基于单片机的汽车空调控制系统设计与实现【单片机类】【1张电路图】

基于单片机的汽车空调控制系统设计与实现

53页 24000字数+说明书+任务书+开题报告+外文翻译+电路图【详情如下】

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基于单片机的汽车空调控制系统设计与实现开题报告.doc

基于单片机的汽车空调控制系统设计与实现说明书.doc

外文翻译--单片机微控制器Microcontroller Unit.doc

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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

ABSTRACT

  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.

目    录

摘要I

AbstractII

第1章 绪论1

　　　1.1引言1

　　　1.2研究项目开展的意义1

　　　1.3汽车空调的系统工作原理2

　　　1.4汽车车厢的热力学分析3

　　　1.5汽车空调的自动控制系统难点4

　　　1.6课题的提出与研究内容4

　　　　　1.6.1课题的研究内容4

　　　　　1.6.2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6

　　　2.1单片机应用与介绍6

　　　2.2单片机的发展6

　　　2.3 KEIL C软件的开发与使用7

　　　2.4 C语言的介绍与应用9

　　　　　2.4.1 C语言的简介9

　　　　　2.4.2 C语言比汇编语言的优点9

　　　　　2.4.3编写C语言的程序的构成10

　　　2.5 PROTEL软件的开发11

　　　2.6本章小结12

第3章 硬件电路的选择13

　　　3.1 单片机的选择13

　　　　　3.1.1单片机的系统13

　　　　　3.1.2单片机的各个端口及引脚说明14

　　3.2 数据采集部分的选择及应用16

　　　　　3.2.1温度传感器的选择16

　　　　　3.2.2温度传感器的采集放大电路18

　　　3.3 数据显示部分的选择19

　　　　　3.3.1显示屏的选择19

　　　　　3.3.2显示屏1602的液晶接口与引脚20

　　　3.4系统模拟空调风门开度器件的选择22

　　　　　3.4.1步进电机的选择 22

　　　　　3.4.2步进电机的驱动24

　　　3.5本章小结26

第4章 系统的软件设计27

　　　4.1 系统总体软件设计27

　　　4.2 温度模块和显示模块的软件设计28

　　　4.3步进电机的软件设计29

　　　4.4本章小结30

第5章 系统实验及调试31

　　　5.1AT89S52单片机下载器软件使用31

　　　5.2 系统各部分调试33

　　　5.3系统的实验34

　　　5.4本章小结37

结论38

参考文献39

致谢40

1.3汽车空调的系统工作原理

　　　空调是空气调节器的简称，它的作用是对室内空气进行调节，使空气的温度、湿度、流速、和洁净度达到人体所需要的舒适范围。汽车空调室空气调节工程的一个重要分支，属于舒适性空调，他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。

　　　汽车通风装置的主要功能是换气，即打开通风口，利用汽车迎面风的动压通风或利用空调系统中风机的强制通风来进行换气。车厢空间小，车内空气由于成员呼出的二氧化碳、水蒸气、烟等而受到污染，需经过通风换气来净化，同时调节车内的温度与湿度。此外，通风对于防止车窗玻璃起雾也起着很重要的作用。为维持舒适条件需要的最小限度的换气称为必须换气量，为此应设置即使在汽车车窗禁闭的情况下，仍能从车外引入新鲜空气的通风装置（每人约需25~36m3/h）。

   其中控制系统是对制冷和暖风系统的温度、压力进行控制，同时对车室内空气的温度、风量、流向进行控制，完善了空调系统的正常工作。

   汽车在任何条件下，车厢内部都具有舒适的温度范围和气流平均速度，冬季为16℃~20℃，夏季为20℃~29℃。

　　　汽车空调的控制机构和操纵机构要求灵活、方便，不增加驾驶员劳动强度，不影响驾驶员的正常驾驶等。

　　　汽车空调制冷系统装置有压缩机、冷凝器、贮液干燥器或积累器、膨胀阀或膨胀管、蒸发器和电气控制系统等组成。

1.4汽车车厢的热力学分析

　　　本文所研究的汽车空调电子控制器是针对使用全合一空气混合型的轿车空调系统，也就是制冷与加热使用一套温度控制系统，其通过混合风门的开度调节冷热空气的混合。在汽车空调的作用下，除空调对气体交换处理外，对车厢内热平衡有显著影响的还有由车厢缝隙和换气系统缝隙进入的新风热、车身壁面传入热、日照辐射影响传入热和人体发热几个方面。对于其它热交换相对较少。

　　　首先，将汽车车厢可以看作一个定容定压控热系统。这里的汽车车厢热学模型忽略了其他方面的影响，针对以上所述，假设空气为理想气体情况下，忽略气体的动量和势能，根据热力学第一定律可以得到以下方程：　　　与一般建筑空调相比，汽车空调有其特殊性。首先，汽车是个移动物体，外界气候条件变化大，车外热负荷变化大，以至于难以确定标准的车外设计参数。其次，由于汽车驾驶室内成员密度大，人体热量大，要求的制冷能力大，汽车开启空调与成员进入车内往往是同一时刻，乘客要求一进入车室，在很短的时间内就享受到空调效果;而汽车车身（包括座椅等）在开空调之前的蓄热量（或蓄冷量）是很大的。这几种因素导致汽车空调所要求的负荷大，要求降温（或升温）迅速。因此，汽车空调机组的制冷（或采暖）能力应该比房间空调大的多，另外，汽车是高速移动的物体，与外界对流热量大。而且车身隔热困难，玻璃门窗所占面积又大，车室内得热量（或失热量）大。如果汽车长时间直接暴露在太阳底下（或风雪下），进入驾驶室的热负荷比一般房间要大得多，夏季汽车长时间停在烈日下，车内温度会上升到50摄氏度以上。汽车的使用环境非常严重，这些环境因素往往在造成汽车电子装置的性能恶化，甚至不能完成规定的功能或损坏，出现可靠性故障。因此与一般控制系统相比，汽车空调控制系统也有其特殊要求。

　　　1、要满足温度、湿度环境的要求。

　　　2、要求满足振动冲击环境要求。

　　　3、要满足电器环境要求。

1.6课题的提出与研究内容

1.6.1课题的研究内容

　　　本课题的研究室针对我国现有高档汽车上装置的自动空调控制系统基本上依赖进口，国产化自动控制系统在汽车系统中的应用性研究较少，迫切需要对汽车空调控制器实现电子自动化、国产化为目标而产生的。因此，本课题的研究内容为：

　　　1、通过对汽车空调工作原理和空调总成的结构研究分析，设计了以单片机为核心的模拟控制系统，并对控制器硬件电路部分选择和研究。

　　　2、建立了空调调节门的开度的模拟系统，阐述了如何实现汽车对汽车空调系统的自动控制。

　　　3、温度检测采用高精度的集成DS18B20温度传感器来实现。

　　　4、编程过程中，采用分块化的设计方法，对各个子部分分别进行编程、调试，再按控制要求将他们连接起来，进行测试、分析。

　　　5、通过制作实物，来模拟汽车空调自动系统。

1.6.2拟解决的主要问题：

　　　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（LCD显示屏）设计到该装置，如何能设定适合温度范围。

　　　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。　　　汽车空调采用模糊控制可以提高其控制效果。这是由于汽车空调工况瞬变性和系统的非线性，使得系统数学模型的建立极为困难而难以实施或难以获得满意的效果，作为一种智能控制，模糊控制不需要知道控制对象的具体数学模型，就能实现对系统的控制，并对参数的变化具有较强的适应性，所以非常适用于汽车空调这类时变、非线性、打干扰系统的控制。国内外已有不少相关的研究，虽然这类研究目前处于起步阶段，还没有产业化，然而在市场竞争就是汽车技术竞争的今天，必然会成为研究开发的热点。本文《基于单片机的汽车空调控制系统设计与实现》经行了研究和讨论，总结如下。

　　　本文的主要内容是设计一种自动控制系统，使车室温度的控制过程能够模拟人的思维、语言和行为的模糊性。通过对汽车空调车室内温度调节过程的分析，设计了以单片机AT89S52为核心的汽车空调控制系统，其控制方法使用模糊控制系统。对于本文，可以把自动控制看成是一个传感器输入，两个控制量输出的控制系统。当控制系统选择时，我首先设计是通过开发板上的独立按键来模拟实验结果。成功后在设法达到其自动、合理的运作。还分别对输出和输入系统经行了选择和采购。最后通过Keil C 软件经行编程。其过程通过学习PROTEL 99软件来完成电路原理图，并且学习了C语言等知识最终完成该作品。

　　　本作品完全能达到设计最初设定的要求，并且操作简单，演示方便，经济耐用等诸多优点。但是本器件只是一种模拟车内空调的一个实验模块。不能在实车上实验，其中汽车空调使用环境的严酷性及对电气环境的特殊要求还需要进一步考虑，这样才能更完善的应用到生产生活中。

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