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基于 单片机 汽车空调 控制系统 设计 实现

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SY-025-BY-2毕业设计（论文）任务书学生姓名杨春杨系部汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程07-6指导教师姓名范德会职称副教授从事专业计算机应用是否外聘是否题目名称基于单片机的汽车空调控制系统的设计与实现一、设计（论文）目的、意义汽车空调作为一种舒适性空调，不仅是人民生活水平提高的标志，也是提高汽车市场竞争能力的重要手段。随着科学技术的发展和人民生活水平的提高，人们对空调车室的温度提出了更高的要求，这就使轿车空调的控制又面临着新的挑战。目前国内大部分经济型轿车车室内温度控制还处于一个手动状态，当车室乘员数、日照强度、车速、风量等大幅度变化时，手动控制不能很好地提供车内一个自动调控的舒适环境，手动控制已成为汽车空调进一步发展的瓶颈问题，而国外一些高档轿车上已经配有全自动轿车空调系统，并且对这些先进的技术申请了专利，对知识产权进行了保护，因此无法破解其核心技术，我们只有自主开发适合我国交通、气候的轿车空调全自动控制器，形成具有自主知识产权技术，制订出汽车空调控制器的产品标准，才能提高我国汽车工业整体水平，增强国际竞争力，进一步增强综合国力。二、设计（论文）内容、技术要求（研究方法）设计内容：设计一个小型汽车空调控制系统,硬件主要包括以下四大模块:单片机主控模块、传感器模块、步进电机控制模块和显示模块。其中单片机主要完成外围硬件的控制以及一些运算功能; 传感器完成信号的采样功能;模块主要负责控制电机的转动来间接控制风门的开度;显示模块完成字符、数字的显示功能。系统软件主要由主程序、步进电机控制子程序、显示子程序等模块组成。系统接通电源后进行初始化，然后采集车内温度，并连续监测温度，当温度小于设定的报警值时，关闭风门，当数值大于报警值，开启风门，在LED 显示器上显示温度。研究方法：系统设计方法采用先搭建系统硬件电路，然后进行系统软件设计。硬件电路需要进行传感器的选取及其设定、单片机的选取、显示电路及其步进电机控制的设计。软件设计主要包括温度监测模块、显示模块、步进电机控制模块及其主模块的设计。三、设计（论文）完成后应提交的成果 形成可演示的汽车空调控制系统及其系统设计说明书。四、设计（论文）进度安排2011.3.12011.3.11 查阅文献、撰写开题报告2011.3.122011.3.27 系统总体设计2011.3.282011.4.13 系统硬件设计2011.4.142011.5.1 系统软件设计2011.5.22011.5.10 系统测试2011.5.112011.5.31 撰写系统设计说明书五、主要参考资料1 周翼翔. 基于P87C522单片机的汽车空调控制系统J. 制造业自动化,2010,31(8): 151-1532 郭丽红,吴海涛. 基于Atmega16的汽车空调系统设计与实现J. 长春理工大学学报,2007,30(3):77-803 管劲浩. 汽车空调参数自调整模糊控制的研究J. 汽车维修,2010,(10):21-234 廖应生,刘克. 基于LIN总线的汽车空调控制系统J. 机电技术,2008, (2):7-95 郑震璇. 基于PIC单片机的汽车空调控制器设计J. 机电技术, 2009,(2):37-40六、备注指导教师签字：年 月 日教研室主任签字： 年 月 日毕业设计指导教师评分表学生姓名杨春杨院系汽车与交通工程学院专业、班级车辆B07-6班指导教师姓名范德会职称副教授从事专业计算机应用是否外聘是否题目名称基于单片机的汽车空调控制系统的设计与实现序号评 价 项 目满分得分1选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况；题目难易度102题目工作量；选题的理论意义或实际价值103查阅文献资料能力；综合运用知识能力154研究方案的设计能力；研究方法和手段的运用能力；外文应用能力255文题相符程度；写作水平156写作规范性；篇幅；成果的理论或实际价值；创新性157科学素养、学习态度、纪律表现；毕业论文进度10得 分 X= 评 语：（参照上述评价项目给出评语，注意反映该论文的特点）工作态度： 好 较好 一般 较差 很差研究能力或设计能力：强 较强 一般 较弱 很弱工作量： 大 较大 适中 较少 很少规范性： 好 较好 一般 较差 很差成果质量（研究方案、研究方法、正确性）：好 较好 一般 较差 很差其他： 指导教师签字： 年 月 日 毕业设计评阅人评分表学生姓名杨春杨专业班级车辆B07-6班指导教师姓名范德会职称副教授题目基于单片机的汽车空调控制系统的设计与实现评阅组或预答辩组成员姓名出席人数序号评 价 项 目满分得分1选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况；题目难易度102题目工作量；题目与工程实践、社会实际、科研与实验室建设等的结合程度103综合运用知识能力（设计涉及学科范围，内容深广度及问题难易度）；应用文献资料能力154设计（实验）能力；计算能力（数据运算与处理能力）；外文应用能力255计算机应用能力；对实验结果的分析能力（或综合分析能力、技术经济分析能力）156插图（图纸）质量；设计说明书撰写水平；设计的实用性与科学性；创新性207设计规范化程度（设计栏目齐全合理、SI制的使用等）5得 分 Y= 评 语：（参照上述评价项目给出评语，注意反映该论文的特点）回答问题： 正确 基本正确 基本不正确 不能回答所提问题研究能力或设计能力：强 较强 一般 较弱 很弱工作量： 大 较大 适中 较少 很少说明书规范性： 好 较好 一般 较差 很差图纸规范性： 好 较好 一般 较差 很差成果质量（设计方案、设计方法、正确性）好 较好 一般 较差 很差其他： 评阅人或预答辩组长签字： 年 月 日注：毕业设计（论文）评阅可以采用2名评阅教师评阅或集体评阅或预答辩等形式。毕业设计答辩评分表学生姓名杨春杨专业班级车辆B07-6班指导教师范德会职 称副教授题目基于单片机的汽车空调控制系统的设计与实现答辩时间月 日 时答辩组成员姓名出席人数序号评 审 指 标满分得分1选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况，题目难易度、工作量、与实际的结合程度102设计（实验）能力、对实验结果的分析能力、计算能力、综合运用知识能力103应用文献资料、计算机、外文的能力104设计说明书撰写水平、图纸质量，设计的规范化程度（设计栏目齐全合理、SI制的使用等）、实用性、科学性和创新性155毕业设计答辩准备情况56毕业设计自述情况207毕业设计答辩回答问题情况30总 分 Z= 答辩过程记录、评语：自述思路与表达能力：好 较好 一般 较差 很差回答问题： 正确 基本正确 基本不正确 不能回答所提问题研究能力或设计能力：强 较强 一般 较弱 很弱工作量： 大 较大 适中 较少 很少说明书规范性： 好 较好 一般 较差 很差图纸规范性： 好 较好 一般 较差 很差成果质量（设计方案、设计方法、正确性）好 较好 一般 较差 很差其他： 答辩组长签字： 年 月 日毕业设计（论文）成绩评定表学生姓名杨春杨性别男院系汽车与交通工程学院专业车辆工程班级车辆B07-6班设计（论文）题目基于单片机的汽车空调控制系统的设计与实现平时成绩评分（开题、中检、出勤）指导教师姓名职称指导教师评分（X）评阅教师姓名职称评阅教师评分（Y）答辩组组长职称答辩组评分（Z）毕业设计（论文）成绩百分制五级分制答辩委员会评语：答辩委员会主任签字（盖章）： 院系公章： 年 月 日注：1、平时成绩（开题、中检、出勤）评分按十分制填写，指导教师、评阅教师、答辩组评分按百分制填写，毕业设计（论文）成绩百分制=W+0.2X+0.2Y+0.5Z 2、评语中应当包括学生毕业设计（论文）选题质量、能力水平、设计（论文）水平、设计（论文）撰写质量、学生在毕业设计（论文）实施或写作过程中的学习态度及学生答辩情况等内容的评价。优秀毕业设计（论文）推荐表题 目基于单片机的汽车空调控制系统的设计与实现类别S学生姓名杨春杨院（系）、专业、班级汽车与交通工程学院 车辆工程07-6指导教师范德会职 称副教授设计成果明细：答辩委员会评语：答辩委员会主任签字（盖章）： 院、系公章： 年 月 日备 注： 注：“类别”栏填写毕业论文、毕业设计、其它毕业设计（论文）过程管理材料题 目基于单片机的汽车空调控制系统的设计与实现学生姓名杨春杨院系名称汽车与交通工程学院专业班级车辆B07-6班指导教师范德会职 称副教授教研室车辆工程教研室起止时间2011年2月28日至2011年6月24日教 务 处 制毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目:基于单片机的汽车空调控制系统设计与实现 院 系 名 称:汽车与交通工程学院 专 业 班 级: 车辆07-6班 学 生 姓 名: 杨春杨 导 师 姓 名: 范德会 开 题 时 间: 2011年3月16 日指导委员会审查意见： 签字： 年 月 日开题报告撰写要求一、“开题报告”参考提纲1. 课题研究目的和意义；2. 文献综述（课题研究现状及分析）；3. 基本内容、拟解决的主要问题；4. 技术路线或研究方法；5. 进度安排；6. 主要参考文献。二、“开题报告”撰写规范请参照黑龙江工程学院本科生毕业设计说明书及毕业论文撰写规范要求。字数应在4000字以上，文字要精练通顺，条理分明，文字图表要工整清楚。 毕业设计（论文）开题报告学生姓名杨春杨系部汽车与交通工程学院专业、班级车辆07-6班指导教师姓名范德会职称副教授从事专业计算机是否外聘是否题目名称基于单片机的汽车空调控制系统设计与实现一、课题研究现状、选题目的和意义研究现状：自第一辆汽车被制造，已经历了一百多年的发展历程，车的内部改进和创新一直被人们关注，而车内的温度、环境问题更是其重中之重。起初由于当时的汽车设计简单，给人们带来了很多的不便，热天人的热汗流浃背，冬天冻的手脚发凉而第一台汽车空调装置在1927年才出现当时的汽车空调的内容仅是具备加热器及空气经过过滤的通风系统1940年才提供了通过制冷方式使汽车空气凉爽第二次世界大战后，汽车空调开始了实质性的进展。直到如今，汽车空调作为提高汽车乘坐舒适性的一种重要手段已被广大汽车制造工作者及用户所认可，人们越来越认识到汽车装有空调的好处。1988年美国生产的汽车就有90.3装备了空调系统，到1993年上升到94我国在这方面起步较晚，从60年代初，才开始在红旗轿车上安装但近年来发展速度很快，国内轿车上80装有空调系统随着国内汽车行业的高速发展，汽车空调越来越受到汽车制造商的重视。现在国产汽车的汽车空调控制器普遍采用手动机械控制方式，大大落后于国际水平，限制了汽车工业的发展。从温度控制系统的发展来看，以单片机为核心构成的微型温度控制系统调节装置已被国内外许多公司和单位作为研究对象，客观存在的硬件简单，软件丰富，能方便地实现现代化控制规律和多种功能，性能优良，运行，调试都非常方便，且生产成本低，可加快生产设备的更新换代，已开始受到重视和欢迎。加之近年来，单片机的性能不断提高，而价格却逐年降低，所以单片机温度控制装置将具有广阔的发展和运用前景。自从人们发明了汽车加热装置和汽车空调设备后，大大改善了人们驾驶的环境随着国内人们生活水平的提高，轿车在人们生活中扮演重要的角色。而汽车空调作为汽车使用舒适性的衡量标准之一，要求也越来越高。长期以来，我国轿车空调的自动控制水平较低，大多处于手动或半自动状态手动控制一方面会出现车室温度达不到舒适性、节能性的要求；另一方面容易分散注意力，不利于安全。实现轿车空调的自动控制是必然趋势。国外高级轿车上一般都装有全自动的空调系统，能根据汽车的状态参数自动地调节车内温度。而国内大部分高档轿车的空调控制器都是依靠进口，目前还没有自己开发的具有自主知识产权的轿车空调自动控制器。选题目的及意义：汽车空调作为一种舒适性空调，不仅是人民生活水平提高的标志，也是提高汽车市场竞争能力的重要手段。随着科学技术的发展和人民生活水平的提高，人们对空调车室的温度提出了更高的要求，这就使轿车空调的控制又面临着新的挑战。但是汽车使用空调大部分都是封闭空间内使用，驾驶室的空间很狭小，内部空调循环长时间导致空气不流通，有害气体的增加，车内空气混浊通风不好导致长期驾驶容易出现疲劳，诱发事故。车内空气污染较严重时，严重影响了驾驶员的健康，因车内空气污染找出的疾病或中毒事件时有发生，为了获得安全舒适的车内气候环境，改善汽车内部的空调风门，来达到调节汽车内部温度系统是很有实在意义和广泛的发展空间的。 当今汽车不只是简单的代步工具，上海市曾做了个意向调查统计，约有45%以上的有购车欲望的人希望购买20致25万左右的汽车，享受已经被越来越多的消费者所看重，而汽车空调系统更能体现这一点，汽车空调能在任何气候行驶的条件下，改善驾驶员的工作劳动条件和提高成员的舒适性。现在人们都希望汽车空调能达到人体最适宜的状态。目前国内大部分经济型轿车车室内温度控制还处于一个手动状态，如果把空调的风门改成随着车内温度自动调节开度大小的系统，对驾驶者有很多益处，更为该车在市场竞争中添加了砝码。再有很多车当车室乘员数、日照强度、车速、风量等大幅度变化时，手动控制不能很好地提供车内一个自动调控的舒适环境，手动控制已成为汽车空调进一步发展的瓶颈问题，而国外一些高档轿车上已经配有全自动轿车空调系统，并且对这些先进的技术申请了专利，对知识产权进行了保护，因此无法破解其核心技术，我们只有自主开发适合我国交通、气候的轿车空调全自动控制器，形成具有自主知识产权技术，制订出汽车空调控制器的产品标准，才能更好的提高我国汽车工业整体水平，增强国际竞争力，进一步增强综合国力。二、设计（论文）的基本内容、拟解决的主要问题设计内容：设计一个小型汽车空调控制系统,硬件主要包括以下四大模块:单片机主控模块、传感器模块、步进电机控制模块和显示模块。其中单片机主要完成外围硬件的控制以及一些运算功能; 传感器完成信号的采样功能;模块主要负责控制电机的转动来间接控制风门的开度;显示模块完成字符、数字的显示功能。系统软件主要由主程序、步进电机控制子程序、显示子程序等模块组成。系统接通电源后进行初始化，然后采集车内温度，并连续监测温度，当温度小于设定的报警值时，关闭风门，当数值大于报警值，开启风门，在LED 显示器上显示温度。系统设计方法采用先搭建系统硬件电路，然后进行系统软件设计。硬件电路需要进行传感器的选取及其设定、单片机的选取、显示电路及其步进电机控制的设计。软件设计主要包括温度监测模块、显示模块、步进电机控制模块及其主模块的设计。整个系统设计采用先提出总设计方案，然后通过采用搭建系统硬件电路，然后进行系统软件设计。硬件电路需要进行传感器的选取及其设定、单片机的选取、显示电路及其步进电机控制的设计。软件设计主要包括温度设定模块、显示模块、步进电机控制模块及其主模块的设计。解决的主要问题：1如何实现传感器的接收，传递，以及提高传感器的精度。2利用单片机编程所编写的程序如何能把所接受到的信号处理后通过电路传到硬件机构。3怎样把显示模块（LED显示屏）设计到该装置，如何能设定适合和准确温度。4 通过单片机出来电路连接马达还是连接步进电机，怎么采用其他方法来达到控制风门旋转的目的。5接受的信号如何能通过经单片机控制来实现整个系统的自动化。6软件编写，需要几次中断响应，和把程序下载到单片机保证程序正常运行。三、技术路线（研究方法）提出设计总方案查阅相关资料，了解相关内容，初步提出设想设计单片机主控模块，完成外围控制及运算功能设计传感器模块（温度传感器）研究空调系统的原理，初步按2步分开来做设计转换电路验证总方案可行性设计显示模块设计步机模块，及风门开动问题组装各硬件，简单设计总形状结合所有硬件，软件，组装整个系统，完成初步调试修改系统，熟悉操作最后调试，整理外关结构完成该作品四、进度安排2011.3.12011.3.11 熟悉任务书、了解相关信息、查阅文献、撰写开题报告2011.3.122011.3.27 系统总体设计，并提出相应的问题2011.3.282011.4.13 确定空调系统的硬件设计，准备所需的材料和物品2011.4.142011.5.1 编程，用单片机完成软件部分2011.5.22011.5.10 进行整体实验、观察、系统测试2011.5.112011.5.31 撰写系统设计说明书、熟悉整个系统的实际演练2011.6.12011.6.15 毕业论文总结、审核及修改不足2011.6.162011.6.25 最后准备，整理及答辩五、参考文献1董炳武汽车空调模糊控制J机电技术，2003,(9):385-389.2廖应生，刘克. 基于Atmega16的汽车空调系统设计与实现J长春理工大学学报,2007,30(3):77-80.3周翼翔基于P87C522单片机的汽车空调控制系统J. 制造业自动化,2010,31(8): 151-153.4郭丽红,吴海涛. 基于Atmega16的汽车空调系统设计与实现J. 长春理工大学学报,2007,30(3):77-80.5管劲浩. 汽车空调参数自调整模糊控制的研究J. 汽车维修,2010,(10):21-23.6郑震璇. 基于PIC单片机的汽车空调控制器设计J. 机电技术, 2009,(2):37-40.7孔德玲,赵兰萍,杨志刚汽车空调的研究现状及发展前景J.节能,2008,(5):10-11.8陈江平. 国外汽车空调技术发展趋势J,制冷学报,2008,(4):30-33.9刘克汽车空调系统中温度和气流调节的控制J机电技术，2007,(2):19-2210李筱峰.汽车空调发展分析J.制冷空调与电力机械,2004,(6):66-68.11王芬. 直流电机PWM 调速研究及单片机控制与实现J.机电工程技术,2008(11): 35-55.12董炳武. 汽车空调模糊控制J.机电技术,2003,(B09):385-389.13刘欣,陈冬冬,方家宝等. 汽车空调制冷系统中自适应模糊控制的研究J.自动化技术与应用,2005,24(1):47-50.14 M.S. Bhatt, Enhancement of R-134a Automotive Air Conditioning System，International Science and Technology News, March1-4, 2008. 15 Wang Wei. An Automotive Climate Control System, IEEE, 2005. 六、备注指导教师意见：签字： 年 月 日本科学生毕业设计基于单片机的汽车空调控制系统设计与实现系部名称： 汽车与交通工程学院 专业班级： 车辆B07-6班 学生姓名： 杨春杨 指导教师： 范德会 职 称： 副教授 黑 龙 江 工 程 学 院二一一年六月The Graduation Design for Bachelors DegreeDesign and Implementation of Automotive Air Conditioning Controller system based on MCU Candidate：Yang ChunyangSpecialty：Vehicle engineeringClass：B07-6Supervisor：Associate Prof，Fan DehuiHeilongjiang Institute of Technology2011-06Harbin黑龙江工程学院本科生毕业设计摘 要 随着国内汽车行业的高速发展，汽车空调越来越受到汽车制造商的重视。现在国产汽车的汽车空调控制器普遍采用手动机械控制方式，大大落后于国际水平，限制了汽车工业的发展。本文着重讨论了在工艺上和理论上如何更准确、更灵敏、更快速、更及时和更经济地获取所需采集的信号，以及被控变量的可测和可控性。文中阐明了传感器的类型和使用方法，单片机的介绍和应用，步进电机的选用，显示屏的选择和使用等。并且对各部分联系及组成的单片机最小系统的具体编程及应用。本实验台的控制为以单片机为核心的开发板连接扩展电路带动步进电机，受限于控制实时性、可靠性及通信带宽，本论文提出了采用分布式控制系统的方案，先把各个部分拿出来研究设计，最后在组合到一起。极大的降低了设计最初的难度，方便了演示成品，争强了控制实时性。基于虚拟仪器的试验设备为设计及检测提供了高水平的试验手段，可提高汽车空调开发质量，自动控制，系统升级等。关键词：汽车空调；温度；自动控制；单片机；步进电机IABSTRACT With the rapid development of the domestic automotive industry, automobile air conditioning more and more attention to vehicle manufacturers. Domestic cars are now commonly used in automobile air conditioning controller, manual mechanical control, far behind international standards, limiting the development of the automotive industry. This article focused on how the process and in theory more accurate and more sensitive, faster, more timely and more economical to obtain the required signal acquisition, and the controlled variables can be measured and controllable. The paper illustrates the type and use of sensors, the introduction and application of microcontroller, stepper motor selection, the selection and use of the display. And on the part of contact and minimum system consisting of specific programmed microcontroller and application. Control of the bench as a microcontroller as the core of the development board stepper motor driven expansion of the circuit, subject to control in real time, reliability, and communication bandwidth, we propose a distributed control system using the program, first take the various parts out study design, in the end together. Greatly reduces the difficulty of the initial design to facilitate the presentation finished, gaining the upper hand to control the real-time. Test equipment based on virtual instrument design and testing to provide a high level of test instruments, can be developed to improve the quality of automotive air conditioning, automatic control system upgrade.Key words:Automotive Air Conditioning；Temperature；Automatic Control； Microcontroller；Stepping Motor.II目 录摘要I AbstractII第1章 绪论11.1引言11.2研究项目开展的意义11.3汽车空调的系统工作原理21.4汽车车厢的热力学分析31.5汽车空调的自动控制系统难点41.6课题的提出与研究内容41.6.1课题的研究内容41.6.2拟解决的主要问题5第2章 单片机及系统开发的平台简介62.1单片机应用与介绍62.2单片机的发展62.3 KEIL C软件的开发与使用72.4 C语言的介绍与应用92.4.1 C语言的简介92.4.2 C语言比汇编语言的优点92.4.3编写C语言的程序的构成102.5 PROTEL软件的开发112.6本章小结12第3章 硬件电路的选择133.1 单片机的选择133.1.1单片机的系统133.1.2单片机的各个端口及引脚说明143.2 数据采集部分的选择及应用163.2.1温度传感器的选择163.2.2温度传感器的采集放大电路183.3 数据显示部分的选择193.3.1显示屏的选择193.3.2显示屏1602的液晶接口与引脚203.4系统模拟空调风门开度器件的选择223.4.1步进电机的选择 223.4.2步进电机的驱动243.5本章小结26第4