汽车喷油嘴超声清洗检测仪电路及控制系统的设计

2014-04-26崔秀萍

科技创新与应用 2014年13期

崔秀萍

摘要：汽车喷油嘴在经历长时间的使用后会被污染而堵塞，影响其正常工作，因此需要用超声清洗检测仪对其进行必要的检测和清洗工作，超声清洗检测仪的电路及控制系统设计是否科学合理对于仪器的工作效率有较大影响。文章介绍了汽车喷油嘴超声清洗检测仪的电路、控制系统的工作原理和设计方法。较为详细地介绍了汽车喷油嘴超声清洗电路及其控制系统的工作原理和设计方法。

关键词：喷油嘴清洗；超声清洗；电路；单片机

前言

喷油嘴是一种常闭型的电磁阀，位于汽车汽油发动机内部，其作用是在汽车启动时，喷油嘴内部的阀针能够被磁力吸起，使汽油能够以雾化的形式高速喷射出来，在汽车发动机内部的重要部件。在经过长期使用后，喷油嘴会由于污染而堵塞，因此必须对其进行定期的清洗和检测工作，当前最常用到的仪器就是超声清洗检测仪，其结构由检测系统、清洗系统和控制系统三个部分组成，对电路及控制系统的科学设计可以有效提高仪器的工作效率。

1 超声波发生器及电路设计

超声波发生器又叫超声波电功率源，是超声清洗检测仪的重要组成部分，其主要作用是将超声波发出的高频震荡信号经换能器转换成高频机械振动，使喷油嘴置于机械振动场区域时污垢得以脱落，从而达到清洗的目的。其电路设计思路如下：

（1）超声波振动源信号发生器采用脉宽调制集成电路3524芯片，这是由于3524芯片具有以下优点：首先，3524芯片发出的频率信号相对稳定，有利于电路控制；其次，3524芯片的频率信号调整较为灵活，可根据实际需要由外围电路组件进行合理组合。

（2）超声波电路发出的超声波振动源信号是弱电信号，无法驱动换能器共组，因此需要另设可发出强电信号的功率驱动电路，同时要将弱电与强电信号实现有效隔离，可选择光电耦合器件6N137作为光电隔离器件，并以此为基础设计双端光电强弱电隔离电路。

（3）换能器功率驱动电路的功率放大是由甲类功率放大电路来实现，可以采用VMOS声效应管IRF360作为主功率放大器件。

（4）由于功率驱动电路属于强电信号，因此要求在功率驱动电路表现出异常时要能够及时停止，这就需要设计相应的功率驱动保护电路，主要功率保护元件可采用电压比较集成芯片17393。

2 单片机系统控制电路设计

在对喷油嘴进行超声波清洗过程中，既要控制清洗时间，又要模拟喷油嘴的实时工作状态，并实现对整个系统的实时监控，在本设计中，可采用8031系列的单片机作为核心控制芯片，与外围电路共同组成控制系统，具有功能强、速度快、技术成熟以及性价比高等优点。

（1）主控芯片采用MCS-51系列单片机8031芯片，并将本控制系统的时钟主频设定在6MHz，去报系统运行的安全可靠性。

（2）单片机8031芯片不具备程序存贮器以及低8位的地址专用线，因此需要外部扩展，根据系统的需要，外部程序存贮器可选用27128 EPROM，并同时加设一级地址锁存器。

（3）单片机8031内置两个可用的I/O口，因此可选择其中一个用以达到对喷油嘴的启停控制并模拟喷油嘴的实际工作状态。

（4）系统供电电路：供单片机控制单元使用电源为+5V/10W直流电源；供超声振动源单元使用的电源为+12V/5W直流电源；供喷油嘴驱动控制单元使用的电源为+5V/20W直流电源；供超声波换能器功率驱动单元使用的电源为双+12V/5W及+220V/50W直流电源；供油泵工作使用的电源为+12V/40W直流电源。

3 控制系统工作方式

单片机系统的工作方式影响着喷油嘴的检测和超声清洗工作，由于本控制系统是由单片机8031与外围电路组合而成，因此根据实际的需要以及本系统的自身要求，可设计出超声清洗控制和电动喷油嘴检测控制等几种工作方式。

3.1 超声清洗控制工作方式

首先设定超声清洗的时间，然后单片机控制系统会根据程序的设定启动超声波清洗控制单元，控制系统会根据需要控制电动喷油嘴按照一定的占空比进行动作，从而达到清洗电动喷油嘴的目的。

3.2 电动喷油嘴检测控制等控制工作方式

汽车电动喷油嘴的工作状态包括雾化、泄漏、怠速、中速、高速等，因此单片机控制系统可模拟电动喷油嘴的这些工作状态，并根据系统的要求进行实时的检测，保证喷油嘴的工作正常进行，一旦发生堵塞等情况可以及时发现并清洗。

4 系统控制软件设计

控制系统的软件程序包括主控程序，工作方式选择程序，时间控制程序等，每个程序需要不同的程序模块来执行并完成，在单片机8031外部扩展了16k的程序存贮器来存贮控制程序，以弥补单片机无内部存贮器的缺憾。

4.1 主控程序

在系统开机或重启后首先进入主控程序，此时系统的各I/O口以及芯片都被重置，处于待命状态，等待键盘输入各项指令并进行系统工作控制，其工作原理框图如图1a所示。

4.2 工作方式选择程序

工作方式选择程序主要是根据实际情况的需要来选择系统应当进行超声清洗工作还是进行检测工作，并对相应的工作对应的工作参数进行确定，其工作原理框图如图1b所示。