基于凌阳单片机汽车空调自动控制系统设计

0引言人类掌握制冷技术总共120数年时间,但第一台汽车空调装置到1927年才出现。当时的汽车空调的内容仅是具有加热器及空气通过过滤的通风系统。直到1940年才由英国帕卡德汽车公司第一次提供了通过制冷方式使车内空气凉爽的方法。第二次世界大战后,汽车空调开始了实质性的发展。直到如今,汽车空调作为提高汽车乘车舒适性的一种重要手段已被广大汽车制作者及用户认可,人们越来越结识到汽车装有空调的好处。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,并使车内空气以一定速度和方向,保证在各种外界气候和条件下使乘员都能处在一个舒适的空气环境之中,提高了乘坐的舒适性,使司机能保持头脑清醒,提高工作效率,减少疲劳和车祸的发生,驾驶员保持清楚的视野,为安全驾驶提供基本保证。1988年,美国生产的汽车有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空调。但近年来发展速度不久,国内轿车上80%装有空调系统,在工程车、旅游车及城市公交车上也开始大量安装空调系统。对汽车空调系统进行优化控制,可以改善和提高其性能。由于微型计算机具有结构紧凑,工作可靠,功能强大,响应快速和价格低廉等优点,特别适宜作为汽车计算机控制系统的控制器。计算机技术的发展也为汽车实现计算机控制提供了技术支持和保证,汽车计算机控制已成为汽车的一个重要发展方面。1概述1.1国内外汽车空调技术的发展现状汽车空调是指对汽车车厢内的空气质量进行调节的装置。最早的汽车空调装置始于1927年，它仅由加热器、通风装置和空气过滤器三部分组成，且只能对车内供暖。准确地讲，汽车空调的历史应当从制冷技术应用在车上开始。20世界30年代末美国的几部公共汽车装上了应用制冷技术的冷气装置。直到20世纪60年代，应用制冷技术的汽车空调才开始普及起来。以后，人们对汽车空调的爱好逐年增长，汽车空调技术日趋完善，功能也越来越全面。上世纪90年代以前我国的汽车产品重要以载货汽车为主，长期以来汽车空调技术研究一直处在空白状态。我国的汽车空调发展经历了以下三个发展阶段。第一阶段是从60年代初到70年代末，重要是运用汽车发动机排出的废气或冷却循环水产生的热量来供应车室内采暖用。第二阶段是80年代初至1990年。80年代初期，我国从日本购进制冷降温用的汽车空调系统装配在红旗、上海等小轿车和豪华大客车上：80年代中后期，我国第一汽车制造厂以及上海、北京、湖南、广州、佛山等分别从日本、德国引进先进的空调生产线和空调技术，生产国产大中型客车、轻型车及轿车的空调系统。第三阶段是从90年代开始到目前。国内已形成生产规模的汽车空调生产公司，分别从国外引进了国际最先进的平行流式冷凝器和层叠式蒸发器的生产技术和生产线，同时按《蒙特利尔议定书》和《中国消耗臭氧层物质逐步淘汰国家方案》的规定，开始研究开发汽车空调制冷装置工质由氟利昂R12向R134a的转换。至此，我国汽车空调技术在短时间内缩小了与国外的差距。随着为电子行业的发展以及人们对汽车舒适性规定的提高，人们已不再满足于轿车空调仅能制冷供暖这一功能，更看重其车厢内的热舒适性控制、仪表盘的美观以及操纵的方便性，因此高档的轿车中通常都安装自动空调，它们有精致的液晶显示、触摸式的操纵按键和多点温度控制等功能。但目前针对乘员舒适性控制还远未达成人们的规定，因此对轿车空调系统的控制亟待完善和开发。国外一些大汽车公司的轿车空调代表了这方面最先进的水平。通用汽车公司某型轿车车身计算机控制模块（BCM）控制的空调系统是较典型的自动空调系统。该模块监视高压管路、低压管路的温度以及蓄压罐的压力、发动机冷却水温度等信号，假如系统不在设定的范围内工作，BCM将压缩机离合器脱离。该系统用一个双向电动机调节混合风门开度，并用5个操纵机构分别控制各个模式风门和加热器热水阀，还用功率模块控制鼓风机的转速，根据驾驶员输入的温度、车室内外温度及制冷剂低压管路温度，BCM计算出气流分送模式、鼓风机转速及混合风门开度，然后进行相应的控制，而克莱斯勒公司的某些轿车空调还以占空比的方式对压缩机离合器进行控制。日本丰田某型轿车自动空调监测车内外温度、蒸发器温度、冷却水水箱温度以及阳光辐射强度、压缩机转速等参量。通过控制压缩机磁吸、风机转速和温度混合风门、新风风门和模式风门的伺服电机，进行车内温度调节。自动功能下该空调ECU（电子控制单元）一方面计算送风温度，并根据送风温度控制风机转速、混合风门开度、压缩机起停及送风模式。比较而言，国内的轿车空调控制要稍逊一些。广州标致轿车空调的电子控制系统根据车内温度、环境温度、蒸发器温度、送风温度及人为设定值，通过控制风机转速、压缩机离合器开合及热水阀大小来进行温度调节。奥迪轿车的空调系统模式风门是手控的，鼓风机转速继电器控制，压缩机离合根据蒸发器温度控制。奥拓轿车空调就更为简朴，没有用于舒适性控制的传感器，依靠驾驶员人为调节室内温度。汽车空调系统热负荷比较复杂，并且变化较大。有人认为光线的射入角会对热负荷影响很大，而对此制定了一套相适应的控制策略。着重研究如何通过计算机拟定送风量、送风温度和工作模式。由于空调的影响，轿车室内温度的分布是很不均匀的，并且均匀分布的温度场也会由于人的舒适感不同而产生舒适性差异，对此有人研究针对前排、后排车座的双蒸发器运营情况，并进行相应的控制。尚有人针对司机和乘客的个体舒适性用不同出口进行控制。轿车空调的运营工况变化剧烈，有无日照、有无新风情况下蒸发器的热负荷有很大不同，特别是在车速发生变化时对空调的影响更大。车速变化使空调系统冷凝器迎风风速发生变化，从而冷凝压力及过冷度都发生变化，此时空调将脱离原设计工况，要得到一个稳定的运营，必须施以相应的控制。用PID控制器对轿车空调运营进行控制，该控制器的执行机构为电子膨胀阀和压缩机，根据蒸发器进出口温度之差用PID控制器对电子膨胀阀的开度进行控制，与热力膨胀阀控制比较，能取得较好的效果。此外，通过调节压缩机转速和电子膨胀阀开度也可以控制轿车空调的运营，针对蒸发器过热度和蒸发温度的控制即可以控制电子膨胀阀和压缩机转速来得到，Hatton等人做了这样双输入、双输出的研究工作，并对输入的参量进行解藕，同时加入预补偿器，提高了系统响应速度。汽车空调系统具有较强的非线性特性，有人用模糊控制方法对轿车空调运营进行实时控制，以车室内温度与设定值之差e和偏差变化率作为输入，在车速变化的工况下经模糊控制器控制压缩机运营占空比和蒸发器风机风量，取得较好的控制效果。此外Leighton等人应用模糊控制策略对蒸发器风量、温度混合风门开度进行控制，也达成舒适性规定。1.2智能控制的发展趋势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，客观存在的硬件简朴，软件丰富，能方便地实现现代化控制规律和多功能，性能优良，运营调试都很方便。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，而价格却逐年减少，所以单片机温度控制装置将具有广阔的发展和运用前景。1.3汽车空调的特点及其控制系统的难点与一般空调相比，汽车空调具有其特殊行。由于汽车是移动的物体，外界气候条件变化大，车外热负荷变化大，以至于难以拟定标准的车外设计参数。另一方面，由于汽车室内乘员密度大，人体热量大，规定的制冷能力大，汽车启动空调与乘员进入车内往往是同一时刻，乘客规定一进入车内，在很短的时间内就享受到空调效果,而汽车车身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规定的负荷大，规定降温（或升温）迅速。因此，汽车空调机组的制冷（或采暖）能力应当比房间空调大的多。此外，汽车是最高速移动的物体，与外界对流热互换量大，并且车身隔热困难，玻璃窗所占面积又大，车室内得热量（或失热量）大。假如汽车长时间直接暴露在太阳下（或寒冷下），进入车室的热负荷（或冷负荷）比一般房间要大得多。夏季汽车长时间停在烈日下，车内温度会上升到以上。汽车的使用环境非常严酷，这些环境因素往往导致汽车电子装置的性能恶化，甚至不能完毕规定的功能或损坏，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规定。1）一方面，要满足温度、湿度环境的规定。汽车外部的环境温度最高，最低为，但汽车内的工作环境却因部件的位置不同而相差极大。2）另一方面，要满足振动冲击环境规定，汽车零部件必须承受由不良路面引起的较大的振动和冲击。3）尚有，要满足电气环境规定。汽车电源波动和瞬时过电压等将形成较坏的电气环境2汽车空调系统工作原理2.1汽车空调系统基本工作原理汽车空调的基本功能是通过人为的方法使车内的温度减少和升高，从而达成使人体感到舒适的温度环境。汽车空调系统都可以分为采暖系统和制冷系统两部分。如图2－1为汽车空调制冷循环图。图2-1汽车空调制冷循环图Fig.2-1Automotiveair-conditioningrefrigerantrecyclingplans制冷系统重要由压缩机、冷凝器（涉及冷凝风机）、膨胀阀和蒸发器（涉及蒸发风机）组成。其制冷原理是运用液体制冷剂吸热产生冷效应。一方面，低压（低温）液态制冷剂进入用来冷却车内空气的蒸发器，制冷剂加热在定压下气化。由于制冷剂在管内气化时的温度低于管外空气的温度，因此能自动地吸取车内空气中的热量，使空气的温度减少，产生冷效应。然后，气化了的制冷剂通过压缩机压缩，变成高于车外空气的高温高压气体。这时，制冷剂通过在车外的冷凝器将热量释放到车外，制冷剂放热就变成了高压液态冷凝剂。最后，通过膨胀阀，恢复到低压（低温）液态。所以，当空调要进行制冷时，必须启动压缩机使制冷剂循环，从而减少车内温度。采暖系统是由暖风散热器、暖水阀和风机组成。由于汽车行使时发动机产生大量热量，一般小型汽车空调都采用发动机余热采暖。发动机冷却水通过暖水阀流入暖风散热器，从而升高通过暖风散热器的空气。2.2汽车空调的总成结构汽车空调系统总成是采用冷暖完全合一型，内外循环风门由内外循环电磁阀控制，当内外循环电磁阀闭合时，汽车空调处在内循环状态，这个时候只有车内回风可以进入空调风道。反之，当内外循环电磁阀开时，空调处在外循环状态，这个时候不仅仅车内回风可以进入空调风道，车外空气也进入空调风道，也就制冷（加热）解决前空气是车内回风和车外新鲜空气的混合气体。风机由风机调速电路控制，其作用是推动空气在空调风道里流动，在全和一型空调中，它同时也起了制冷蒸发器风扇和暖风散热器风扇的作用。所以风机的快慢直接影响了制冷蒸发器和暖风散热器的对流散热快慢，也就直接影响了车内空气的调节速度。由于空调风道只有这一个风机，所以无论是哪个出风口风速的大小都是由该风机控制。制冷蒸发器连接制冷压缩机，压缩机由压缩机电磁阀控制。当压缩机电磁阀吸合，压缩机开始工作，蒸发器就能从流过的空气中吸取热量，从而使空气降温。暖风散热器由暖水电磁阀控制，当暖水电磁阀吸合，发动机冷却水流过暖风散热器，这样就可以通过发动机余热进行热互换，将通过散热器的空气加热。混合风门、风向风门开度由风门电机控制。混合风门负责控制空气通过蒸发器和暖风散热器的量，也就是控制通过两种解决空气的混合限度。风向风门可以控制空调出风口的出风方式，也就是控制通过解决的空气从除霜风口、下吹风口和前吹风口吹出。3汽车空调系统硬件电路的设计在工业控制中，单片机以其体积小、指令丰富、控制技术成熟、修改方便、开发周期短、适应性强等特点，在各个领域、各个行业都的到了广泛应用。随着单片机应用的日益广泛，单片机的种类越来越多，一种微控制器的选择需要从多个方面考虑，一方面，必须根据系统的功能规定，在满足功能规定的前提下，优化系统的构成；另一方面，要想使用某种微控制器设计好一个系统，必须对这种微控制器自身及其系统比较熟悉；最后，开发设备和产品的供货渠道以及成本规定也拟定能否采用某种产品。本系统选用了凌阳公司生产的SPCE061A型16位单片机。下面对硬件电路各部分一一介绍。3.1控制器功能汽车空调控制系统可以根据人们对车内温度的设定值，控制汽车空调系统的各个环节，使车厢内空调环境达成设定的目的温度。为了实现上述控制过程，必须测量车内环境状况参数，通过安装在车内不同位置上的各种传感器通过A/D转换成数字量，输送给控制器进行控制决策，得到各执行器的控制电压，使各执行器工作，从而实现对车内环境的改变。图3-1为汽车空调控制系统的硬件组成。图3-1汽车空调系统硬件组成Fig.3-1Automotiveair-conditioningsystemhardware3.2系统重要功能介绍汽车空调控制器不仅能实现手动控制功能，重要还是能将操作控制系统自动化，通过减轻驾驶员的操作强度来提高汽车空调的舒适性，其重要功能如下：1）温度的自动调节功能：能根据设定温度和车内温度的温差来自动控制混风电机的启动角度，压缩机和冷凝器的开与关，进而自动调节温度。2）风机的自动调速功能：即使风机调速模块改变了，也不必重新调PWM的输出值，根据当前设立的风量等级，自动调节风机两端的电压，使之维持一个稳定的状态，保证风量的稳定输出。3）手动调节功能：可以自行设立风门的位置（前吹风、下吹风、除霜），前后风机风量的大小控制、压缩机的启动、内外循环风门的切换、设立温度的大小等。4）节能控制：风量的最适量控制，自动转入经济运营模式，能根据车内外温度自动切断压缩机电源等。5）显示控制：能显示给定的温度、控制温度等。3.3单片机的选取方案一：用传统的51系列单片机作为系统控制器。在本设计中，单片机的运算速度越快，控制精度就越高，所以对单片机的执行速度有较高的规定；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16位单片机SPCE061A作为运动物体的控制中心。SPCE061A具有丰富的资源：RAM，ROM空间大、指令周期短、运算速度快、低功耗、低电压、可编程音频解决，易于编写和调试等优点。特别在复杂的数学运算，其运算速度快，精度高。基于上述分析，拟选择方案二。SPEC061A单片机是台湾凌阳公司生产的一种高性能16位微解决器，具有体积小、集成精度高、易扩展、可靠性高、功耗低、结构简朴、中断解决能力强等特点，内嵌32K字闪存FLASH，解决速度高，可以很方便地完毕普通单片机的功能，还具有数字语音播报和辨认的功能。SPCE061A重要性能[1]：1）采用16位微解决器；2）工作电压(CPU)VDD为2.4-3.6V(I/O)VDDH为2.4-5.5V3）CPU时钟：0.32MHz-49.152MHz；4）内置2K字SRAM；内置32KFLASH；5）2个16位可编程定期器/计数器(可自动预置初始计数值)；6）32个通用可编程输入/输出端口；7）14个中断源可来自定期器A/B，时基信号，2个外部时钟源输入；8）具有触键唤醒的功能；9）使用凌阳音频编码SACM_S240方式(2.4K位/秒)，能容纳210秒的语音数据；10）锁相环PLL振荡器提供系统时钟信号；32768Hz实时时钟；11）声音模-数转换器输入通道内置麦克风放大器和自动增益控制(AGC)功能；12）具有串行设备接口；13）具有低电压复位(LVR)功能和低电压监测(LVD)功能；14）内置在线仿真电路ICE（In-CircuitEmulator）接口；15）具有WatchDog功能。3.3.1SPCE061A最小系统在OSC0、OSC1端接上晶振及谐振电容，在锁相环压控振荡器的阻容输入VCP端接上相应的电容电阻后即可工作。其它不用的电源端和地端接上0.1µF的去藕电容提高抗干扰能力[2]。图3-2所示为SPCE061A最小系统。图3-2SPCE061A最小系统Fig.3-2SPCE061Aminimumsystem3.3.2SPCE061A的存储器SPCE061A的存储器有2K字的SRAM，其地址为0x0000-0x07FF,前64个字即0x0000—0x003F地址范围内可采用16位地址直接寻址，寻访速度为2个时钟周期，其余0x0040-0x07FF地址范围内采用16位地址直接寻址，存储器的寻访速度为3个时钟周期。32K字的内嵌式闪存FLASH被划分为128个页（每页存储容量为256个字），地址空间为0x8000-0Xffff,其中0xFFF6-0xFFFF为中断向量单元，CPU正常工作时，均可通过程序写入或擦除。此外，还可用SPR4096进行存储器的扩展，在数据量较大的情况下，是很有必要的。3.3.3SPCE061A的I/O口SPCE061A有32个并行I/O口，即IOA0～IOA15，IOB0～IOB15。这两个口的每一位可通过编程单独定义为输入或输出口。A口的IOA0～IOA7用作输入口时具有唤醒功能。B口除具有常规的输入/输出功能外，还具有特殊功能。单个IOB2或IOB3口可设立为外部中断输入口，设立P_FeedBack单元，再将IOB2（IOB3）和IOB4（IOB5）之间接一个电阻和电容，形成反馈电路以产生振荡信号，此信号可作为外部中断源EXT1或EXT2输入。IOB0和IOB1可作为串行接口SIO的时钟信号。3.3.4SPCE061A的PWM应用PWM是英文“PulseWidthModulation”的缩写，简称脉宽调制。它是运用微解决器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用于测量，通信，功率控制与变换等许多领域。SPCE061A芯片上有两个脉冲宽度调制输出引脚IOB8和IOB9，通过设立TimerA控制单元的b0～b5来选择TimerA的时钟源，设立该单元的b6-b9，TimerA将输出不同频率的脉宽调制信号，即控制脉宽占空比输出APWMO。通过设立TimerB控制单元的b0～b2来选择TimerB的时钟源，设立b6～b9选择TimerB输出不同脉宽调制信号即控制脉宽占空比输出BPWMO。3.3.5SPCE061A的中断系统SPCE061A有14个中断源，分别为两个定期器溢出中断、两个外部中断、一个传行通信口中断、一个触键唤醒中断、7个时基信号中断、PWM音频输出中断等。有9个中断向量相应14个中断源，其中3个中断源设立为FIQ（IRQ0-IRQ2），另有10个中断源设立为IRQ3～IRQ6，尚有一个专门用于通用异步串行通信口UART的中断源设立为UARTIRQ。具有两个中断优先级，可实现两极中断嵌套。3.4电源电路的设计汽车空调控制器需要两路电源：5V电源和12V电源。5V电源用于SPCE061A单片机供电，12V电源用于需要大电流驱动的场合，如步进电机、风机等。由于汽车蓄电池供电电源仅有12V，并且工作期间电压有比较大的波动。综合考虑，本系统选用了电源转换芯片LM2575，将车载电源转换为所需要的电源。如图3-3所示图3-3汽车空调电源电路Fig.3-3Automotiveair-conditioningpowercircuit图3-3中1引脚接VIN端，为未稳压电源输入端；2引脚OUTPUT端，为开关电压输出，接电感及快速恢复二极管；3引脚GND端，为公共端；4引脚FEEDBACK端，为反馈输入端；5引脚ON/OFF端，为控制输入端，接公共端时，稳压电路工作，接高电平时，稳压电路停止。LM2575系列开关稳压集成电路是美国国家半导体公司生产的1A集成稳压电路，它内部集成了一个固定的振荡器，只须很少外围器件便可构成一种高效的稳压电路，可大大减小散热片的体积，而在大多数情况下不需散热片，芯片可提供外部控制引脚。该芯片的工作范围为-40-125，输入电压范围大（7V-45V），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，涉及电流限制及热关断电路等。其内部电阻R2为不同阻值时，相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温度检测电路的设计本设计采用四路传感器，对车内，车外，发动机水温，蒸发器表面温度进行采样。温度传感器在汽车空调控制系统中占有十分重要的地位，它的精度往往直接影响整个系统的控制精度，因此必须选取精度高且性能稳定的温度传感器。常用的热敏电阻有两种：阻值随温度升高而升高的热敏电阻，称为正温度系数热敏电阻；阻值随温度升高而减少的，称为负温度系数热敏电阻（NTC）。NTC热敏电阻重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温度检测电路Fig.3-4TemperaturedetectioncircuitMF51系列的NTC热敏电阻器合用于300以下的测温与控温电路，标称电阻R=。本设计选用的温度传感器是MF51-502NTC热敏电阻和一高精度电阻分压即可。此外，串接一个电阻，并接一个到地的滤波电容，增长抗干扰的能力。对于单片机接口的模拟信号采集，软件设计为对各个端口进行分时采样。3.6太阳辐射强度检测电路设计太阳辐射传感器可选用光敏电阻，光敏二极管或者光敏三极管等。光敏电阻受热后其阻值会变小，光敏二极管和三极管是根据硅PN结光照后产生的光电效应原理制成的，光敏二极管工作于反向偏压下，其光谱响应特性重要由半导体材料中所掺的杂质所决定，光敏三极管使用时，其基极通常开路，基极-集电极产生的光感生电流直接进入基极，由于光敏三极管自身具有放大作用，因此光敏三极管的灵敏度比光敏二极管大得多。本设计中采用光敏三极管3DU23，检测太阳辐射强度电路原理图如图3-5所示，当太阳辐射强度发生变化时，模拟信号采样端口的输入电压随之发生变化，R14为NTC热敏电阻，作为温度补偿。如信号变化太小，可接信号放大电路之后送采样端口。图3-5太阳辐射强度检测电路Fig.3-5Solarradiationdetectioncircuit3.7转向器控制电路设计与家用空调不同，汽车空调制冷、制热的转换是靠风道的切换来实现的，制热模式，转向器转向制热风道，风从装有水箱的风道吹出，水箱里的水是发动机的冷却水，具有热量；当处在制冷状态时，转向器转向制冷风道，压缩机工作，使蒸发器温度减少，风机吹出的风通过蒸发器，达成制冷的目的。汽车车内、外风循环和除霜运营，分别通过两转向器来控制[12]。每个转向器的内部都有小电机，通过内部的蜗杆，齿轮等传动机构来驱动与齿轮相配合的摆臂，这个摆臂又与外部的连杆机构来转动风门。齿轮上装有磁极，它与转向器内部电路板上的霍尔元件相配合来决定转向器转动的位置，从而拟定风门所转的角度。转向器控制电路如图3-6所示。转向器工作电压为+12V，“WAY”和“D”是转向器的控制端，“H1”和“H2”是转向器的位置反馈信号。单片机的“IOB4”通过转向器“D”控制转向器转动；“IOB7”通过转向器的“WAY”控制正反转；“IOA15”、“IOA14”分别接受来自转向器“H1”和“H2”的霍尔位置反馈信号，单片机根据该反馈信号，控制转向器转动的角度。四个光藕起电平转换和隔离作用。Q2、Q3是驱动转向器转动的三极管。图3-6转向器控制电路Fig.3-6Steeringgearcontrolcircuit3.8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很大，一般可达3～3.5A左右，故驱动芯片选用DC-SSR固体继电器。固体继电器是采用固体元件组装成的一种无触点开关器件，是用小的电气信号控制大功率交直流负载的一种新型电子开关，具有体积小、无火花、无噪音、无污染、无电磁干扰、开关速度快、稳定性好、可靠性高、输入输出完全隔离、抗干扰能力强等突出优点，并具有抗震、防潮、耐腐蚀和防暴能力。该芯片工作电压3～30V，工作电流0.5～10A，继电器吸合时间最大1ms，继电器释放时间最小1ms，最小绝缘阻抗1000。在负载的两端并接一个续流二极管，减小负载启停时的瞬间感应电流冲击。电路设计如图3-7所示：IOB9口产生PWM波来控制压缩机的转速，压缩机转速快，空调器制冷（热）量就大，而当压缩机转速较低时，空调器制冷（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，并且使车室内温度维持了平衡。图3-7压缩机控制电路Fig.3-7Compressorcontrolcircuit3.9各个风门位置控制电路设计混合风门、内外循环风门以及模式风门通过12V直流步进电机进行控制，微解决器通过步进电机驱动控制器来控制步进电机，从而控制了各个风门的开度大小。系统中选用四相八拍步进电机，L298N（用于输入标准TTL逻辑电平、输出电压、电流规定比较高的驱动电路，诸如继电器、电磁阀、DC或步进电动机等设备中）作为双桥驱动器件。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-40～150；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。为使其对的的旋转，绕组必须按对的的顺序受到激励。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-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步进电机控制电路Fig.3-8Steppermotorcontrolcircuit输入引脚INPUT1～INPUT4，分别由单片机IOB11～IOB14端口控制，A、B、C、D分别接于OUTPUT1～OUTPUT4，其通电时序图如表3-1所示。表3-1四相八拍步进电机通电相序Tab.3-1FouroftheeightfilmsteppermotorpowerphasesequenceABCD100011000100011000100011000110013.10风机转速控制电路设计风机选用直流离心式风机，其全速工作电压为12V。三极管Q1为风机运转的驱动管，型号为D1559，直接驱动风机运转，D3为续流二极管，其重要作用是保护功率放大管，防止关断风机时由于电感贮能引起的顺变反向电压击穿功率管。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风机转速控制电路Fig.3-9Fanspeedcontrolcircuit风机的控制采用PWM脉宽调制，控制系统在一级风力下，输出的脉冲占空比为12.5%，在五级风力下输出脉冲占空比为87.5%，其余各级风力下的脉冲占空比为此上、下限均匀分布。为此，本系统运用了单片机IOB8口的PWM脉宽调制功能，控制风机运转。3.11键盘电路的设计键盘是由若干按键组成的开关矩阵，它是微型计算机最常用的输入设备，用户可以通过键盘向计算机输入指令地址和数据。键盘分为编码键盘和非编码键盘，非编码键盘是由软件来辨认键盘上的闭合键，它具有结构简朴、使用灵活等特点，因此被广泛应用于单片机系统。本设计采用非编码键盘进行设计。空调控制器面板上一共有十个功能按键，微解决对各个功能按键进行扫描，根据不同的按键输入执行相应的操作。控制器的按键如图3-10所示。按ON按键来切换控制器软开关状态，当切换到空调软关机状态时，空调器停止运作，按键AC负责手动模式/自动模式的切换，调节风速可以通过增风速按键和减风速按键进行调节，风速共分5档。在开机状态下，按下除霜按键便可进入特定的除霜模式，除霜模式采用全热除霜，这时风向风门出口吹向玻璃窗方向，前吹按键和下吹按键可以切换风向风门吹风出口的方向，同时按下两按键可以使风向风门出风方向转向前吹和下吹同时进行，内外循环按键负责控制内外循环，当空调系统处在内循环状态时，假如是外循环则内循环标志消失，升温按键和降温按键在手动模式下是控制混合风门档位变化，而在自动模式下负责调节设定温度。图3-10键盘电路Fig.3-10KeyboardCircuit键盘行线通过电阻接正电源并将行线接到单片机的输入口，而将列线接到单片机的输出口，这样当按键没有按下时都是高电平。假如列线全输出低电平，一旦有按键按下，该键相应的行线和列线被短路，行线就会被拉低。这样假如读入的行线状态不是全高，就表达有键按下。要拟定是哪个键闭合，先使列线Y0为低电平，其余列线为高电平，读行线状态。假如不全为高，则被按下的键就是为低电平的行线和Y0相交的键。假如行线全为高，则Y0这一列上没有键闭合，接着使列线Y1为低电平，其余列线为高电平。用同样方法检查Y1，这一列有无键闭合，依次类推。IOA3～IOA6接键盘的Y0～Y3，IOA10～IOA13接键盘的X0～X3。表3-2键值分布及意义Tab.3-2Distributionandsignificanceofthekeyboard键值功能键值功能S0ON(软开关)S6前吹风S1AC(手动/自动)S7下吹风S2升温S8除霜S3降温S9压缩机S4增风速S10内外循环S5减风速3.12显示电路的设计本设计采用四位LED对温度进行显示。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的连接很简朴,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受数据外,平时独立工作,极大地节省了MCU有限的运营时间和程序资源。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4.0～5.5V,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,芯片接受来自DIN的数据,接受完毕,LOAD回到高电平时,接受的数据将被锁定。DIG0～DIG7为吸取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。SEGA～SEGG,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显示电路Fig.3-11Showcircuit3.13外扩存储器电路的设计SPCE061A中的FLASH只有32Kwords,由于系统设计的程序较多，要存放大量的数据，这样一来，就要考虑对存储器进行外围扩展。本设计采用凌阳公司的SPR4096芯片对存储器扩展。SPR4096是一个高性能的4M-bit（512K×8－bit）总线FLASH,分为256个扇区，每个扇区为2K-byte。SPR4096还内置了一个4K×8－bit的SRAM。在进行FLASH的变成/擦除的时候，可以并发执行SRAM的读/写。SPR4096内置了一个总线存储器接口和一个串行接口，它允许单片机通过8－bit并行模式或者1-bit的串行模式访问FLASH/SRAM存储区。本设计使用串行模式，串行接口的工作频率为5MHZ。SPR4096有两个电源输入端VDDI和VDDQ。VDDI是给内部FLASH和控制逻辑供电的；VDDQ是专门为I/O供电的，如图3-12所示。串行接口模式的选中是通过设立CF2～CF0来实现的。当成分CF2～CF0均接高电平时，选中的就是串行接口模式。在串行接口模式下，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，CF2～CF0接高电平，选择串行接口模式；CF7接低电平，选中FLASH.图3-12SPR4096管脚图Fig.3-12SPR4096-pinmap3.14硬件抗干扰措施汽车空调使用环境炎热、潮湿，电子打火、电磁辐射、油烟、灰尘等对其产生的干扰非常严重，因此抗干扰措施对本系统来说非常重要。因此，在控制器设计时重要采用以下硬件抗干扰措施：（1）采用了光电隔离技术，将数字信号与系统主机完全隔离，切断了干扰信号的途径，有效地克制了尖脉冲及各种噪声的干扰。（2）电源设计抗干扰措施：用电解电容滤波；集成电路的电源和地之间均加一个去耦合电容；对不使用的集成电路的端子作上拉和下拉解决，使它处在稳定状态。（3）元件布置抗干扰措施：妥善考虑每一个元件的位置和布线，以求尽也许地减少传输通道间的干扰耦合；设计时，尽也许把互相有关的元件安排在一起：电感部件，应远离也许引起干扰的元件布放；把容易产生电磁干扰的大电流元件远离逻辑电路。同时，对每一个感性负载并接续流二极管，减小负载启停时瞬间感应电流冲击。（4）在设计中接地抗干扰措施：尽也许使接地电路各自形成回路，减少电路与地线之间的电流耦合；合理布置地线使电流局限在尽也许小的范围内，并根据接地电流的大小设计相应宽度的印刷电路和接地方式。4汽车空调系统的软件设计汽车空调全自动控制可以通过汽车空调控制器的软件编写实现。对于本文所设计的汽车空调控制器，由于使用功能模块化编程的思想，所以全自动控制就是相应一个将输入条件转化为输出控制量的功能软件模块，这里称它为自动控制功能软件模块。在实际开发过程中发现，虽然模糊控制具有规则制定简朴且适应性强等优点，促进了控制系统的制定。但是其输入输出多个从属度函数和多条规则的规则库的建立占用大量的程序空间，这是由于模糊控制系统的非线性引起的。此外，在模糊推理的过程中，要进行多次的关系运算，在模糊推理后又要进行解模糊运算，这对于运算速度慢的硬件做不到控制的实时性。然而将模糊控制的方法引如到实际的空调控制器上，并不一定要将模糊推理过程放到控制器的实际硬件上执行。对于没有自修正功能的控制系统，其输入输出的映射是固定的，所以只要实现对于所有输入空间到输出空间的映射就可以了。从软件的设计角度来看，最简朴的映射就是将预先计算好的结果以表的形式记录，然后通过查表来实现。显然，这样牺牲了控制的灵活性，对于输入变量较多和控制精度较高的控制系统是无法实现的。在前面进行硬件电路设计时，温度传感器的精度只能达成1慑氏度，所以对输出控制的精度规定也不高。按照前面所述的控制策略，可以对车内温度进行有效控制。本系统控制软件由主程序和定期器中断服务程序等组成，从功能上分涉及系统初始化、显示程序、模糊控制查表子程序和按键解决程序等模块。模块化编程是一种软件设计方法，各模块程序分别编写，编译和调试，最后模块一起连接，定位。4.1主程序模块主程序的功能是完毕车内温度的数据采集、模糊规则的运算解决、控制量的输出。主程序流程图如4-1所示，主程序具体要：1）定义系统运营过程中所需要的变量，以及显示器所需要的段码。2）分派硬件系统相关资源，如寄存器、ROM、中断源以及堆栈等。3）完毕系统的自检。4）在程序运营过程中，按照设计的规定，依次完毕对系统各模块的调用。5）在模块调用过程中，实现现成保护，以保证程序的正常返回。6）保存系统运营过程中的必要参数。图4-1主程序流程图Fig.4-1Flowchartofthemainprogram4.2数据采集子程序模块数据采集子程序模块重要功能是对车内外温度，蒸发器温度，阳光辐射强度进行测量、计算，对采集来的模拟信号进行数字滤波解决，以消除干扰。具体做法是对每个通道连续采集三次，对三次转换结果求其平均值，得到测量值。图4-2数据采集子程序流程图Fig.4-2Dataacquisitionsubroutineflowchart4.3汽车室内温度模糊控制的研究模糊控制中的控制算法由模糊控制子程序实现，它涉及两部分内容：一是离线模糊控制查表，一方面将模糊控制表存于单片机的程序存储器中，然后根据温度误差和误差变化率进行二维查表；二是完毕精确测量值的模糊化和控制输出量的解模糊化，控制输出电路。4.3.1模糊控制的基本原理对于一个系统而言，模糊控制在控制系统中所表现的具体形式是模糊控制器。模糊控制从系统结构角度讲，是以模糊控制器取代的数字控制器。这种结构和传统的控制结构完全同样。从校正的角度看，它是一种偏差校正方式。模糊控制的系统结构如图4-3所示[11]。从图4-3中可以看出，模糊控制器的输入量是系统的偏差e，在计算机控制系统中它是数字量，是有拟定数值的清楚量，通过模糊化解决，用模糊语言变量E来描述偏差，若以T(E)记E的语言值集合，则有：T(E)＝{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}或用符号表达负大NB（NegativeBig）、负中NM（NegativeMedium）、负小（NegativeSmall）、零ZE（Zero）、正小PS(PositiveSmall)、正中PM（PositiveMedium）、正大PB(PositiveBig),则：T(E)={NS,NM,NB,ZE,PS,PM,PB}图4-3模糊控制系统结构框图Fig.4-3Fuzzycontrolsystemstructurediagram若已知系统的输入相应模糊变量,则应用合成推理法，可得到模糊输出变量：模糊推理输出是一个模糊变量，在系统中要实行控制时，模糊量还要转化为清楚值，因此要进行清楚化解决，得到可操作的拟定值，这就是模糊控制器的输出值，通过的调整控制作用，使偏差e尽量小。对于模糊控制来说，其核心在于模糊控制器，模糊控制的机理是通过模糊控制器来实现的，模糊控制器的思想来自人类在生产实践中对被控对象的控制。人的经验是一系列具有语言变量值的条件语句和规则，而模糊集合理论能十分恰本地表达具有模糊性的语言变量和条件语句。很明显，把人的经验用模糊条件语句表达，然后，用模糊集合理论对语言变量定量化，再用模糊推理对系统的实时输入状态进行解决，产生相应的控制决策。这无疑是一种新奇的方法。这样就产生了模糊控制器。根据模糊控制器的功能，其结构如图4-4所示。从图中可以看出它由模糊化、反模糊化、知识库和决策逻辑组成。图4-4模糊控制器机构框图Fig.4-4Fuzzycontrollerbodydiagram知识库存储模糊控制器中的模糊量以及模糊控制规则,知识库向模糊化接口提供模糊量的从属函数形态，从而使模糊化接口在接受到外部的精确量输入后，可以将其转换成相相应的模糊量及从属度。知识库也向反模糊化接口提供模糊量的从属函数形态，反模糊化接口则根据输出的模糊量及从属度，转换成与之相应的精确量。同时，知识库向决策逻辑提供控制规则，由决策逻辑执行推理过程，从而从输入的模糊量推断出输出模糊量。4.3.2汽车空调模糊控制器的设计汽车空调控制系统是对汽车空调实现的自动控制，其控制方法可以使用模糊控制系统。本设计模糊控制器的控制对象为蒸发器的风机转速，混合风门开度。模糊控制器的设计思想是要在各个控制对象之间找到一种最匹配的控制方式。这种控制方式要满足室内温度快速达成设定值、波动小以及节能等规定。基于这种思想对于风机转速的控制重要在于开始启动空调器时或者环境温度有较大变化，导致室内温度有较大波动时进行控制。而在室内温度波动较小时，风机转速一般控制在最高转速的20%，以达成节能的目的。图4-5汽车空调模糊控制系统原理图Fig.4-5Fuzzycontrolautoair-conditioningsystemschematics混合风门转角的控制作用是控制室内温度的相对湿度以及在温度波动较小时调节室内温度达成设定值。研究对象可以看作是一个二输入两个控制量输出的控制系统。模糊控制系统的原理框图如图4-5所示，根据模糊控制规则库的分解原则，一个多输出系统以分解为多个多输入单输出系统且不失一般性，因此可以把整个模糊控制器提成两个二输入单输出的模糊控制器[17]。4.3.3温度误差的模糊化温度误差是指设定温度与车内传感器测定的温度之差，记为，在模糊控制应用中，被观测量通常是在一定精度范围内的精确数量值，而在模糊控制中的操作是基于模糊集合理论的，所以，一方面必须进行模糊化。模糊化的基本思想是定义一个模糊语言映射作为从数值域到语言域的模糊关系，将数值域中的数值信号映射到语言域上。为了便于工程实现，通常把输入变量范围人为地定义成离散的若干级，所定义级数的多少取决于所需输入量的分辨率。温度误差的输入范围定为[-5，5]，对于更大的误差都视为边界址解决。根据人体对温度的敏感限度，可将E的模糊论域取为[-5，5]，并量化为11个等级，对于其它值都视为边界值，即为：E={-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5}一般情况下，模糊控制中变量论域的元素个数是语言变量个数的1.5-2倍，所以温度误差模糊子集可取为[18]：{负大（NB），负小（NS），零（Z），正小（PS），正大（PB）}图4-6温度误差从属度函数曲线Fig.4-6Temperatureerrormembershipfunctioncurve4.3.4温度误差变化率的模糊化本设计中，以车厢内每20秒钟温度误差的变化值作为温度误差的变化率，用EC表达，温度误差变化率的模糊论域取为[-3，3]，量化为7个等级，对其它值都视为边界值，即为：EC={-3，-2，-1，0，1，2，3}温度误差变化率的模糊子集取为：{负大（NB），负小（NS），零（Z），正小（PS），正大（PB）}图4-7温度误差变化率从属度函数曲线Fig.4-7Temperatureerrorrateofchangeofmembershipfunction4.3.5风机的模糊控制策略风机转速的控制关系到空调系统温度控制的快慢，送风速度快能使车内温度更快的接近设定值，同时风机转速又是感觉空调系统舒适与否的关键。一般来说，当车内温度接近平衡时，送风速度缓慢一些能让人感到更宁静舒适。风机速度在设计时一共分了5档，从ZE到PB送风速度不断的增长。风机输出风速一共分为六个档位，模糊论域取为[0，5]，档位0表达输出风速最小，档位5输出最大风速。模糊论域量化为6个等级，即为：U={0，1，2，3，4，5}其模糊子集为{零（ZE），正零（PZ），正小（PS），正中（PM），正大（PB）}，风机输出从属度函数曲线如图4-8所示。图4-8风机输出从属度函数曲线Fig.4-8Fanoutputmembershipfunctioncurve当温度误差E为NB且误差变化率EC为NB时，说明车内温度远远大于设定温度且有继续增长的趋势，所以根据人们的生活经验，为了迅速减少车内温度，鼓风机应输出最大风速（PB）；当温度误差E为PB且误差变化率EV为PB时，说明车内温度远远小于设定温度且有继续减少的趋势，为了迅速升高车内的温度，风机也应输出最大风速（PB）；这样依次类推，一共的得到25条模糊控制规则，用模糊控制规则表以表的形式表达如表4-1。表4-1风机模糊控制规则表Tab.4-1FanoffuzzycontrolrulestableECUPBPSZNSNBPBPBPBPMPMPMPSPMPMPMPSPSEZPZPZZEPZPZNSPSPSPMPMPMNBPMPMPMPBPB4.3.6混合风门的模糊控制混合风门控制着汽车空调冷暖风的混合比例，它直接关系到车内温度的变化，由于是汽车空调的一个重要的受控装置。混合风门的模糊控制器的输入控制量与风机输出风速的模糊控制输入控制量相同，其模糊论域、量化等级和从属度函数的选取前面已经提过。混合风门的开度U的模糊论域取为[0，5],档位0表达最大制冷，档位5表达最大加热，模糊论域量化为六个等级，即为：U={0，1，2，3，4，5}图4-9混合风门输出从属度函数曲线Fig.4-9Mixedthrottleoutputmembershipfunctioncurve其模糊子集为：{零（ZE），正零（PZ），正小（PS），正中（PM），正大（PB）}，混合风门输出从属度函数曲线如图4-9所示。其模糊控制规则如表4-2。表4-2混合风门模糊控制规则表Tab.4-2MixedthrottlefuzzycontrolrulestableECUPBPSZNSNBPBPBPBPBPBPBPSPBPBPBPMPMEZPMPMPSPZPZNSPZPZPZZEZENBZEZEZEZEZE4.3.7风机转速与混合风门开度控制的协调风机风速和混合风门开度是实现车内温度调节的重要装置，并且对人体舒适性有很大影响。在夏季制冷时，假如只将蒸发器风机以最大风量运营，不仅噪声大，也不利于满足车内舒适性规定。而将部分冷风通过加热器，势必减少冷量运用率。因此，只有在车内负荷比较大的情况下才让风机以最大风量运营，当车内温度接近设定温度时，采用合适的控制策略，使风机和混合风门协调工作，满足舒适性规定。4.4风机调速子程序模块用SPCE061A的IOB8口作PWM输出口，可以使程序设计简朴，精度高。TAON是TimerA（APWMO）脉宽调制信号输出允许位，默认值为“0”；当TimerA的第6~9位不全为零时，TAON=1，PWM输出。P_TimerA_Data是TimerA的数据单元，写入一个计数值N后，选择一个合适的时钟源。TAOUT是TimerA的溢出信号，当TimerA的计数从N达成0xFFFF后，发生计数溢出。产生的溢出信号可以作为TimerA的中断信号被送至中断系统，同时N值将被重新载入预置寄存器，使TimerA重新开始计数。程序设计时，设立P_TimerA_Ctrl（TimerA的控制单元）图4-10风机调速子程序流程图Fig.4-10Fanspeedcontrolsubroutineflowchart4.5步进电机控制子程序模块步进电机是控制混合风门，风向风门，内外循环风门的重要机构。本设计系统将四相八拍步进电机的通断状态制成表，放到程序中，并在程序中设立一个存放当前相位的存储地址，绕组的状态由当前相位查表后进行驱动，采用软件延时的方法满足步进电机驱动频率，运用中断时间控制步进电机步数。图4-11步进电机子程序流程图Fig.4-11Steppermotorsubroutineflowchart4.6转向器控制子程序转向器是控制制冷、制热通道。化霜运营时，转向器转向制热风道，同时，将风道出口转到化霜位置，这时，从风道出口吹出的热风，对着车前玻璃，除去玻璃上的霜冻。冷、热风道最终位置的确认，依靠霍尔元件的反馈信号H1、H2的电平，当IOA14电平为低电平时，表白当前转向器转到了H1(制冷)位置；当IOA15电平为低电平时，表白当前转向器转到了H2(制热)位置。图4-12转向器控制子程序流程图Fig.4-12Steeringgearcontrolsubroutineflowchart4.7按键扫描子程序通常，按键工作方式有三种：编程扫描、定期扫描和中断扫描。设计中，采用了编程扫描的方式。为了确认按键按下，必须消除抖动的影响。采用软件消除抖动，具体为：在检测到某按键按下时，调用一个延时函数，确认转换结果是否相应着本来的按键。假如确认是本来的按键按下，则确认为真正有按键按下，从而消除了抖动的影响。图4-13键扫描子程序Fig.4-13Keyscanningsubroutine4.8按键解决程序当查询到有按键按下时，程序调用按键解决子程序。一方面要判断出键号，并按照输入的按键编号转入相应的键解决程序，S1是自动/手动，默认方式下，系统是手动工作方式，按一次S1键，工作方式变化一次。S2是温度加1键，S3是温度减1键。S4，S5是风速增减键，每按S4、S5一次风速将增、减一次。按S6键是向前吹风，按S7是向下吹风，按S8是除霜，按S9是压缩机按键，控制压缩机的启停。S10是循环方式按键，默认的循环方式是内循环方式，按一次是外循环方式，再按一次又回到内循环方式。S0是空调控制器总开关，按下的时候空调控制器开始工作。按键按下后除了驱动相应的执行机构外，还进行显示，显示送风方式、设定温度、压缩机等工作状态。图4-14按键解决子程序流程图Fig.4-14Keyshandlingroutinesflowchart单片机中应用的键盘一般都是又机械触点构成的，由于按键是机械触点，当机械触点断开、闭合时都会有抖动。这种抖动对于人来说是感觉不到的，但对计算机则是完全可以感应到的，由于计算机解决的速度是在微秒级而机械抖动的时间至少是毫秒级。为了确认按键按下，必须消除抖动的影响。按键的抖动，有硬件、软件消除抖动两种方法。本系统中，采用软件消除抖动的措施，具体为：在第一次检测到某键按下时，调用一个延时函数延时10ms后，再读取A/D转换的结果，确认转换结果是否相应着本来的按键，假如确认是本来的按键按下，则确认为真正有键按下，从而消除了抖动的影响。4.9显示子程序模块本系统的设计中作为人机对话的另一个重要部分就是显示器，硬件电路中使用四位LED作为系统的显示器，其重要完毕对温度的显示及所设定的各个参数的显示。这就是显示子程序，显示内容的寄存器存放所要显示的数值，在需要时，调用显示子程序即可，LED显示器采用动态显示方式。图4-15显示子程序流程图Fig.4-15Showsthatsubroutineflowchart4.10软件抗干扰措施采用简朴的防护性编程可大大提高甚至在某些情况下成倍提高单片机的抗干扰性能，其优点是使用方便，节约硬件成本。软件设计中常采用的方法有如下几种：（1）采用监视定期器（Watchdog）SPCE061A拥有一个由可编程定期器组成的看门狗，它必须每隔一定的时钟周期刷新一次，否则它将产生一个内部复位电路。优化程序中看门狗更新的时间并不是一个简朴的任务，它通常是在最终完毕程序之前才决定。通常应根据软件流程，对所有中断和子程序，关键性和不重要的应用程序进行计时。抱负的情况是整个程序中只刷新一次看门狗最佳，但是由于单片机的程序长，片内功能多，因此一般放在主程序中的关键地方。（2）每个一段时间简朴刷新输入/输出引脚和重要寄存器的内容，可以减少单片机工作不正常的（3）数字滤波法将连续N次信号采集值进行排序，取其平均值，作为本次采集的准确值，再进行一阶数字滤波。运用程序判别采集值是否超过正常值的范围，若超过此范围，则认为是干扰值，并进行重新采集。5技术经济分析本设计中的汽车空调自动控制系统，只需调控温度，就可以按照程序的设定，对车内环境温度进行控制。温度一次设定之后，保持恒定，风机通过设定的速度送风，来改善当前车内的温度。这样一来，驾驶人员可以免去手动控制空调的麻烦，让注意力更集中，不仅环境温度得到了改善，并且大大地减少了交通事故的发生率。此外，当环境温度在规定的范围内维持了平衡，汽车空调自动控制系统将处在最低功耗状态，既减少了噪声和环境污染，也节省了能源。此外，采用PWM技术的一个优点是从解决器到被控系统信号都是数字形式的，无需进行数模转换。让信号保持为数字形式可将噪声影响降到最小。噪声只有在强到足以将逻辑1改变为逻辑0或将逻辑0改变为逻辑1时，也才干对数字信号产生影响。这样一来，汽车室内空调的调节过程即将是一个均匀无噪声的过程，大大减少了噪声污染。由于现在中低档汽车的空调系统比较单一，并且完全是手动操作，本设计不仅可以实现对系统进行自动控制，并且模块的集成化大大减少了系统的复杂性，成本也减少很多，经济效益有了很大的提高。车内空气质量是影响现代汽车舒适性的重要因素之一,安装汽车空调自动控制系统是提高车内空气质量的重要措施之一。由于车内空气质量和空气污染的特殊性,对汽车空调功能和使用规定也具有特殊性,因此,随着人们对汽车舒适性规定的提高和技术的发展,汽车空调将对提高车内空气质量和汽车舒适性起到越来越大的作用。6结论与展望本文的重要内容是设计一种汽车空调自动控制系统，使车内温度的控制过程可以模拟人的思维、语言和行为的模糊性。通过对汽车空调室内温度调节过程的分析，设计了以凌阳SPCE061A单片机为核心的汽车空调控制系统，其控制算法采用了模糊控制，这是由于汽车空调工况顺便性和系统的非线性，使得系统数学模型的建立极为困难，难以获得满意的效果，采用模糊控制算法可以提高其控制效果，作为一种智能控制，模糊控制不需要知道被控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，所以非常合用于汽车空调这类时变、非线性、大干扰系统的控制。在设计过程中，对输入信号进行模糊化解决，进行模糊量划分、模糊表达。根据输入输出的规定对控制系统的硬件进行设计，根据模糊控制规则及输入输出接口的规定对软件进行设计。通过对车内环境的数据采集，来控制执行机构，从而调节了车内温度。尽管做了一些研究，但尚有大量的工作需要进一步。汽车空调是一个复杂的系统，控制系统应综合考虑多方面影响因素，比如压缩机的状况、进出口温度、送风温度、阀门开度等，对车室内温度都会产生影响。此外，控制设备运营状况、故障报警也是需要考虑的，并实行数字化显示。此后几年，汽车空调系统中部件的技术提高，可进一步优化车内温度的控制。比如，通过调节压缩机转速可以优化控制汽车空调的运营。目前，国内大多数汽车对压缩机的控制是启停控制，而采用变排量压缩机，系统对变排量压缩机控制的目的值是基于车内温度，通过控制压缩机的转速来修正这目的值，这样可以得到更优的控制效果。由于更多的电子控制系统在汽车中被应用，电磁兼容方面更要考虑。一方面，对外界的电磁干扰要有一定的承受能力。另一方面，自身在工作中对周边环境产生的电磁干扰不应超过某一限度。最后，电磁干扰是可以量化的。因此，在汽车空调控制系统的设计过程中，电磁兼容性的研究也是很重要的。本设计对汽车空调的温度控制系统，搭建是实验平台，但还没有实车实验，由于汽车空调使用环境的严酷性及对电气环境的特殊规定，实际实车时，还需考虑路况、车门频繁启动等相关问题，这也是需进一步完毕的工作。致谢本设计在李博老师和姜玉东老师的悉心指导和严格规定下完毕，从课题选择、方案论证到具体设计，无不凝聚着李博导师和姜玉东老师的心血和汗水，在四年的本科学习和生活期间，也始终感受着老师精心的指导和无私的关怀，我受益匪浅，在此向导师表达深深的感谢和崇高的敬意。与此同时，我还要感谢我的同学，本次设计与他们的关心和积极的鼓励是分不开的，同学们给了我最真诚的支持和帮助。在此后的生活中，我祝愿我的老师和同学们工作顺利，身体健康。参考文献[1]薛钧义.凌阳十六位单片机原理及应用[M]北京航空航天大学出版社,2023.2.[2]凌阳科技.凌阳16位单片机开发实例.北京航空航天大学出版社[M],2023.6.[3]JohnL.Hennessy.ComputerOrganizationandDesign[M].NewYork:JohnWileyandSonsInc,1993[4]胡建.单片机原理及接口技术[M].北京机械工业出版社,2023.[5]PaulR.CrayandRobertG.MeyerEdition.AnalysisandDesignofAnalogIntegratedCircuits[M].NewYork:JohnWileyandSonsInc,1993.[6]凌阳科技.多路模拟开关[J],2023,12:17～27.[7]凌阳科技.凌阳16位单片机应用基础[J],2023,12:30～47.[8]童诗白、徐振英.现代电子学及应用[M].高等教育出版社,1994.[9]BrianW.KernighanDennisM.RitchieEdition.TheCProgrammingLanguage（SecondEdition）[M].MachineryIndustryPress,2023.10.[10]曾光奇、胡均安、王东、刘春玲.模糊控制理论与工程应用[M].华中科技大学出版社,2023.8.[11]孙增圻.智能控制理论与新技术[M].清华大学出版社，广西科学技术出版社，2023.7.[12]刘迎春，叶湘滨.现代新型传感器原理及应用[M].国防工业出版社,2023.[13]吴兴惠.敏感元器件及材料[M].北京电子工业出版社,1992.[15]阎石.数字电子技术基础[M].北京高等教育出版社,2023.[16]D.DuboisandH.prade.FuzzySetsandSystems:TheoryandApplications[M].NewYork:AcademicPress[A],2023.[17]江志斌、江斌.汽车空调模糊控制的研究[J].合肥工业大学学报,1998,2:57～80.[18]仲华、唐双波等.轿车车内空温度的模糊控制[J].上海交通大学学报,2023,8:107～119.[19]江思敏、姚鹏翼、胡荣等.Protel99SE电路设计教程[M].清华大学出版社,2023.附录A译文数字电路1逻辑及逻辑门逻辑是推理的一种有组织的方法，因此，做决定或者计算或解决数据时，必须采用逻辑，在设计所有数字计算机时所采用的一种逻辑方法叫做布尔代数。它是由英国人乔治.布尔于1847年左右研究出来的。1938年麻省理工学院的一位研究助教克劳德.香农发表了一篇文章，其中论述了布尔代数如何可被用来表司在当今现代数字计算机中所用的两态（或二进制）电路。布尔代数采用三种基本运算，逻辑乘也叫做“与”函数；逻辑加也叫做“或”函数；逻辑补，也叫做“非”函数，布尔代数中的变量是二进制的，就是说，一种或一族运算的最终变量，仅能具有二值之一：1或0。变量也可被解释为真或假，是或否（非）。门何反向器是用来实现基本逻辑函数的电路，反相器是具有一个输入和一个输出的逻辑电路。门是至少具有两个输入和输出的逻辑电路。这些门和反相器是由晶体管、二极管及电阴器组成的，在现代技术中，它们总是以集成电路的形式加以封装，总是集成了从两个到数千个门和反相器在单个芯片上。在计算机中，所有的触发器、寄存器、计数器、加法器以及其他逻辑电路，都是由这些电路构成的。为了提高对在计算机中如何运用门和反相器的理解，一方面，我们必须提高对门和反相器所能执行的逻辑函数的理解，所有的输入和输出变量只能具有两个也许状态之一—真或假。由于这一点是对的，所以布尔代数对于设计师和技术人员成为有价值的工具。因此我恩可以运用布尔代数的定律和定理简化复杂的电路，并具有帮助我们理解现存的电路及系统。2逻辑变量及逻辑运算布尔代数用于解决逻辑变量。一个变量可以完全为真，也可以完全为假；部分真或部分假的值是不允许的，当一个变量不为真时，这就意味着它必须为假，相反地假如变量不为假，那么它必须为真，由于这个特性，布尔代数时特别抱负地合适于具有两个状态或值[如YES（是）及NO（否）]的变量中，它也特别适合于具有两个值1或0(即二进制)的数系中。变量是指一个由符号所代表的量，例如，B（变量）可以代表波勃（Bob）是否存在，B有两个值；假如波勃在，则B等于“真”；假如波勃不在，则B等于“假”，注意波勃并不是变量；B是代表波勃是否存在的变量。开关是特适合于代表任何两态变量的值的，由于它仅能处在“断开”或“接通”状态。很明显，一个闭合的开关还可以代表诸如真、是、（1）、高、通过等；而一个打开的开关可以代表假、否、（0）、低、不通过等。仅有三种基本的逻辑运算：合取（逻辑积），通常叫做“与”，用符号（·）表达。析取（逻辑和），通常叫做“或”，用符号（+）表达反，通常叫做“非”，用符号（’）或（-）表达。这些运算是由逻辑电路执行，在计算机内部的所有功能均可由这三种基本逻辑运算的组合来实现。3“与”函数“与”函数可以用下面的类推的方法加以说明。A组成员是Bob、Charley及Dick。注意，在该组中名字是由逻辑乘（“与”）结合起来的。这意味着，A等于Bob。Charley及Dick在场，这可以用符号表达为：A=B·C·D当B为真（Bob在场），“与”C为真（Charley在场），“与”D为真（Dick在场）时A为真（A组在场）。假如该成员中的任何一人（或多人）缺席时，则A不为真。所以串联联结的开关产生“与”函数。图1-1示出了二输入端“与”门的逻辑符号。当A为真与B为真时，就产生函数（A·B）。为了说明在一个逻辑门的输入端及输出端也许存在的所有条件，可运用真值表。由于有两个输入端，并且每个输入端有两个也许的状态（真或假