崔秀萍

摘 要：汽車噴油嘴在經(jīng)歷長時(shí)間的使用后會(huì)被污染而堵塞，影響其正常工作，因此需要用超聲清洗檢測儀對(duì)其進(jìn)行必要的檢測和清洗工作，超聲清洗檢測儀的電路及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否科學(xué)合理對(duì)于儀器的工作效率有較大影響。文章介紹了汽車噴油嘴超聲清洗檢測儀的電路、控制系統(tǒng)的工作原理和設(shè)計(jì)方法。較為詳細(xì)地介紹了汽車噴油嘴超聲清洗電路及其控制系統(tǒng)的工作原理和設(shè)計(jì)方法。

關(guān)鍵詞：噴油嘴清洗；超聲清洗；電路；單片機(jī)

前言

噴油嘴是一種常閉型的電磁閥，位于汽車汽油發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部，其作用是在汽車啟動(dòng)時(shí)，噴油嘴內(nèi)部的閥針能夠被磁力吸起，使汽油能夠以霧化的形式高速噴射出來，在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的重要部件。在經(jīng)過長期使用后，噴油嘴會(huì)由于污染而堵塞，因此必須對(duì)其進(jìn)行定期的清洗和檢測工作，當(dāng)前最常用到的儀器就是超聲清洗檢測儀，其結(jié)構(gòu)由檢測系統(tǒng)、清洗系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三個(gè)部分組成，對(duì)電路及控制系統(tǒng)的科學(xué)設(shè)計(jì)可以有效提高儀器的工作效率。

1 超聲波發(fā)生器及電路設(shè)計(jì)

超聲波發(fā)生器又叫超聲波電功率源，是超聲清洗檢測儀的重要組成部分，其主要作用是將超聲波發(fā)出的高頻震蕩信號(hào)經(jīng)換能器轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)械振動(dòng)，使噴油嘴置于機(jī)械振動(dòng)場區(qū)域時(shí)污垢得以脫落，從而達(dá)到清洗的目的。其電路設(shè)計(jì)思路如下：

（1）超聲波振動(dòng)源信號(hào)發(fā)生器采用脈寬調(diào)制集成電路3524芯片，這是由于3524芯片具有以下優(yōu)點(diǎn)：首先，3524芯片發(fā)出的頻率信號(hào)相對(duì)穩(wěn)定，有利于電路控制；其次，3524芯片的頻率信號(hào)調(diào)整較為靈活，可根據(jù)實(shí)際需要由外圍電路組件進(jìn)行合理組合。

（2）超聲波電路發(fā)出的超聲波振動(dòng)源信號(hào)是弱電信號(hào)，無法驅(qū)動(dòng)換能器共組，因此需要另設(shè)可發(fā)出強(qiáng)電信號(hào)的功率驅(qū)動(dòng)電路，同時(shí)要將弱電與強(qiáng)電信號(hào)實(shí)現(xiàn)有效隔離，可選擇光電耦合器件6N137作為光電隔離器件，并以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)雙端光電強(qiáng)弱電隔離電路。

（3）換能器功率驅(qū)動(dòng)電路的功率放大是由甲類功率放大電路來實(shí)現(xiàn)，可以采用VMOS聲效應(yīng)管IRF360作為主功率放大器件。

（4）由于功率驅(qū)動(dòng)電路屬于強(qiáng)電信號(hào)，因此要求在功率驅(qū)動(dòng)電路表現(xiàn)出異常時(shí)要能夠及時(shí)停止，這就需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的功率驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路，主要功率保護(hù)元件可采用電壓比較集成芯片17393。

2 單片機(jī)系統(tǒng)控制電路設(shè)計(jì)

在對(duì)噴油嘴進(jìn)行超聲波清洗過程中，既要控制清洗時(shí)間，又要模擬噴油嘴的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，在本設(shè)計(jì)中，可采用8031系列的單片機(jī)作為核心控制芯片，與外圍電路共同組成控制系統(tǒng)，具有功能強(qiáng)、速度快、技術(shù)成熟以及性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。

（1）主控芯片采用MCS-51系列單片機(jī)8031芯片，并將本控制系統(tǒng)的時(shí)鐘主頻設(shè)定在6MHz，去報(bào)系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠性。

（2）單片機(jī)8031芯片不具備程序存貯器以及低8位的地址專用線，因此需要外部擴(kuò)展，根據(jù)系統(tǒng)的需要，外部程序存貯器可選用27128 EPROM，并同時(shí)加設(shè)一級(jí)地址鎖存器。

（3）單片機(jī)8031內(nèi)置兩個(gè)可用的I/O口，因此可選擇其中一個(gè)用以達(dá)到對(duì)噴油嘴的啟?？刂撇⒛M噴油嘴的實(shí)際工作狀態(tài)。

（4）系統(tǒng)供電電路：供單片機(jī)控制單元使用電源為+5V/10W直流電源；供超聲振動(dòng)源單元使用的電源為+12V/5W直流電源；供噴油嘴驅(qū)動(dòng)控制單元使用的電源為+5V/20W直流電源；供超聲波換能器功率驅(qū)動(dòng)單元使用的電源為雙+12V/5W及+220V/50W直流電源；供油泵工作使用的電源為+12V/40W直流電源。

3 控制系統(tǒng)工作方式

單片機(jī)系統(tǒng)的工作方式影響著噴油嘴的檢測和超聲清洗工作，由于本控制系統(tǒng)是由單片機(jī)8031與外圍電路組合而成，因此根據(jù)實(shí)際的需要以及本系統(tǒng)的自身要求，可設(shè)計(jì)出超聲清洗控制和電動(dòng)噴油嘴檢測控制等幾種工作方式。

3.1 超聲清洗控制工作方式

首先設(shè)定超聲清洗的時(shí)間，然后單片機(jī)控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)程序的設(shè)定啟動(dòng)超聲波清洗控制單元，控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)需要控制電動(dòng)噴油嘴按照一定的占空比進(jìn)行動(dòng)作，從而達(dá)到清洗電動(dòng)噴油嘴的目的。

3.2 電動(dòng)噴油嘴檢測控制等控制工作方式

汽車電動(dòng)噴油嘴的工作狀態(tài)包括霧化、泄漏、怠速、中速、高速等，因此單片機(jī)控制系統(tǒng)可模擬電動(dòng)噴油嘴的這些工作狀態(tài)，并根據(jù)系統(tǒng)的要求進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測，保證噴油嘴的工作正常進(jìn)行，一旦發(fā)生堵塞等情況可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并清洗。

4 系統(tǒng)控制軟件設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)的軟件程序包括主控程序，工作方式選擇程序，時(shí)間控制程序等，每個(gè)程序需要不同的程序模塊來執(zhí)行并完成，在單片機(jī)8031外部擴(kuò)展了16k的程序存貯器來存貯控制程序，以彌補(bǔ)單片機(jī)無內(nèi)部存貯器的缺憾。

4.1 主控程序

在系統(tǒng)開機(jī)或重啟后首先進(jìn)入主控程序，此時(shí)系統(tǒng)的各I/O口以及芯片都被重置，處于待命狀態(tài)，等待鍵盤輸入各項(xiàng)指令并進(jìn)行系統(tǒng)工作控制，其工作原理框圖如圖1a所示。

4.2 工作方式選擇程序

工作方式選擇程序主要是根據(jù)實(shí)際情況的需要來選擇系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)進(jìn)行超聲清洗工作還是進(jìn)行檢測工作，并對(duì)相應(yīng)的工作對(duì)應(yīng)的工作參數(shù)進(jìn)行確定，其工作原理框圖如圖1b所示。

4.3 時(shí)間控制程序

時(shí)間控制程序的主要功能就是為噴油嘴的超聲清洗工作或者檢測工作提供計(jì)時(shí)控制，并根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的參數(shù)判斷當(dāng)計(jì)時(shí)時(shí)間到之后將要進(jìn)行的下一步工作，其工作原理框圖如圖1c所示。

5 結(jié)束語

綜上，用超聲波清洗汽車噴油嘴并對(duì)噴油嘴工作狀態(tài)進(jìn)行檢測必須要設(shè)計(jì)一種可靠的電路和控制系統(tǒng)，通過對(duì)超聲波發(fā)生器、單片機(jī)系統(tǒng)控制電路以及對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，得到一種運(yùn)行穩(wěn)定、清洗效果較好、測試精度高并且成本較低的設(shè)計(jì)方案，希望能給汽車噴油嘴清洗和檢測工作提供一定的幫助。

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