水閥3個。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：當線圈通電時，先導閥芯吸合，先導孔

打開，閥上腔卸壓，活塞靠下腔介質壓力推動，電磁閥打開；當線圈斷電時，先導閥芯靠彈簧復位，先導孔關閉，閥上腔由活塞節(jié)流孔增壓和復位彈簧的推力，電磁閥關閉。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電機與高壓泵選型部分

L臂橫向控制電機與L臂轉向電機采用雷賽86型號步進電機［9］，在傳感器檢測信號傳輸給ARM芯片后，ARM發(fā)送信號至L臂橫向步進電機，L臂旋轉步進電機。使用超高壓水泵一臺，由三項異步電機驅動，選用霍克（Hawk）XXT5520型高壓泵輪流支配L臂出水口30個，兩個L臂桿各15個，底盤清洗口［10］20個。

2.3.5風干系統(tǒng)

當完成對汽車的清洗后，斧型風干機在龍門架頂端由車頭部分向車尾部分移動，到達尾端后停留在車尾部，在洗車房進口處左右兩側的4個固定式斧型風干機在傳感器檢測到車身時即開始工作。風干機采用KT100型風機（扇）。

3　系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)建立在ARM平臺上運行，使用C語言編程，控制各類傳感器和各部分驅動電機的運行狀態(tài)。流程如圖6。

4　結論

測試表明：系統(tǒng)整體運行平穩(wěn)，各部分機構響應迅速，整個洗車過程耗時少，穩(wěn)定性高；采用非接觸式洗車方式設計安全度高，避免了接觸式仿形洗車方式在清洗過程中出現(xiàn)的過度擦碰，靈敏的傳感網(wǎng)絡加強了系統(tǒng)的感知，在無人條件下自動完成收費，清洗，節(jié)約人力，降低了造價成本。同時設計也為系統(tǒng)升級留有足夠的空間。

［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)能便攜式洗車機的研制［D］.呼和浩特：內蒙古工業(yè)大學，2010.

圖6　洗車流程軟件設計流程圖Fig 6　Flow chart of software design of car-washing process

［3］韓曉成.智能洗車控制系統(tǒng)設計與研究［D］.沈陽：東北大學，2011.

［4］鄧娜娜，王鵬，楊子姜.基于ARM的自動售貨機主控制器的設計與開發(fā)［J］.計算機應用與軟件，2015，41（8）：66-70.

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［8］陳寶江，葛田子，王建治.一種包裝機械手及其控制的研究［J］.包裝工程，2014（7）：90-94.

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為過程控制與應用，嵌入式技術等。

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

國家自然科學基金資助項目（61363011）

周克良（1963-），男，江西贛州人，碩士，教授，主要研究方向