基于凌阳单片机汽车空调自动控制系统设计

1、0引言 人类掌握制制冷技术总共共120多年时时间,但第一台汽汽车空调装置置到19277年才出现。当当时的汽车空空调的内容仅仅是具备加热热器及空气经经过过滤的通通风系统。直直到19400年才由英国国帕卡德汽车车公司第一次次提供了通过过制冷方式使使车内空气凉凉爽的方法。 第二次世界界大战后,汽车空调开开始了实质性性的发展。直直到如今,汽车空调作作为提高汽车车乘车舒适性性的一种重要要手段已被广广大汽车制作作者及用户认认可,人们越来越越认识到汽车车装有空调的的好处。完善善的汽车空调调系统可以对对车内空气的的温度、湿度度、清洁度、风风速、通风等等进行自动调调节,并使车内空空气以一定速速度和方向,保证在各

2、种种外界气候和和条件下使乘乘员都能处于于一个舒适的的空气环境之之中,提高了乘坐坐的舒适性,使司机能保保持头脑清醒醒,提高工作效效率,减少疲劳和和车祸的发生生,驾驶员保持持清晰的视野野,为安全驾驶驶提供基本保保证。 1988年年,美国生产的的汽车有900.3%装备备了空调系统统,到1993年,上升到94%.我国在这这方面起步较较晚,从60年代初,才开始在红红旗轿车上安安装空调。但但近年来发展展速度很快,国内轿车上上80%装有空空调系统,在工程车、旅旅游车及城市市公交车上也也开始大量安安装空调系统统。 对汽车空调调系统进行优优化控制,可以改善和和提高其性能能。由于微型型计算机具有有结构紧凑,工作可

3、靠,功能强大,响应快速和和价格低廉等等优点,特别适宜作作为汽车计算算机控制系统统的控制器。计计算机技术的的发展也为汽汽车实现计算算机控制提供供了技术支持持和保证,汽车计算机机控制已成为为汽车的一个个主要发展方方面。 1 概述1.1 国内外外汽车空调技技术的发展现现状汽车空调是指对对汽车车厢内内的空气质量量进行调节的的装置。最早早的汽车空调调装置始于11927年，它它仅由加热器器、通风装置置和空气过滤滤器三部分组组成，且只能能对车内供暖暖。准确地讲讲，汽车空调调的历史应该该从制冷技术术应用在车上上开始。200世界30年代末美美国的几部公公共汽车装上上了应用制冷冷技术的冷气气装置。直到到20世纪6

4、0年代，应应用制冷技术术的汽车空调调才开始普及及起来。以后后，人们对汽汽车空调的兴兴趣逐年增加加，汽车空调调技术日趋完完善，功能也也越来越全面面。上世纪990年代以前前我国的汽车车产品主要以以载货汽车为为主，长期以以来汽车空调调技术研究一一直处于空白白状态。我国国的汽车空调调发展经历了了以下三个发发展阶段。第一阶段是从660年代初到到70年代末，主主要是利用汽汽车发动机排排出的废气或或冷却循环水水产生的热量量来供给车室室内采暖用。第二阶段是800年代初至19990年。80年代初期期，我国从日日本购进制冷冷降温用的汽汽车空调系统统装配在红旗旗、上海等小小轿车和豪华华大客车上：80年代中后后期，我

5、国第第一汽车制造造厂以及上海海、北京、湖湖南、广州、佛佛山等分别从从日本、德国国引进先进的的空调生产线线和空调技术术，生产国产产大中型客车车、轻型车及及轿车的空调调系统。第三阶段是从990年代开始始到目前。国国内已形成生生产规模的汽汽车空调生产产企业，分别别从国外引进进了国际最先先进的平行流流式冷凝器和和层叠式蒸发发器的生产技技术和生产线线，同时按蒙蒙特利尔议定定书和中中国消耗臭氧氧层物质逐步步淘汰国家方方案的要求求，开始研究究开发汽车空空调制冷装置置工质由氟利利昂R12向R134a的转转换。至此，我我国汽车空调调技术在短时时间内缩小了了与国外的差差距。随着为电子行业业的发展以及及人们对汽车车

6、舒适性要求求的提高，人人们已不再满满足于轿车空空调仅能制冷冷供暖这一功功能，更看重重其车厢内的的热舒适性控控制、仪表盘盘的美观以及及操纵的方便便性，因此高高档的轿车中中通常都安装装自动空调，它它们有精致的的液晶显示、触触摸式的操纵纵按键和多点点温度控制等等功能。但目目前针对乘员员舒适性控制制还远未达到到人们的要求求，因此对轿轿车空调系统统的控制亟待待完善和开发发。国外一些大汽车车公司的轿车车空调代表了了这方面最先先进的水平。通通用汽车公司司某型轿车车车身计算机控控制模块（BBCM）控制制的空调系统统是较典型的的自动空调系系统。该模块块监视高压管管路、低压管管路的温度以以及蓄压罐的的压力、发动动

7、机冷却水温温度等信号，如如果系统不在在设定的范围围内工作，BBCM将压缩缩机离合器脱脱离。该系统统用一个双向向电动机调节节混合风门开开度，并用55个操纵机构构分别控制各各个模式风门门和加热器热热水阀，还用用功率模块控控制鼓风机的的转速，根据据驾驶员输入入的温度、车车室内外温度度及制冷剂低低压管路温度度，BCM计算出出气流分送模模式、鼓风机机转速及混合合风门开度，然然后进行相应应的控制，而而克莱斯勒公公司的某些轿轿车空调还以以占空比的方方式对压缩机机离合器进行行控制。日本丰田某型轿轿车自动空调调监测车内外外温度、蒸发发器温度、冷冷却水水箱温温度以及阳光光辐射强度、压压缩机转速等等参量。通过过控制

8、压缩机机磁吸、风机机转速和温度度混合风门、新新风风门和模模式风门的伺伺服电机，进进行车内温度度调节。自动动功能下该空空调ECU（电子子控制单元）首首先计算送风风温度，并根根据送风温度度控制风机转转速、混合风风门开度、压压缩机起停及及送风模式。比较而言，国内内的轿车空调调控制要稍逊逊一些。广州州标致轿车空空调的电子控控制系统根据据车内温度、环环境温度、蒸蒸发器温度、送送风温度及人人为设定值，通通过控制风机机转速、压缩缩机离合器开开合及热水阀阀大小来进行行温度调节。奥奥迪轿车的空空调系统模式式风门是手控控的，鼓风机机转速继电器器控制，压缩缩机离合根据据蒸发器温度度控制。奥拓拓轿车空调就就更为简单，

9、没没有用于舒适适性控制的传传感器，依靠靠驾驶员人为为调节室内温温度。汽车空调系统热热负荷比较复复杂，而且变变化较大。有有人认为光线线的射入角会会对热负荷影影响很大，而而对此制定了了一套相适应应的控制策略略。着重研究究如何通过计计算机确定送送风量、送风风温度和工作作模式。因为为空调的影响响，轿车室内内温度的分布布是很不均匀匀的，并且均均匀分布的温温度场也会由由于人的舒适适感不同而产产生舒适性差差异，对此有有人研究针对对前排、后排排车座的双蒸蒸发器运行情情况，并进行行相应的控制制。还有人针针对司机和乘乘客的个体舒舒适性用不同同出口进行控控制。轿车空调的运行行工况变化剧剧烈，有无日日照、有无新新风情

10、况下蒸蒸发器的热负负荷有很大不不同，特别是是在车速发生生变化时对空空调的影响更更大。车速变变化使空调系系统冷凝器迎迎风风速发生生变化，从而而冷凝压力及及过冷度都发发生变化，此此时空调将脱脱离原设计工工况，要得到到一个稳定的的运行，必须须施以相应的的控制。用PID控制器器对轿车空调调运行进行控控制，该控制制器的执行机机构为电子膨膨胀阀和压缩缩机，根据蒸蒸发器进出口口温度之差用用PID控制器器对电子膨胀胀阀的开度进进行控制，与与热力膨胀阀阀控制比较，能能取得较好的的效果。另外，通过调节节压缩机转速速和电子膨胀胀阀开度也可可以控制轿车车空调的运行行，针对蒸发发器过热度和和蒸发温度的的控制即可以以控制

11、电子膨膨胀阀和压缩缩机转速来得得到，Hattton等人人做了这样双双输入、双输输出的研究工工作，并对输输入的参量进进行解藕，同同时加入预补补偿器，提高高了系统响应应速度。汽车空调系统具具有较强的非非线性特性，有有人用模糊控控制方法对轿轿车空调运行行进行实时控控制，以车室室内温度与设设定值之差ee和偏差变化化率作为输入入，在车速变变化的工况下下经模糊控制制器控制压缩缩机运行占空空比和蒸发器器风机风量，取取得较好的控控制效果。此此外Leigghton等等人应用模糊糊控制策略对对蒸发器风量量、温度混合合风门开度进进行控制，也也达到舒适性性要求。1.2 智能控控制的发展趋趋势从温度控制系统统的发展来看

12、看，以单片机机为核心构成成的微型温度度控制系统调调节装置已被被国内外许多多公司和单位位作为研究对对象，客观存存在的硬件简简单，软件丰丰富，能方便便地实现现代代化控制规律律和多功能，性性能优良，运运行调试都很很方便。且生生产成本低，可可加快生产设设备的更新换换代，已开始始受到重视和和欢迎。加之之近年来，单单片机的性能能不断提高，而而价格却逐年年降低，所以以单片机温度度控制装置将将具有广阔的的发展和运用用前景。1.3汽车空调调的特点及其其控制系统的的难点与一般空调相比比，汽车空调调具有其特殊殊行。由于汽汽车是移动的的物体，外界界气候条件变变化大，车外外热负荷变化化大，以至于于难以确定标标准的车外设

13、设计参数。其其次，由于汽汽车室内乘员员密度大，人人体热量大，要要求的制冷能能力大，汽车车开启空调与与乘员进入车车内往往是同同一时刻，乘乘客要求一进进入车内，在在很短的时间间内就享受到到空调效果,而汽车车身身在开空调之之前的蓄热量量（或蓄冷量量）是很大的的。这几种因因素导致汽车车空调所要求求的负荷大，要要求降温（或或升温）迅速速。因此，汽汽车空调机组组的制冷（或或采暖）能力力应该比房间间空调大的多多。另外，汽汽车是最高速速移动的物体体，与外界对对流热交换量量大，而且车车身隔热困难难，玻璃窗所所占面积又大大，车室内得得热量（或失失热量）大。如如果汽车长时时间直接暴露露在太阳下（或或寒冷下），进进入

14、车室的热热负荷（或冷冷负荷）比一一般房间要大大得多。夏季季汽车长时间间停在烈日下下，车内温度度会上升到以以上。汽车的使用环境境非常严酷，这这些环境因素素往往造成汽汽车电子装置置的性能恶化化，甚至不能能完成规定的的功能或损坏坏，出现可靠靠性故障。因因此与一般控控制系统相比比，汽车空调调控制系统也也有其特殊要要求。1）首先，要满满足温度、湿湿度环境的要要求。汽车外外部的环境温温度最高，最最低为，但汽汽车内的工作作环境却因部部件的位置不不同而相差极极大。2）其次，要满满足振动冲击击环境要求，汽汽车零部件必必须承受由不不良路面引起起的较大的振振动和冲击。3）还有，要满满足电气环境境要求。汽车车电源波动

15、和和瞬时过电压压等将形成较较坏的电气环环境2 汽车空调系系统工作原理理2.1汽车空调调系统基本工工作原理汽车空调的基本本功能是通过过人为的方法法使车内的温温度降低和升升高，从而达达到使人体感感到舒适的温温度环境。汽汽车空调系统统都可以分为为采暖系统和和制冷系统两两部分。如图图21为汽车空调调制冷循环图图。图2-1 汽车车空调制冷循循环图Fig.2-11 Automootive air-condiitioniing reefrigeerant recyccling planss制冷系统主要由由压缩机、冷冷凝器（包括括冷凝风机）、膨膨胀阀和蒸发发器（包括蒸蒸发风机）组组成。其制冷冷原理是利用用液体

16、制冷剂剂吸热产生冷冷效应。首先先，低压（低低温）液态制制冷剂进入用用来冷却车内内空气的蒸发发器，制冷剂剂加热在定压压下气化。由由于制冷剂在在管内气化时时的温度低于于管外空气的的温度，因此此能自动地吸吸取车内空气气中的热量，使使空气的温度度降低，产生生冷效应。然然后，气化了了的制冷剂通通过压缩机压压缩，变成高高于车外空气气的高温高压压气体。这时时，制冷剂通通过在车外的的冷凝器将热热量释放到车车外，制冷剂剂放热就变成成了高压液态态冷凝剂。最最后，经过膨膨胀阀，恢复复到低压（低低温）液态。所所以，当空调调要进行制冷冷时，必须开开启压缩机使使制冷剂循环环，从而降低低车内温度。采暖系统是由暖暖风散热器、

17、暖暖水阀和风机机组成。由于于汽车行使时时发动机产生生大量热量，一一般小型汽车车空调都采用用发动机余热热采暖。发动动机冷却水通通过暖水阀流流入暖风散热热器，从而升升高通过暖风风散热器的空空气。2.2 汽车空空调的总成结结构汽车空调系统总总成是采用冷冷暖完全合一一型，内外循循环风门由内内外循环电磁磁阀控制，当当内外循环电电磁阀闭合时时，汽车空调调处于内循环环状态，这个个时候只有车车内回风能够够进入空调风风道。反之，当当内外循环电电磁阀开时，空空调处于外循循环状态，这这个时候不仅仅仅车内回风风能够进入空空调风道，车车外空气也进进入空调风道道，也就制冷冷（加热）处处理前空气是是车内回风和和车外新鲜空空

18、气的混合气气体。风机由风机调速速电路控制，其其作用是推动动空气在空调调风道里流动动，在全和一一型空调中，它它同时也起了了制冷蒸发器器风扇和暖风风散热器风扇扇的作用。所所以风机的快快慢直接影响响了制冷蒸发发器和暖风散散热器的对流流散热快慢，也也就直接影响响了车内空气气的调节速度度。由于空调调风道只有这这一个风机，所所以无论是哪哪个出风口风风速的大小都都是由该风机机控制。制冷冷蒸发器连接接制冷压缩机机，压缩机由由压缩机电磁磁阀控制。当当压缩机电磁磁阀吸合，压压缩机开始工工作，蒸发器器就能从流过过的空气中吸吸取热量，从从而使空气降降温。暖风散散热器由暖水水电磁阀控制制，当暖水电电磁阀吸合，发发动机冷

19、却水水流过暖风散散热器，这样样就可以通过过发动机余热热进行热交换换，将经过散散热器的空气气加热。混合风门、风向向风门开度由由风门电机控控制。混合风风门负责控制制空气经过蒸蒸发器和暖风风散热器的量量，也就是控控制经过两种种处理空气的的混合程度。风风向风门可以以控制空调出出风口的出风风方式，也就就是控制经过过处理的空气气从除霜风口口、下吹风口口和前吹风口口吹出。3 汽车空调系系统硬件电路路的设计在工业控制中，单单片机以其体体积小、指令令丰富、控制制技术成熟、修修改方便、开开发周期短、适适应性强等特特点，在各个个领域、各个个行业都的到到了广泛应用用。随着单片片机应用的日日益广泛，单单片机的种类类越来

20、越多，一一种微控制器器的选择需要要从多个方面面考虑，首先先，必须根据据系统的功能能要求，在满满足功能要求求的前提下，优优化系统的构构成；其次，要要想使用某种种微控制器设设计好一个系系统，必须对对这种微控制制器本身及其其系统比较熟熟悉；最后，开开发设备和产产品的供货渠渠道以及成本本要求也确定定能否采用某某种产品。本本系统选用了了凌阳公司生生产的SPCCE061AA型16位单片机机。下面对硬硬件电路各部部分一一介绍绍。3.1控制器功功能汽车空调控制系系统可以根据据人们对车内内温度的设定定值，控制汽汽车空调系统统的各个环节节，使车厢内内空调环境达达到设定的目目标温度。为为了实现上述述控制过程，必必须

21、测量车内内环境状况参参数，通过安安装在车内不不同位置上的的各种传感器器经过A/DD转换成数字字量，输送给给控制器进行行控制决策，得得到各执行器器的控制电压压，使各执行行器工作，从从而实现对车车内环境的改改变。图3-1为汽车空调调控制系统的的硬件组成。图3-1 汽车车空调系统硬硬件组成Fig.3-11 Automootive air-ccondittioninng sysstem hhardwaare3.2 系统主主要功能介绍绍汽车空调控制器器不但能实现现手动控制功功能，主要还还是能将操作作控制系统自自动化，通过过减轻驾驶员员的操作强度度来提高汽车车空调的舒适适性，其主要要功能如下：1）温度的自

22、动动调节功能：能根据设定定温度和车内内温度的温差差来自动控制制混风电机的的开启角度，压压缩机和冷凝凝器的开与关关，进而自动动调节温度。2）风机的自动动调速功能：即使风机调调速模块改变变了，也不必必重新调PWWM 的输出出值，根据当当前设置的风风量等级，自自动调节风机机两端的电压压，使之维持持一个稳定的的状态，保证证风量的稳定定输出。3）手动调节功功能：可以自自行设置风门门的位置（前前吹风、下吹吹风、除霜），前前后风机风量量的大小控制制、压缩机的的开启、内外外循环风门的的切换、设置置温度的大小小等。4）节能控制：风量的最适适量控制，自自动转入经济济运行模式，能能根据车内外外温度自动切切断压缩机电

23、电源等。5）显示控制：能显示给定定的温度、控控制温度等。3.3单片机的的选取方案一：用传统统的51系列单片片机作为系统统控制器。在在本设计中，单单片机的运算算速度越快，控制精度就越高，所以对单片机的执行速度有较高的要求；又由于本系统程序量较大，使用的I/O口资源较多，对于51来说，实现这些功能都比较困难。方案二:采用116位单片机机SPCE0661A作为运运动物体的控控制中心。SSPCE0661A具有丰丰富的资源：RAM，ROM空间大大、指令周期期短、运算速速度快、低功功耗、低电压压、可编程音音频处理，易易于编写和调调试等优点。尤尤其在复杂的的数学运算，其其运算速度快快，精度高。基基于上述分析

24、析，拟选择方方案二。SPEC0611A单片机是是台湾凌阳公公司生产的一一种高性能116位微处理理器，具有体体积小、集成成精度高、易易扩展、可靠靠性高、功耗耗低、结构简简单、中断处处理能力强等等特点，内嵌嵌32K字闪存存FLASHH，处理速度度高，能够很很方便地完成成普通单片机机的功能，还还具有数字语语音播报和识识别的功能。SPCE0611A主要性能能1：1）采用16位位微处理器；2）工作电压(CPU) VDD为2.4-3.6V (I/O) VDDHH为2.4-5.5V3）CPU时钟钟：0.322MHz-49.1552MHz ；4）内置2K字字SRAM；内内置32K FLASHH；5）2个16位

25、位可编程定时时器/计数器(可自动预置置初始计数值值)；6）32个通用用可编程输入入/输出端口；7）14个中断断源可来自定定时器A / B，时基基信号，2个外部时钟钟源输入；8）具备触键唤唤醒的功能；9）使用凌阳音音频编码SAACM_S2240方式(2.44K位/秒)，能容纳2110秒的语音音数据；10）锁相环PPLL振荡器器提供系统时时钟信号；332768HHz实时时钟钟；11）声音模-数转换器输输入通道内置置麦克风放大大器和自动增增益控制(AAGC)功能；12）具备串行行设备接口；13）具有低电电压复位(LLVR)功能能和低电压监监测(LVDD)功能；14）内置在线线仿真电路IICE（In-

26、 CCircuiit Emuulatorr）接口；15）具有WaatchDoog功能。3.3.1 SSPCE0661A最小系系统在OSC0、OOSC1端接接上晶振及谐谐振电容，在在锁相环压控控振荡器的阻阻容输入VCCP端接上相相应的电容电电阻后即可工工作。其它不不用的电源端端和地端接上上0.1FF的去藕电容容提高抗干扰扰能力2。图3-2所示为为SPCE0661A最小系系统。图3-2 SPPCE0611A最小系统统Fig.3-22 SPCEE061A mminimuum sysstem3.3.2 SSPCE0661A的存储储器SPCE0611A的存储器器有2K字的SRAMM，其地址为为0 x00

27、000-0 x007FF,前前64个字即0 x000000 x003FF地址范围内内可采用16位地址直接接寻址，寻访访速度为2个时钟周期期，其余0 xx0040-0 x07FFF地址范围围内采用166位地址直接接寻址，存储储器的寻访速速度为3个时钟周期期。32K字的内内嵌式闪存FFLASH被被划分为1228个页（每每页存储容量量为256个字），地地址空间为00 x80000-0Xfffff,其中0 xFFFF6-0 xFFFFF为中断向向量单元，CCPU正常工工作时，均可可通过程序写写入或擦除。另另外，还可用用SPR40996进行存储储器的扩展，在在数据量较大大的情况下，是是很有必要的的。3.

28、3.3 SSPCE0661A的I/O口SPCE0611A有32个并行I/OO口，即IOAA0IOA155，IOB0IOB155。这两个口口的每一位可可通过编程单单独定义为输输入或输出口口。A口的IOA00IOA7用作作输入口时具具有唤醒功能能。B口除具有常常规的输入/输出功能外外，还具有特特殊功能。单单个IOB22或IOB3口可可设置为外部部中断输入口口，设置P_FeedBBack单元元，再将IOOB2（IOB3）和和IOB4（IOB5）之之间接一个电电阻和电容，形形成反馈电路路以产生振荡荡信号，此信信号可作为外外部中断源EEXT1或EXT2输入入。IOB00和IOB1可作作为串行接口口SIO

29、的时钟钟信号。3.3.4 SSPCE0661A的PWWM应用PWM是英文“PPulse Widthh Moduulatioon”的缩写写，简称脉宽宽调制。它是是利用 HYPERLINK /view/1125.htm 微处理理器的数字输输出来对 HYPERLINK /view/635021.htm 模拟拟电路进行控控制的一种非非常有效的技技术，广泛应应用于测量，通通信，功率控控制与变换等等许多领域。SPCE061A芯片上有两个脉冲宽度调制输出引脚IOB8和IOB9，通过设置TimerA控制单元的b0b5来选择TimerA的时钟源，设置该单元的b6-b9，TimerA将输出不同频率的脉宽调制信号，

30、即控制脉宽占空比输出APWMO。通过设置TimerB控制单元的b0b2来选择TimerB的时钟源，设置b6b9选择TimerB输出不同脉宽调制信号即控制脉宽占空比输出BPWMO。3.3.5 SSPCE0661A的中断断系统SPCE0611A有14个中断源源，分别为两两个定时器溢溢出中断、两两个外部中断断、一个传行行通信口中断断、一个触键键唤醒中断、7个时基信号中断、PWM音频输出中断等。有9个中断向量对应14个中断源，其中3个中断源设置为FIQ（IRQ0-IRQ2），另有10个中断源设置为IRQ3IRQ6，还有一个专门用于通用异步串行通信口UART的中断源设置为UART IRQ。具有两个中断优

31、先级，可实现两极中断嵌套。3.4 电源电电路的设计汽车空调控制器器需要两路电电源：5V电源和12VV电源。5V电源用于于SPCE0661A单片机机供电，12V电源用于于需要大电流流驱动的场合合，如步进电电机、风机等等。由于汽车车蓄电池供电电电源仅有112V，并且且工作期间电电压有比较大大的波动。综综合考虑，本本系统选用了了电源转换芯芯片LM25575，将车车载电源转换换为所需要的的电源。如图图3-3所示图3-3 汽车车空调电源电电路Fig.3-33 Automootive air-ccondittioninng powwer ciircuitt图3-3中1引引脚接VINN端，为未稳稳压电源输入

32、入端；2引脚OUTPPUT端，为为开关电压输输出，接电感感及快速恢复复二极管；33引脚GND端，为为公共端；44引脚FEEDDBACK端端，为反馈输输入端；5引脚ON/OOFF端，为为控制输入端端，接公共端端时，稳压电电路工作，接接高电平时，稳稳压电路停止止。LM2575系系列开关稳压压集成电路是是美国国家半半导体公司生生产的1A集成稳压压电路，它内内部集成了一一个固定的振振荡器，只须须极少外围器器件便可构成成一种高效的的稳压电路，可可大大减小散散热片的体积积，而在大多多数情况下不不需散热片，芯芯片可提供外外部控制引脚脚。该芯片的的工作范围为为-40-1225，输入电电压范围大（7V-45V）

33、，输出电压波动较小（5V），最大负载为1A，内部有完善的保护电路，包括电流限制及热关断电路等。其内部电阻R2为不同阻值时，对应的输出电压也不同，分别为1.7(3.3V)、3.1(5V)、8.8(12V)、11.3(15V).3.5 温度检检测电路的设设计本设计采用四路路传感器，对对车内，车外外，发动机水水温，蒸发器器表面温度进进行采样。温温度传感器在在汽车空调控控制系统中占占有十分重要要的地位，它它的精度往往往直接影响整整个系统的控控制精度，因因此必须选取取精度高且性性能稳定的温温度传感器。常用的热敏电阻阻有两种：阻阻值随温度升升高而升高的的热敏电阻，称称为正温度系系数热敏电阻阻；阻值随温温度

34、升高而降降低的，称为为负温度系数数热敏电阻（NTC）。NTC热敏电阻主要用于温度测量和电子电路的温度补偿。MF51型NTC热敏电阻具有性能稳定可靠，响应速度快，一致性好等优点，目前已广泛应用于汽车空调机、家用空调器、电冰箱等家用电器的温度检测与控制电路中13。温度检测电路如图3-4所示：图3-4 温度度检测电路Fig.3-44 Temperraturee deteectionn circcuitMF51系列的的NTC热敏电电阻器适用于于300以下的的测温与控温温电路，标称称电阻R=。本设计选用的温温度传感器是是MF51-502NTTC热敏电阻阻和一高精度度电阻分压即即可。另外，串串接一个电阻阻

35、，并接一个个到地的滤波波电容，增加加抗干扰的能能力。对于单单片机接口的的模拟信号采采集，软件设设计为对各个个端口进行分分时采样。3.6太阳辐射射强度检测电电路设计太阳辐射传感器器可选用光敏敏电阻，光敏敏二极管或者者光敏三极管管等。光敏电电阻受热后其其阻值会变小小，光敏二极极管和三极管管是根据硅PPN结光照后后产生的光电电效应原理制制成的，光敏敏二极管工作作于反向偏压压下，其光谱谱响应特性主主要由半导体体材料中所掺掺的杂质所决决定，光敏三三极管使用时时，其基极通通常开路，基基极-集电极产生生的光感生电电流直接进入入基极，由于于光敏三极管管自身具有放放大作用，因因此光敏三极极管的灵敏度度比光敏二极

36、极管大得多。本设计中采用光光敏三极管33DU23，检检测太阳辐射射强度电路原原理图如图33-5所示，当当太阳辐射强强度发生变化化时，模拟信信号采样端口口的输入电压压随之发生变变化，R144为NTC热敏电电阻，作为温温度补偿。如如信号变化太太小，可接信信号放大电路路之后送采样样端口。图3-5 太阳阳辐射强度检检测电路Fig.3-55 Solar radiaation detecction circuuit3.7 转向器器控制电路设设计与家用空调不同同，汽车空调调制冷、制热热的转换是靠靠风道的切换换来实现的，制制热模式，转转向器转向制制热风道，风风从装有水箱箱的风道吹出出，水箱里的的水是发动机机的

37、冷却水，含含有热量；当当处于制冷状状态时，转向向器转向制冷冷风道，压缩缩机工作，使使蒸发器温度度降低，风机机吹出的风通通过蒸发器，达达到制冷的目目的。汽车车车内、外风循循环和除霜运运行，分别通通过两转向器器来控制112。每个个转向器的内内部都有小电电机，通过内内部的蜗杆，齿齿轮等传动机机构来驱动与与齿轮相配合合的摆臂，这这个摆臂又与与外部的连杆杆机构来转动动风门。齿轮轮上装有磁极极，它与转向向器内部电路路板上的霍尔尔元件相配合合来决定转向向器转动的位位置，从而确确定风门所转转的角度。转转向器控制电电路如图3-6所示。转向器工作电压压为+12VV，“WAY”和“D”是转向器的的控制端，“H1”和

38、“H2”是转向器的的位置反馈信信号。单片机机的“IOB4”通过转向器器“D”控制转向器器转动；“IOB7”通过转向器器的“WAY”控制正反转转；“IOA155”、“IOA144”分别接收来来自转向器“H1”和“H2”的霍尔位置置反馈信号，单单片机根据该该反馈信号，控控制转向器转转动的角度。四四个光藕起电电平转换和隔隔离作用。QQ2、Q3 是驱动转向向器转动的三三极管。图3-6 转向向器控制电路路Fig.3-66 Steeriing geear coontroll circcuit3.8压缩机控控制电路设计计压缩机电磁离合合器的工作电电压为12VV，由于电磁磁离合器的工工作电流很大大，一般可达达

39、33.5A左右，故故驱动芯片选选用DC-SSSR固体继继电器。固体体继电器是采采用固体元件件组装成的一一种无触点开开关器件，是是用小的电气气信号控制大大功率交直流流负载的一种种新型电子开开关，具有体体积小、无火火花、无噪音音、无污染、无无电磁干扰、开开关速度快、稳稳定性好、可可靠性高、输输入输出完全全隔离、抗干干扰能力强等等突出优点，并并具有抗震、防防潮、耐腐蚀蚀和防暴能力力。该芯片工工作电压330V，工作作电流0.5510A，继电电器吸合时间间最大1mss，继电器释释放时间最小小1ms，最小小绝缘阻抗11000。在在负载的两端端并接一个续续流二极管，减减小负载启停停时的瞬间感感应电流冲击击。

40、电路设计计如图3-77所示：IOB9口产生生PWM波来控控制压缩机的的转速，压缩缩机转速快，空空调器制冷（热热）量就大，而而当压缩机转转速较低时，空空调器制冷（热热）量就小。空调每次开始使用时，通常是让空调以最大功率、最大风量进行制热或制冷，从而迅速接近所设定的温度。这样不仅节省了大量电能，而且使车室内温度维持了平衡。图3-7 压缩缩机控制电路路Fig.3-77 Compreessor contrrol ciircuitt3.9各个风门门位置控制电电路设计混合风门、内外外循环风门以以及模式风门门通过12VV直流步进电电机进行控制制，微处理器器通过步进电电机驱动控制制器来控制步步进电机，从从而控

41、制了各各个风门的开开度大小。系系统中选用四四相八拍步进进电机，L2298N（用用于输入标准准TTL逻辑电电平、输出电电压、电流要要求比较高的的驱动电路，诸诸如继电器、电电磁阀、DCC或步进电动动机等设备中中）作为双桥桥驱动器件。其最大工作电压为50V，每相最大输出电流为3A；工作温度范围-40150；使能端ENABLEA和ENABLEB高电平信号有效，芯片工作。每次绕组受到激励，电动机轴就旋转一圈的几分之一。为使其正确的旋转，绕组必须按正确的顺序受到激励。若励磁信号正向传送，则步进电机正转，通电相序为A-AB-B-BC-C-CD-D-DA；励磁信号反向传送，则步进电机反转，通电相序为AD-D-

42、DC-C-CB-B-BA-A。由脉冲信号控制电动机，故调节脉冲信号的频率便可改变步进电机的转速。步进电机驱动电路原理图如图3-8所示：图3-8 步进进电机控制电电路Fig.3-88 Steppeer mottor coontroll circcuit输入引脚INPPUT1INPUTT4，分别由由单片机IOOB11IOB144端口控制，AA、B、C、D分别接于OUUTPUT11OUTPUUT4，其通通电时序图如如表3-1所示。表3-1 四相相八拍步进电电机通电相序序Tab.3-11 Four of thhe eigght fiilm sttepperr motoor powwer phhase

43、ssequennceA B C D 1 0 0 00 1 1 0 00 0 1 0 00 0 1 1 00 0 0 1 00 0 0 1 11 0 0 0 11 1 0 0 113.10 风机机转速控制电电路设计风机选用直流离离心式风机，其其全速工作电电压为12VV。三极管Q11为风机运转转的驱动管，型型号为D15559，直接接驱动风机运运转，D3为续流二二极管，其主主要作用是保保护功率放大大管，防止关关断风机时由由于电感贮能能引起的顺变变反向电压击击穿功率管。C9为滤波电容，ICT1为光耦，起电平转换和隔离作用。设计的电路如图3-9所示：图3-9 风机机转速控制电电路Fig.3-99 Fan

44、 sppeed ccontrool cirrcuit风机的控制采用用PWM脉宽调调制，控制系系统在一级风风力下，输出出的脉冲占空空比为12.5%，在五五级风力下输输出脉冲占空空比为87.5%，其余余各级风力下下的脉冲占空空比为此上、下下限均匀分布布。为此，本本系统利用了了单片机IOOB8口的PWM脉宽调调制功能，控控制风机运转转。3.11 键盘盘电路的设计计键盘是由若干按按键组成的开开关矩阵，它它是微型计算算机最常用的的输入设备，用用户可以通过过键盘向计算算机输入指令令地址和数据据。键盘分为为编码键盘和和非编码键盘盘，非编码键键盘是由软件件来识别键盘盘上的闭合键键，它具有结结构简单、使使用灵活

45、等特特点，因此被被广泛应用于于单片机系统统。本设计采采用非编码键键盘进行设计计。空调控制器面板板上一共有十十个功能按键键，微处理对对各个功能按按键进行扫描描，根据不同同的按键输入入执行相应的的操作。控制制器的按键如如图3-10所示。按按ON按键来切切换控制器软软开关状态，当当切换到空调调软关机状态态时，空调器器停止运作，按按键AC负责手动动模式/自动模式的的切换，调节节风速可以通通过增风速按按键和减风速速按键进行调调节，风速共共分5档。在开机机状态下，按按下除霜按键键便可进入特特定的除霜模模式，除霜模模式采用全热热除霜，这时时风向风门出出口吹向玻璃璃窗方向，前前吹按键和下下吹按键可以以切换风向

46、风风门吹风出口口的方向，同同时按下两按按键能够使风风向风门出风风方向转向前前吹和下吹同同时进行，内内外循环按键键负责控制内内外循环，当当空调系统处处于内循环状状态时，如果果是外循环则则内循环标志志消失，升温温按键和降温温按键在手动动模式下是控控制混合风门门档位变化，而而在自动模式式下负责调节节设定温度。图3-10 键键盘电路Fig.3-110 Keyboaard Ciircuitt键盘行线通过电电阻接正电源源并将行线接接到单片机的的输入口，而而将列线接到到单片机的输输出口，这样样当按键没有有按下时都是是高电平。如如果列线全输输出低电平，一一旦有按键按按下，该键相相应的行线和和列线被短路路，行线

47、就会会被拉低。这这样如果读入入的行线状态态不是全高，就就表示有键按按下。要确定定是哪个键闭闭合，先使列列线Y0为低电平平，其余列线线为高电平，读读行线状态。如如果不全为高高，则被按下下的键就是为为低电平的行行线和Y0相交的键键。如果行线线全为高，则则Y0这一列上上没有键闭合合，接着使列列线Y1为低电平平，其余列线线为高电平。用用同样方法检检查Y1，这一列列有无键闭合合，依次类推推。IOA33IOA6接键键盘的Y0Y3，IOA100IOA133接键盘的X00X3。表3-2 键值值分布及意义义Tab.3-22 Distriibutioon andd signnificaance oof thee

48、keybboard键值 功能能 键值值 功能能 S0 ONN(软开关) S66 前吹风 S1 AC(手动/自动动) S77 下吹风 S2 升温 SS8 除霜霜 S3 降温 SS9 压缩缩机 S4 增增风速 S110 内外循环环 S5 减减风速3.12 显示示电路的设计计本设计采用四位位LED对温度度进行显示。MAX7219是一个采用3线串行接口的8位共阴极7段LED显示驱动器。该芯片可直接驱动最多8位7段数字LED显示器或64个发光二极管。它与MCU 的连接很简单,仅用三个引脚与MCU 相应端连接即可实现最高10MHz串行通信。MAX7219内部设有扫描电路, 除了更新显示数据时从单片机接收数

49、据外,平时独立工作,极大地节省了MCU 有限的运行时间和程序资源。MAX7219允许用户选择多种译码方式, 每个显示位都能独立寻址和刷新而不需要重写其他的显示位, 软件编辑非常方便。该芯片工作电压4.05.5V, 最大功耗1.1W。DIN为串行数据输入端，当CLK 为上升沿时, 数据被载入16b内部移位寄存器。CLK为串行时钟输入端，其最大工作频率可达10MHz。LOAD 为片选端, 当LOAD 为低电平时, 芯片接收来自DIN 的数据, 接收完毕, LOAD 回到高电平时, 接收的数据将被锁定。DIG0DIG7为吸收显示器共阴极电流的位驱动线，其最大值可达500mA,关闭状态时,输出+VCC

50、。SEGASEGG, DP 为驱动显示器7 段及小数点的输出电流,一般为40mA左右,可软件调整,关闭状态时,接入GND。DOUT为串行数据输出端,通常直接接入下一片MAX7219的DIN 端。显示电路如图3-11所示:图3-11 显显示电路Fig.3-111 Show ccircuiit3.13 外扩扩存储器电路路的设计SPCE0611A中的FLASH只有32Kwwords,由于系统设设计的程序较较多，要存放放大量的数据据，这样一来来，就要考虑虑对存储器进进行外围扩展展。本设计采采用凌阳公司司的SPR44096芯片片对存储器扩扩展。SPR40966是一个高性性能的4M-bitt（512K8b

51、it）总线线FLASHH,分为256个扇区区，每个扇区区为2K-bbyte。SPR40096还内置置了一个4KK8bit的SRAM。在在进行FLAASH的变成成/擦除的时候候，可以并发发执行SRAAM的读/写。SPR44096内置置了一个总线线存储器接口口和一个串行行接口，它允允许单片机通通过8bit并行模模式或者1-bit的串串行模式访问问FLASHH/SRAMM存储区。本本设计使用串串行模式，串串行接口的工工作频率为55MHZ。SPR40096有两个个电源输入端端VDDI和VDDQ。VDDI是给给内部FLAASH和控制制逻辑供电的的；VDDQQ是专门为I/O供电的，如如图3-12所示。串行

52、接口模式的的选中是通过过设置CF22CF0来实现现的。当成分分CF2CF0均接高高电平时，选选中的就是串串行接口模式式。在串行接接口模式下，CF7为低电平时选中FLASH，高电平时选中SRAM。设计中，SCLK接IOB0，SDA接IOB1，CF2CF0接高电平，选择串行接口模式；CF7接低电平，选中FLASH.图3-12 SSPR40996管脚图 Fig.3-112 SPR44096-ppin maap3.14硬件抗抗干扰措施汽车空调使用环环境炎热、潮潮湿，电子打打火、电磁辐辐射、油烟、灰灰尘等对其产产生的干扰非非常严重，因因此抗干扰措措施对本系统统来说非常重重要。因此，在在控制器设计计时主要

53、采用用以下硬件抗抗干扰措施：（1）采用了光光电隔离技术术，将数字信信号与系统主主机完全隔离离，切断了干干扰信号的途途径，有效地地抑制了尖脉脉冲及各种噪噪声的干扰。（2）电源设计计抗干扰措施施：用电解电电容滤波；集集成电路的电电源和地之间间均加一个去去耦合电容；对不使用的的集成电路的的端子作上拉拉和下拉处理理，使它处于于稳定状态。（3）元件布置置抗干扰措施施：妥善考虑虑每一个元件件的位置和布布线，以求尽尽可能地降低低传输通道间间的干扰耦合合；设计时，尽尽可能把相互互有关的元件件安排在一起起：电感部件件，应远离可可能引起干扰扰的元件布放放；把容易产产生电磁干扰扰的大电流元元件远离逻辑辑电路。同时时

54、，对每一个个感性负载并并接续流二极极管，减小负负载启停时瞬瞬间感应电流流冲击。（4）在设计中中接地抗干扰扰措施：尽可可能使接地电电路各自形成成回路，减少少电路与地线线之间的电流流耦合；合理理布置地线使使电流局限在在尽可能小的的范围内，并并根据接地电电流的大小设设计相应宽度度的印刷电路路和接地方式式。4 汽车空调系系统的软件设设计 汽车空调全自动动控制可以通通过汽车空调调控制器的软软件编写实现现。对于本文文所设计的汽汽车空调控制制器，由于使使用功能模块块化编程的思思想，所以全全自动控制就就是对应一个个将输入条件件转化为输出出控制量的功功能软件模块块，这里称它它为自动控制制功能软件模模块。在实际际

55、开发过程中中发现，虽然然模糊控制具具有规则制定定简单且适应应性强等优点点，促进了控控制系统的制制定。但是其其输入输出多多个隶属度函函数和多条规规则的规则库库的建立占用用大量的程序序空间，这是是由于模糊控控制系统的非非线性引起的的。另外，在在模糊推理的的过程中，要要进行多次的的关系运算，在在模糊推理后后又要进行解解模糊运算，这这对于运算速速度慢的硬件件做不到控制制的实时性。然然而将模糊控控制的方法引引如到实际的的空调控制器器上，并不一一定要将模糊糊推理过程放放到控制器的的实际硬件上上执行。对于于没有自修正正功能的控制制系统，其输输入输出的映映射是固定的的，所以只要要实现对于全全部输入空间间到输出

56、空间间的映射就可可以了。从软软件的设计角角度来看，最最简单的映射射就是将预先先计算好的结结果以表的形形式记录，然然后通过查表表来实现。显显然，这样牺牺牲了控制的的灵活性，对对于输入变量量较多和控制制精度较高的的控制系统是是无法实现的的。在前面进行硬件件电路设计时时，温度传感感器的精度只只能达到1慑氏度，所所以对输出控控制的精度要要求也不高。按按照前面所述述的控制策略略，可以对车车内温度进行行有效控制。本系统控制软件件由主程序和和定时器中断断服务程序等等组成，从功功能上分包括括系统初始化化、显示程序序、模糊控制制查表子程序序和按键处理理程序等模块块。模块化编程是一一种软件设计计方法，各模模块程序

57、分别别编写，编译译和调试，最最后模块一起起连接，定位位。4.1 主程序序模块主程序的功能是是完成车内温温度的数据采采集、模糊规规则的运算处处理、控制量量的输出。主主程序流程图图如4-1所示，主主程序具体要要：1）定义系统运运行过程中所所需要的变量量，以及显示示器所需要的的段码。2）分配硬件系系统相关资源源，如寄存器器、ROM、中断断源以及堆栈栈等。3）完成系统的的自检。4）在程序运行行过程中，按按照设计的要要求，依次完完成对系统各各模块的调用用。5）在模块调用用过程中，实实现现成保护护，以确保程程序的正常返返回。6）保存系统运运行过程中的的必要参数。图4-1 主程程序流程图Fig.4-11 F

58、low cchart of thhe maiin proogram4.2 数据采采集子程序模模块数据采集子程序序模块主要功功能是对车内内外温度，蒸蒸发器温度，阳阳光辐射强度度进行测量、计计算，对采集集来的模拟信信号进行数字字滤波处理，以以消除干扰。具具体做法是对对每个通道连连续采集三次次，对三次转转换结果求其其平均值，得得到测量值。图4-2 数据据采集子程序序流程图Fig.4-22 Dataa acquissitionn subrroutinne floow chaart4.3汽车室内内温度模糊控控制的研究模糊控制中的控控制算法由模模糊控制子程程序实现，它它包括两部分分内容：一是是离线模糊控控

59、制查表，首首先将模糊控控制表存于单单片机的程序序存储器中，然然后根据温度度误差和误差差变化率进行行二维查表；二是完成精精确测量值的的模糊化和控控制输出量的的解模糊化，控控制输出电路路。4.3.1 模模糊控制的基基本原理对于一个系统而而言，模糊控控制在控制系系统中所表现现的具体形式式是模糊控制制器。模糊控控制从系统结结构角度讲，是是以模糊控制制器取代的数数字控制器。这这种结构和传传统的控制结结构完全一样样。从校正的的角度看，它它是一种偏差差校正方式。模模糊控制的系系统结构如图图4-3所示11。从图4-3中可可以看出，模模糊控制器的的输入量是系系统的偏差ee，在计算机机控制系统中中它是数字量量，是

60、有确定定数值的清晰晰量，通过模模糊化处理，用用模糊语言变变量E来描述偏差差，若以T(E)记E的语言值集集合，则有：T(E)负负大，负中，负负小，零，正正小，正中，正正大或用符号表示负负大NB（Negattive BBig）、负负中NM（Negattive MMediumm）、负小（NNegatiive Smmall）、零零ZE（Zero）、正正小PS(PPositiive Smmall)、正正中PM（Posittive MMediumm）、正大PBB(Posiitive Big),则：T(E)=NS,NM,NBB,ZE,PPS,PM,PB图4-3 模糊糊控制系统结结构框图Fig.4-33 Fu