汽車空調(diào)設計論文

1、隨著現(xiàn)代計算機技術的快速發(fā)展，單片機設計的空調(diào)系統(tǒng)已經(jīng)逐漸被應用到了汽車電子技術領域。同時，由于人們物質(zhì)生活水平的提高，以前的用手撥動旋鈕來調(diào)節(jié)空調(diào)風力和溫度的汽車空調(diào)控制系統(tǒng)無論在操作強度還是在控制性能上都已經(jīng)不能夠再滿足人們的需要。本文針對現(xiàn)有汽車空調(diào)系統(tǒng)控制精確到較差這一特點，設計了一種基于ARM的汽車空調(diào)控制系統(tǒng)。首先，對現(xiàn)有汽車空調(diào)系統(tǒng)的控制原理進行分析，對系統(tǒng)的硬件電路進行設計。芯片選用三星公司生產(chǎn)的ARM9內(nèi)核芯片S3C2410，數(shù)據(jù)采集部分使用數(shù)字溫度傳感器DS18B20作為主要的測溫元件，并根據(jù)系統(tǒng)功能的需設計相應的外圍電路，包括電源模塊、顯示模塊、鍵盤模塊等，設計了一個通過

2、按鍵來調(diào)節(jié)溫度混合風門控制溫度高低和由S3C2410發(fā)出PWM控制鼓風機來調(diào)節(jié)風力大小的汽車空調(diào)控制系統(tǒng)，在設計完硬件后，依據(jù)流程對其畫出相應的功能流程圖以及編寫對應的程序，在參考前人設計的情況下，設計出手動按鍵控制溫度高低，風力大小，以及實時溫度顯示等功能的汽車空調(diào)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由汽車提供暖氣和冷氣，然后由溫度混合風門的開度比例來控制暖氣和冷氣的進風比例，達到調(diào)節(jié)溫度的目的，而后又測溫模塊進行實時測量溫度并顯示，以便于系統(tǒng)的調(diào)節(jié)。關鍵詞：汽車空調(diào)；控制系統(tǒng)；ARM；ABSTRACTThe modern computer technology rapid development, desi

3、gn of the air conditioning system has gradually been applied to the field of automobile electronic technology. At the same time, because of the improvement of people's living standard, the previous poked by hand knob to adjust air conditioning wind and temperature in the automobile air condition

4、ing control system in terms of operating strength or the control performance has been unable to meet the needs of the people. Based on the existing automobile air-conditioning system control precision to poor this characteristic, design a kind of automobile air conditioner control system based on AR

5、M. Firstly, the existing automobile air-conditioning system's control principle is analyzed, the system hardware circuit design. Chip select Samsung Corp production of the ARM9 kernel chip S3C2410, a data acquisition part using a digital temperature sensor DS18B20as the main element, and accordi

6、ng to the functions of the system need to design the corresponding peripheral circuit, including a power supply module, display module, keyboard module, design a through the buttons to control the temperature and wind automotive air conditioning control system in the end, hardware, based on flow to

7、draw the corresponding function flow chart and the preparation of the corresponding procedures, in reference to the previous design, design manual button control of temperature, wind power, as well as the real-time temperature display and other functions of the automobile air conditioning control sy

8、stem. The system mainly consists of vehicles to provide heating and cooling, and then by the air mix door opening ratio to control the heating and cooling inlet air ratio, to regulate the temperature, and then the temperature measurement module for real time temperature measurement and display, to f

9、acilitate system regulation.Key words: embedded system; automotive air conditioning; ARM目錄第1章緒論11. 汽車空調(diào)的現(xiàn)狀及發(fā)展11.1 汽車空調(diào)背景與意義11.2 汽車空調(diào)技術在國外以及國內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀1第2章 汽車自動空調(diào)系統(tǒng)概述22.1 汽車空調(diào)系統(tǒng)原理22.2 制冷系統(tǒng)簡介22.2.1 制冷系統(tǒng)的分類22.2.2 制冷系統(tǒng)的工作原理22.3 采暖系統(tǒng)簡介32.3.1 采暖系統(tǒng)的分類32.3.2 采暖系統(tǒng)的工作原理3第3章 汽車自動空調(diào)系統(tǒng)硬件設計53.1 硬件系統(tǒng)的總體結構53.2 主控制器模塊53

10、.2.1 ARM處理器概述53.2.2 S3C2410簡介53.3 外圍電路模塊63.3.1 電源電路63.3.2 存儲器電路73.4 數(shù)據(jù)采集模塊93.4.1 溫度測量模塊93.5 執(zhí)行機構模塊103.5.1 繼電器控制電路103.5.2 鼓風機轉速控制電路113.5.3 溫度混合風門開度控制電路113.6 人機交互模塊123.6.1 顯示模塊123.6.2 功能按鍵模快12第4章 汽車空調(diào)系統(tǒng)的軟件設計：144.1 汽車空調(diào)系統(tǒng)的總流程圖：144.2 測溫程序154.3 鼓風機控制子程序154.4 溫度混合風門子程序164.5 顯示子程序174.5.1 顯示方法及流程圖：174.6 按鍵掃

11、描處理子程序模塊18結論20致 謝21參考文獻22附錄一23附錄二36第1章緒論1. 汽車空調(diào)的現(xiàn)狀及發(fā)展1.1 汽車空調(diào)背景與意義目前隨著中國汽車制造技術的發(fā)展，中國的汽車工業(yè)已經(jīng)成為國民經(jīng)濟基礎產(chǎn)業(yè)之一。由中國汽車工業(yè)委員會公布的最新調(diào)查資料顯示，我國汽車產(chǎn)銷同比增幅18%，成為僅次于美國的世界第二大汽車消費國。消費者對汽車舒適性和適用性追求的提高使得汽車空調(diào)市場的銷售規(guī)模逐步擴大，隨著國內(nèi)汽車市場競爭的加大，新車型推廣的速度越來越快，幾乎每推出一款新車就要配套新的空調(diào)系統(tǒng)，這使得汽車空調(diào)的更新?lián)Q代也越來越快。以往出現(xiàn)的汽車空調(diào)是由加熱器芯體、通風裝置和空氣濾清裝置所組成的并且只具有采暖通

12、風的功能，其控制方法也十分簡單，主要是憑借人為的撥動旋鈕控制溫度、風量，以致難以達到準確地控制。隨著汽車空調(diào)技術的發(fā)展，目前的汽車空調(diào)的控制效果逐步完善性能方面得到充分發(fā)揮。新型的全自動汽車空調(diào)系統(tǒng)能夠實現(xiàn)人為設定溫度、風量等各類參數(shù)的要求，使得車內(nèi)乘員始終處在一個比較舒適的環(huán)境中。1.2 汽車空調(diào)技術在國外以及國內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀目前大多數(shù)汽車空調(diào)應用的是使用按鈕控制參數(shù)的空調(diào)系統(tǒng)。20世紀50年代中期美國通用汽車公司首先在納什牌轎車上安裝了最早期的空調(diào)控制系統(tǒng)，具有采暖、通風等功能。但是需要駕駛員憑個人對溫度的感覺手動進行控制，用旋鈕帶動拉絲調(diào)整空調(diào)系統(tǒng)的溫度，這顯然增加了駕駛員的操作負荷，同時

13、控制效果較差。1964年電動汽車空調(diào)控制系統(tǒng)首次被安裝在凱迪萊克轎車上。與手動式空調(diào)相比，它的改進之處就是使用各種類型的電機及其連桿機構來代替旋鈕拉絲裝置，輸出模式的定位也有了比較精確的控制。隨后通用、福特、克萊斯勒很快就在各自的高端轎車上應用了此類空調(diào)系統(tǒng)。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，推動了國內(nèi)汽車空調(diào)產(chǎn)業(yè)的進步。我國汽車空調(diào)的發(fā)展開始于20世紀80年代末90年代初，目前汽車空調(diào)行業(yè)還處于前期開發(fā)階段。相比較國外，國內(nèi)汽車空調(diào)行業(yè)起步比較晚，汽車空調(diào)生產(chǎn)廠家的設計研發(fā)能力與國外相比有著明顯的差距，技術也相對落后。目前我國汽車空調(diào)系統(tǒng)的電動控制程度較低，大多數(shù)仍采用手動控制?，F(xiàn)今國產(chǎn)的各類高檔汽車中空

14、調(diào)部分雖然多數(shù)都采用了冷暖一體化全自動空調(diào)控制系統(tǒng)但此類先進空調(diào)控制系統(tǒng)的設計技術全都是依靠國外進口。第2章 汽車自動空調(diào)系統(tǒng)概述2.1 汽車空調(diào)系統(tǒng)原理汽車空調(diào)的主要功能是通過制冷和采暖兩種方式控制溫度降低或者升高來保證車內(nèi)環(huán)境的舒適性。處理階段在制冷系統(tǒng)末端，流經(jīng)蒸發(fā)器芯體的空氣要與蒸發(fā)器內(nèi)部的制冷劑進行熱交換，溫度值會降低。在采暖系統(tǒng)末端，從加熱器芯體吹出的空氣要與芯體中的發(fā)動機冷卻水進行熱交換，溫度值會升高。最終從空調(diào)出風口吹出的空氣就是經(jīng)過這兩種處理后的混合氣體，當設定溫度較高時，可使制冷蒸發(fā)器停止運行，通過車外空氣和采暖加熱器產(chǎn)生的熱氣進行混合，其混合程度由混合風門的開度來控制?；?/p>

15、合后的空氣主要依靠鼓風機的推動在空調(diào)風道里流動。出風分配階段經(jīng)過處理后的空氣最終通過手動撥動風向撥片吹進車內(nèi)，出風方向的控制由撥片的方向來實現(xiàn)。夏季使空調(diào)出來冷空氣吹向乘員面部，給人一種快速降溫的感覺；冬季使得熱空氣吹向乘員的腿部，符合人體頭涼腳熱的習慣。原理圖如圖1-1所示圖1-1汽車空調(diào)系統(tǒng)原理圖2.2 制冷系統(tǒng)簡介2 制冷系統(tǒng)的分類汽車空調(diào)的制冷系統(tǒng)按照壓縮機驅動形式的不同，可以分為獨立式和非獨立式兩種。獨立式汽車空調(diào)系統(tǒng)的壓縮機是由專門的副發(fā)動機驅動，制冷系統(tǒng)不受主發(fā)動機的影響。非獨立式的空調(diào)壓縮機是由汽車主發(fā)動機通過皮帶輪進行傳動，會損耗主發(fā)動機的一部分動能。按蒸發(fā)器數(shù)量的不同汽車制

16、冷系統(tǒng)又可分為單蒸發(fā)器制冷系統(tǒng)和雙蒸發(fā)器制冷系統(tǒng)。雙蒸發(fā)器制冷系統(tǒng)多用于大型豪華客車，而單蒸發(fā)器制冷系統(tǒng)則通常被應用于各類轎車上。2 制冷系統(tǒng)的工作原理汽車上使用的制冷系統(tǒng)大多數(shù)是利用各種制冷劑的氣化吸熱原理進行工作。在早期通用的制冷劑是氯氟烴，研究表明，其分子中含有氯原子，釋放到大氣層中會在陽光照射下分離出氯離子而氯離子極容易與臭氧層中的臭氧發(fā)生化學反應從而破壞大氣臭氧層?，F(xiàn)在國標中規(guī)定汽車空調(diào)系統(tǒng)不得再使用其作為制冷劑，取而代之的是氫氟烴，它的化學性質(zhì)穩(wěn)定，制冷效果好，對臭氧層沒有破壞作用，溫室效應也影響較小，因此被廣泛應用。這里所訴說的汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)屬于非獨立式空調(diào)制冷系統(tǒng)，在系統(tǒng)的結

17、構上主要由壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器、集液干燥器、膨脹閥、管路總成等幾部分組成，制冷系統(tǒng)的工作原理是利用低壓液態(tài)制冷劑氣化吸熱，使得流經(jīng)蒸發(fā)器芯體表面的空氣溫度降低，使之達到制冷的效果。當壓縮機在工作時，壓縮機吸入從蒸發(fā)器出來的低溫低壓的氣態(tài)制冷劑，經(jīng)壓縮使氣態(tài)制冷劑的溫度和壓力升高，并被送入冷凝器。在風扇的作用下，冷凝器內(nèi)的高溫高壓氣態(tài)制冷劑與從前格柵進入的車外空氣發(fā)生熱交換，冷卻后變成高壓液體。液態(tài)制冷劑流入集液干燥器，被除去其中的水份后進入膨脹閥，在膨脹閥的作用下變成低溫低壓液體。在蒸發(fā)器芯體內(nèi)，低溫低壓的液態(tài)制冷劑吸收流經(jīng)蒸發(fā)器表面空氣的熱量而蒸發(fā)，變成氣體。氣態(tài)制冷劑又被壓縮機吸入進行下

18、一輪循環(huán)。這樣，通過制冷劑在系統(tǒng)內(nèi)的不斷發(fā)生物理變化，吸收將要吹進車內(nèi)空氣的熱量，達到降溫的效果，原理圖如圖1-2所示。圖1-2制冷系統(tǒng)工作原理圖2.3 采暖系統(tǒng)簡介2 采暖系統(tǒng)的分類當前的汽車空調(diào)采暖系統(tǒng)種類有很多，根據(jù)熱源不同可分為余熱式和獨立式，按載熱體又可分為水暖式和氣暖式。余熱式采暖裝置是指利用發(fā)動機燃燒過程中產(chǎn)生的熱廢氣(氣暖式)或冷卻液的余熱(水暖式)進行采暖。獨立式采暖裝置主要是在一個獨立的燃燒室內(nèi)進行燃油的燃燒，利用燃燒所產(chǎn)生的熱量傳遞給空調(diào)風道中的空氣，完成采暖的功能。2 采暖系統(tǒng)的工作原理這里所訴說的自動空調(diào)系統(tǒng)中的采暖部分采用的就是余熱水暖式裝置，利用發(fā)動機冷卻水的余熱

19、作為熱源，混合使用車內(nèi)和車外空氣作為熱載體，整個采暖系統(tǒng)由采暖加熱器、熱水閥和鼓風機等組成，采暖時通過鼓風機將送來的車內(nèi)外空氣與采暖加熱器中的的冷卻水進行熱交換，加熱后的空氣被送入車內(nèi)，完成采暖功能。另一路冷卻液則進入冷卻散熱器，通過散熱風扇作用被車外空氣吸熱冷卻后再回到發(fā)動機內(nèi)循環(huán)利用。圖1-3采暖系統(tǒng)工作原理圖第3章汽車自動空調(diào)系統(tǒng)硬件設計3.1 硬件系統(tǒng)的總體結構本設計中的汽車空調(diào)控制系統(tǒng)的硬件構成主要包括數(shù)據(jù)采集、控制器、執(zhí)行機構、人機交互這四部分組成。其中控制器部分采用32位ARM9處理器芯片S3C2410作為主控制器，對采集到的各個輸入量進行分析處理后，通過驅動執(zhí)行機構輸出相應的動

20、作達到預定的要求。在顯示界面可以查看到當前的溫度和設定溫度值以及風力大小，以便用戶配合按鍵進行調(diào)整。硬件系統(tǒng)結構如圖2-1所示。存儲模塊ARM控制風機風門位置控制PWM脈沖電機顯示模塊鍵盤模塊電源模塊溫度采集圖2-1硬件系統(tǒng)總結構圖3.2 主控制器模塊3 ARM處理器概述ARM(Advanced RISC Machines先進精簡指令計算機)是一類微處理器的通稱，它主要基于RISC技術，目前已經(jīng)被廣泛地應用到信息通訊、工業(yè)控制、汽車電子等領域。傳統(tǒng)的CISC體系結構中將近20%的指令被反復使用，占整個執(zhí)行程序的80%而剩下的80%的指令代碼卻不經(jīng)常使用，在執(zhí)行程序中只占到20%。無論從代碼利用

21、效率還是從程序執(zhí)行的速度來看這樣的體系結構是不合理的。ARM系列處理器把關鍵點放在了如何使得計算機的結構更加合理簡單來提高代碼運行速度并采用32位RISC體系結構優(yōu)先選取使用頻率較高指令的思想將指令長度固定，以邏輯控制為主同時減少尋址方式和指令格式從而大大提高了處理器的運行速度。ARM微處理器目前主要包括ARM7、ARM9、ARM10、SecurCore、StrongARM等幾個系列，每個系列除了具有ARM體系結構的共同點外，都還具有各自的特點和應用場合。3 S3C2410簡介S3C2410芯片是三星公司生產(chǎn)的基于ARM920T內(nèi)核的32位微處理器芯片。該芯片功耗低、集成度高，主要由ARM92

22、0T內(nèi)核、AHB(Advanced High performance Bus)系統(tǒng)總線模塊、APB(AdvancedPeripheral Bus)外圍總線模塊、鎖相環(huán)時鐘模塊這四部分構成。ARM920T內(nèi)核由ARM920TDMI、存儲管理單元(MMU)和高速緩存三部分組成。AHB總線模塊包括USB Host、LCD連接、RAM/SDRAM控制器、中斷控制器、Nand Flash控制器等。APB外圍總線模塊中的控制器包括UART、USB Device、ADC、RTC、IIC、IIS等。鎖相環(huán)時鐘模塊為整個系統(tǒng)提供時鐘信息。S3C2410片上的主要資源如下：1)一個LCD控制器，支持單色、4級灰度

23、和16級灰度的黑白屏以及256色和4096色的彩色STN液晶顯示屏，它最大支持64M彩色TFT液晶顯示屏。2)4個通道的DMA，支持存儲器到存儲器、I/O到存儲器、I/O到I/O之間進行存儲器直接訪問。3)4個具有PWM功能的16位定時器和一個16位內(nèi)部定時器，可實現(xiàn)占空比和頻率的編程，支持外部時鐘源。4)一個Nand Flash控制器，內(nèi)部自帶4KB緩存用于啟動，啟動后支持Nand Flash作為存儲設備。另外片內(nèi)還包括16KB的指令緩存區(qū)和16KB的數(shù)據(jù)緩存區(qū)。5)8通道可復用的ADC，500Kb/s的最大傳輸速度，分辨率最高可達10位。6)一個RTC實時時鐘，工作頻率為32.768kHz

24、，提供完全的時鐘特性，包括年、月、日、小時、分、秒。7)一個16位看門狗定時器，當程序跑飛或者超時時，可以發(fā)出中斷請求或進行系統(tǒng)復位。8)117個通用I/O接口以及24個外部中斷口，其中每一個I/O口都可設置內(nèi)部上拉使能或禁止。3.3 外圍電路模塊3 電源電路本文所設計的汽車空調(diào)控制系統(tǒng)的需要5V和12V兩路直流電源，其中5V電源用于對微處理器及其外圍電路，而12V的電源用來驅動直流電機和繼電器。由于汽車蓄電池所供電電源只有12v直流電一種，故我們需要采用電源芯片LM2596進行電壓轉換。LM2596內(nèi)部集成頻率補償和固定頻率發(fā)生器其開關頻率高達150KHz，其中包括基準穩(wěn)壓電路，熱關斷電路，

25、電流限制電路，放大器，比較器及內(nèi)部穩(wěn)壓電路等，最大輸出電流為3A，與其它系列電源芯片相比，它允許使用更小規(guī)格的濾波元件。能夠在非正常工作狀態(tài)下實現(xiàn)自我保護，Vin為最大輸入電壓，Vout為輸出電壓，依據(jù)給定電容值表進行電容值的選擇，使穩(wěn)壓器能夠穩(wěn)定工作，同時起到濾波作用，其電路設計如圖2-2所示。圖2-212V轉5V電路圖同時考慮到處理器芯片S3C2410的外擴存儲器端口和顯示端口等需要使用3.3V直流電源，而時鐘及復位模塊需要1.8V直流電源故采用LM1117系列芯片進行電壓的轉換。LM1117是一種低壓差電壓調(diào)節(jié)器，內(nèi)部包含限流保護電路和過熱保護電路，通過外接兩個電阻可實現(xiàn)1.2V-13.

26、8V范圍的電壓輸出。設計中采用LM1117-1.8和LM1117-3.3進行電壓轉換，得到所需的1.8V和3.3V直流電壓，電路設計如圖2-3所示。圖2-33 存儲器電路本文通過擴展SDRAM和Flash存儲器的方法，把程序存儲到Flash存儲器中，需要運行時加載到SDRAM執(zhí)行。這樣掉電后既能保證數(shù)據(jù)不丟失，且運行速度也比較快。目前Flash存儲器主要包括Nor Flash和Nand Flash兩種閃存。相比之下Nand Flash的寫入速度比Nor Flash快很多同時它的擦除速度也遠比Nor Flash快，但是它的讀速度稍比Nor Flash慢。由于S3C2410支持從Nand Flas

27、h啟動系統(tǒng)，因此可以擴展一片NandFlash同時作為啟動ROM和程序代碼的存儲器。其中作為啟動ROM的部分存放啟動代碼(Bootloader)。經(jīng)分析采用三星公司生產(chǎn)的K9F1208芯片，K9F1208是Samsung公司生產(chǎn)的512 Mb(64M×8位)NAND Flash存儲器。該存儲器的工作電壓為2.73.6 V,內(nèi)部存儲結構為528字節(jié)×32頁×4 096塊,頁大小為528字節(jié),塊大小為(16 KB+512字節(jié));可實現(xiàn)程序自動擦寫、頁程序、塊擦除、智能的讀寫和擦除操作,一次可以讀寫或者擦除4頁或者塊的內(nèi)容,內(nèi)部有命令寄存器。該器件按功能可以劃分為：存儲

28、陣列、輸入輸出緩沖、命令寄存器、地址譯碼寄存器和控制邏輯產(chǎn)生。其中,命令寄存器用來確定外部設備對存儲器進行操作的類型;地址譯碼寄存器用于保存被訪問的地址并產(chǎn)生相應的譯碼選通信號。主設備通過8位IO端口分時復用訪問器件命令、地址和數(shù)據(jù)寄存器,完成對芯片內(nèi)存儲器的訪問。電路設計如圖2-4所示。圖2-4K9F1208芯片為了減少總線的數(shù)量以便簡化電路設計，所采用的K9F1208輸入輸出端口既可以收發(fā)數(shù)據(jù)也可以接收控制命令和地址消息。系統(tǒng)啟動時處理器會把部分啟動代碼、操作系統(tǒng)的內(nèi)核文件以及應用程序調(diào)入內(nèi)存中運行。由于S3C2410的地址空間分配中只有bank6或bank7單元支持SDRAM，所以在設計

29、電路時SDRAM的片選端/CS只能接S3C2410的nGCS6或nGCS7，具體電路設計如圖2-5所示。圖2-5K4S11632D芯片3.4 數(shù)據(jù)采集模塊3 溫度測量模塊本文得測溫器件采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，可把溫度信號直接轉換成16位數(shù)字信號的方式串行輸出供微處理器進行計算分析。其測量溫度范圍為-55°C+125°C，最高精度可達±°C，常用于液體、氣體的溫度檢測。DS18B20最大的特點就是由于每個DS18B20內(nèi)部含有一個全球唯一的64位序列號，所以在一條總線上可掛接任意多個DS18B20，實現(xiàn)單總線多點測溫。DS18B20內(nèi)部主要由64

30、位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器等幾部分構成。其分辨率可以通過程序設定把配置寄存器設置成9位、10位、11位和12位四種狀態(tài)，對應的溫度檢測精度分別為、和，DS18B20內(nèi)部的低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率幾乎不受溫度的影響，能產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率信號輸入到減法計數(shù)器1中。高溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率則受溫度影響較大，它能將溫度轉換成頻率信號并送至減法器2作為脈沖輸入。每次測量前，首先要將-55所對應的基數(shù)分別存入減法計數(shù)器1和溫度寄存器中，減法計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)。當減法計數(shù)器1的預置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，此時減法計數(shù)器1的預置

31、將重新被裝入，減法計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)。斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正減法計數(shù)器的預置值。如此循環(huán)直到減法計數(shù)器2計數(shù)到0為止，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值再乘以分辨率就是所測的溫度值。電路設計中采用單總線的方式，在微處理器芯片S3C2410的GPE0口上掛載兩個來測量各處溫度，GND為電源地，DQ為數(shù)字信號輸入輸出端，VDD為電源輸入端。具體電路如圖2-6所示。圖2-6DS18B20測溫電路圖3.5 執(zhí)行機構模塊3 繼電器控制電路系統(tǒng)中需要通過繼電器來控制熱水閥的開關和壓縮機的啟停。由于微處理器S3C2410的I

32、/O口不能直接驅動繼電器，需要加驅動電路?？紤]到繼電器可能會出現(xiàn)反向電壓的現(xiàn)象，采用能耐高反向電壓的三極管作為驅動元件，繼電器選用12V的福特繼電器JZX-18F小型電磁繼電器，最大工作電流為3A，具有體積小、動作迅速等特點。電路設計如圖2-7所示。圖2-7電磁閥執(zhí)行機構圖為了抗干擾，信號輸入端加光電耦合電路。當GPE1口輸入高電平時，光耦輸入端產(chǎn)生電流，發(fā)光二極管開始發(fā)光，光敏三極管導通，繼電器線圈得電，觸點閉合。當GPE1口為低電平時，觸點由閉合斷開，繼電器的反向電勢可通過二極管D1放電，起到了續(xù)流作用，保護了繼電器的線圈。3鼓風機轉速控制電路對于鼓風機轉速大小的調(diào)節(jié)，采用脈寬調(diào)制(PWM

33、)方法來進行控制，用分立器件組成PWM電路一般來說需要如下幾個部分：三角波產(chǎn)生電路、脈沖調(diào)制電路、PWM信號延遲及分配電路。S3C2410做為一款功能強大的微處理器，其內(nèi)部已經(jīng)集成了包含上述三個部分的PWM發(fā)生器，只要對相關寄存器進行簡單的設置，就可以產(chǎn)生需要的PWM信號。風機的全速工作電壓為12V，從GPB1口輸出PWM信號，然后由MOS管改變加載在風機兩端的電壓值從而控制風機的轉速。具體的電路設計如圖2-8所示。圖2-8風機轉速控制電路3溫度混合風門開度控制電路溫度混合風門的開度大小是通過控制帶位置反饋的直流電機來實現(xiàn)的。與鼓風機工作時的連續(xù)轉動所不同，溫度混合風門的驅動電機還連接著一個連

34、桿機構，電機帶動連桿轉動到設定的位置后，通過對應的可變電阻產(chǎn)生高電平信號輸入到控制器GPE2端口，控制器迅速發(fā)出控制信號使得電機立刻斷電。此時，由連桿裝置中的齒輪卡扣來固定當前風門的位置。不同的反饋電阻值就會產(chǎn)生不同的風門位置，從而實現(xiàn)風門開度的控制，風門開度控制電路的設計如圖2-9所示。圖2-9溫度混合風門電路圖3.6 人機交互模塊3 顯示模塊由于目前大部分汽車都帶有車載顯示器用來進行GPS導航，音樂及視頻播放等功能，故本設計將顯示部分集成于車載顯示器內(nèi)，以節(jié)省顯示空間同時在S3C2410芯片上留有擴展接口，以便后期進行擴展，由于S3C2410自帶LCD驅動，所以可以再需要的時候很方便的實現(xiàn)

35、各類LCD的擴展。由LQ080V3DG01演示S3C2410擴展LCD顯示模塊的連接，硬件電路連接如圖2-10所示。圖2-10顯示模塊3 功能按鍵?？旄鶕?jù)汽車自動空調(diào)系統(tǒng)的功能需要，所設計的空調(diào)系統(tǒng)要能夠實現(xiàn)對溫度、輸出風速的控制。在所設計的控制面板中，LCD液晶顯示屏可以實時顯示汽車當前的和設定的溫度值。根據(jù)按鍵的數(shù)量，按鍵接口電路設計成2×2式。對于按鍵的識別，本文采用行反轉法，通過編程先將所有GPFn口的行線設為輸出低電平，將所有GPGn口的列線設成輸入方式，然后讀列值，如果列值有一位是0，表明有鍵按下。接著將所有列設置為輸出低電平，行為輸入方式，并將剛才讀得的列值從列線所接端

36、口輸出，再讀取行線上的輸入值，那么在閉合鍵所在的行線上的值必定為0。這樣，通過讀到的值組合就能鎖定按下的鍵。其中K1為溫度加，K2為溫度減，K3為風力加，K4為風力減，鍵盤電路設計如圖2-11所示。圖2-11功能按鍵模塊第4章 汽車空調(diào)系統(tǒng)的軟件設計：4.1 汽車空調(diào)系統(tǒng)的總流程圖：汽車空調(diào)系統(tǒng)主要由LCD顯示器來顯示當前的溫度以及設定的溫度值，再由控制按鈕來調(diào)節(jié)需要設定的溫度值，所設定的值通過S3C2410芯片輸出相應的信號來調(diào)節(jié)混合風門的開度，當溫度達到所設定的溫度時，S3C2410芯片對鼓風機輸出停止信號是鼓風機停止向車內(nèi)進風，同時S3C2410芯片對當前溫度以及設定溫度值進行循環(huán)對比，

37、當兩個溫度值不同時，芯片發(fā)出信號使鼓風機再次運行向車內(nèi)進風調(diào)節(jié)溫度。下圖為根據(jù)設計總體流程繪制出的主程序流程圖，如圖3-1所示圖3-1主程序流程圖4.2 測溫程序由于測溫元件DS18B20遵循單總線協(xié)議,每次測量時對時序的匹配都有著嚴格的要求，所以每次在測量溫度之前，首先需要完成對DS18B20的初始化。初始化階段由S3C2410先將數(shù)據(jù)端口設為低電平，保持500s，再由上拉電阻將其拉高并保持50s，最后等待微處理器發(fā)送搜索命令。在DS18B20初始化完成之后，由微處理器發(fā)出讀寫指令，通過調(diào)用DS18B20的讀函數(shù)和寫函數(shù)使其完成溫度測量并與微處理器進行數(shù)據(jù)傳，測溫流程圖如圖3-2所示：圖3-

38、2DS18B20子程序流程圖4.3 鼓風機控制子程序本文對鼓風機轉速大小的調(diào)節(jié)采用PWM方法進行控制。通過軟件的設計，從處理器的GPB0口產(chǎn)生不同的PWM信號輸入給電機驅動芯片，從而改變鼓風機兩端的電壓值，而鼓風機的轉速與兩端電壓成正比，電機兩端的電壓與占空比成正比。在S3C2410自帶的PWM控制器中，脈沖頻率由計數(shù)緩沖寄存器（TCNTBn）決定，脈沖寬度由比較緩沖寄存器（TCMPBn）決定。本文采用定頻調(diào)寬方法改變脈沖信號的占空比，初始化TCNTB0為0x00008000(頻率設為32768Hz)，在接收到轉速大小改變命令后對應更改TCMPB0的值來完成脈沖信號占空比的改變。以下代碼為PW

39、M的初始化代碼，調(diào)節(jié)nSpeed的值就可以調(diào)節(jié)PWM占空比的值/ 設置計數(shù)緩沖寄存器初值、比較緩沖寄存器初值/rTCNTB0 = MOTOR_COUNT;rTCMPB0 = MOTOR_STEP  nSpeed;鼓風機控制子程序流程圖如3-3所示。圖3-3鼓風機子程序流程圖4.4 溫度混合風門子程序本文中控制溫度使用的是混合風門對冷氣和暖氣的混合控制，汽車空調(diào)開始狀態(tài)時，暖風機和冷氣機同時啟動，由按鍵調(diào)節(jié)溫度來改變混合風門的開度控制暖風和冷風的混合比例，以此來控制溫度的高低。根據(jù)查找一些相關資料得到相關計算的方法，在系統(tǒng)中，

40、混合風門根據(jù)溫度的設定值以及車內(nèi)溫度測量值的差值（T(設)-T(測)）乘以壓縮機開關狀態(tài)K值算出混合風門需要控制的目標值，具體公式為K×（T(外)-T(測)），當T（設）為一個特定值的時候，將保持電阻值在一個固定的位置，當計算出的溫度高于設置溫度值時，溫度降保持在最高溫度，若低于，則相反。計算曲線圖如圖3-4所示，風門子程序如圖3-5所示。圖3-4混合風門計算曲線圖圖3-5混合風門子程序4.5 顯示子程序4 顯示方法及流程圖：在文本顯示方式下, 液晶屏顯示信息的管理單位是8×8 點陣, 稱為一個文本顯示單位, 每個文本顯示單位對應文本顯示緩沖區(qū)中的8 個連續(xù)存儲單元。寫入文

41、本顯示緩沖區(qū)的是字符代碼, 點陣狀態(tài)信息( 8×8) 即字模存放在RAM 中。LCD 的顯示與字模數(shù)據(jù)密切相關, 顯示子程序的功能就是讀取相應的字模數(shù)據(jù)送給LCD, 由LCD將接收到的字模在相應的位置上顯示出來。但字模數(shù)據(jù)的生成與程序基本無關, 相關的只是字模數(shù)據(jù)的內(nèi)容。顯示子程序的流程圖如圖3-6所示。圖3-6顯示子程序流程圖4.6 按鍵掃描處理子程序模塊按鍵掃描程序按鍵掃描程序的功能是判別鍵盤上有無鍵閉合。判別方法為外部中斷申請輸入端 ，有沒有向CPU發(fā)送中斷請求。若有，進入中斷服務子程序，即鍵盤上有鍵處于閉合狀態(tài)。掃描鍵盤中斷服務程序里除了要識別閉合鍵的鍵號外，還要排除鍵抖動引

42、起的誤操作，以及避免對同一個鍵的一次閉合作多重處理的錯誤。按鍵采用硬件中斷請求與軟件查詢相結合的方法，查詢順序即為優(yōu)先順序。為了便于查詢，中斷信號請求方式為低電平觸發(fā)方式。當鍵盤上沒有鍵閉合時，列線都輸出高電平， 引腳也為高電平。一旦鍵盤上有鍵閉合， 引腳就變低電平，向CPU發(fā)出中斷請求。若CPU開放外部中斷，則響應中斷請求，執(zhí)行中斷服務程序。在中斷服務程序中，首先調(diào)用一個10ms的延時程序，再用軟件查詢的方法判別是否真的有鍵按下和確定是哪個鍵被按下，這樣便能消除按鍵機械抖動的影響，并調(diào)用相應的按鍵處理程序。程序流程圖如圖3-7所示。圖3-7鍵盤子程序結論隨著國內(nèi)汽車電子技術的迅猛發(fā)展，以及人

43、們對汽車舒適性越來越高的要求，汽車空調(diào)技術正處在一個日益更新的階段。本文通過查閱大量相關技術的文獻資料，從系統(tǒng)設計方案的提出到最后系統(tǒng)的實驗調(diào)試，逐步完成了汽車空調(diào)系統(tǒng)的各部分設計任務，具體工作如下：1)分析了汽車空調(diào)的基本結構和主要功能，介紹了汽車空調(diào)中制冷和采暖系統(tǒng)的基本原理，給出了汽車空調(diào)系統(tǒng)設計的總體方案。2)選用ARM9微處理器的內(nèi)核芯片S3C2410作為主控制器，根據(jù)自動空調(diào)系統(tǒng)的各項功能要求設計出了系統(tǒng)的硬件電路，包括溫度測量模塊等。3)根據(jù)設計需要繪制流程圖并由流程圖編寫相關各個子程序模塊。 但是由于個人能力的限制，所設計的汽車空調(diào)系統(tǒng)只是理論實現(xiàn)一部分功能與實際整車中的汽車空

44、調(diào)系統(tǒng)相比存在著較大的差別，仍有許多方面需要以后進行更進一步的完善和提高。主要差異在于對溫度混合風門開度的控制以及實用性的問題。汽車電子技術的不斷發(fā)展一定能夠使得汽車空調(diào)系統(tǒng)有著非常大的研究空間，而汽車空調(diào)的發(fā)展也將隨著電子科技以及芯片智能化的發(fā)展逐步智能化。致謝在論文的寫作過程中遇到了很多的困難和障礙，但都在同學和老師的幫助下度過了。尤其要感謝我的論文指導老師朱立老師，她對我進行了無私的指導和幫助，不厭其煩的幫助進行論文的修改和改進。另外，在校圖書館查找資料的時候，圖書館的老師也給我提供了很多方面的支持與幫助。在此向幫助和指導過我的各位老師表示最中心的感謝！感謝這篇論文所涉及到的各位學者。本

45、文引用了數(shù)位學者的研究文獻，如果沒有各位學者的研究成果的幫助和啟發(fā)，我將很難完成本篇論文的寫作。感謝我的同學和朋友，在我寫論文的過程中給予我了很多有用素材，還在論文的撰寫和排版的過程中提供熱情的幫助。由于我的學術水平有限，所寫論文難免有不足之處，懇請各位老師和學友批評和指正！參考文獻1.陳新成.汽車電子發(fā)展趨勢及中國市場分析.電子測試,2007,(7):5-72.凌晨.汽車空調(diào)系統(tǒng)的組成與原理.汽車電器.2009,(5):31-343.方貴銀,李輝.汽車空調(diào)技術.北京:機械工業(yè)出版社,2002:305-3164.遲瑞娟,李世雄.汽車電子技術.北京:國防工業(yè)出版社,2008:277-2935.胡

46、偉.ARM嵌入式系統(tǒng)基礎與實踐.北京:北京航空航天大學出版社,2006:3-126.王黎明,陳雙橋,閆曉玲.ARM9嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與實踐.2008:50-53 198-2107.陳文博.基于ARM的嵌入式溫度控制系統(tǒng)的設計2007:35-388.譚浩強.C程序設計.北京:清華大學出版社,1999:6-1709.Robert Love.Linux Kernel Development,Second Edtion.Arrangement with theOriginal Publisher10.Yoann Padioleau,Julia L.Lawall,Gilles Muller.SmPL:A

47、Domain-SpecificNotes in Theoretical Computer Science11.V.Olive,S.Martin,A.Vareille.OS for Embedded Systems:State of the Art andProspects.Microelectronic Engineering12.Joachim Henkel.Selective Revealing in Open Innovation Processes:The Case ofEmbedded Linux.Research Policy13.Karim Yaghmour.Building E

48、mbedded Linux Systems.OREILLY&ASSOCIATE附錄一論文程序：/*測溫模塊端口設置*/#define DQ S3C2410_GPB0#define DQ_IN S3C2410_GPB0_INP#define DQ_OUT S3C2410_GPB0_OUTP#define uint unsigned int#define uchar unsigned char  #define ulong unsigned long/*鼓風機，溫度混合風門功能函數(shù)名設定*/void blow_mode(void);void start_compressor(vo

49、id);void stop_compressor(void); void start_ventilator_fan(void);void stop_ventilator_fan(void); void start_evaporator_fan(void);void stop_evaporator_fan(void); void dis(uchar channel,uchar x,uchar y);void display(void);void delay(void);void scan_key(void); void dis_character(void);uchar ventilator_s

50、tate; uchar fan;  uchar blow; uchar run_mode;uchar temp;uchar setting_value;/產(chǎn)生PWM,控制步進電機/ 定義死區(qū)寬度和預標定值#define PRE_SCALER0 （2 << 0）#define DEAD_ZONE （20 << 16）/ 和定時控制有關的宏定義#define START_TIMER0 （1 << 0）#define UPDATE_CFG （1 << 1）#define AUTO_RELOAD （1 << 3）#define EN

51、ABLE_DEADZONE （1 << 4）/ 定時緩沖器初值1024，電機調(diào)速步長 2/ 可進行1024/2 = 512級調(diào)速#define MOTOR_COUNT （1024）#define MOTOR_STEP （1）/ 用來控制轉速的靜態(tài)變量static int nSpeed =0;/ 初始化PWM發(fā)生器 /void InitPWM（）/ TOUT0 對應著 GPB0，TOUT1對應著GPB1，因此初始化GPB0/1為第二功能端口 /rGPBCON = rGPBCON & 0x3FFFF0 | 0xA;/ 死區(qū)為24個計時單位，預分頻器設置為 0，時鐘除法器和MUX

52、分配器取默認值 /rTCFG0 = DEAD_ZONE | PRE_SCALER0;/ 設置計數(shù)緩沖寄存器初值、比較緩沖寄存器初值/rTCNTB0 = MOTOR_COUNT;rTCMPB0 = MOTOR_STEP nSpeed;/ 計時器0停止，更新配置 /rTCON = （ START_TIMER0） | UPDATE_CFG;/ 使能死區(qū)發(fā)生器，進入自動裝載模式，計時器0啟動 /rTCON = NABLE_DEADZONE | AUTO_RELOAD | START_TIMER0;/*LCD顯示子程序*/static struct s3c2410fb_mach_infoxxx_stn_

53、info_initdata=pixclock：174757，bpp：16，xres：640，yres：480，hsync_len：96，vsync_len：2，left_margin：40，upper_margin：24，right_margin：32，lower_margin：11，sync：0，cmap_static：1。reg：/設置LCD控制寄存器的值Lcdcon1：LCD1_BPP_16T |LCD1_PNR_TFT|LCD1_CLKVAL（1），lcdcon2：LCD2_VBPD（32）|LCD2_VFPD（9）|LCD2_VSPW（1），lcdon3：LCD3_HBPD（47）|

54、LCD3_HFPD（15），lcdcon4：LCD4_HSPW（95）|LCD4_MVAL（13），lcdcon5：LCD5_FRM565|LCD5_INVVLIEN|LCD5_INVVFRAME|LCD5_HW SWP|LCD5_PWREN，； /存放讀取到的當前溫度值，未轉換 Static U16 a-temp-now8=8*0 /存放經(jīng)精度計算后的實際溫度值，高8位整數(shù)部分，低8位小數(shù)部分 static U16 b-temp-now8=8*0; /存放8路轉換后溫度值,分別為百位,十位,個位,小數(shù)位 static U8 temp-convent-all32=32*0; /- /溫度處理與

55、轉換子程序 /- void temp-change(void) U8 negtive=0x00; /存放數(shù)的符號，若為正=0；若為負，=0xff U8 j=0; U8 *pt=temp-convent-all; U16 *p1=a-temp-now; U16 *p3=b-temp-now; U16 temp=0; for(j=0;j<8;j+) negative =0x00; temp=*p1; /若溫度為負值，進行相應處理 if(temp&0xf80) ！=0) temp=(temp)+1；/轉為正的原碼 negative=0xff； / 同時置符號為0xff /根據(jù)精度消除無關數(shù)據(jù) switch(a-temp-prec) case 0x1f: /精度為9位,則清除最低3位無效位 temp=temp&0xfff8;break; case 0x3f: /精度為10位,則清除最低2位無效位 temp=temp&0xfffc;break; case 0x5f: /精度為11位,則清除最低1位無效位 temp=temp&0xfffe;break; case 0x7f: /精度為12位 break; /換算成實際溫度,并擴大10倍,去掉小數(shù)部分 temp=(U16)(float)(temp)*0.625); /折算放入b-temp-