一种隧道清洗车控制装置制造方法
【专利摘要】一种隧道清洗车控制装置，包括电源[1]、智能单元[2]、位置检测单元[3]、激光测距单元[4]、电量变换单元[5]、编程接口[6]、通讯接口单元[7]、输出驱动单元[8]、指示单元[9]；使用激光距离传感器,能有效避免清洗时水雾的干扰；以单片机为智能控制单元，实时给出相关的控制信号或告警信号，能够通过计算机方便地查看或更改相关的参数；具有手动控制以及手动优先功能，在清洗过程中遇到障碍时能够自动避让障碍物，自动调节毛刷与隧道壁之间的距离，以保证清洗效果；自动控制系统能够自动识别隧道出口、避免运动机构错误动作，能准确地控制滚刷与隧道壁的距离，从而能够降低人工操作的失误，减轻工人劳动强度，提高清洗效果。
【专利说明】一种隧道清洗车控制装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种隧道清洗车，特别是一种用激光测距的滚刷式隧道清洗车控制装置，属于电气控制【技术领域】。
【背景技术】
[0002]随着高速公路建设和城市道路交通建设的快速发展，公路隧道的增长也十分迅速。由于经济的发展和人民生活水平的不断提高，行驶在道路上的车辆也越来越多。由于汽车数量的增长，车辆排放的有害气体以及扬起的灰尘导致隧道的污染也越来越严重，对于那些较长的隧道，汽车尾气扩散困难，对隧道造成的污染更为严重，使得隧道墙壁变黑变脏，甚至给照明设备蒙上厚厚一层灰，光线变暗，特别是一些机电设备受污染后容易老化，易出故障，这些都会给隧道通行带来极大的安全隐患。相关研究资料表明，几乎所有的隧道都存在着不同程度的污染，特别是一些隧道由于通道长，车流量大，通风条件又较差，污染尤其严重，行人一进入隧道就明显感觉到灰尘大、气味难闻、呼吸困难。经测量，隧道内的主要污染是由车辆行驶时所扬起的大量灰尘所致。同时车辆排放的油烟混合着灰尘粘附在隧道墙壁上，不仅污染了环境，而且还严重影响了隧道的美观。由此可见，对隧道进行清洁维护是非常有必要的。
[0003]为了对隧道进行快速的清洗，已经有一些企业针对传统落后的手工清洗方法，研制生产了隧道清洗车，目前的隧道清洗车主要有两种，一种是滚刷式隧道清洗车，另一种是高压水隧道清洗车，这两种清洗车各有其优缺点。如专利ZL03248047.4、专利ZL201120474813.6、专利 ZL200920035178.4 和专利 ZL201010218154.X，都是可以明显提高工作效率的隧道清洗车。
[0004]在滚刷与隧道壁之间的距离调整方法方面，有些是通过人工调整距离，操作人员的注意力必须非常集中，容易疲劳，容易出差错；也有一些是自动控制装置来自动调节距离的，其中又分为使用接触式行程开关来检测距离信号的和使用超声波测距的，相比较而言，用超声波测距的可靠性较高，寿命较长。然而，一些研究和实际使用情况表明超声波测距传感器容易报错，主要原因在于:超声波的扇形发射特性，当声波经过之处障碍物较多时，反射回来的声波较多，干扰较多；超声波在空气中衰减极大，由于测量距离的不同，造成回波信号的起伏，使回波到达时间的测量产生较大的误差；超声波脉冲回波在接收过程中被极大地展宽，影响了测距的分辨率。此外，超声波在空气中传播时，其速度会受到温度、湿度、粉尘、大气压、蒸汽、搅拌、气流等因素的影响。因此，超声波测距在实际应用也有很多局限性，这都影响了超声波测距的精度和稳定性。
[0005]而通常的隧道清洗车，不管是滚刷式还是高压水式的，在清洗时都会有大量的水雾、水滴、杂物等飞溅，因而在这种恶劣的环境下使用超声波传感器比较难以准确地测量相关距离，而在这些场合利用激光距离传感器都能完成准确检测，这是因为激光距离传感器是利用激光对目标的距离进行准确测定的，在工作时向目标射出一束很细的激光，由光电元件接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的时间，计算出从观测者到目标的距离。正是由于激光距离传感器是极小的一束激光发射出去再反射回来，所以只要光束能通过的，几乎无干扰。
【发明内容】
[0006]本实用新型的目的在于提出一种隧道清洗车控制装置，使用激光距离传感器，能有效避免清洗时水雾的干扰；以单片机为智能控制单元，实时给出相关的控制信号或告警信号，能够通过计算机方便地查看或更改相关的参数；自动控制系统能准确地控制滚刷与隧道壁的距离，从而能够降低人工操作的失误，减轻工人劳动强度，提高清洗效果。
[0007]本发明是这样实现的:一种隧道清洗车控制装置，包括:电源[I]、智能单元[2]、位置检测单元[3]、激光测距单元[4]、电量变换单元[5]、编程接口 [6]、通讯接口单元[7]、输出驱动单元[8]、指示单元[9]；
[0008]智能单元[2]与电源[I]、位置检测单元[3]、电量变换单元[5]、编程接口 [6]、通讯接口单元[7]、输出驱动单元[8]、指示单元[9]构成电气连接。
[0009]所述的电量变换单元[5]含有4?20mA电流电压的变换电路，与激光测距单元
[4]及智能单元[2]构成电气连接。
[0010]所述的输出驱动单元[8]由MOSFET构成电气互锁电路，与智能单元[2]构成电气连接。
[0011]本发明的优点及效果:
[0012]( I)使用激光距离传感器，能有效避免清洗时水雾的干扰，因而自动控制系统能正确地测量距离；
[0013](2)具有报警提示功能，当毛刷与障碍物之间距离已超过设定的最小距离或者检测到隧道内存在的墙壁断档，及时发出报警信号，以警示驾乘人员注意；
[0014](3)具有手动控制以及手动优先功能，当环境极度复杂致使检测错误或者控制器出现故障，可通过手动控制改变毛刷位置；
[0015](4)清洗车在清洗过程中遇到障碍时能够自动避让障碍物，自动调节毛刷与隧道壁之间的距离，以保证清洗效果；
[0016](5)能够自动识别隧道出口、避免运动机构错误动作；
[0017](6)使用MOSFET构成电气互锁电路，便于单片机智能判断故障。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
[0019]图1是本发明的电气原理方框图。
[0020]图2?图6是本发明实施例的电路原理图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图详细说明本发明的实施例。
[0022]请参看图1，一种隧道清洗车控制装置，包括:电源[I]、智能单元[2]、位置检测单元[3]、激光测距单元[4]、电量变换单元[5]、编程接口 [6]、通讯接口单元[7]、输出驱动单元[8]、指示单元[9];智能单元[2]与电源[I]、位置检测单元[3]、电量变换单元[5]、编程接口 [6]、通讯接口单元[7]、输出驱动单元[8]、指示单元[9]构成电气连接。电量变换单元[5]含有4?20mA电流电压的变换电路，与激光测距单元[4]及智能单元[2]构成电气连接。输出驱动单元[8]由MOSFET构成电气互锁电路，与智能单元[2]构成电气连接。
[0023]智能单元[2]通过对位置检测单元[3]的检测，并根据电量变换单元[5]所得的激光测距单元[4]的输入信号，计算滚刷与隧道壁的距离，与设定的距离进行比较，确定滚刷是左移、右移或者保持，由输出驱动单元[8]输出信号到中间继电器及控制液压马达的电磁阀，由液压马达驱动滚刷运行。当超出设定的距离时，通过指示单元[9]给出状态指示及蜂鸣器信号。
[0024]智能单元[2]通过通讯接口单元[7]与运行相应监控软件的计算机进行通讯，以便通过计算机方便地查看相关的状态或更改相关的参数。
[0025]参看图2，电源[I]由车辆的24V蓄电池提供电能，输入到插座CZ1。CZl提供的+24V电压，经稳压集成电路Ul (型号为LM7805)输出+5V电压，再经稳压集成电路U2 (型号为LD1117S33C)输出VDD (3.3V)的直流工作电源，与电路的其它部分构成电气连接，为隧道清洗车控制装置相关部分提供工作电源。通过电阻Rl、电容C4为单片机提供上电复位信号RST，通过电阻R2、稳压二极管D2、电容C5为单片机内部的ADC电路提供VREF基准电压信号。
[0026]参看图3，智能单元[2]由高速、高性能单片机U3构成，型号为C8051F310，其内部集成有振荡器、在系统可编程的FLASH存储器、C2接口调试电路、温度传感器、多达21路的模数转换电路(ADC)、四个通用16位定时器/计数器、硬件SMBus (I2C兼容)、UART串口、PCA模块等，它是隧道清洗车控制装置的核心控制器件。单片机根据激光测距的数据，与用户设定的距离数据比较，输出控制信号，通过左右电磁阀控制毛刷与隧道墙壁之间距离，以保证隧道墙壁的清洗效果。
[0027]编程接口 [5]由插座CZ2组成，与单片机构成电气连接。进行仿真、编程操作时，单片机通过此接口与C8051F单片机编程器或仿真器相连，以便对单片机进行编程、调试和软件下载。
[0028]D20是极限位置指示的发光二极管，当滚刷与障碍物之间距离达到极限范围内时，该指示灯亮，并且声音告警。D21是向左移动的电磁阀输出信号指示的发光二极管，D22是向右移动的电磁阀输出信号指示的发光二极管。D27是告警指示发光二极管，告警信号通过R28、R29及Vl驱动外接的蜂鸣器发出声音告警。
[0029]单片机的P2.5、P2.6分别输出滚刷右移、滚刷左移的信号，由场效应管V4、V5及V2、V3驱动，并实现电气互锁，避免控制滚刷左右移动的电磁阀同时加电，输出的继电器控制信号R0、L0，同时也作为单片机检测其电磁阀的状态信号，通过R11、R12及R14、R15分压的信号反馈输入到单片机U3的Pl.2、P1.3引脚，由单片机智能判断驱动信号的状态及故障情况。
[0030]电量变换单元[5]由激光测距单元[4]输出的4?20mA电流信号，通过电阻R4、R5完成电流到电压的变换，R6为隔离电阻，经C6滤波的电流取样信号AVl送给单片机U3的P3.1引脚；经07滤波由电阻R7、R8组成的24V电压检测电路，其分压得到合适的电压信号AV2送给单片机U3的P3.2引脚；AV1、AV2通过单片机内部的ADC电路转换为数字量，以便进行运算，同时根据设定的参数确定是否应给出相应的控制、保护信号。[0031]参看图4，位置检测单元[3]是由插座CZ3及相关的光电隔离电路组成，它们均与单片机构成电气连接。其中LAN接手动控制滚刷左移的按钮，RAN接手动控制滚刷右移的按钮，L?(接滚刷左移限位开关，RH(接滚刷右移限位开关，RXW接滚刷右移极位置限位开关，每路信号均经光电耦合器隔离，并经电容滤波，以增强抗干扰性能，然后输出到图3单片机U3的相关引脚。
[0032]参看图5，通讯接口模块[6 ]由接口转换集成电路U4(型号为MAX202E )、电容C16~C20、电阻R18、R19、插座CZ5、CZ6组成，其功能是进行接口电平转换。+5V、TXU RXU TX2、RX2与图3中的相应网络编号相连接。CZ5用于与计算机串口连接，以便监控或参数配置，CZ6是备用接口。
[0033]参看图6，激光测距单元[4]由激光测距仪构成，通过接线端子排Jout、插座CZ3B、CZ4B与智能单元[2]构成电气连接。激光测距单元[4]由24V电压供电，输出的电流与测量的距离成反比，经电流到电压的变换后，由单片机内部的ADC电路转换为数字信号，计算出滚刷与隧道壁之间的实际距离，从而进行分析和控制滚刷的运动。[0034]滚刷的左右移动由图3中输出的L0、RO信号经继电器KJl和KJ2控制，由液压马达驱动，液压马达的正反向运转由两个电磁阀控制，LD接控制滚刷左移的电磁阀线圈，RD接控制滚刷右移的电磁阀线圈。
[0035]JT为急停开关，在紧急情况下可通过按下此开关使左、右电磁阀线圈断电，滚刷停止移动。通过开关Si可以控制蜂鸣器是否发声。
[0036]各电气原理图中的相同的网络编号或端口是相连的。
【权利要求】
1.一种隧道清洗车控制装置，其特征在于，包括:电源[I]、智能单元[2]、位置检测单元[3]、激光测距单元[4]、电量变换单元[5]、编程接口 [6]、通讯接口单元[7]、输出驱动单元[8]、指示单元[9]； 智能单元[2]与电源[I]、位置检测单元[3]、电量变换单元[5]、编程接口 [6]、通讯接口单元[7]、输出驱动单元[8]、指示单元[9]构成电气连接； 电量变换单元[5]含有4?20mA电流电压的变换电路，与激光测距单元[4]及智能单元[2]构成电气连接。
2.根据权利要求1所述的一种隧道清洗车控制装置，其特征在于所述的输出驱动单元[8]由MOSFET构成电气互锁电路，与智能单元[2]构成电气连接。
【文档编号】G05B19/042GK203705874SQ201420065225
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年2月14日 优先权日:2014年2月14日
【发明者】涂金龙, 王晓丽, 韩京海 申请人:南京交通职业技术学院