毕业设计（论文）-基于单片机汽车空调控制系统设计.doc

基于单片机汽车空调控制系统设计摘 要： 伴随着生活质量的提高和电子产品技术的发展，人们对汽车内的舒适性要求更高，使得人们对汽车空调要求越来越高。传统汽车空调运用发动机带动压缩机实现制冷和制热效果，受到车速变化的影响极大，对于汽车运行以及空调运行状况都有极大的影响，从而促进独立式汽车空调系统的进一步发展。传统的测试系统由于本身的一些缺点，使得无法满足现代人生活的需要。该论文举证了一系列汽车空调控制系统的背景及前景，从单STC12C5A60S2作为其核心控制电路上面出发，并从独立式空调控制系统的总体结构框架出发，同时对各个模块进行介绍，引出对模糊控制理论的研究。与此同时，该论文还介绍了此控制系统的硬件与软件设计方案，从软件、硬件和仿真等方面出发，从而证明该自动控制系统的可靠性和实用性。关键词：独立式空调控制系统； 模糊控制； 单片机； 硬件设计； 软件设计0SCM based automotive air conditioning control system designAbstract： With the development of electronic technology, quality of life and progress, people inside the cars comfort requirements higher. Making people more and more high requirement for automotive air conditioning. The use of traditional automotive air conditioning compressor driven by the engine to achieve cooling and heating effects, speed changes greatly affected ,as well as air conditioning for cars running has a great impact on health.So promote the future development of the independent automotive air conditioning system. Some disadvantages of traditional test system because of itself, cant satisfy the need of modern life.Development and Prospects paper car air conditioning control system introduced a series of proposed core control circuit design is based on SCM AT89C52,and starting from the overall structure frame of independent type air conditioning control system, at also introduces the various modules, resulting in fuzzy control theory. At the same time, this article also describes the hardware and software design control system, starting from various aspects, such as software, hardware and simulation, so as to prove the reliability and practicability of the automatic control system.With the development of electronic technology, quality of life and improve. People inside the cars comfort requirements higher. Making people more and more higher requirement for automotive air conditioning, promote the further development of the automobile air conditioning system. Some disadvantages of traditional test system because of itself, cant satisfy the need of modern life.Keywords： independent air-conditioning control systems；fuzzy control；chip microcomputer；Hardware design； The software design1目录第一章 绪论11.1论文背景及意义11.2 汽车空调的特点11.3 课题的提出与研究1第二章 独立式汽车空调系统工作原理32.1 总体设计方案32.2 硬件设计42.2.1 单片机选取52.2.2 电源电路设计52.2.3 温度采集电路设计62.2.4 按键电路设计72.2.5 显示电路设计72.2.6 风机转速控制电路设计72.2.7 压缩机控制电路设计82.2.8 四通阀控制电路设计9第三章 软件设计103.1 主程序设计103.2 温度检测子程序103.3 按键扫描子程序103.4 PWM控制子程序123.5 LCD显示程序133.6 模糊控制算法程序14第四章 建模与仿真164.1 汽车空调模糊控制理论164.1.1 基本原理164.1.2 风机转速模糊控制164.1.3压缩机模糊控制184.1.4 模拟控制实现方式194.2 汽车空调温度控制模糊控制仿真194.2.1 仿真结果194.2.2 系统仿真电路图20第五章 抗干扰措施225.1 硬件抗干扰措施225.2 软件抗干扰措施22总结24参考文献25附录26主程序26第一章 绪论1.1论文背景及意义伴随着人们生活水平的提高，人们对于汽车舒适感的要求愈加强烈，而汽车空调是其中的一个重要因素，因此，关于对于汽车空调控制系统的设计尤为重要。从乘客对于汽车内的舒适度要求方面来看，车内的湿度、风速以及温度等方面都是完善的汽车空调系统所必备的。现代汽车空调从其压缩机的驱动方面出发，可以分为独立式和非独立式。对于非独立式汽车空调系统来说，其驱动动力来自于发动机，它主要是首先将压缩机通过发动机来带动，之后通过由电磁离合器的脱离或者是吸合来对压缩机进行控制，这即为非独立式汽车空调系统工作原理，也成为了当前主要的发展方向。当然，发动机转速会直接对压缩机转速产生影响。汽车空调系统中的制冷剂流量是随着汽车的改变而改变的，从而带动车内温度的不断变化。汽车空调系统会在汽车低速行驶中出现压力升高现象，在此种情况下会增大压缩机的负担，致使其扭矩增大，进而使得电磁离合器失灵，出现打滑现象，从而造成传动机构的变换，会导致发动机的熄火。而独立式汽车空调能够有效的避免此类情况的发生，由于它的工作原理是通过压缩机的运转是由辅助发动机来驱动的，也就是它的所以部件都可以独立运行，和汽车动力部分是不发生冲突的上述提出的汽车空调受车速影响等一系列事件将不会发生。汽车独立式空调随着怠速法的完善，其发展前景及其远大。我国要想在汽车空调控制系统的研发中占据优势地位，必须要自主研发出适合国内乘客舒适感的汽车控制系统标准，加大对汽车独立式空调研发力度，申请专利，保护自主开发产权，才能够提高我国汽车工业的总体发展水平，才能够在竞争中立于不败之地。在汽车空调控制系统的设计中，模糊控制技术占据重要地位，尤其是在温度控制系统和汽车空调制冷系统等方面尤为突出。而国外汽车行业在模糊控制理论方面的研究及其成功，国内也开始朝着这一技术方向发展。本论文独立式汽车空调控制系统是在对国内外汽车空调控制系统技术研究基础上，针对我国汽车空调控制器发展需要从手动控制向电子自动化方向的转换，以及依靠独立式空调工作原理，并且利用模糊控制、软件和硬件等方面提出来的。341.2 汽车空调的特点汽车空调具有几个方面的功能：第一个方面是其最基本的功能，即能够调节车室内的温度。既可以通过制冷系统装置可以在夏季降低车厢内温度；也可以通过供暖系统装置在冬季提高车厢内内温度；第二个方面是根据气流流速对人体的影响出发，即能够调节室内空气流速。夏季气流流速适度大点，有利于人体降温散热；冬季适度小点则有利于人体保暖。第三个方面是能够调节车室内湿度，不需要在通过开窗等方式来依靠车外空气调节湿度；第四方面能够净化车室内空气，能够对车内空气进行过滤、净化。1.3 课题的提出与研究 本课题研究是为了改变我国汽车空调技术依靠国外科技，从而提升自主研发产权出现，通过几个研究方向来发展具有我国汽车空调控制系统的自主研发产业，将国内外对空调控制技术间的差异性进行对比以此来设计。然后将其总体设计方案和工作原理进行相应的阐述，再由STC12C5A60S2单片机为核心技术来提出,设计了包括LCD1602液晶显示电路、声光报警电路、压缩机制冷/制热电路、温度传感器以及存储电路等一系列电路，并且从硬件和软件两方考虑，对模糊控制理论进行研究，从而建立了空调风机转速和压缩机启闭控制模糊控制模块，此外对车内温度仿真，从而运用实验来证明其工作的可行性。其主要实现方向为，首先对车厢内的温度进行设定，人体处于舒适状态下的温度范围作为其车厢内的温度设定值，当其车内实时温度通过温度传感器测得高于或者低于室内温度时，通过电磁四通换向阀对高低压制冷剂在管道中的流向进行切换，再通过各个执行器之间的相互工作，最终达到制冷或者制热的效果；而当其测得的实时温度在其设定温度内时，则各个执行器处于休息状态。此设计效果能够极大的减小对发动机的影响，成为独立式空调控制系统的一个大优势。本文主要从以下几个方面进行叙述： （1）对独立式汽车空调控制系统的总体设计方案进行叙述，总体上描述其工作原理和运行方式； （2）从硬件和软件方面进行设计，从而设计出独立式汽车空调控制系统，并对相应的硬件和软件各个部分进行叙述； （3）建立温度模糊控制理论； （4）对独立式汽车空调控制系统进行仿真设计； （5）对本设计中存在的软件和硬件干扰方面提出相应的抗干扰措施； （6）对本论文设计进行总结，叙述通过本设计方案得出一系列的结论，并且叙述其设计的可行性以及改进方面，并且得出本设计具有乐观的前景。第二章 独立式汽车空调系统工作原理2.1 总体设计方案风机1热交换器1（冷凝器、蒸发器）四通阀压缩机发动机膨胀阀2膨胀阀1电磁离合器1电磁离合器2单片机STC12C5A60S2风机2热交换器2（蒸发器、冷凝器）T1T2T7T3T5T4T6T0模拟驾驶舱现如今，绝大数空调采用的是单冷空调，由压缩器、冷凝器、蒸发器、膨胀阀等组成。5在如今,根据空气热量专转移及制冷剂工质的变化能够使得非独立式汽车空调控制系统达到制冷效果；反之，根据汽车发动机冷却水中的冷却水来散热，从而达到制热效果。图2-1 独立式汽车空调系统总体方案本论文是对冷暖合一型空调控制系统进行研究。其总体方案如图2.1。在论文中选择运用电磁四通换向阀的作用是为了能够实现空调控制器的双向功能（即制冷或制热），同时让高低压制冷剂能够实现在管道中的流动。并且设置了逆时针（制热）和顺时针（制冷）箭头，它们分别表示为制热循环和制冷循环。如上所述，电磁四通换向阀的作用是改变制冷剂流动方向，其制冷、制热可以通过其转换；因为蒸发器和冷凝器都是作为热交换器装置的。本论文总体设计方案的工作原理是：当汽车空调控制系统处于制热情况下，由电磁四通换向阀来控制系统进行逆时针循环。冷凝剂在高温高压气体状态下进入到热交换器2，这里热交换器2起到冷凝器作用，制冷剂经过冷凝器通过散发热量转变为高温高压液体，此时散发的热量就是空调制热所需要的热量；制冷剂再经过膨胀阀1转变为低压低温液体，再从热交换器1（作蒸发器作用）转变为低温低压气体，被压缩机吸入后完成一个制热循环。独立式汽车空调控制系统如图1下半部分，在热交换器2地方搭建一个模拟驾驶舱，总共安装8个温度传感器。首先在驾驶舱T0与蒸发器出风口T7出各自安装一个温度传感器，之外在模拟驾驶舱的6个面上设置六个温度传感器，即T1T6，并且将驾驶舱内部温度Ti作为它们的平均温度。其工作流程是将温度传感器接收的新数据信息传送到单片机中，并且通过控制器输出控制信号，并且将其输入到执行器中。执行器的组成部分主要包括五个部分，即压缩机开断、控制四通阀选择制热或制冷循环、控制压缩机启停和控制两个风机转速。2.2 硬件设计按键显示器显示/键盘驱动单片机STC12C5A60S2驾驶舱外温度T1、T2、T3、T4、T5、T6驾驶舱蒸发器出风口温度T7电源/看门狗驾驶舱外温度T0四通阀换向压缩机开关风机2调速风机1调速 图2-2 独立式空调控制系统图2.2为硬件电路图。该论文硬件方面的设计思路是，主要是通过设定汽车车厢内温度，通过这种方式来对各个环节进行一系列控制，使得室内实时温度达到设定的温度。其主要的工作流程是为了实现对车厢内环境改变，利用在模拟驾驶舱周围安装的各种传感器将温度送入到控制器，以此来进行控制决策，从而得到各个执行器的控制参数，最终使得各执行器能够工作，实现其功能。系统控制器主要由图二几个部分组成。即单片机、电源设计、传感器及调节电路、执行器及其驱动电路和按键及显示模块。2.2.1 单片机选取本论文的STC12C5A60S2单片机集合了功率低以及抗干扰性高等特点，电压以及频率范围分别为5.53.5V以及035MHZ。主要适用场合在电机控制的强干扰场合。该芯片内部分别集成2路PWM、8路高速10位A/D转换以及MAX810专用复位电路。图2.3为其单片机引脚图。图2-3 STC12C5A60S2单片机引脚图2.2.2 电源电路设计5V和12V电源是汽车空调控制器所需要使用的，两者的工作原理不同。12V电源主要使用于驱动电路中，而5V电源主要使用于驱动PIC单片机中。但是在汽车供电电源中，由于其使用的是12V的直流电源，并且在其工作过程中电压会有波动，所以该论文选用的是电源转换芯片LM2575，以此来转换成其所需要的电源。如图2.4为电压转换电路。LM2575具有下列一系列特点，即其输入电压在745V之间，输出电压波动在5V2%范围，其工作温度范围在-40125之间，并且其最大负载是1A，内部有热关断电路与电路限制等保护电路。表2.1对各个引脚功能进行叙述，图四作为电压转换电路原理图。表2-1 LM2575引脚功能引脚接触端功能1接VIN端未稳压电源输入端2接OUT端接电感及快速恢复二极管3接GND端公共端4接FB端反馈输入端5接ON/OFF端接公共端时，稳压电路工作；接高电平时，稳压电路停止图2-4 电压转换电路2.2.3 温度采集电路设计 DB18B20作为该论文所使用的温度采集元器件，具有DQ、VDD和GND三个引脚，具有精度高、功耗和体积小等优点。系统采用的是电源直接供电法，在单线总线上外加一个上拉电阻，而DB18B20可以不用外接电源，使得DS18B20能够实现上拉作用，从而使得其能够有足够的负载驱动力实现对总线的驱动作用。3-5.5V是其供电范围，其测温范围是-55125，从而使得温度信号在750ms内能够转换为数字信号。本论文系统中采用的是8个DS18B20，并且它们的DQ端相连，都接入到单片机的P37接口上。8个DIS18B20主要用来测量六个车厢温度、一个蒸发器表面温度和一个大气温度。如图2.5通过将单片机STC12C5A60S2与DS18B20相连接，以此来阐述温度采集电路运作方式。图2-5 温度采集电路图2.2.4 按键电路设计按键能够向单片机中输入数据以及传送命令等功能，通过按按键来得到相应的数据转换，以此法判断其执行动作，所以它在其中的作用尤为重要。按下论文中按键信号分别接入P32、P33、P34、P35口。如图2.6为按键电路图。图2-6 按键电路图2.2.5 显示电路设计LCD1206液晶显示器作为能够将多路复用功能用于段选线中，从而本论文选用此液晶显示器。主要是由其八位I/O控制实现的。各引脚功能中，如接5V正电源由VDD表示、接地电源由VSS表示以及接液晶显示器对比度调整由V0表示。当其对比度最高时，表示它与VSS相连；反之则表示与VDD相连。如图2.7所示为显示电路。2.2.6 风机转速控制电路设计本论文中风机转速采用的是调速模式，并且其控制采用PWM脉宽调制。其风机转速调整工作方式是通过PWM控制功率管的功率输出变化获得。直流离心式风机作为器件的选型，12V电压时表明它是在全速工作状态下。其工作原理是鼓风机的风量能够进行调节以及电压的改变，主要是由输入鼓风机的驱动元件来实现的，其输入到它里面的驱动元件是由脉宽调制信号转换过来的直流电压信号输入的，再将电压反馈信号输入到相关端口，最后得到闭环速度控制系统。根据论文要求，将其转速设置为五个等级，在最低风级下，其50%作为其输出占空比，反之为100%，并且占空比上下限是均匀分布的。图2.8为风机驱动电路。其中各个元器件功能如下所述。功率放大管和驱动管采用的是D1559型号的三极管；而D10作为续流二极管，能够有效的保护功率三极管；风机启动电容是C11；而起到隔离和电平转换作用的是ICT1光耦。图2-7 显示电路图2-8 风机驱动电路2.2.7 压缩机控制电路设计压缩机电磁离合器的工作电压为12V，由于电磁离合器的工作电流可达3.5A,6故DC-SSR固态继电器作为该论文的驱动芯片。它具有无污染、无噪音、稳定性好、可靠性高、抗干扰能力强、抗震、防潮以及防爆等优点，其释放时间最小为1ms，吸合时间最大为1ms。其主要工作原理是固态继电器的通断主要是由单片机I/O口控制，它的输入端是由两个接线端连接而成，另外两个接线端则连接输出端的四端器，其实现输入输出电隔离是在其中间利用隔离器件实现。减小负载启停时的瞬间感应电流冲击是由其同福中两端进行连接得到，二极管作为其主要实现方式。压缩机控制电路工作原理如图2.9所示。图2-9 压缩机控制电路2.2.8 四通阀控制电路设计本论文中四通阀控制也是由固态继电器来控制电磁离合器进而控制器制冷剂流向，决定其制冷和制热的方向。如图2.10为四通阀控制电路图。图2-10 四通阀控制电路图第三章 软件设计3.1 主程序设计本论文软件设计是利用结构模块化开始系统初始化温度检测按键扫描模糊控制算法显示循环等待结束和功能独立化方式。其中主程序的主要作用是作为控制器软件的入口程序，并且其主要功能是负责各个功能模块之间的调用、度芯片硬件进行初始化等。主程序主要由图十一的几个部分组成，其工作流程图如图3.1所示。 图3-1 主程序流程图3.2 温度检测子程序工作流程图如图3.2所示。该部分实现的至关重要方面即为单线总线端口访问DS18B20协议。其具体途径是，首先第一步对程序进行初始化；第二步和第三步是分别将ROM与DS18B20设置成为操作指令和功能指令。并且对DS18B20的操作中要严格的按照操作流程进行操作是保证程序正确性的重要一步。3.3 按键扫描子程序按键扫描的主要工作功能是查询功能，根据按键按下时程序对按键处理子程序的调用来实现。其主要操作流程是，开始应该判断出相应的按键编号，从而使其程序按照其编号转入到相应的按键处理程序中。其中按键二表示的是当按下一次，就开始设定温度，并且开始显示设定温度；而按键三表示的是温度加一键，开始初始化DS18B20接收到应答脉冲？N启动温度转换转换完成？初始化接收到应答脉冲？跳过读列序号读取温度值并显示跳过读列序号NYYYN结束即按按键三一次，温度增加一度；按键四表示为温度减一键，即按按键四一次，温度减少一度；按键五表示的是压缩机按键，用来控制其启停模式。如3.3为按键扫描流程图初始化DS18B20接收到应答脉冲？图3-2 温度检测流程图3.4 PWM控制子程序计时器TC5根据要求在初始化程序中被设置成为脉宽调制方式。在程序中设定TREG5值，并且要对TC5进行计数，自此三极管T1输出高电平，而PWM口会输出低电平，从而带动风机转动。当TC5值达到TREG5值时候，TC3输出低电平，此时的PWM口输出高电平，风机则会依靠惯性进行旋转。当TC5溢出时，则此时TC5就能够自动清零，自此PWM口开始重新输出低电平，从而进入到另外一个循环中。TREG5的值的调整、风机的转速以及输出脉宽的占空比的改变都是由风力级数提供的。如3.4为其流程图。表3.1为TREG5值与风力级数对照。子程序入口10ms延迟有按键按下吗？按键编号入栈保存是否释放？按键功能执行返回YN 图3-3 按键扫描流程图表3-1 TREG5和风力级数对照表风力级数TREG5值1级风力#80h2级风力#90h3级风力#0b8h4级风力#0d4h5级风力#0ffh开始允许风机开吗？启动PWM输出1级风力吗？2级风力吗？3级风力吗？4级风力吗？TRG5设定为#0ffhNNNNN结束TRG5设定为#80hTRG5设定为#90hTRG5设定为#0b8hTRG5设定为#0d4hNYYYYY图3-4 PWM输出流程图3.5 LCD显示程序本论文中液晶显示器编程及其简单，是由于其本身自带了LCD液晶显示器。此操作的具体流程是，液晶显示器控制的“SEG”段和“COM”口驱动口是由单片机来作为定义的输出口，并且LCR1主要用于对LCD进行时间频率、占空比等进行显示，而LCR2则用于定义单片机口线，自此，对LCR1和LCR2进行初始化定义，并且将LCD段驱动口定义为“1”，将普通的输出/输入方式定义为“0”，再将显示的内容存入到0060H006FH寄存器中，定义“1”为显示，“0”为关闭。而CPU则会自动的将寄存器中的数据送人到段选端处。3.6 模糊控制算法程序模糊化、查表、精确化和系统温度采集构成了软件部分的模糊控制方面。如图3.5为模糊控制算法流程图。其主要工作原理是首先要对温差进行判断，看其是否在模糊控制范围以内，如果小于最小的，就令其为最小的，反之如果大于最大的，就令其为最大的；之后要对温度差变化率进行判断，其操作方式与温差相同，即如果小于最小的，就令其为最小的，反之就令其为最大的；最后，当判断完成后就进入到查表，从查表中输出模糊控制量，对其进行存储。其中分别用EC、U和E来表示为温度误差变化率、风速以及温度误差，如表3.2。开始ec(k)3?e(k)20?对e、ec进行模糊化并查询控制表e(k)=20YNe(k)=-20Yec(k)=3YNec(k)=-3Yu(k)=u(k)-ucu(k)0?|u(k)|存储返回输出低|u(k)|存储N图3-5 模糊控制算法流程图表3-2 模糊算法控制表UUECECECECECECECUU-3-2-10123E-55554444E-455 54444E-35554444E -24444333E-14444333E0 2211222E13334444E23334444E34444555E44444555E54444555第四章 建模与仿真4.1 汽车空调模糊控制理论4.1.1 基本原理模糊控制技术就是将模糊数学的方法用到控制过程里，从而能够模拟人的语言和行为等各个方面。特点就是在未知控制对象的情况下对其实现控制，适用于简单和非线性控制于一体。在汽车空调温度中的作用就是有利于解决汽车空调控制中难以控制的问题，比如车内温度在变换过程中与其他影响因素间很难用数学方程进行描述，从而出现温度大滞后等特点。进而选择出单输出双输入的控制系统。其主要工作原理如图4.1所示。模糊控制理论主要包括两种类型，一种是SUGENO型，另外一种是MAMDANI型。两者之间的区别在于前者具有高效的计算功能，并且另外一个优点在于能够使自己输出的线性化与线性理论相结合；而后者具有方便直观等优势，相对于前者来说能够更加适合人工输入规则的相关情况。模糊化eE模糊推理语言规则U清晰化U1控制对象图4-1 模糊控制的基本原理本论文模糊控制主要对象包括五个方面，即风机1和2的转速、它能够对压缩机开断、发动机启停以及四通阀转向。其设计思想是在各个控制对象间找到一种最为匹配的方式，以此来实现车内温度达到设定值以及实现节能等方面要求。其模糊控制的基本原理就是风机转速较小时能够达到节能的效果，而压缩机在大部分时间里都是处于开启状态，只有当温差较小能够使得室内温度保持某一个适度值时，可以关闭压缩机。4.1.2 风机转速模糊控制在环境温度发生明显变化或者是开启汽车空调控制器时从而导致车厢内温度较大幅度的变动，是由风机转速进行控制实现。在车内温度变化幅度小的情况下，风机一般处于节能状态。所以说风机转速对风量的大小等都有影响。通常情况下，当车内温度与其设定的温度差距较大时，风机会转换成为高速档，而系统处于制冷循环状态时，其风机转速为第五档，即为高速档，用此种方法可以使得车内温度快速的接近设定值。而将风机转速调整至低速档时，其车内温度与设定温度差距较小。所以说它能够对温度控制起到直接的影响，车厢里温度快速的接近设定温度就是由其转速影响到的。风机转速与温度误差E、温度误差变化率EU相关。其模糊控制表四所示。则E和EU作为其输入量，根据环境状况及人体舒适感指标，本论文中将E设定为-20,20，而EC论域设定为-3,3。当E和EC都达到最大值时，相应的U也会调整到最大的档位5档；反之，则U会调整至最小的1档。 第一是温度误差E模糊化，E在输入到控制器之前是需要进行模糊化的，因为对于所采集的输入量变量值需要有个精确的数值得。通常我们将E设置在-55范围内，即将模糊论域取-5,5。那么将负大（NB），负小（NS），零（Z）,正小（PS）,正大（PB）设定为E的模糊子集。本文对E采用梯形和三角形隶属函数，其隶属函数如下表4.1所示：表4-1 温度误差隶属函数隶属函数输入变量E范围因变量u NB(E)-5,-3,-3,-2-,-21,-E+2,0u NS(E)-3,1.5,-1.5,0,-,0,0,+2/3E+2,-2/3E,0 u NZ(E)-1,0,0,1,-,-1,1,+E+1,-E+1,0u PS(E)0,1.5,1.5,3,-,0,3,+2/3E,-2/3E+2,0u PB(E)3,5,2,3,2,+1,E-2,0表4-2 温度误差变化率隶属函数隶属函数输入变量E范围因变量u NB(EC)-3,-1.8,-1.8,-1.2-1.2,+1,-5/3EC+2,0u NS(EC)-1.8,-0.9,-0.9,0,-,-1.8,0,+10/9EC+2,-10/9EC,0 u NZ(EC)-0.6,-0,0,0.6,-,0,1.8,+5/3EC+1,-5/3EC+1,0u PS(EC)0,0.9,0.9,1.8,-,0,1.8,+10/9EC,-10/9EC+2,0u PB(EC)1.8,3,1.2,1.8,1.2,+1,5/3EC-2,0第二是温度误差变化率EC模糊化，它表示的为温度变化，设置-3,3,则将负大（NB），负小（NS），零（Z）,正小（PS）,正大（PB）为模糊子集。其隶属函数如表4.2所示。第三是风机转速模糊化其可以设置6个档位，取0,5为域范围，设置-3,3,则将负大（NB），负小（NS），零（Z）,正小（PS）,正大（PB）为模糊子集，其隶属函数如表4.3所示。表4-3 风机转速隶属函数隶属函数输入变量E范围因变量u ZE(U)0,5/4,5/4,+-4/5U+1,0u PZ(U)0,5/4,5/4,5/2,5/4,+,15/4,+4/5U,-4/5U+2,0u Ps(U)5/4,5/2,5/2,15/4,15/4,+,5,+4/5U-1,-4/5U+3,0u PM(U)5/2,15/4,15/4,5,5/2,+,5,+4/5U-2,-4/5U+4,0u PB(U)15/4,5,15/4+4/5U-3,0第四是模糊控制规则将E和EC作为输入值，当实际测量值与设定值之间差距NB较小时，将其设置为设定温度远远小于实际温度，风机则会输出最大的风速PB，使其车厢内温度值无限接近设定值；反之，当实际测量值与设定值之间差距PB较大时，将其设置为设定温度远远大于实际温度，风机则会输出最大的风速PB，使其车厢内温度能够快速升高。如表4.4为风机转速档位模糊控制规则表。表4-4 风机转速档位的模糊控制规则UUECECECECECUUPBPSZNSNBEPBPBPBPMPMPMPMEPSPMPMPMPSPSEZPZPZZEZEZEENSPSPSPMPMPMENBPMPMPMPBPB4.1.3压缩机模糊控制本论文中所选取的压缩机是控制精度较低的压缩机，它通常用来控制其压缩机的通断。并且在温差接近零的情况下控制比较敏感，而在系统接近稳态情况下，由于压缩机常开，影响到制冷效果。本论文中压缩机的通断控制运用SUGENO型模糊推力器，当压缩机开启时，输出取常数1,；当压缩机关闭时，输出取常值0。并且压缩机只有0和1两种状态，当车内温度低于车外的时候，温度变化率达到最大值，则输出状态为0；反之，则输出状态为1。4.1.4 模拟控制实现方式在实际的应用中，模糊控制理论具有简单方便等特点，但是由于其非线性等影响，使得其输入输出会占据较大的程序空间。所以要要将全部输入的空间到输出空间的映射即可。在软件方面来说，即需要将预先设定好的结果将其以表的形式记录下来，通过查表既可以实现。4.2 汽车空调温度控制模糊控制仿真本论文中MATLAB仿真用于汽车空调温度控制模糊控制系统中，本仿真系统有很强的仿真功能，提供了丰富的矩阵运算、数据处理等工具。本论文的仿真系统主要有两个部分组成。第一是模糊控制模块，其输出主要包括的是压缩机、四通阀以及风机转速信号，而输入主要包括的是车厢内的设定温度与实际温度；第二是车内温度的仿真模块。其执行机构能够通过不同的输入控制量来模拟车厢内部的温度。如图4.2为汽车空调控制器仿真模型示意图。T0NIV模糊控制模块车内温度仿真模块DisplayTsTi图4-2 汽车空调控制系统仿真模型4.2.1 仿真结果当在夏季时，将环境温度T0设为35，设定温度T1为25，T2表示车厢内的环境温度。则在第一种情况下当车内人数为2时，太阳辐射系数为0kw/m2时，车速为0m/s；在第二种情况下车内人数为4时，太阳系数为0kw/m2时，车速为0m/s；在第三种情况下车内人数为2时，太阳辐射系数为3km/w2时，车速为0m/s。运用模糊控制模块进行控制可以发现，车外温度设置进行变化，而太阳辐射量、车内人员多少以及车厢内初始温度都会影响到车内温度变化；而车内温度无限接近于25时则最接近人的舒适感。表4.5、表4.6分别为夏季和冬季时温度控制情况。（其中温度变化率为600S内温度变化次数）表4-5 夏季温度控制情况温度温度变化率温度稳定值第一次达到温度最低点时间252645s252645s1.662750s表4-6 冬季温度控制情况温度温度变化率温度稳定值第一次达到温度最低点时间6826100s6825100s5323120s4.2.2 系统仿真电路图图4-3 Proteus仿真电路图4.3即为汽车空调控制系统仿真图。它主要由六个部分组成。即第一个是单片机最小系统及按键，其主要包括单片机最小系统、按键以及晶振电路和复位电路；第二个是LCD1602液晶显示电路；第三个是声光报警电路，主要由声报警、光报警以及LED灯组成，当报警时声报警会鸣叫，并且发光二极管会闪烁；第四个是压缩机制冷/制热电路，对空调控制系统进行模拟。左边主要是由单片机来对弱电进行控制，中间有一个光电耦合电路，通过此来实现左边的弱电对右边强电控制，最右边的作为模拟空调控制系统风机转动的动态图，以此实现制冷/制热效果演示，右上边的为继电器，默认情况下使处于断开状态。该模块的主要工作流程为当其左边光耦处于低电平时导通，从而实现弱电控制强电，实现强电导通，最终实现继电器导通开始工作，带动模拟风机转动，达到制冷/制热效果；第五个是温度传感器，采用的为DS18B20系列传感器，温度精确值最高达到0.0625，用于对室内实时温度检测；第六个为存储电路，本论文采用的为24C02，其作为为对设定的参数进行存储。其运行效果主要为当对温度传感器上的温度进行设置，使得实时温度TEMP设置值比设定温度高1时，声光报警电路会进行一个短暂报警，从而使得压缩机制冷/制热电路开启制冷系统，模拟风机开始转动，实现制冷效果；当对温度传感器上的温度进行设置，使得实时温度TEMP处于高于或者低于设置温度1时，声光报警电路以及压缩机制冷/制热电路都会停止工作，此时表示为实时温度与设定温度达到平衡点；当对温度传感器上的温度进行设置，使得实时温度TEMP比设置温度低1时，声光报警电路会再次进行短暂报警，从而使得压缩机制冷/制热电路开启制热系统，模拟风机开始转动，实现制热效果。本论文运用proteus，将keil所编译的C语言导入到proteus中进行仿真。此类仿真的缺陷是不能形成反馈系统，主要是由于此仿真不能够对风机风速的变化、压缩机等的开端进行仿真。通常前者会使用示波器通过对占空比变化情况进行观测获得。通过对软件部分进行仿真则可以得出该仿真系统的可实用性。第五章 抗干扰措施本系统在实际的运用过程中会受到在潮湿、振动冲击、湿度和车内外电磁噪声干扰等因素的干扰，但是总体结构简单容易实现，对于单片机应用系统的要求是既要使其硬件资源尽量少，又需要有较强的抗干扰力。5.1 硬件抗干扰措施硬件抗干扰作为抗干扰重要方面，在系统设计过程中必须要考虑到，通常抗干扰有以下几个措施：1、 在对元器件进行布局时要将容易产生噪声的器件远离存储电源和逻辑控制电源，同时相关元器件互相靠近，并且制成电路板，以此来提高工作效率； 2、要尽可能在关键元件旁边安装去耦电容，并且在安装时要注意在体积允许的情况下，可以在安装的过程中在印刷电路板电源输入端跨接100uF左右或者尽量更大点的电解电容来虑；或者是在电源线和地线之间接个电容引线不是过长的去耦电容，有利于提高关断时电流变化大的元件和存储元件的抗干扰性。3、数字地、模拟地、系统地以及机壳地作为地线的四个主要方面，对在硬件方面的抑制干扰及其重要。在设计过程中，主要采取几种方法来解决：第一是接地线应该尽量加粗，否则会造成信号电平不稳，使得抗干扰力降低；第二是模拟、数字电路分开。在本设计中，制作电路板时要用地线将模拟信号和数字信号分开。所以应该用两个独立电源对它们供电来增加抗干扰性。第三是用数字电路构成的印刷电路板接地，根据接地线构成闭环回路的原理，从而使其能够提高靠干扰性；第四是电路板合理布线能够使得将电路以及各个元件间的负面影响降至最低，此外，在布线中要充分考虑到简洁、有序和简短等走线规；避免存在过长平行走线或者是印刷线路形成了环路而造成的干扰。5.2 软件抗干扰措施软件的抗干扰措施是为了弥补只依靠硬件抗干扰带来的新的干扰问题以及成本高等缺陷，成为了系统自带的防御措施。软件抗干扰措施是在硬件部分没有发生损坏，程序区未受到干扰，并且重要数据未破坏时使用。本论文主要探讨模拟信号和数字信号抗干扰措施。1、模拟信号抗干扰措施单片机微机控制系统输入信号都会包括各种噪声以及干扰，要想消除其中的干扰和噪声，必须要精确地进行控制测量。通常采用的方法是简单的数值和逻辑运算处理，以此来实现滤波效果。一般如程序滤波、算数-平均滤波、中位值滤波、加权平均滤波、滑动平均滤波、低通滤波和去极值算术平均滤波等被我们称之为数字滤波技术。首先是算术平均值法：通常xi=1n是由输入的个采集数据所获得的，它们会使其包含一个Y，从而能够让Y和各采样值间的偏差平方和达到最小；其次是去极值算术平均值法：首先要将通过算术平均值算法而采集到的所有数据（即n个）进行比较，将其中最小值与最大值剔除，最后再将余下的n-2个数据进行算术平均值计算，以此几位去极值算术平均值法。2、数字信号抗干扰措施输出的开关量控制信号也对输出的数据有要求，通常得对同一个数据进行多次重复输出，而且要求重复周期不宜过长。当其外部设备接受到被干扰的错误信号未作出反应，但是正确的输出信号来到时，就能够及时防止产生错误动作；当其输出状态的破坏是由于干扰侵入到输出通道所致时，为了使得系统最终能够查询到寄存单元输出状态的信号，纠正其输出状态，可以通过设置当前的输出状态寄存器来实现。总结该课题研究经过不断努力，得出如下结论：1、 本论文研究课题为汽车空调控制系统设计，根据当前汽车空调运作原理及乘客对于汽车室内舒适性要求的提高，从而提出本款独立式空调控制系统设计，经过研究发现，该设计能够对车厢内温度、湿度以及清洁度等进行更加完善的检测，拥有极大的可行性，能够得到广泛的普及。 2、本设计运用辅助发动机带动压缩机运转实现对车室内温度制冷/制热效果这一工作原理，使其温度不受到车数的变化而变化，具有自我保护能力和较强的抗干扰性，最终能够使得汽车空调工作状态趋于温度。3、将原有的空调配气系统进行完善，将控制风门挡板动作的真空装置或者钢丝绳替换为其内部含有位置反馈信号的小功率直流电机，提高其安全性，并且便于操作。4、智能化功能能够提高操作的方便性和自动化水平，所以应该设计出更为智能的空调控制系统，同时将空调的控制系统和故障诊断系统结合起来作为辅助操作。并且在出现故障时能够自己检测出来，并且注明原因和解决办法；5、关注相关计算机、传感器和电子方面技术发展，选择更加合理的器件和电路方案，从而提高硬件设计水平，促进其各项性能提高。6、由于独立式空调需要两台发动机，燃油消耗高，因而增加了造价成本，同时维修起来也会困难，所以一般会在长途汽车、中大巴车上。参考文献1 胡建.单片机原理及接口技术M.北京机械工业出版社，2005.2 肖鸿