基于CAN總線的汽車空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明書.doc

目 錄摘 要Abstract第1章 緒 論1第2章 汽車空調(diào)系統(tǒng)工作原理4第3章 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6第4章 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)21第5章 總結(jié)與展望27參考文獻(xiàn)28附 錄29致 謝38I基于CAN總線的汽車空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要本文對(duì)汽車空調(diào)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì),先介紹了汽車空調(diào)控制系統(tǒng)的基本工作原理和總成結(jié)構(gòu),然后利用CAN總線構(gòu)成控制系統(tǒng)，接著選擇了8051單片機(jī)，SJA1000控制器，PCA825C250驅(qū)動(dòng)器,再然后進(jìn)行了電源、顯示、按鍵、CAN節(jié)點(diǎn)等電路設(shè)計(jì)，最后進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。軟件的程序編寫是用C語言，使用模塊化的理念，大大簡化了程序的編寫。關(guān)鍵詞：汽車空調(diào);CAN總線；硬件電路；軟件設(shè)計(jì)IIIDesign 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第1章 緒 論1.1 課題背景及意義近年來，隨著國內(nèi)汽車市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，汽車工業(yè)發(fā)展迅速。與此同時(shí)，汽車行業(yè)的競(jìng)爭也越來越激烈。汽車用戶體驗(yàn)在競(jìng)爭中起著重要的作用，而汽車空調(diào)作為用戶體驗(yàn)的指標(biāo)之一，不可避免地受到各大汽車企業(yè)的關(guān)注和研究。汽車空調(diào)是一種調(diào)節(jié)汽車內(nèi)部空氣的裝置，改善空調(diào)的一個(gè)方面是以往的汽車空調(diào)只能實(shí)現(xiàn)制冷和供暖功能，但現(xiàn)在隨著人們對(duì)舒適性要求的不斷提高和技術(shù)的不斷提高，許多高端汽車空調(diào)還可以實(shí)現(xiàn)其他許多功能，如：汽車的內(nèi)部空氣溫度、濕度、速度、空氣潔凈度在人體舒適性范圍中得到調(diào)節(jié)。另一個(gè)改進(jìn)的方面是空調(diào)系統(tǒng)的控制方式。過去，我國這方面的發(fā)展較晚，電子化程度遠(yuǎn)低于國外，因此空調(diào)控制采用人工機(jī)械控制。人工控制的主要不良影響有兩種：一是手動(dòng)控制不能及時(shí)、準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)溫度，影響乘客乘坐汽車的經(jīng)驗(yàn)；二是手動(dòng)控制要求駕駛員操作。這會(huì)影響到司機(jī)的注意力，也會(huì)影響到司機(jī)的安全。隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代車輛上的電子設(shè)備和控制單元急劇增加，各個(gè)控制單元對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間也有不同的要求。有些控制單元要求很高的實(shí)時(shí)性，因?yàn)槿绻到y(tǒng)的命令不及時(shí)響應(yīng)，就會(huì)產(chǎn)生非常嚴(yán)重的后果，甚至對(duì)人造成嚴(yán)重的影響，如安全氣囊的控制。剎車、防抱死控制等.而且有些控制單元對(duì)實(shí)時(shí)性的要求不高，如空調(diào)控制、照明控制等，使以往的獨(dú)立控制不能滿足要求。在上述研究的基礎(chǔ)上，現(xiàn)代車輛控制系統(tǒng)進(jìn)行了很多改進(jìn)，其中當(dāng)然包括空調(diào)控制系統(tǒng)。因此，CAN總線技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。現(xiàn)代汽車通過CAN總線網(wǎng)絡(luò)連接各種控制單元，不僅簡化了線束連接，而且使系統(tǒng)更加可靠。就CAN總線技術(shù)而言，在現(xiàn)代汽車中的應(yīng)用較好。國外著名的汽車制造商，如寶馬、法拉利、悍馬、大眾、瑪莎拉蒂、梅賽德斯-奔馳等，已經(jīng)在產(chǎn)品中采用了CAN總線技術(shù)?？傊?，一套基于CAN總線的空調(diào)控制系統(tǒng)對(duì)于提高汽車市場(chǎng)競(jìng)爭力具有重要意義。因此，本文研究了CAN總線技術(shù)和空調(diào)系統(tǒng)的控制原理，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的硬件和軟件。設(shè)計(jì)了一套可靠的汽車空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)1。1.2 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r近些年國內(nèi)汽車空調(diào)控制系統(tǒng)已經(jīng)有了一些很大的進(jìn)步,但相較于國外來說，整體的設(shè)計(jì)和制造水平還是偏低在。在80年代末90年代初，汽車空調(diào)才算是正式在我國開始步入正軌。管理信息系統(tǒng)近些年來逐步在我國開始普及，國內(nèi)許多廠家開始了對(duì)適合各自企業(yè)發(fā)展信息管理系統(tǒng)進(jìn)行引進(jìn)的嘗試。舉例說明：上海德爾福汽車空調(diào)系統(tǒng)有限公司就引進(jìn)了產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)IPMPDM，并且該公司通過對(duì)此系統(tǒng)的應(yīng)用，統(tǒng)一了管理了管理產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息和工藝信息，使該公司擁有了技術(shù)先進(jìn)的工程信息數(shù)據(jù)庫，通過ERP系統(tǒng)的管理信息數(shù)據(jù)庫與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行資源共享，并進(jìn)行有效信息的交換，最終實(shí)現(xiàn)了公司CIMS的總體規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)，并使公司進(jìn)入了信息化時(shí)代。盡管如此，汽車空調(diào)在我國發(fā)展的時(shí)間還是太短，國內(nèi)大部分汽車空調(diào)廠家不具有很強(qiáng)的設(shè)計(jì)力量，技術(shù)水平又落后，所以普遍存在差、散、亂、的3種現(xiàn)狀。對(duì)于國內(nèi)主要幾家汽車空調(diào)廠而言，他們?nèi)匀惶幱诜轮茋饪照{(diào)系統(tǒng)的階段。為了提高技術(shù)水品，國內(nèi)部分廠家首先引進(jìn)了UG，Catia等三維設(shè)計(jì)軟件，但由于設(shè)計(jì)人員基本上對(duì)蒸發(fā)器、暖風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)沒有完整的認(rèn)識(shí)及開發(fā)能力，所以對(duì)于這些軟件的使用效率非常低。在組裝方面，我國汽車空調(diào)主要依賴CKD組裝。但是汽車工業(yè)發(fā)展迅猛，導(dǎo)致市場(chǎng)對(duì)高性能、高質(zhì)量汽車空調(diào)的需求量越來越大。因?yàn)榇蠖鄶?shù)企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平比較低，不能滿足這個(gè)需求，所以很多企業(yè)從國外引進(jìn)成套生產(chǎn)設(shè)備和先進(jìn)技術(shù)，也有很多地方開始引進(jìn)外資，進(jìn)行汽車空調(diào)項(xiàng)目合作。為了積極推動(dòng)汽車空調(diào)的國產(chǎn)化進(jìn)程,國內(nèi)各大汽車空調(diào)廠商與各高等學(xué)校進(jìn)行合作,鼓勵(lì)國內(nèi)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行獨(dú)立研究,以此來盡快掌握屬于我們自己的蒸發(fā)器、鼓風(fēng)機(jī)和暖風(fēng)機(jī)的開發(fā)技術(shù)。從戴姆勒制造出第一輛汽車以來，人們對(duì)汽車的開發(fā)已經(jīng)有了110年的歷史。由于剛開始設(shè)計(jì)的汽車比較簡單，使得乘坐這種汽車的人們夏天汗流滿面，冬天手腳發(fā)麻。在研制出汽車加熱裝置和汽車空調(diào)設(shè)備之后,人們就開始乘坐裝有空調(diào)的汽車了。美國人是這些設(shè)備的最先體驗(yàn)者，例如，早在上世紀(jì)30年代時(shí)，當(dāng)時(shí)的汽車廠商就可以根據(jù)客戶的要求給汽車安裝加熱裝置了。而歐洲是在1950年才制造出第一輛安裝有加熱裝置的汽車。這臺(tái)汽車的加熱裝置還帶有電子新鮮空氣送風(fēng)機(jī)，是由貝洱公司提供的。1963年，德國的一個(gè)卡車制造公司于自己的貨車上安裝了送風(fēng)和加熱裝置。1953年，美國某公司在行李箱上安裝了蒸發(fā)器，這是空調(diào)第一次作為一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)，后來又將蒸發(fā)器和通風(fēng)管道結(jié)合在了儀表板內(nèi)。汽車空調(diào)在30年多的發(fā)展過程中經(jīng)歷了很多改變。1971年，加熱和空調(diào)裝置集成一體的裝置首次問世。1981年，第一臺(tái)可以分開控制的空調(diào)被制造出，駕駛員和乘客都可以根據(jù)自身的需求來調(diào)節(jié)氣溫。1994年又開發(fā)出了可以左右分開調(diào)控空氣量的空調(diào)。如果仍然遵循溫度單獨(dú)調(diào)控原理，也可以把后排與前排乘客分開各自調(diào)控自己需要的溫度。到現(xiàn)在為止，把第二個(gè)空調(diào)裝置安裝在后排，已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)我們所想的四區(qū)空調(diào)裝置2。1.3 汽車空調(diào)的特點(diǎn)及其控制系統(tǒng)的難點(diǎn)對(duì)于汽車空調(diào)來說，它和建筑內(nèi)的空調(diào)有著很大的不同。首先，汽車在工作時(shí)它是不停地移動(dòng)的，因而外界環(huán)境氣候也會(huì)隨時(shí)變化，車外的溫度變化會(huì)很大，這就導(dǎo)致在進(jìn)行車外設(shè)計(jì)時(shí)我們無法得到一個(gè)確定的參數(shù)值。其次，由于汽車是需要載客的，載客多了產(chǎn)生的熱量就會(huì)很多，車內(nèi)空間又是固定的而且比較小，因此對(duì)汽車空調(diào)的制冷能力有很大的要求，無論是駕駛員還是乘客，在進(jìn)入車內(nèi)時(shí)往往會(huì)第一時(shí)間打開空調(diào)，并且希望在短時(shí)間內(nèi)就能享受到空調(diào)效果；而汽車在開啟空調(diào)時(shí)車內(nèi)的溫度又很高，這幾種因素導(dǎo)致汽車空調(diào)必須有著極大的工作負(fù)荷，才能讓車內(nèi)溫度迅速滿足乘客的需求。因此，從工作負(fù)荷方面來講，汽車空調(diào)機(jī)組的工作負(fù)荷應(yīng)該比建筑內(nèi)的空調(diào)大。除此之外，汽車通常情況下是高速行駛的，與外界環(huán)境接觸時(shí)間長，而且車身隔熱困難，門窗所占汽車比例又大，所以車內(nèi)溫度變化頻繁。還有許多復(fù)雜的情況，例如：汽車長時(shí)間暴露在太陽直射下(或風(fēng)雪下)，進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷(或冷負(fù)荷)比一般室內(nèi)的要大得多；夏天汽車停在烈日下時(shí)間過長，車內(nèi)溫度甚至?xí)仙?0以上。汽車所在的外界環(huán)境復(fù)雜多變，很有可能會(huì)十分的惡劣，這些環(huán)境因素往往會(huì)影響到汽車電子裝置的性能，甚至使某些裝置損壞而不能工作。因此與一般的空調(diào)控制系統(tǒng)相比，汽車空調(diào)控制系統(tǒng)有其特殊的要求：第一，要能夠保證汽車在外界溫度和濕度的考驗(yàn)下還可以正常工作。通常汽車外部的環(huán)境溫度最高為50，最低為-40，但汽車內(nèi)部各零件卻有著各不相同的最佳工作溫度。第二，汽車空調(diào)對(duì)其承受沖擊和振動(dòng)的能力有一定的要求。如果汽車行駛在狀況很糟糕的路面上，汽車各零部件必須承受住較大的振動(dòng)和沖擊力。第三，要滿足電氣環(huán)境要求，汽車電源波動(dòng)和瞬時(shí)過電壓等將形成較壞的電氣環(huán)境。 1.4 課題的提出與研究內(nèi)容隨著汽車制造商越來越重視汽車空調(diào)，對(duì)汽車空調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究就顯得尤為重要了。如今，廣大汽車廠商與汽車使用者已經(jīng)普遍認(rèn)可了汽車空調(diào)是用戶乘坐舒適性的重要指標(biāo)之一。完善的汽車空調(diào)系統(tǒng)可以對(duì)車內(nèi)空氣的溫度、濕度、清潔度、風(fēng)速、通風(fēng)等進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，提高了乘坐舒適度，減少疲勞，為安全駕駛提供了一定的保證。以CAN總線構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，單片機(jī)為控制核心構(gòu)成的汽車空調(diào)控制系統(tǒng)，其硬件簡單，軟件豐富，性能優(yōu)良，運(yùn)行穩(wěn)定可靠且成本低。設(shè)計(jì)要求如下： 了解并學(xué)習(xí)CAN總線及其原理 簡介汽車空調(diào)的基本工作原理 對(duì)空調(diào)控制系統(tǒng)進(jìn)行硬件設(shè)計(jì) 對(duì)空調(diào)控制系統(tǒng)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)38第2章 汽車空調(diào)系統(tǒng)工作原理2.1 汽車空調(diào)的總成結(jié)構(gòu)空氣調(diào)節(jié)器，簡稱為空調(diào)。它主要的功能是調(diào)節(jié)室內(nèi)的空氣，使空氣的溫度、濕度、流速、和潔凈度等達(dá)到人體所需要的舒適范圍。汽車空調(diào)是空氣調(diào)節(jié)器的一個(gè)重要分支，屬于舒適性空調(diào)，它是為了車室內(nèi)或駕駛室內(nèi)的空氣質(zhì)量和數(shù)量達(dá)到舒適性標(biāo)準(zhǔn)而進(jìn)行調(diào)節(jié)的裝置。汽車空調(diào)一般由制冷系統(tǒng)、暖風(fēng)系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)以及空氣凈化系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等幾個(gè)部分組成，具體可以通過六個(gè)受控裝置來控制，它們分別是膨脹閥、鼓風(fēng)機(jī)、儲(chǔ)液干燥器、壓縮機(jī)、冷凝器和蒸發(fā)器。各部件主要功用：壓縮機(jī)：提高制冷劑的壓力，促使其在冷凝器中液化放熱，并且作為動(dòng)力源，促使制冷劑在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)流動(dòng)。它是空調(diào)系統(tǒng)的心臟。冷凝器：將高溫高壓氣態(tài)制冷劑冷卻為高溫高壓液態(tài)制冷劑。儲(chǔ)液干燥器：過濾制冷劑中的水分和雜質(zhì)，儲(chǔ)存制冷劑，保障制冷劑不間斷地輸送到膨脹閥。膨脹閥：通過節(jié)流將高溫高壓液態(tài)制冷劑變?yōu)榈蜏氐蛪阂簯B(tài)制冷劑。蒸發(fā)器：低溫低壓液態(tài)制冷劑在蒸發(fā)器里吸熱，進(jìn)行熱交換，變成低溫低壓氣態(tài)制冷劑。鼓風(fēng)機(jī)：將冷卻后的空氣不斷吹入車廂?，F(xiàn)代汽車空調(diào)系統(tǒng)總成一般是采用冷暖完全合一型，其風(fēng)道系統(tǒng)如圖2.1所示。2車內(nèi)進(jìn)風(fēng)1車外進(jìn)風(fēng)3內(nèi)外循環(huán)風(fēng)門 4鼓風(fēng)機(jī)5混合風(fēng)門6制冷蒸發(fā)器9除霜風(fēng)口10下吹風(fēng)口7暖風(fēng)散熱器11前吹風(fēng)口8風(fēng)向風(fēng)門圖2.1 汽車空調(diào)結(jié)構(gòu)2.2 汽車空調(diào)系統(tǒng)基本工作原理汽車空調(diào)制冷工作原理：從蒸發(fā)器流出的低壓、低溫的制冷劑蒸汽，經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后，成為高壓、 氣體，然后進(jìn)入冷凝器。在汽車空調(diào)調(diào)節(jié)器中，均采用容積式壓縮機(jī)。經(jīng)壓縮機(jī)排出的高溫制冷劑氣體進(jìn)入冷凝器內(nèi)，與外部的冷卻介質(zhì)進(jìn)行熱交換，其自身放出熱量，發(fā)生相變，最終成為液態(tài)制冷劑流出冷凝器。膨脹閥對(duì)制冷劑節(jié)流降壓，在降壓的同時(shí)使制冷劑降溫。制冷劑在流經(jīng)膨脹閥時(shí)一部分液體成為氣體。膨脹閥還起到控制制冷劑流量的作用，以保持冷凝器中制冷劑壓力高于蒸發(fā)器內(nèi)制冷劑壓力。蒸發(fā)器是輸出冷量的設(shè)備。節(jié)流后的制冷劑液體流經(jīng)蒸發(fā)器時(shí)，吸收車室內(nèi)空氣的熱量，液體氣化吸熱，從而達(dá)到制冷的目的，獲得降溫的效果。制冷劑經(jīng)蒸發(fā)器后已變成低溫低壓氣態(tài)，再經(jīng)壓縮機(jī)壓縮，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)制冷3。下圖2.2為基本工作原理圖。圖2.2 空調(diào)系統(tǒng)基本工作原理圖第3章 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)本文是研究基于CAN總線的汽車空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在本系統(tǒng)中以中央節(jié)點(diǎn)為中心，多個(gè)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)節(jié)點(diǎn)和信號(hào)采集節(jié)點(diǎn)掛接在CAN總線上，以此來完成信息的交互和命令的執(zhí)行。下圖3.1為該控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖。3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.2 主要元件的選取3.2.1 單片機(jī)選擇單片機(jī)又可以看做微型計(jì)算機(jī)，它是由微處理器、一定容量的RAM和ROM以及I/O口、定時(shí)器等電路集成在一塊芯片上構(gòu)成的。一個(gè)單片機(jī)好壞決定了整個(gè)系統(tǒng)快慢。目前，單片機(jī)對(duì)于我們來說不應(yīng)該是陌生的東西了。因?yàn)樗缇捅椴剂宋覀兊闹車?。不僅是在我們的生活中，還有工業(yè)領(lǐng)域，醫(yī)療領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)領(lǐng)域等等都離不開單片機(jī)。那么當(dāng)然，汽車也是如此。那么車用單片機(jī)又有什么不一樣的呢？車用單片機(jī)不同于一般的消費(fèi)用單片機(jī)，其最大區(qū)別在于車用單片機(jī)經(jīng)常會(huì)被要求在極苛刻的環(huán)境下運(yùn)行。例如可能要工作在-40到+120的環(huán)境中，這就要求車用單片機(jī)需要有穩(wěn)定性和可靠性。本設(shè)計(jì)使用到的MCU選用8位單片機(jī)，型號(hào)為8051。至于為什么選用這款單片機(jī),在這里我簡單說明一下。首先由于該款單片機(jī)出貨量大，因此成本低，并且該單片機(jī)的功能也滿足本設(shè)計(jì)的需求。再者，它的指令簡單，很容易讓人學(xué)會(huì)。還有它的外圍電路簡單，硬件設(shè)計(jì)方便。還有許多優(yōu)點(diǎn)在此就不一一說明了。因此這款單片機(jī)適合采用。1981年，英特爾公司推出了以MCS-51為內(nèi)核的8位微處理器，8051單片機(jī)。8051單片機(jī)包含以下部件：（1） 一個(gè)8位微處理器CPU。（2） 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM和特殊功能寄存器SFR。（3） 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器ROM。（4） 兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0、T1，可用作定時(shí)器，也可用以對(duì)外部脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。（5） 四個(gè)8位可編程的并行I/O端口，每個(gè)端口既可作輸入，也可作輸出。（6） 一個(gè)串行端口，用去數(shù)據(jù)的串行通信。（7） 中斷控制系統(tǒng)。（8） 內(nèi)部時(shí)鐘電路。8051單片機(jī)的引腳分布圖如圖3.2所示：圖 3.2 8051引腳分布圖單片機(jī)的40個(gè)引腳大致可分為4類：電源、時(shí)鐘、控制和I/O引腳。電源:VCC-芯片電源，接+5V；VSS-接地端；時(shí)鐘:XTAL1、XTAL2-晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端?？刂凭€:控制線共有4根 ALE/PROG:地址鎖存允許/片內(nèi)EPROM編程脈沖ALE功能：用來鎖存P0口送出的低8位地址PROG功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖。PSEN:外ROM讀選通信號(hào)。RST/VPD:復(fù)位/備用電源。 RST（Reset）功能：復(fù)位信號(hào)輸入端。VPD功能：在Vcc掉電情況下，接備用電源。EA/Vpp:內(nèi)外ROM選擇/片內(nèi)EPROM編程電源。EA功能：內(nèi)外ROM選擇端。 Vpp功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，施加編程電源Vpp。I/O線8051共有4個(gè)8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32個(gè)引腳。P3口還具有第二功能，用于特殊信號(hào)輸入輸出和控制信號(hào)（屬控制總線）。8051系列單片機(jī)最大特點(diǎn)就是他有4個(gè)復(fù)用的接口它們分別為圖中P0系列接口，P1系列接口，P2系列，P3系列，每個(gè)系列接口都有8個(gè)接口。下面介紹下各個(gè)接口的功效:P0定義為數(shù)據(jù)地址復(fù)用線，具體可以根據(jù)具體情況選擇到底是用作傳送數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)線，還是用作傳輸?shù)刂返牡刂房偩€。但是，這樣使用的前提是單片機(jī)需要外接存儲(chǔ)器或其他控制器的功用，當(dāng)不接外部儲(chǔ)存器亦可以可用于通用I / O，但作為輸入或輸出的內(nèi)部裸露電阻應(yīng)連接至外部上拉電阻。P1端口僅用于I / O端口：內(nèi)部有一個(gè)上拉電阻。P2的功效和之前p0接口相同也是數(shù)據(jù)地址復(fù)用線，也可以用作接I/O接口，但是不可以接那種內(nèi)部有一個(gè)上拉電阻。P3有兩個(gè)功能，一方面他可以作為數(shù)據(jù)地址的復(fù)用線。另一方面它也作為控制總線這個(gè)功能是由特殊寄存器設(shè)置。3.2.2 CAN控制器的選擇CAN控制器是CAN局域網(wǎng)控制器的簡稱，它是一種串行數(shù)據(jù)通信總線，開發(fā)出它的目的在于實(shí)現(xiàn)了汽車上許多部件之間的數(shù)據(jù)交換4。CAN控制器用于實(shí)現(xiàn)CAN總線的協(xié)議底層以及數(shù)據(jù)鏈路層，用于生成CAN幀并以二進(jìn)制碼的方式發(fā)送，在這個(gè)過程中進(jìn)行位填充、添加CRC校驗(yàn)、應(yīng)答檢測(cè)等操作；將接收到的二進(jìn)制碼進(jìn)行解析并接受，在此過程中進(jìn)行收發(fā)對(duì)比、去位填充、執(zhí)行CRC校驗(yàn)的操作。除此以外還要進(jìn)行沖突判斷、錯(cuò)誤處理的其他任務(wù)。CAN控制器分為兩類：獨(dú)立CAN控制器和集成于微處理器中的CAN控制器。在前面我們選擇了8051單片機(jī)，而該單片機(jī)不帶有CAN控制器，所以選擇獨(dú)立CAN控制器。目前市場(chǎng)上主流的 獨(dú)立CAN 控制器有兩種：MCP510和SJA1000。MCP510出現(xiàn)的時(shí)間比SJA1000晚，因而它的性能比較強(qiáng)大，但隨之帶來的問題是它比SJA1000復(fù)雜，而在本設(shè)計(jì)中只需要簡單地對(duì)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行控制，所以本人選擇了既簡單又可以滿足本設(shè)計(jì)需求的SJA1000.下面簡單介紹下它。SJA1000是Philips公司生產(chǎn)的一種獨(dú)立CAN控制器，用于控制移動(dòng)目標(biāo)和工業(yè)環(huán)境中的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)。它全面兼容CAN2.0B協(xié)議，同時(shí)支持11位和29位標(biāo)識(shí)碼，位速率可達(dá)1Mbits/S。SJA1000有兩種工作模式：BasicCAN模式和PeliCAN模式。SJA1000的主要硬件組成及各自的職能：接口管理邏輯（IML）：負(fù)責(zé)解釋來自CPU的命令，控制 CAN 寄存器的尋址，向主控制器（CPU）提供中斷信息和狀態(tài)信息。發(fā)送緩沖器（TXB）：是CPU 和位流處理器（BSP）之間的接口，負(fù)責(zé)存儲(chǔ)發(fā)送到CAN總線上的一條完整的報(bào)文。發(fā)送緩沖器的長度為13個(gè)字節(jié)，由CPU寫入、位流處理器讀出。接收緩沖器（RXB、長度為13個(gè)字節(jié)）：是驗(yàn)收濾波器和 CPU之間的接口，用來存儲(chǔ)從CAN總線上接收并被確認(rèn)的信息。作為接收FIFO（RXFIFO，長度為64字節(jié)）的一個(gè)窗口，接收緩沖器可被CPU訪問。CPU在接收FIFO的支持下，可以在處理一條報(bào)文的同時(shí)接收其他報(bào)文。驗(yàn)收濾波器（ACF）：將一條接收到的報(bào)文標(biāo)識(shí)碼與驗(yàn)收濾波器中的預(yù)設(shè)值相比較，以決定是否接收這條報(bào)文。在純粹的接收測(cè)試中，所有的報(bào)文都保存在接收FIFO中，但只有驗(yàn)收濾波通過且無差錯(cuò)的報(bào)文，才能被保存在接收緩沖器中。 位流處理器（BSP）：是一個(gè)控制發(fā)送緩沖器、接收FIFO和CAN總線之間數(shù)據(jù)流的程序裝置。它還執(zhí)行總線上的錯(cuò)誤檢測(cè)、仲載、總線填充和錯(cuò)誤處理。位時(shí)序邏輯（BTL）：監(jiān)視串行的CAN總線和位時(shí)序。它在信息開頭“弱勢(shì)支配”的總線傳輸時(shí)，同步CAN總線位流（硬同步），接收?qǐng)?bào)文時(shí)再次同步下一次傳送（軟同步）。錯(cuò)誤管理邏輯（EML）：負(fù)責(zé)限制傳輸層模塊的錯(cuò)誤。它接收來自位流處理器的出錯(cuò)報(bào)告，然后把有關(guān)錯(cuò)誤統(tǒng)計(jì)告訴位流處理器和接口管理邏輯（IML）。SJA1000的芯片原理圖如下圖所示：圖 3.3 SJA1000芯片原理圖SJA1000一共有28個(gè)引腳，8個(gè)數(shù)據(jù)地址復(fù)用線可以與之前選的8051系列單片機(jī)直接連接。具體的引腳如下圖所示：圖 3.4 SJA1000引腳圖3.2.3 CAN驅(qū)動(dòng)器選擇CAN驅(qū)動(dòng)器是 CAN 控制器與物理總線之間的接口，它的職能主要是在物理層方面。首先它將控制器發(fā)送的信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)變，使得此信號(hào)符合物理層標(biāo)準(zhǔn)，然后在將此信號(hào)放大以及傳輸。另外，由于總線上發(fā)送過來的信號(hào)不能直接被控制器接收，所以它需要將信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娖叫盘?hào)5。市面上現(xiàn)在存在的CAN收發(fā)器主要是飛利浦公司的PCA82C250系列，基于JFET結(jié)構(gòu)（PCA82C250系列的升級(jí)版）TJA1040系列，IT公司的SN65HVD251系列和Freescale公司的MC33901系列。這些驅(qū)動(dòng)器都能滿足本設(shè)計(jì)的要求，但是后面幾種是近幾年才出現(xiàn)的，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，而且太熟悉，加上PCA82C250能夠和SJA1000很好的兼容，所以選擇了PCA82C250CAN驅(qū)動(dòng)器。下圖是它的引腳圖：圖 3.5 PCA82C250引腳圖PCA82C250工作原理：PCA82C250主要是通過發(fā)送數(shù)據(jù)的串行輸入線TXD端口接收控制器發(fā)來的串行信息，再將串行數(shù)據(jù)發(fā)送到達(dá)驅(qū)動(dòng)器上，通過驅(qū)動(dòng)器和連個(gè)三極管實(shí)現(xiàn)差動(dòng)的發(fā)送高低電平，高電壓流到CANH，低的則到CANL上。CANH與CANL就是負(fù)責(zé)高低電流的輸入和輸出，其兩個(gè)端口就是接到總線上的。在接收總線來的消息時(shí)，高低電壓主要經(jīng)過接收器譯碼成串行數(shù)據(jù)，再通過輸出端口RXD輸出6。引腳Rs主要是控制收發(fā)器的工作方式不同的電流下有不同的工作方式，當(dāng)RS電流為VCC接口上的0.75倍時(shí)，收發(fā)器處于待機(jī)狀態(tài)。當(dāng)電流為10微安到200微安時(shí)，處于斜率控制狀態(tài)。而當(dāng)Rs端電流大于0.3倍的VCC時(shí)，收發(fā)器處于高速狀態(tài)。3.3 主要電路設(shè)計(jì)3.3.1 電源電路穩(wěn)定的電源對(duì)于汽車儀表系統(tǒng)來說非常重要,在現(xiàn)代的微型汽車中,蓄電池是汽車儀表系統(tǒng)電源的最主要的電力來源7。蓄電池正常能夠提供12V的電壓，然而在本文的設(shè)計(jì)中所選取的微控制器、CAN的收發(fā)器等元件所需要的供電電壓為5V。因此為了達(dá)到5V電壓的需求，我們需要設(shè)計(jì)一個(gè)穩(wěn)定的電源電壓輸出電路。在汽車儀表工作過程中，電源需供給穩(wěn)定的電壓，才能確保儀表系統(tǒng)工作穩(wěn)定、及時(shí)、精確。在這里我們采用了比較常見的電路芯片7805將12V轉(zhuǎn)換為5V，它的實(shí)物圖如圖3.6所示：圖 3.6三穩(wěn)壓集成電路芯片7805為了達(dá)到減少振動(dòng)和噪聲,我們?cè)陔娐分薪恿巳ヱ铍娙荨７唇佣O管的目的是防止短路，起到保護(hù)電源電路的作用。電源模塊電路如下：圖 3.7電源電路模塊3.3.2 顯示模塊電路顯示模塊主要顯示車內(nèi)溫度。本系統(tǒng)使用帶背光的RT-1602C液晶顯示屏。1602液晶顯示器也叫1602字符型液晶顯示器，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣型液晶顯示器，它由若干個(gè)57或者511等點(diǎn)陣字符組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符。每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔 ，起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱?，所以他不能顯示圖形。1602LCD是指顯示的內(nèi)容為16X2,即可以顯示兩行，每行16個(gè)字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。目前市面上字符液晶絕大多數(shù)是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780寫的控制程序可以很方便地應(yīng)用于市面上大部分的字符型液晶顯示器8。1602LCD的特性：1、+5V電壓，對(duì)比度可調(diào)。2、內(nèi)含復(fù)位電路。3、提供各種控制命令,如：清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能。4、有80字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器DDRAM。5、內(nèi)建有160個(gè)57點(diǎn)陣的字型的字符發(fā)生器CGROM。6、8個(gè)可由用戶自定義的5X7的字符發(fā)生器CGRAM。字符型LCD1602通常有14條引腳線或16條引腳線的LCD，多出來的2條線是背光電源線VCC(15腳)和地線GND(16腳)9。顯示屏1602的液晶接口及引腳1602液晶顯示屏具體引腳如圖3.8所示。引腳功能見表3.1。圖3.8 1602液晶顯示屏接口圖表3.1 1602具體原理表格以及引腳對(duì)應(yīng)：引腳號(hào)引腳名電平輸入/輸出作用1Vss電源地2Vcc電源（+5V）3Vee對(duì)比調(diào)整電壓4RS0/1輸入0-輸入指令1-輸入數(shù)據(jù)5R/W0/1輸入0-向LCD寫入指令數(shù)據(jù)1-從LCD讀取數(shù)據(jù)6E1輸入使能信號(hào)，1時(shí)讀取信息10執(zhí)行指令7DB00/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line0（最低位）8DB10/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line19DB20/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line210DB30/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line311DB40/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line412DB50/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line513DB60/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line614DB70/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line7（最高位）15A+VccLCD背光電源正極16K接地LCD背光電源負(fù)極3.3.3 按鍵輸入電路本系統(tǒng)中需要8個(gè)按鍵，分別為啟動(dòng)鍵、風(fēng)向鍵1（吹臉）、風(fēng)向鍵2（吹腳）、除霜鍵、內(nèi)循環(huán)、外循環(huán)以及“+”、“-”按鍵。這些按鍵直接接在8051的通用輸入輸出口P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4、P1.5、P1.6、P1.7上，當(dāng)某一個(gè)開關(guān)閉合，電路導(dǎo)通，所接的端口置為高電位。具體的電路圖如下所示:圖3.9 按鍵輸入電路圖3.3.4 8051單片機(jī)最小系統(tǒng)電路單片機(jī)的最小系統(tǒng)是基于單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的核心部分,是整個(gè)系統(tǒng)能否正常運(yùn)行的關(guān)鍵。隨著目前單片機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展,最小系統(tǒng)的定義也在不斷的變化。按照字面理解,單片機(jī)最小系統(tǒng)是指使單片機(jī)上電之后能夠正常自動(dòng)運(yùn)行,預(yù)先由用戶燒寫在程序存儲(chǔ)器中代碼的最小硬件構(gòu)成,因此一般的單片機(jī)最小系統(tǒng)通常由以下幾個(gè)部分構(gòu)成：單片機(jī)最小系統(tǒng)=電源+復(fù)位電路+時(shí)鐘電路+單片機(jī)也有的人愿意把LED指示燈、數(shù)碼管或是按鍵等加入進(jìn)去構(gòu)成最小系統(tǒng),當(dāng)然根據(jù)需要來設(shè)計(jì)自己的系統(tǒng)是沒問題的。以前單片機(jī)的片內(nèi)資源還不是很豐富的時(shí)候,所謂的最小系統(tǒng)也是很大的。比如 Intel的8031很流行時(shí),最小系統(tǒng)至少還要包括一片ROM芯片,因?yàn)?031本身是沒有內(nèi)置ROM的。而現(xiàn)在的一些單片機(jī),有的已經(jīng)把上電復(fù)位電路集成在了片內(nèi),因此復(fù)位電路也可以省去了10。本設(shè)計(jì)最小系統(tǒng)電路如下圖所示：圖 3.10 8051最小系統(tǒng)電路P0.0到P0.7的功能為地址與數(shù)據(jù)復(fù)用線,故將其與AD0到AD7相連;用于和CAN通信的IO端口：P2.0、P2.1、P2.2、P2.3，分別接SJA1000的、ALE。3.3.5 CAN收發(fā)接口電路根據(jù)SJA1000和CAN控制器的引腳功能將他們連起來接入到CAN總線上。SJA1000內(nèi)部自帶時(shí)鐘，只需要在XTAL1與XTAL2之間相接一個(gè)諧振器和電容就能產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)。在CAN控制器的RS接口上接了一個(gè)電阻大小可調(diào)的斜率電阻后再與電源相連，目的是為了根據(jù)傳輸?shù)乃俣茸龀稣{(diào)整。另外收發(fā)器也不是直接將CANH、CANL直接接入CAN總線中，需要在兩者之間串聯(lián)個(gè)電阻，起到保護(hù)電路的作用。控制器上還需要有復(fù)位電路，這里我直接將其接一個(gè)電容后接地。其余引腳均可對(duì)應(yīng)著其功能或者相應(yīng)的字母相互連接即可，這里不再一一說明。SJA1000和PCA82C250的連接電路如圖3.11所示：圖 3.11 CAN收發(fā)接口電路3.3.6 信號(hào)采集節(jié)點(diǎn)電路本系統(tǒng)有三個(gè)溫度采集節(jié)點(diǎn)，分別是車內(nèi)溫度、車外溫度和蒸發(fā)器表面溫度。如果要系統(tǒng)正確運(yùn)行，那么溫度測(cè)量就必須十分精確，因此高精度的溫度傳感器對(duì)本系統(tǒng)來說是必不可少的。溫度傳感器的種類有很多，本設(shè)計(jì)一開始想選用的是AD590溫度傳感器，但之后發(fā)現(xiàn)其一些缺點(diǎn)并不適用本系統(tǒng)。比如說：它需要一個(gè)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)熟悉信號(hào)的電路；它的成本較高；它的精確度比較低，不滿足本設(shè)計(jì)要求；它的測(cè)溫點(diǎn)數(shù)量少；它的電路連接比較復(fù)雜繁多；它對(duì)線阻有要求。經(jīng)過比較，最后本設(shè)計(jì)選用了DS18B20溫度傳感器。DS18B20溫度傳感器是由DALLAS（達(dá)拉斯）公司生產(chǎn)的，它是一種數(shù)字溫度傳感器，所以只需要本身一個(gè)元件就可以工作，也因此它的電路連接比其他溫度傳感器要簡單的多。此外，它的體積很小，成本比較低，精確度卻很高，信號(hào)線距離遠(yuǎn)，雖然它的測(cè)溫范圍較小，但是已經(jīng)足夠滿足本系統(tǒng)的要求。 DS18B20的主要特征如下：數(shù)字溫度轉(zhuǎn)換和輸出；先進(jìn)的單總線數(shù)據(jù)通信；它的最高分辨率為12位，精確度為0.5攝氏度；12位分辨率的最大工作時(shí)間為750毫秒；可選擇寄生工作方式；檢測(cè)溫度范圍為-55CX 125C(-67)F_(257)F(7)；64位光刻ROM，內(nèi)置產(chǎn)品序列號(hào)，易于與多臺(tái)機(jī)器連接.各種包裝形式，適合不同的硬件系統(tǒng)。DS18B20的溫度檢測(cè)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出都集成在一塊芯片上，抗干擾能力更強(qiáng)。一個(gè)工作周期可以分為兩個(gè)部分，即溫度檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理。18B20有三種類型的內(nèi)存資源，即：只讀存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)DS18B20ID編碼。前8位為單行串行碼，DS18B20為19 HN碼，后48位為該芯片的唯一序列號(hào)。最后8位是上述56位的CRC碼(冗余校驗(yàn))。用戶不會(huì)更改生產(chǎn)設(shè)置中的數(shù)據(jù)。DS18B20是64位ROM。RAM數(shù)據(jù)寄存器，用于內(nèi)部計(jì)算和數(shù)據(jù)訪問，數(shù)據(jù)斷電后丟失總共9字節(jié)RAM，每字節(jié)8位。第一字節(jié)和第二字節(jié)是溫度轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)值信息，第三和第四字節(jié)是用戶EEPROM的鏡像(通常用于存儲(chǔ)溫度報(bào)警值)。當(dāng)重置啟動(dòng)時(shí)，該值將被刷新。第五個(gè)字節(jié)是用戶第三個(gè)EEPROM的鏡像。第六、第七和第八個(gè)字節(jié)是計(jì)數(shù)寄存器，旨在使用戶獲得更高的溫度分辨率，以及用于溫度轉(zhuǎn)換和計(jì)算的內(nèi)部瞬態(tài)存儲(chǔ)單元。第九個(gè)字節(jié)是CRC代碼的前八個(gè)字節(jié)。EEPROM非易失性存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)需要長時(shí)間保存的數(shù)據(jù)，上限溫度報(bào)警值和校驗(yàn)數(shù)據(jù)DS18B20有3位EEPROM，RAM中有鏡像，便于用戶操作11。 DS18B20只需要接到控制器（單片機(jī)）的一個(gè)I/O口上，它的運(yùn)行依靠接受控制器的指令，它指令如圖3.12所示。圖 3.12 DS18B20指令DS18B20與單片機(jī)的連接十分簡單，通常來說DS18B20不需要外接電源，可以通過數(shù)據(jù)線獲得。但是本系統(tǒng)中為了保證其在動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換周期獲得足夠的電流供應(yīng)，所以使用VCC單獨(dú)外接電源供電。由于車內(nèi)外溫度和蒸發(fā)器表面溫度采集電路比較簡單，而且結(jié)構(gòu)差不多，所以這里就不一一說明了。具體電路圖如圖3.13所示：圖 3.13 溫度采集電路3.3.7 壓縮機(jī)電機(jī)啟停控制電路本系統(tǒng)對(duì)于壓縮機(jī)的控制：首先通過蒸發(fā)器溫度采集節(jié)點(diǎn)采集到溫度信號(hào)并發(fā)送給中央節(jié)點(diǎn)，中央節(jié)點(diǎn)經(jīng)過運(yùn)算再向壓縮機(jī)控制節(jié)點(diǎn)發(fā)送控制指令。如果蒸發(fā)器中的溫度很低，那么中央節(jié)點(diǎn)發(fā)出的指令就是停止壓縮機(jī)的運(yùn)行，那么驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)運(yùn)行的電機(jī)就要停止工作；相反，如果蒸發(fā)器中的溫度過高，那么系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出運(yùn)行壓縮機(jī)的指令，則電機(jī)需要啟動(dòng)。由于在壓縮機(jī)控制節(jié)點(diǎn)上的8051的I/O口的輸出電流較小，不能直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)，需要加驅(qū)動(dòng)電路。本設(shè)計(jì)采用繼電器來驅(qū)動(dòng)電機(jī)，因?yàn)槔^電器可能會(huì)出現(xiàn)反向電壓的現(xiàn)象，所以采用三極管作為驅(qū)動(dòng)元件，三極管可以承受很高的反向。電壓繼電器選用JZX-18F，它的輸出電壓為12V，最大工作電流為3A，并且體積小，進(jìn)入工作狀態(tài)快。電路設(shè)計(jì)如圖3.14所示。圖 3.14 壓縮機(jī)電機(jī)啟停控制電路本設(shè)計(jì)中加入了光電藕和三極管，這樣可以加強(qiáng)抗干擾能力和增加驅(qū)動(dòng)能力。當(dāng)單片機(jī)的P3.0口輸入高電平時(shí)，光耦輸入端產(chǎn)生電流，光耦內(nèi)部的發(fā)光二極管開始發(fā)光，使得輸出端的光敏三極管導(dǎo)通，繼電器線圈通電，最終驅(qū)動(dòng)電機(jī)。當(dāng)P3.0口為低電平時(shí)，光耦輸入端無電流產(chǎn)生，繼電器線圈沒有通電，電機(jī)不工作。同時(shí)二極管可以通過釋放繼電器線圈中的反電流，產(chǎn)生續(xù)流的作用，從而使繼電器安全工作。3.3.8 風(fēng)門控制電路風(fēng)門控制電路用于控制冷熱空氣混合閥和出口風(fēng)閥擋板的開度，從而控制出風(fēng)的溫度和方向。擋板開度控制的實(shí)質(zhì)是控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度。這種控制方法非常適合于步進(jìn)電機(jī)的控制。步進(jìn)電機(jī)是一種能將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為角位移或線性位移的機(jī)電元件。實(shí)際上，它是一種單相或多相同步電動(dòng)機(jī)。單相步進(jìn)電機(jī)采用單通道電脈沖驅(qū)動(dòng)，輸出功率通常很小，其用途是小功率驅(qū)動(dòng)。多相步進(jìn)電機(jī)采用多相方波脈沖驅(qū)動(dòng)，應(yīng)用廣泛。采用多相步進(jìn)電機(jī)時(shí)，利用脈沖分頻器將單通道脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為多相脈沖信號(hào)，經(jīng)功率放大后送入步進(jìn)電機(jī)各相繞組。當(dāng)每個(gè)脈沖輸入到脈沖分配器時(shí)，電機(jī)的每個(gè)相位的電狀態(tài)都會(huì)發(fā)生變化，轉(zhuǎn)子繞一定的角度(稱為步進(jìn)角)旋轉(zhuǎn)。在正常情況下，步進(jìn)電機(jī)的總旋轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比。當(dāng)某一頻率的脈沖連續(xù)輸入時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速與輸入脈沖的頻率保持嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系。不受電壓波動(dòng)和負(fù)荷變化的影響。由于步進(jìn)電機(jī)可以直接接收數(shù)字輸入，特別適合微機(jī)控制。總的來說，步進(jìn)電機(jī)有如下優(yōu)點(diǎn)： 1、不需要反饋，簡單控制。2、與微機(jī)的連接、速度控制(起動(dòng)、停、反)以及驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)相對(duì)簡單。3、無角累積誤差。4、當(dāng)旋轉(zhuǎn)停止時(shí)，你也可以保持旋轉(zhuǎn)距離。5、無舵機(jī)等機(jī)械部件，不需維修，成本低。6、精確定位，即使沒有傳感器。7、根據(jù)給定的脈沖周期，它可以任意速度旋轉(zhuǎn)。 考慮到以上考慮，本設(shè)計(jì)采用兩相四線步進(jìn)電機(jī)作為節(jié)流控制電機(jī).為了保證電路的正常運(yùn)行，步進(jìn)電機(jī)的繞組必須具有足夠的電壓、電流和正確的波形。同時(shí)，必須保證驅(qū)動(dòng)電路功率放大裝置的安全運(yùn)行。采用集成芯片L298N作為步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片。L298N是SGS公司設(shè)計(jì)的雙通道推挽功率放大器ASIC，用于控制和驅(qū)動(dòng)電機(jī)。將離散電路集成到單個(gè)集成電路中，降低了外圍設(shè)備的成本，提高了整機(jī)的可靠性12。其具體的電路連接如下圖3.15所示：圖 3.15 風(fēng)門控制電路3.3.9 鼓風(fēng)機(jī)控制電路由于風(fēng)機(jī)節(jié)點(diǎn)需要實(shí)現(xiàn)風(fēng)速的調(diào)節(jié)，即控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。8051單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器可編程實(shí)現(xiàn)PWM波形的輸出。因此，它可以用來通過脈寬調(diào)制來調(diào)節(jié)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。由于具有兩個(gè)H橋的高壓、大電流全橋驅(qū)動(dòng)器，可用于驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、繼電器線圈等感應(yīng)負(fù)載；采用標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號(hào)控制；有兩個(gè)使能控制終端。該芯片可以驅(qū)動(dòng)兩相步進(jìn)電機(jī)或四相步進(jìn)電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)直流電機(jī)。因此，這里直流電機(jī)調(diào)速的驅(qū)動(dòng)芯片采用L298N，其電路連接圖如下3.16所示：圖 3.16鼓風(fēng)機(jī)控制電路 在這里，由于只需要控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，不需要控制電機(jī)的正負(fù)旋轉(zhuǎn)，所以In3，IN4不再連接到單片機(jī)的IO端口，而是直接固定在高低電平上，使電機(jī)始終保持轉(zhuǎn)向。ENA和ENB與單片機(jī)T0和T1接口相連，用C語言編程，通過輸出不同占空比的PWM波形，實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速。第4章 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)于CAN系統(tǒng)的開發(fā)需要哪些軟件要根據(jù)系統(tǒng)而定，如果用SJA1000組成CAN系統(tǒng)，就需要一個(gè)控制器；如果控制器 是單片機(jī)，那么就需要單片機(jī)的相關(guān)開發(fā)環(huán)境（IDE）；如果控制器是DSP或者FPGA，那就需要用相應(yīng)廠家的IDE13。對(duì)于本系統(tǒng)而言，它的軟件設(shè)計(jì)包括兩個(gè)部分：單片機(jī)功能模塊的軟件設(shè)計(jì)和CAN 總線節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)。本人采用的編程語言是C語言，因?yàn)镃語言在大學(xué)課程中學(xué)習(xí)過，有一定的知識(shí)基礎(chǔ)，而且C語言是現(xiàn)在軟件編程使用的最廣泛的語言，所以用C語言編程是個(gè)很好的選擇。4.1 單片機(jī)Keil開發(fā)環(huán)境簡介單片機(jī)開發(fā)可以說是“硬件十軟件”的結(jié)合體,有了硬件后,就要設(shè)計(jì)相應(yīng)的軟件。目前開發(fā)単片機(jī)程序主要有匯編和C語言兩種,其區(qū)別是匯編與硬件結(jié)合緊密,時(shí)間控制準(zhǔn)確,效率高,但是模塊化程度不高,而且對(duì)于初學(xué)者往往比較難;C語言則相對(duì)簡單,由于一般的理工科學(xué)生都接觸過像C這樣的高級(jí)程序語言,所以上手比較容易。不管用哪種語言,都需要一個(gè)高效、方便的編譯環(huán)境,這個(gè)編譯環(huán)境的作用說的簡單一點(diǎn)就是:幫助我們檢查程序的語法正確姓,進(jìn)行必要的仿真,進(jìn)行程序語言到機(jī)器碼的轉(zhuǎn)換,最后生成下載程序所需的.hex文件。把這個(gè).hex文件下載進(jìn)單片機(jī)后,單片機(jī)就能夠按照我們的思路進(jìn)行工作了。目前編譯環(huán)境有很多,德國的開發(fā)軟件Keil應(yīng)用比較廣14。4.2 CAN總線節(jié)點(diǎn)的程序設(shè)計(jì)對(duì)于CAN節(jié)點(diǎn)的程序設(shè)計(jì)，我們首先要分析該設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的功能；然后對(duì)程序進(jìn)行規(guī)劃，繪制流程圖；最后再編寫程序代碼。以下涉及到的具體編程都會(huì)在附錄里說明。4.2.1 主節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)主節(jié)點(diǎn)的工作主要包括通過CAN網(wǎng)絡(luò)接收信息采集的子節(jié)點(diǎn)發(fā)送的傳感器的采用信息、按鍵輸入設(shè)置溫度的接收、根據(jù)用戶設(shè)定的溫度對(duì)傳感器的操作以及傳感器的采樣信息。將控制信息發(fā)送給控制子節(jié)點(diǎn)，在液晶顯示屏上實(shí)時(shí)顯示溫度、光照等當(dāng)前狀態(tài)信息15。整個(gè)程序開發(fā)的過程如下圖4.1所示：圖 4.1 總體程序流程圖CAN節(jié)點(diǎn)初始化CAN節(jié)點(diǎn)的初始化就是對(duì)SJA1000的寄存器進(jìn)行必要的配置，使其根據(jù)配置進(jìn)行工作。首先將與8051與CAN模塊連接的IO進(jìn)行地址映射，然后完成CAN收發(fā)器SJA1000的初始化工作，其流程如下圖4.2所示：圖4.2 CAN節(jié)點(diǎn)初始化流程圖CAN節(jié)點(diǎn)發(fā)送程序設(shè)計(jì)根據(jù)要發(fā)送信息的目的地址，正確配置分組標(biāo)識(shí)符寄存器；同時(shí)，信息標(biāo)識(shí)符在自接收模式下仍然有效，準(zhǔn)備要發(fā)送的數(shù)據(jù)并配置適當(dāng)?shù)募拇嫫?。流程圖4.3如下：圖4.3 CAN節(jié)點(diǎn)發(fā)送程序流程圖CAN節(jié)點(diǎn)接收程序設(shè)計(jì)檢測(cè)CAN控制器的狀態(tài)以確定接收緩沖區(qū)中存在可讀消息。讀取接收緩沖器中的數(shù)據(jù)并釋放接收緩沖器。讀取仲裁損失捕獲寄存器和錯(cuò)誤代碼捕獲寄存器以重新激活它們。具體的流程如下圖4.4所示：圖4.4 CAN節(jié)點(diǎn)接收程序流程圖在本系統(tǒng)中主節(jié)點(diǎn)在進(jìn)行CAN節(jié)點(diǎn)通信的同時(shí)，還要進(jìn)行運(yùn)算及人機(jī)交換任務(wù)，所以我們這里采用了多線程編程，也就是在主線程創(chuàng)建子線程，由這些子線程執(zhí)行其他任務(wù)。在這里簡單介紹下主線程和幾個(gè)子線程的運(yùn)行過程：主線程首先需要完成CAN模塊的初始化，接著打開配置文件，以此來設(shè)定溫度，風(fēng)門開度等信息，然后創(chuàng)建可以保存車內(nèi)外溫度，冷凝器溫度等信息的緩存區(qū)，最后創(chuàng)建子線程，完成溫度控制的工作，并等待子線程退出。子線程主要有三個(gè)：一個(gè)是人機(jī)交換線程，它用來接收用戶的按鍵;二是信息采集子線程，它的功能是讀取CAN控制器的接收數(shù)據(jù)緩存區(qū)；三是運(yùn)算線程，用來進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算并根據(jù)所得的運(yùn)算結(jié)果調(diào)用控制傳輸函數(shù)，并發(fā)出控制信息。程序流程圖4.5如下：圖4.5 主節(jié)點(diǎn)程序流程圖4.2.2 子節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)溫度采集節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中有3個(gè)溫度采集子節(jié)點(diǎn)，但是由于它們結(jié)構(gòu)相同，所以不需要一一設(shè)計(jì)。此程序首先需要CAN節(jié)點(diǎn)和溫度傳感器芯片DS18B20初始化，開始定時(shí)中斷，完成后進(jìn)入大周期。在循環(huán)中，根據(jù)中斷標(biāo)記位置，判斷溫度轉(zhuǎn)換的需要，8051單片機(jī)通過P2.0端口將測(cè)溫命令發(fā)送給溫度傳感器芯片，溫度傳感器接收命令。溫度測(cè)量完成后，將測(cè)量結(jié)果轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，發(fā)送給單片機(jī)。流程圖4.6如下：圖4.6 溫度采集節(jié)點(diǎn)程序流程圖壓縮機(jī)控制節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)壓縮機(jī)控制節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)比較簡單，在這里就不做具體的說明了。因?yàn)樗墓ぷ鳡顟B(tài)只有運(yùn)轉(zhuǎn)或停止，如果當(dāng)主節(jié)點(diǎn)命令其關(guān)閉時(shí)，只需將其相應(yīng)的I/O端口設(shè)置為低級(jí)別，然后繼電器失去電源并彈出打開，壓縮機(jī)完成關(guān)閉命令；相反，端口被設(shè)置為較高級(jí)別。風(fēng)門控制節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)主節(jié)點(diǎn)向該子節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，子節(jié)點(diǎn)分析并確定信息中的風(fēng)門轉(zhuǎn)動(dòng)方向和角度，然后8051單片機(jī)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)做出反應(yīng)。具體流程圖4.7如下：圖4.7 風(fēng)門控制節(jié)點(diǎn)程序流程圖鼓風(fēng)機(jī)控制節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)鼓風(fēng)機(jī)的功能是調(diào)節(jié)風(fēng)速，只有直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速才能被控制。通過對(duì)8051單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器的編程，實(shí)現(xiàn)了PWM波形的輸出，控制了直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。因此，當(dāng)節(jié)點(diǎn)從主節(jié)點(diǎn)接收指令時(shí)，通過單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器實(shí)現(xiàn)PWM波形的輸出，通過調(diào)整占空比來控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。其具體流程圖4.8如下：圖4.8 鼓風(fēng)機(jī)控制節(jié)點(diǎn)程序流程圖第5章 總結(jié)與展望5.1 全文總結(jié)本文在參考并翻閱了大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上簡單介紹了汽車空調(diào)控制系統(tǒng)的組成與基本的工作原理，然后通過深入學(xué)習(xí)CAN總線技術(shù)，構(gòu)建CAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以8051單片機(jī)為控制核心創(chuàng)建CAN主節(jié)點(diǎn)和子節(jié)點(diǎn)。然后完成對(duì)主要元件的選取，設(shè)計(jì)出各節(jié)點(diǎn)，各模塊的硬件電路，最后再進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，畫出流程圖，然后利用C語言編程完成整個(gè)汽車空調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。5.2 展望隨著電子控制技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，未來汽車空調(diào)控制系統(tǒng)也一定會(huì)被持續(xù)地進(jìn)行改進(jìn)。本人認(rèn)為未來汽車空調(diào)控制系統(tǒng)主要有以下兩個(gè)個(gè)方面的發(fā)展趨勢(shì)：（1）綜合考慮多種因素，繼續(xù)創(chuàng)造更好的車內(nèi)環(huán)境，包括對(duì)溫度、濕度、空氣潔凈度的調(diào)節(jié)，甚至是輻射等。（2）汽車空調(diào)控制系統(tǒng)需要不斷地向智能控制方向發(fā)展，這樣能夠使控制系統(tǒng)更精確，及時(shí)地完成各種指令，使汽車空調(diào)在運(yùn)行中能保證駕駛員與乘客處在最舒適的狀態(tài)。最后對(duì)于個(gè)人而言，以后本人還需要繼續(xù)深入學(xué)習(xí)，爭取進(jìn)一步改進(jìn)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)。參考文獻(xiàn)1彭軼濤. 基于CAN總線的乘用車內(nèi)部空調(diào)智能控制系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)D.華南理工大學(xué),20142陳文鑫. 基于CAN總線及智能控制算法的汽車空調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)D.上海交通大學(xué),2009.3杜飛. 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