基于CAN总线的汽车空调控制系统设计说明书论文
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毕 业 设 计（论 文）设计(论文) 题目： 基于 CAN 总线的汽车空调 控制系统设计 学生姓名： 仲文江 指导教师： 卢军锋 二级学院： 机电工程学院 专 业： 车辆工程 班 级： 14 车辆工程 1 班 学 号： 1404101021 提交日期： 2018 年 05 月 06 日 答辩日期： 2018 年 5 月 18 日 金陵科技学院学士学位论文 目录I目 录摘 要 .Abstract.第 1 章 绪 论 .1第 2 章 汽车空调系统工作原理 .4第 3 章 系统硬件结构设计 .6第 4 章 系统软件结构设计 .21第 5 章 总结与展望 .27参考文献 .28附 录 .29致 谢 .38金陵科技学院学士学位论文 摘要II基于 CAN总线的汽车空调控制系统设计摘 要本文对汽车空调控制系统进行设计,先介绍了汽车空调控制系统的基本工作原理和总成结构,然后利用 CAN 总线构成控制系统，接着选择了 8051 单片机，SJA1000 控制器，PCA825C250 驱动器,再然后进行了电源、显示、按键、CAN 节点等电路设计，最后进行软件设计。软件的程序编写是用 C 语言，使用模块化的理念，大大简化了程序的编写。关键词：汽车空调;CAN 总线；硬件电路；软件设计金陵科技学院学士学位论文 AbstractIIIDesign of Automobile Air Conditioner Control System Based on CAN BusAbstractThe design of automobile air conditioning control system is designed in this article. First ,it introduces the basic principle of operation and assembly structure of the automotive air-conditioning control system.Then I use the CAN bus to design the control system, and select 8051 single-chip microcomputer, SJA1000 controller, PCA825C250 driver.Follow, I design Power, display, buttons, CAN nodes and other circuit . Finally I conduct the software design. The programming of software uses C language, adopting the concept of modularization, which greatly simplifies the programming.Key words：Automotive air conditioning; CAN bus; Hardware circuit;Software design金陵科技学院学士学位论文 第 1 章 绪论1第 1章 绪 论1.1 课题背景及意义近年来，随着国内汽车市场的不断扩大，汽车工业发展迅速。与此同时，汽车行业的竞争也越来越激烈。汽车用户体验在竞争中起着重要的作用，而汽车空调作为用户体验的指标之一，不可避免地受到各大汽车企业的关注和研究。汽车空调是一种调节汽车内部空气的装置，改善空调的一个方面是以往的汽车空调只能实现制冷和供暖功能，但现在随着人们对舒适性要求的不断提高和技术的不断提高，许多高端汽车空调还可以实现其他许多功能，如：汽车的内部空气温度、湿度、速度、空气洁净度在人体舒适性范围中得到调节。另一个改进的方面是空调系统的控制方式。过去，我国这方面的发展较晚，电子化程度远低于国外，因此空调控制采用人工机械控制。人工控制的主要不良影响有两种：一是手动控制不能及时、准确地调节温度，影响乘客乘坐汽车的经验；二是手动控制要求驾驶员操作。这会影响到司机的注意力，也会影响到司机的安全。随着计算机控制技术的不断发展，现代车辆上的电子设备和控制单元急剧增加，各个控制单元对系统响应时间也有不同的要求。有些控制单元要求很高的实时性，因为如果系统的命令不及时响应，就会产生非常严重的后果，甚至对人造成严重的影响，如安全气囊的控制。刹车、防抱死控制等.而且有些控制单元对实时性的要求不高，如空调控制、照明控制等，使以往的独立控制不能满足要求。在上述研究的基础上，现代车辆控制系统进行了很多改进，其中当然包括空调控制系统。因此，CAN 总线技术应运而生。现代汽车通过 CAN 总线网络连接各种控制单元，不仅简化了线束连接，而且使系统更加可靠。就 CAN 总线技术而言，在现代汽车中的应用较好。国外著名的汽车制造商，如宝马、法拉利、悍马、大众、玛莎拉蒂、梅赛德斯-奔驰等，已经在产品中采用了 CAN 总线技术。总之，一套基于 CAN 总线的空调控制系统对于提高汽车市场竞争力具有重要意义。因此，本文研究了 CAN 总线技术和空调系统的控制原理，并设计了相应的硬件和软件。设计了一套可靠的汽车空调自动控制系统 1。1.2 国内外发展状况近些年国内汽车空调控制系统已经有了一些很大的进步,但相较于国外来说，整体的设计和制造水平还是偏低在。在 80 年代末 90 年代初，汽车空调才算是正式在我国开始步入正轨。管理信息系统近些年来逐步在我国开始普及，国内许多厂家开始了对适合各自企业发展信息管理系统进行引进的尝试。举例说明：上海德尔福汽车空调系统有限公司就引进了产品数据管理系统 IPMPDM ，并且该公司通过对此系统的应用，统一了管理了管理产品设计信息和工艺信息，使该公司拥有了技术先进的工程信息数据库，通过ERP 系统的管理信息数据库与计算机网络进行资源共享，并进行有效信息的交换，最终实现了公司 CIMS 的总体规划标准，并使公司进入了信息化时代。尽管如此，汽车空调在金陵科技学院学士学位论文 第 1 章 绪论2我国发展的时间还是太短，国内大部分汽车空调厂家不具有很强的设计力量，技术水平又落后，所以普遍存在差、散、乱、的 3 种现状。对于国内主要几家汽车空调厂而言，他们仍然处于仿制国外空调系统的阶段。为了提高技术水品，国内部分厂家首先引进了UG，Catia 等三维设计软件，但由于设计人员基本上对蒸发器、暖风机和鼓风机没有完整的认识及开发能力，所以对于这些软件的使用效率非常低。在组装方面，我国汽车空调主要依赖 CKD 组装。但是汽车工业发展迅猛，导致市场对高性能、高质量汽车空调的需求量越来越大。因为大多数企业生产技术水平比较低，不能满足这个需求，所以很多企业从国外引进成套生产设备和先进技术，也有很多地方开始引进外资，进行汽车空调项目合作。为了积极推动汽车空调的国产化进程,国内各大汽车空调厂商与各高等学校进行合作,鼓励国内设计人员进行独立研究,以此来尽快掌握属于我们自己的蒸发器、鼓风机和暖风机的开发技术。从戴姆勒制造出第一辆汽车以来，人们对汽车的开发已经有了 110 年的历史。由于刚开始设计的汽车比较简单，使得乘坐这种汽车的人们夏天汗流满面，冬天手脚发麻。在研制出汽车加热装置和汽车空调设备之后,人们就开始乘坐装有空调的汽车了。美国人是这些设备的最先体验者，例如，早在上世纪 30 年代时，当时的汽车厂商就可以根据客户的要求给汽车安装加热装置了。而欧洲是在 1950 年才制造出第一辆安装有加热装置的汽车。这台汽车的加热装置还带有电子新鲜空气送风机，是由贝洱公司提供的。1963 年，德国的一个卡车制造公司于自己的货车上安装了送风和加热装置。1953 年，美国某公司在行李箱上安装了蒸发器，这是空调第一次作为一个系统进行生产，后来又将蒸发器和通风管道结合在了仪表板内。汽车空调在 30 年多的发展过程中经历了很多改变。1971 年，加热和空调装置集成一体的装置首次问世。1981 年，第一台可以分开控制的空调被制造出，驾驶员和乘客都可以根据自身的需求来调节气温。1994 年又开发出了可以左右分开调控空气量的空调。如果仍然遵循温度单独调控原理，也可以把后排与前排乘客分开各自调控自己需要的温度。到现在为止，把第二个空调装置安装在后排，已经可以实现我们所想的四区空调装置 2。1.3 汽车空调的特点及其控制系统的难点对于汽车空调来说，它和建筑内的空调有着很大的不同。首先，汽车在工作时它是不停地移动的，因而外界环境气候也会随时变化，车外的温度变化会很大，这就导致在进行车外设计时我们无法得到一个确定的参数值。其次，由于汽车是需要载客的，载客多了产生的热量就会很多，车内空间又是固定的而且比较小，因此对汽车空调的制冷能力有很大的要求，无论是驾驶员还是乘客，在进入车内时往往会第一时间打开空调，并且希望在短时间内就能享受到空调效果；而汽车在开启空调时车内的温度又很高，这几种因素导致汽车空调必须有着极大的工作负荷，才能让车内温度迅速满足乘客的需求。因此，从工作负荷方面来讲，汽车空调机组的工作负荷应该比建筑内的空调大。除此之金陵科技学院学士学位论文 第 1 章 绪论3外，汽车通常情况下是高速行驶的，与外界环境接触时间长，而且车身隔热困难，门窗所占汽车比例又大，所以车内温度变化频繁。还有许多复杂的情况，例如：汽车长时间暴露在太阳直射下(或风雪下)，进入车内的热负荷(或冷负荷)比一般室内的要大得多；夏天汽车停在烈日下时间过长，车内温度甚至会上升到 50以上。汽车所在的外界环境复杂多变，很有可能会十分的恶劣，这些环境因素往往会影响到汽车电子装置的性能，甚至使某些装置损坏而不能工作。因此与一般的空调控制系统相比，汽车空调控制系统有其特殊的要求：第一，要能够保证汽车在外界温度和湿度的考验下还可以正常工作。通常汽车外部的环境温度最高为 50，最低为-40，但汽车内部各零件却有着各不相同的最佳工作温度。第二，汽车空调对其承受冲击和振动的能力有一定的要求。如果汽车行驶在状况很糟糕的路面上，汽车各零部件必须承受住较大的振动和冲击力。第三，要满足电气环境要求，汽车电源波动和瞬时过电压等将形成较坏的电气环境。 1.4 课题的提出与研究内容随着汽车制造商越来越重视汽车空调，对汽车空调控制系统的设计与研究就显得尤为重要了。如今，广大汽车厂商与汽车使用者已经普遍认可了汽车空调是用户乘坐舒适性的重要指标之一。完善的汽车空调系统可以对车内空气的温度、湿度、清洁度、风速、通风等进行自动调节，提高了乘坐舒适度，减少疲劳，为安全驾驶提供了一定的保证。以CAN 总线构建网络，单片机为控制核心构成的汽车空调控制系统，其硬件简单，软件丰富，性能优良，运行稳定可靠且成本低。设计要求如下： 了解并学习CAN总线及其原理 简介汽车空调的基本工作原理 对空调控制系统进行硬件设计 对空调控制系统进行软件设计金陵科技学院学士学位论文 第 2 章 汽车空调系统工作原理4第 2章 汽车空调系统工作原理2.1 汽车空调的总成结构空气调节器，简称为空调。它主要的功能是调节室内的空气，使空气的温度、湿度、流速、和洁净度等达到人体所需要的舒适范围。汽车空调是空气调节器的一个重要分支，属于舒适性空调，它是为了车室内或驾驶室内的空气质量和数量达到舒适性标准而进行调节的装置。汽车空调一般由制冷系统、暖风系统、通风系统以及空气净化系统、控制系统等几个部分组成，具体可以通过六个受控装置来控制，它们分别是膨胀阀、鼓风机、储液干燥器、压缩机、冷凝器和蒸发器。各部件主要功用：压缩机：提高制冷剂的压力，促使其在冷凝器中液化放热，并且作为动力源，促使制冷剂在系统内循环流动。它是空调系统的心脏。冷凝器：将高温高压气态制冷剂冷却为高温高压液态制冷剂。储液干燥器：过滤制冷剂中的水分和杂质，储存制冷剂，保障制冷剂不间断地输送到膨胀阀。膨胀阀：通过节流将高温高压液态制冷剂变为低温低压液态制冷剂。蒸发器：低温低压液态制冷剂在蒸发器里吸热，进行热交换，变成低温低压气态制冷剂。鼓风机：将冷却后的空气不断吹入车厢。现代汽车空调系统总成一般是采用冷暖完全合一型，其风道系统如图 2.1 所示。2 车内进风1 车外进风3 内外循环风门 4 鼓风机5 混合风门 6 制冷蒸发器9 除霜风口10 下吹风口7 暖风散热器11 前吹风口8 风向风门图 2.1 汽车空调结构2.2 汽车空调系统基本工作原理汽车空调制冷工作原理：从蒸发器流出的低压、低温的制冷剂蒸汽，经压缩机压缩后，成为高压、 气体，然后进入冷凝器。在汽车空调调节器中，均采用容积式压缩机。经压缩机排出的高温制冷剂气体进入冷凝器内，与外部的冷却介质进行热交换，其自身金陵科技学院学士学位论文 第 2 章 汽车空调系统工作原理5放出热量，发生相变，最终成为液态制冷剂流出冷凝器。膨胀阀对制冷剂节流降压，在降压的同时使制冷剂降温。制冷剂在流经膨胀阀时一部分液体成为气体。膨胀阀还起到控制制冷剂流量的作用，以保持冷凝器中制冷剂压力高于蒸发器内制冷剂压力。蒸发器是输出冷量的设备。节流后的制冷剂液体流经蒸发器时，吸收车室内空气的热量，液体气化吸热，从而达到制冷的目的，获得降温的效果。制冷剂经蒸发器后已变成低温低压气态，再经压缩机压缩，进入下一个循环，实现连续制冷 3。下图 2.2 为基本工作原理图。图 2.2 空调系统基本工作原理图金陵科技学院学士学位论文 第 3 章 系统硬件
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