基于單片機(jī)的汽車(chē)空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、1 緒論1.1 論文背景及意義汽車(chē)空調(diào)作為一種舒適性空調(diào)，不僅是人民生活水平提高的標(biāo)志，也是提高汽車(chē)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力的重要手段。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對(duì)汽車(chē)空調(diào)的溫度控制性能提出了更高的要求。國(guó)外一些大汽車(chē)公司的高檔汽車(chē)上紛紛裝有全自動(dòng)的空調(diào)系統(tǒng)，而國(guó)內(nèi)大部分高檔汽車(chē)的空調(diào)控制器是進(jìn)口的，目前還沒(méi)有自主開(kāi)發(fā)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的汽車(chē)空調(diào)自動(dòng)控制器?？傮w來(lái)看，我國(guó)目前汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)的電子化程度較低，大多數(shù)仍采用手動(dòng)控制或簡(jiǎn)單的位式控制。手動(dòng)控制一方面會(huì)出現(xiàn)車(chē)內(nèi)溫度與乘員舒適要求相差很大，不能滿足舒適性和節(jié)能性的要求；另一方面容易分散駕駛員的注意力，降低行車(chē)的安全性。手動(dòng)控制己成為汽

2、車(chē)空調(diào)進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸問(wèn)題。而國(guó)外一些高檔汽車(chē)上已經(jīng)配有全自動(dòng)汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)，并且對(duì)這些先進(jìn)的技術(shù)率先申請(qǐng)了專利，對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)進(jìn)行了保護(hù)，因此無(wú)法破解其核心技術(shù)，這樣就形成了引進(jìn)-落后-再引進(jìn)-落后的惡性循環(huán)，嚴(yán)重阻礙了我國(guó)汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展。隨著我國(guó)加入WTO和全球貿(mào)易大市場(chǎng)的形成，國(guó)外先進(jìn)的汽車(chē)空調(diào)控制技術(shù)對(duì)國(guó)內(nèi)汽車(chē)工業(yè)造成很大的沖擊和壓力，汽車(chē)工業(yè)又面臨著新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。我們只有自主開(kāi)發(fā)適合我國(guó)交通、氣候的汽車(chē)空調(diào)全自動(dòng)控制器，形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)，制訂出汽車(chē)空調(diào)控制器的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，才能提高我國(guó)汽車(chē)工業(yè)整體水平，否則就會(huì)在競(jìng)爭(zhēng)中失敗，因而 加緊汽車(chē)空調(diào)全自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究勢(shì)在必行。目前，我國(guó)汽

3、車(chē)保有量己超過(guò)1億萬(wàn)輛，汽車(chē)年產(chǎn)量約18000萬(wàn)輛，汽車(chē)空調(diào)市場(chǎng)有著廣闊前景。而現(xiàn)在進(jìn)口汽車(chē)空調(diào)控制器的價(jià)格較高，而實(shí)際的生產(chǎn)成本較低，隨著人民生活水平的提高和汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，全自動(dòng)控制的空調(diào)汽車(chē)由于具有較好的舒適性和節(jié)能性以及方便駕駛員操作等優(yōu)點(diǎn)將會(huì)越來(lái)越受到人們喜愛(ài)，因而我們必須不失時(shí)機(jī)地抓住這個(gè)機(jī)遇，自主開(kāi)發(fā)研制先進(jìn)的汽車(chē)空調(diào)控制系統(tǒng)，不僅會(huì)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益，而且對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)，汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展都具有促進(jìn)作用。在對(duì)全合一空氣混合型的汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)研的基礎(chǔ)上，通過(guò)模糊控制策略和軟硬件系統(tǒng)的研究，設(shè)計(jì)出汽車(chē)空調(diào)全自動(dòng)控制系統(tǒng)中的核心部分智能溫控系統(tǒng)。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和分析我國(guó)現(xiàn)有

4、主要汽車(chē)空調(diào)生產(chǎn)廠家多家，其中絕大部分是引進(jìn)國(guó)外技術(shù)生產(chǎn)線和生產(chǎn)設(shè)備，還有些是中外合資企業(yè)，國(guó)內(nèi)汽車(chē)空調(diào)技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)特別在自動(dòng)控制方面與國(guó)外的差距很大，由于沒(méi)有掌握核心技術(shù)，導(dǎo)致產(chǎn)品缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，難以滿足整車(chē)企業(yè)的系統(tǒng)化、模塊化采購(gòu)。另外在溫度控制方法方面，學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)為模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等理論適用于描述非線性系統(tǒng)。對(duì)模糊理論與傳統(tǒng)控制理論的關(guān)系學(xué)術(shù)界進(jìn)行了很多的討論1。國(guó)外一些大汽車(chē)公司的汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)代表了全自動(dòng)空調(diào)的最高水平。目前，美國(guó)，歐洲，日本等汽車(chē)工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的汽車(chē)公司已經(jīng)相繼開(kāi)發(fā)出各自的自動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)1。通用汽車(chē)公司某型汽車(chē)車(chē)身計(jì)算機(jī)模塊(BCM)控制的空調(diào)系統(tǒng)是較典型自動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)

5、。高模塊監(jiān)視高壓管路、低壓管路的溫度以及蓄壓罐的壓力發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫等信號(hào)。如果系統(tǒng)不在設(shè)定的范圍內(nèi)工作，BCM將壓縮機(jī)電磁離合器脫離。該系統(tǒng)用一個(gè)雙向電動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)混合風(fēng)門(mén)開(kāi)度，并用5個(gè)操縱機(jī)構(gòu)分別控制各個(gè)模式風(fēng)門(mén)和加熱器熱水閥，還用功率模塊控制鼓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。根據(jù)駕駛員輸入的溫度、車(chē)室內(nèi)外溫度及制冷劑低壓管路溫度，BCM計(jì)算出氣流分送模式，鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速及混合風(fēng)門(mén)開(kāi)度，然后進(jìn)行相應(yīng)的控制2。而克萊斯勒公司的某些汽車(chē)空調(diào)還以占空比的方式對(duì)壓縮機(jī)離合器進(jìn)行控制。日本豐田某型汽車(chē)自動(dòng)空調(diào)監(jiān)測(cè)車(chē)內(nèi)外溫度、蒸發(fā)器溫度、冷卻水水箱溫度以及陽(yáng)光輻射強(qiáng)度、壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速等參量，通過(guò)控制壓縮機(jī)磁吸、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和溫度混合風(fēng)門(mén)、

6、新風(fēng)風(fēng)門(mén)和模式風(fēng)門(mén)的伺服電機(jī)，進(jìn)行車(chē)室溫度調(diào)節(jié)。自動(dòng)功能下該空調(diào)ECU(電子控制單元)首先計(jì)算送風(fēng)溫度，并根據(jù)送風(fēng)溫度控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、混合風(fēng)門(mén)開(kāi)度、壓縮機(jī)啟停及送風(fēng)模式2。模糊控制在國(guó)外發(fā)展非常迅速，在IEEE上有關(guān)于模糊系統(tǒng)的專刊，而且定期舉行模糊系統(tǒng)協(xié)會(huì)國(guó)際會(huì)議。在歐美、日本等地，模糊控制理論迅速應(yīng)用到了商業(yè)產(chǎn)品中去，其中就包括日本把模糊控制成功應(yīng)用到地鐵和各種家電產(chǎn)品的實(shí)例2?，F(xiàn)在在國(guó)外的模糊控制理論研究基本上在每個(gè)領(lǐng)域上都取得了成功，當(dāng)中包括工業(yè)溫度控制，大型空調(diào)系統(tǒng)控制和電冰箱溫度等。在多輸入輸出非線性系統(tǒng)領(lǐng)域取得了驕人的成功，突破了傳統(tǒng)控制方法的局限2。從市場(chǎng)占有情況看，由于目前大多

7、數(shù)汽車(chē)空調(diào)生產(chǎn)未上規(guī)模，加上總類繁多，國(guó)內(nèi)汽車(chē)空調(diào)銷售市場(chǎng)僅為幾家所壟斷。比較而言，國(guó)內(nèi)的汽車(chē)空調(diào)控制要稍遜一些。廣州標(biāo)致汽車(chē)空調(diào)的電子控制系統(tǒng)根據(jù)車(chē)內(nèi)溫度、環(huán)境溫度、蒸發(fā)器溫度、送風(fēng)溫度及人為設(shè)定值、通過(guò)控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、壓縮機(jī)離合器開(kāi)合及熱水閥大小來(lái)進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。奧迪100汽車(chē)的空調(diào)系統(tǒng)模式風(fēng)門(mén)是手控的，鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由繼電器控制，壓縮機(jī)離合根據(jù)蒸發(fā)器溫度控制。奧拓汽車(chē)空調(diào)就更為簡(jiǎn)單，沒(méi)有舒適性控制用的傳感器，對(duì)室溫靠人為控制。另外一些形式的汽車(chē)空調(diào)還未產(chǎn)品化。有人認(rèn)為光線的入射角會(huì)對(duì)熱負(fù)荷影響很大，而對(duì)此制定了一套相適應(yīng)的控制策略。也有這種研究如何通過(guò)計(jì)算確定送風(fēng)量、送風(fēng)溫度的分布是很不均勻的，

8、并且均勻分布的溫度場(chǎng)也會(huì)由于人的舒適感不同而產(chǎn)生舒適性差異。對(duì)此有人研究針對(duì)前排、后排車(chē)座的雙蒸發(fā)器運(yùn)行情況，并進(jìn)行相應(yīng)的控制。還有人針對(duì)司機(jī)和乘客的個(gè)體舒適性用不同出口進(jìn)行控制。通過(guò)控制壓縮機(jī)啟停來(lái)控制車(chē)廂內(nèi)溫度也需進(jìn)行相應(yīng)的控制才能達(dá)到更優(yōu)。國(guó)內(nèi)80年代就參加到模糊控制領(lǐng)域的研究討論當(dāng)中，到了90年代和最近幾年，己經(jīng)在模糊控制等智能控制領(lǐng)域得到了較成熟的發(fā)展。在理論研究方面國(guó)內(nèi)研究涉及了基于傳統(tǒng)PID的模糊控制，基于神經(jīng)模糊網(wǎng)絡(luò)模糊控制和時(shí)空混沌的自適應(yīng)模糊控制等?？梢哉f(shuō)國(guó)內(nèi)的理論研究已經(jīng)朝縱深發(fā)展，理論體系也比較完善4。而在實(shí)踐應(yīng)用領(lǐng)域，模糊控制在近幾年幾乎涉及到各個(gè)重、輕工業(yè)領(lǐng)域。在空

9、調(diào)制冷系統(tǒng)，溫度控制系統(tǒng)和各種家庭小電器中都可以看見(jiàn)用模糊控制方法實(shí)現(xiàn)優(yōu)化處理的應(yīng)用文章5。國(guó)內(nèi)汽車(chē)空調(diào)生產(chǎn)企業(yè)如何利用電子技術(shù)提升傳統(tǒng)空調(diào)產(chǎn)品的技術(shù)含量走上專業(yè)化、規(guī)模化經(jīng)營(yíng)之路，將成為我國(guó)未來(lái)幾年汽車(chē)空調(diào)業(yè)迫切需要解決的問(wèn)題。 1.3 汽車(chē)空調(diào)的特點(diǎn) 與一般建筑空調(diào)相比，汽車(chē)空調(diào)有其特殊性。首先，汽車(chē)是個(gè)移動(dòng)物體，外界氣候條件變化大，車(chē)外熱負(fù)荷變化大，以至于難以確定標(biāo)準(zhǔn)的車(chē)外設(shè)計(jì)參數(shù)。其次，由于汽車(chē)車(chē)室內(nèi)乘員密度大，人體熱量大，要求的制冷能力大，汽車(chē)開(kāi)啟空調(diào)與乘員進(jìn)入車(chē)內(nèi)往往是同一時(shí)刻，乘客要求一進(jìn)入車(chē)室，在很短的時(shí)間內(nèi)就享受到空調(diào)效果；而汽車(chē)車(chē)身在開(kāi)空調(diào)之前的蓄熱量是很大的。這幾種因素導(dǎo)

10、致汽車(chē)空調(diào)所要求的負(fù)荷大，要求降溫(或升溫)迅速。因此，汽車(chē)空調(diào)機(jī)組的制冷(或采暖)能力應(yīng)該比房間空調(diào)大的多。另外，汽車(chē)是高速移動(dòng)的物體，與外界對(duì)流熱交換量大，而且車(chē)身隔熱困難，玻璃門(mén)窗所占面積又大，車(chē)室內(nèi)得熱量(或失熱量)大。如果汽車(chē)長(zhǎng)時(shí)間直接暴露在太陽(yáng)下(或風(fēng)雪下)，進(jìn)入車(chē)室的熱負(fù)荷(或冷負(fù)荷)比一般房間要大得多。夏季汽車(chē)長(zhǎng)時(shí)間停在烈日下，車(chē)內(nèi)溫度會(huì)上升到50以上。汽車(chē)的使用環(huán)境非常嚴(yán)酷，這些環(huán)境因素往往造成汽車(chē)電子裝置的性能惡化，甚至不能完成規(guī)定的功能或損壞，出現(xiàn)可靠性故障。因此與一般控制系統(tǒng)相比，汽車(chē)空調(diào)控制系統(tǒng)也有其特殊要求2。首先，要滿足溫度環(huán)境的要求。汽車(chē)外部的環(huán)境溫度最高為50

11、，最低為-40，但汽車(chē)內(nèi)的工作環(huán)境卻因部件的位置不同而相差極大。其次，要滿足振動(dòng)沖擊環(huán)境要求，汽車(chē)零部件必須承受由不良路面引起的較大的振動(dòng)和沖擊。 還有，要滿足電氣環(huán)境要求。汽車(chē)電源波動(dòng)和瞬時(shí)過(guò)電壓等將形成較壞的電氣環(huán)境。 1.4 課題的提出與研究?jī)?nèi)容 本課題的研究是針對(duì)我國(guó)現(xiàn)有高檔汽車(chē)上裝置的自動(dòng)空調(diào)控制系統(tǒng)基本上依賴進(jìn)口，國(guó)產(chǎn)化自動(dòng)控制系統(tǒng)在汽車(chē)系統(tǒng)中的應(yīng)用性研究較少，迫切需要對(duì)汽車(chē)空調(diào)控制器實(shí)現(xiàn)電子自動(dòng)化、國(guó)產(chǎn)化為目標(biāo)而產(chǎn)生的。因此，本課題的研究?jī)?nèi)容為： 1) 通過(guò)對(duì)汽車(chē)空調(diào)工作原理和空調(diào)總成的結(jié)構(gòu)分析，設(shè)計(jì)了以AT89C52為核心的單片機(jī)控制系統(tǒng)，并對(duì)控制器硬件電路部分做了設(shè)計(jì)。 2)

12、 建立實(shí)現(xiàn)模糊控制算法的控制系統(tǒng)6。闡述了如何實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)的自動(dòng)化模糊控制。 3) 溫度的檢測(cè)采用高精度的集成溫度傳感器MF51實(shí)現(xiàn)。 4) 編程過(guò)程中，采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，對(duì)各個(gè)子模塊分別進(jìn)行編程、調(diào)試，再按控制要求將它們連接起來(lái)，進(jìn)行調(diào)試、分析。 2 汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)工作原理 2.1 汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)基本工作原理 汽車(chē)空調(diào)基本功能是通過(guò)人為的方法使車(chē)廂的溫度降低和升高，達(dá)到使人體感到舒適的溫度環(huán)境。高級(jí)汽車(chē)空調(diào)還包括對(duì)車(chē)廂內(nèi)空氣凈化、控制二氧化碳含量和控制空氣濕度等高級(jí)功能。一般汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)都可以分為采暖系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)兩部分7。 制冷系統(tǒng)主要由壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥和蒸發(fā)器組成。其制冷原理

13、是利用液態(tài)制冷劑吸熱產(chǎn)生冷效應(yīng)。首先，低壓(低溫)液態(tài)制冷劑進(jìn)入用來(lái)冷卻車(chē)內(nèi)空氣的蒸發(fā)器，制冷劑加熱在定壓下氣化。由于制冷劑在管內(nèi)氣化時(shí)的溫度低于管外空氣的溫度，因此能自動(dòng)地吸取車(chē)內(nèi)空氣中的熱量，使空氣溫度降低，產(chǎn)生冷效應(yīng)。然后，氣化了的制冷劑通過(guò)壓縮機(jī)壓縮，變成高于車(chē)外空氣的高溫高壓氣體。這時(shí)，制冷劑通過(guò)在冷凝器將熱量釋放到車(chē)外，制冷劑放熱就變成了高壓液態(tài)冷凝劑。最后，經(jīng)過(guò)節(jié)流閥，恢復(fù)到低壓(低溫)液態(tài)。所以，當(dāng)空調(diào)要進(jìn)行制冷時(shí)，必須開(kāi)啟壓縮機(jī)使制冷劑循環(huán)，從而降低車(chē)內(nèi)溫度。采暖系統(tǒng)是由暖風(fēng)散熱器、暖水閥和風(fēng)機(jī)組成。由于汽車(chē)行駛時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生大量熱量，一般小型汽車(chē)空調(diào)都采用發(fā)動(dòng)機(jī)余熱采暖。發(fā)動(dòng)

14、機(jī)冷卻水通過(guò)暖水閥流入暖風(fēng)散熱器，從而升高通過(guò)暖風(fēng)散熱器的空氣。所以，當(dāng)空調(diào)要進(jìn)行加熱時(shí),必須開(kāi)啟暖水閥。2.2 汽車(chē)空調(diào)的總成結(jié)構(gòu)汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)總成是采用冷暖完全合一型，其風(fēng)道系統(tǒng)如圖2.1所示8。2車(chē)內(nèi)進(jìn)風(fēng)1車(chē)外進(jìn)風(fēng)3內(nèi)外循環(huán)風(fēng)門(mén) 4鼓風(fēng)機(jī)5混合風(fēng)門(mén)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(mén)圖2.1 全合一型汽車(chē)空調(diào)結(jié)構(gòu)內(nèi)外循環(huán)風(fēng)門(mén)由內(nèi)外循環(huán)電磁閥控制，當(dāng)內(nèi)外循環(huán)電磁閥閉合時(shí)，汽車(chē)空調(diào)處于內(nèi)循環(huán)狀態(tài)，這個(gè)時(shí)候只有車(chē)內(nèi)回風(fēng)能夠進(jìn)入空調(diào)風(fēng)道。反之，當(dāng)內(nèi)外循環(huán)電磁閥開(kāi)時(shí)，空調(diào)處于外循環(huán)狀態(tài)，這個(gè)時(shí)候不僅僅車(chē)內(nèi)回風(fēng)能夠進(jìn)入空調(diào)風(fēng)道，車(chē)外空氣也進(jìn)入空調(diào)風(fēng)道，也就制冷(加熱)處

15、理前空氣是車(chē)內(nèi)回風(fēng)和車(chē)外新鮮空氣的混合氣體。鼓風(fēng)機(jī)由鼓風(fēng)機(jī)調(diào)速電路控制，其作用是推動(dòng)空氣在空調(diào)風(fēng)道里流動(dòng)，在全和一型空調(diào)中，它同時(shí)也起了是制冷蒸發(fā)器風(fēng)扇和暖風(fēng)散熱器風(fēng)扇的作用。制冷蒸發(fā)器連接制冷壓縮機(jī)，壓縮抓由壓縮機(jī)電磁閥控制。當(dāng)壓縮機(jī)電磁閥吸合，壓縮機(jī)開(kāi)始工作，蒸發(fā)器就能從流過(guò)的空氣中吸取熱量，從而使空氣降溫?；旌巷L(fēng)門(mén)開(kāi)度由混合風(fēng)門(mén)電機(jī)控制?；旌巷L(fēng)門(mén)負(fù)責(zé)控制空氣經(jīng)過(guò)蒸發(fā)器和暖風(fēng)散熱器的量，也就是控制經(jīng)過(guò)兩種處理空氣的混合程度。暖風(fēng)散熱器由暖水電池閥控制，當(dāng)暖水電磁閥吸合，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水流過(guò)暖風(fēng)散熱器，這樣就可以通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)余熱進(jìn)行熱交換，將經(jīng)過(guò)散熱器的空氣加熱?；旌巷L(fēng)門(mén)開(kāi)度由混合風(fēng)門(mén)電機(jī)控制?；?/p>

16、合風(fēng)門(mén)負(fù)責(zé)控制空氣經(jīng)過(guò)蒸發(fā)器和暖風(fēng)散熱器的量，也就是控制經(jīng)過(guò)兩種處理空氣的混合程度。風(fēng)向風(fēng)門(mén)由風(fēng)向風(fēng)門(mén)電機(jī)控制。風(fēng)向風(fēng)門(mén)可以控制空調(diào)出風(fēng)口的出風(fēng)方式，也就是控制經(jīng)過(guò)處理的空氣從除霜風(fēng)口、下吹風(fēng)口和前吹風(fēng)口吹出。綜上所述，整個(gè)汽車(chē)空調(diào)控制系統(tǒng)可以通過(guò)六個(gè)受控裝置來(lái)控制，它們分別是內(nèi)外循環(huán)電磁閥、鼓風(fēng)機(jī)電路，混合風(fēng)門(mén)電機(jī)、壓縮機(jī)電磁閥、暖水電磁閥和風(fēng)向風(fēng)門(mén)電機(jī)。全合一空氣混合型的汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)，其類型是制冷與加熱使用一套溫度控制系統(tǒng)，通過(guò)混合風(fēng)門(mén)的開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)冷熱空氣的混合?；旌巷L(fēng)門(mén)是全合一空氣混合型汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)最重要的溫度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，起作用是將一定量空氣按不同比例分配后分別流經(jīng)制冷蒸發(fā)器和暖風(fēng)散熱器，

17、然后再混合，從而調(diào)節(jié)出風(fēng)溫度。因此，將對(duì)混合風(fēng)門(mén)的開(kāi)度調(diào)節(jié)作為汽車(chē)空調(diào)溫度調(diào)節(jié)的主要手段。3 硬件電路設(shè)計(jì)3.1 汽車(chē)全自動(dòng)空調(diào)控制器硬件3 工作原理汽車(chē)全自動(dòng)空調(diào)控制器實(shí)際上就是根據(jù)人們對(duì)空調(diào)控制器的設(shè)定值，控制汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)，使車(chē)廂內(nèi)空調(diào)環(huán)境達(dá)到設(shè)定目標(biāo)的電子控制設(shè)備。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車(chē)空調(diào)各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制控制，必須要對(duì)車(chē)內(nèi)環(huán)境狀況做出監(jiān)控。一般是采用安裝在車(chē)內(nèi)不同位置的各種傳感器經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再傳到微處理進(jìn)行檢測(cè)和決策。微處理根據(jù)檢測(cè)的數(shù)據(jù)和溫度設(shè)定值進(jìn)行決策處理后，通過(guò)各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)模塊實(shí)現(xiàn)空調(diào)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的改變，從而最終實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)內(nèi)環(huán)境的改變7。3 硬件組成汽車(chē)全自

18、動(dòng)空調(diào)控制器的核心部分，是由微處理器為核心的電子線路系統(tǒng)。包括主機(jī)和I/O接口設(shè)備。主機(jī)包括中央處理器，主機(jī)依靠I/O接口設(shè)備來(lái)輸入信息(鍵盤(pán)、傳感器信號(hào))，輸出指令控制命令、顯示等8。智能溫控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。由圖可知，智能溫控系統(tǒng)的硬件主要由單片機(jī)、溫度信號(hào)采集電路、人機(jī)接口電路、串行存儲(chǔ)及系統(tǒng)監(jiān)控電路和串行通信接口電路等幾部分組成。顯示鍵盤(pán)控制風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)調(diào)速驅(qū)動(dòng)PWM輸出傳感器SPCE061A外擴(kuò)存儲(chǔ)器風(fēng)門(mén)位置控制制步進(jìn)電機(jī)電源圖3.1 全自動(dòng)空調(diào)控制器硬件組成圖3.1的中心框SPCE061A是中央控制處理單元，它根據(jù)程序儲(chǔ)存器中存儲(chǔ)的程序，一步步執(zhí)行程序所規(guī)定的工作。這些工作包

19、括:1) 各種數(shù)學(xué)運(yùn)算和邏輯分析判斷。運(yùn)算分析的原始數(shù)據(jù)可從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中讀出，運(yùn)算分析的中間結(jié)果和最終結(jié)果都可以存放在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中。2) 從輸入接口中讀出經(jīng)過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換后的各種傳感器的輸入信號(hào)，并將這些信號(hào)以數(shù)字的形式存放于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中。傳感器可以有模擬量、開(kāi)關(guān)量等多種方式的輸出信號(hào)，輸入接口將這些信號(hào)都可以轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，隨時(shí)供CPU讀出。3) 根據(jù)控制要求和存儲(chǔ)于數(shù)字存儲(chǔ)器中的分析計(jì)算結(jié)果，將對(duì)執(zhí)行器的操作命令送到輸出接口，輸出接口根據(jù)所連接的執(zhí)行器的種類將這些輸出命令轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的信號(hào)形式，使執(zhí)行器執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。4) 讀取鍵盤(pán)狀態(tài)，得到使用者的鍵盤(pán)操作狀態(tài)，對(duì)它進(jìn)行分析處理。根據(jù)程序要求或

20、使用者的鍵入命令將相應(yīng)的數(shù)據(jù)送到顯示單元。3.2 單片機(jī)的和外擴(kuò)存儲(chǔ)器選取本系統(tǒng)選用臺(tái)灣凌陽(yáng)公司的AT89系的SPEC061A ，SPEC061A單片機(jī)是一種新型的低功耗、高性能微控制器，具有豐富的資源：RAM大，ROM空間大，指令周期短，運(yùn)行速度快，低功耗，低電壓，可編程音頻處理，易于編寫(xiě)等特點(diǎn)。SPCE061A 是繼系列產(chǎn)品SPCE500A等之后凌陽(yáng)科技推出的又一款16位結(jié)構(gòu)的微控制器。，SPCE061A里只內(nèi)嵌32K字的閃存（FLASH）。較高的處理速度使能夠非常容易地、快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)。SPCE061A微控制器是適用于數(shù)字語(yǔ)音識(shí)別應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)品的一種最經(jīng)濟(jì)的選擇。 &#

21、160; 該單片機(jī)的主要性能icro;nSP微處理器； 工作電壓(CPU) VDD為2.43.6V (I/O) VDDH為2.45.5V CPU時(shí)鐘：0.32MHz49.152MHz ； 內(nèi)置2K字SRAM； 內(nèi)置32K FLASH； 可編程音頻處理； 晶體振蕩器; 系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下(時(shí)鐘處于停止?fàn)顟B(tài))，耗電僅為2µA3.6V； 2個(gè)16位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(可自動(dòng)預(yù)置初始計(jì)數(shù)值)； 2個(gè)10位DAC(數(shù)-模轉(zhuǎn)換)輸出通道； 32位通用可編程輸入/輸出端口； 14個(gè)中斷源可來(lái)自定時(shí)器A / B，時(shí)基，2個(gè)外部時(shí)鐘源輸入，鍵喚醒； 具備觸鍵喚醒的功能； 使用凌陽(yáng)音頻編碼S

22、ACM_S240方式(2.4K位/秒)，能容納210秒的語(yǔ)音數(shù)據(jù)； 鎖相環(huán)PLL振蕩器提供系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)； 32768Hz實(shí)時(shí)時(shí)鐘； 7通道10位電壓模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和單通道聲音模-數(shù)轉(zhuǎn)換器； 聲音模-數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入通道內(nèi)置麥克風(fēng)放大器和自動(dòng)增益控制(AGC)功能； 具備串行設(shè)備接口； 具有低電壓復(fù)位(LVR)功能和低電壓監(jiān)測(cè)(LVD)功能； 內(nèi)置在線仿真電路ICE（In- Circuit Emulator）接口； 具有保密能力； 具有WatchDog功能。 SPCE061A的最小系統(tǒng)組成SPCE061A的最小系統(tǒng)組成圖如圖2所示，由圖可見(jiàn)，其接線比較簡(jiǎn)單，在OSCO、OSCl端接上晶振及諧

23、振電容，并在鎖相環(huán)壓控振蕩器的阻容輸入VCP端接上相應(yīng)的電容和電阻即可工作。在其它不用的電源端和地端接上01YF或1001F的去耦電容可以提高系統(tǒng)的抗干擾能力。外擴(kuò)存儲(chǔ)器選擇SPCE061a中的FLASH只有32Kword，由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)的程序比較多，要存放大量的數(shù)據(jù)，就要考考慮對(duì)外擴(kuò)存儲(chǔ)器進(jìn)行外圍擴(kuò)展。本設(shè)計(jì)采用凌陽(yáng)公司的SPR4096芯片對(duì)儲(chǔ)存器擴(kuò)展。SPR4096是一個(gè)高性能的4M-bit總線FLASH，分為256扇區(qū)，分為256個(gè)扇區(qū)，擦除的時(shí)候，每個(gè)扇區(qū)為2K-byte。SPR4096還有內(nèi)置一個(gè)4K×8-bit的SRAM.在進(jìn)行FLASH的變成可以并發(fā)執(zhí)行SRAM的讀寫(xiě)。S

24、PR4096內(nèi)置了一個(gè)總線存儲(chǔ)器接口和一個(gè)串行接口，它允許單片機(jī)通過(guò)8-bit并行模式訪問(wèn)FLASH存儲(chǔ)區(qū)。本設(shè)計(jì)使用串行模式，串行接口的工作頻率為5MHZ.SPR4096有兩個(gè)電源輸入端VDDI和VDDQ是給內(nèi)部FLASH和控制邏輯供電的：VDDQ是專門(mén)為I/O供電的。串行接口模式的選中是通過(guò)設(shè)置CF2-CF0來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)成分CF2-CF0均接高電平時(shí)，選中的就是串行接口模式。在串行接口模式中，CF7為低電平時(shí)選中FLASH,高電平選中SRAM.設(shè)計(jì)中，SCLK接IOB0，SDA接IOB1，CF2-CF0接高電平，選擇串行接口模式：CF7接低電平，選中FLASH3.3 電源電路設(shè)計(jì)汽車(chē)空調(diào)控

25、制器需要兩路電源：5v和12v電源。5v電源用于SPCE061A單片機(jī)供電，12v電源用于需要大電流驅(qū)動(dòng)的場(chǎng)合，風(fēng)機(jī)，壓縮機(jī)等。由于汽車(chē)蓄電池供電只有12v并且工作期間有很大波動(dòng)。綜合考慮，本系統(tǒng)選用了電源芯片LM2596，將車(chē)載電源轉(zhuǎn)換為所需電源。如下圖所示+12VLM2596L1330uHHHR5R62K2KC11330uFD5C10100uF14532圖3.3 汽車(chē)空調(diào)電源電路 溫度信號(hào)采集電路的設(shè)計(jì)3. 溫度傳感器的選擇溫度傳感器的功能是進(jìn)行溫度信號(hào)的測(cè)量，在本文中采用溫度傳感器AD590 13。AD590是美國(guó)ANALOGDEVCIE公司生產(chǎn)的專用集成溫度傳感器，屬于電流輸出型傳感器

26、。在一定溫度范圍內(nèi)，它相當(dāng)于一個(gè)高阻抗恒流源，其電流溫度靈敏度為1A/K。它不易受接觸電阻、引線電阻、電壓噪聲等的干擾。此外，它還具有體積小、測(cè)溫精度高、線性度好和互換性強(qiáng)等特點(diǎn)。傳輸線上的壓降不影響輸出電流值，可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸。因此，它具有使用方便，抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，特別適用于較遠(yuǎn)距離的溫度巡回檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。其主要技術(shù)指標(biāo)為:1) 測(cè)溫范圍:-551502) 電流輸出: 1A/K3) 電源電壓:430v(直流)4) 精度:0.55) 重復(fù)性:±6) 輸出阻抗:約為10M7) 長(zhǎng)期漂移:±/月 溫度傳感器采樣放大電路溫度傳感器采集的溫度信號(hào)是模擬信號(hào)，需要進(jìn)行A/

27、D轉(zhuǎn)換。某些結(jié)型半導(dǎo)體器件，例如二極管和三極管對(duì)溫度呈現(xiàn)出敏感性，因而可用作溫度敏感元件，因此可以利用這個(gè)特性，從它的輸出電量的大小直接換算，而得到絕對(duì)溫度值。AD590便是根據(jù)此原理制造的一種半導(dǎo)體集成溫度傳感器。單片機(jī)SPCE061A的輸入信號(hào)是電壓值，電壓范圍是OV5V，而AD590采集的溫度信號(hào)是電流信號(hào)，電流的量值是微安級(jí)，所以AD590傳感器采集的溫度信號(hào)還不能直接輸入到單片機(jī)中，需要進(jìn)行電流/電壓的轉(zhuǎn)換，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，并且對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行放大。以適應(yīng)ADC0809芯片的輸入要求。因此，本文采用10K電阻與AD59O串聯(lián)對(duì)傳感器進(jìn)行電壓取樣。在電阻上得到與絕對(duì)溫度成正比的

28、電壓輸出Vo(1mV/K)。當(dāng)溫度變化時(shí)，AD59O會(huì)產(chǎn)生變化的電流，而且AD590的輸出是與絕對(duì)溫度(K)成正比的，其在0時(shí)輸出電流為uA，為了使AD590的輸出與攝氏溫度()成比例關(guān)系14，作如下處理。經(jīng)OPA1將電流轉(zhuǎn)換成電壓，再由OPA2做零位調(diào)整，最后由OPA3反向放大10倍。放大電路如圖4.2。第一個(gè)步驟:先調(diào)AD59O的可變電阻器VR1。如以0；第二個(gè)步驟:調(diào)整VR2，使0-=OV(反相，零位調(diào)整)；第三個(gè)步驟:調(diào)VR3，使此時(shí)OPA3放大10倍。圖4.2 采樣放大電路另外，出于經(jīng)濟(jì)性和數(shù)據(jù)采集特點(diǎn)的考慮，本文決定采用多路開(kāi)關(guān)來(lái)對(duì)4路傳感器信號(hào)進(jìn)行分時(shí)采集，這樣可以使4路信號(hào)共用

29、一個(gè)放大器，而又不影響電路的特性。模擬開(kāi)關(guān)CD4051的選通地址A0A2單片機(jī)的控制。就完成了從溫度電流信號(hào)到A/D轉(zhuǎn)換器標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換。前面已談到AD590及其測(cè)量調(diào)理電路如何實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)的輸出，該電壓信號(hào)為模擬量，為了溫度信號(hào)的引入，必須進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。對(duì)于單片機(jī)接口的模擬信號(hào)采集，軟件設(shè)計(jì)為對(duì)每個(gè)端口進(jìn)行分時(shí)采集。3.4 轉(zhuǎn)向器控制電路設(shè)計(jì) 與家用空調(diào)不同，汽車(chē)空調(diào)制冷制熱是靠風(fēng)道的切換來(lái)實(shí)現(xiàn)的，制熱模式轉(zhuǎn)向制熱風(fēng)道，風(fēng)從裝有水箱的風(fēng)道吹出，水箱中的水是發(fā)動(dòng)動(dòng)的冷卻水，含有熱量：當(dāng)處于制冷模式是，轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向制冷風(fēng)道，壓縮機(jī)工作，蒸發(fā)器溫度降低，風(fēng)機(jī)吹出的風(fēng)通過(guò)蒸發(fā)器，達(dá)到制冷的目的

30、。在汽車(chē)內(nèi)，外風(fēng)循環(huán)和除霜運(yùn)行，分別通過(guò)兩轉(zhuǎn)向器來(lái)控制。每個(gè)轉(zhuǎn)向器的內(nèi)部都有小電機(jī)，通過(guò)內(nèi)部的蝸桿，齒輪等傳動(dòng)裝置來(lái)驅(qū)動(dòng)與齒輪相配合的擺臂，這個(gè)擺臂又與外部的連桿機(jī)構(gòu)來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)風(fēng)門(mén)。齒輪上裝有磁極，它與轉(zhuǎn)向器內(nèi)部電路板得霍爾元件來(lái)決定轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)動(dòng)的位置，從而確定風(fēng)門(mén)所轉(zhuǎn)的角度。 轉(zhuǎn)向器工作電壓為+12V，“WAY”和“D”是轉(zhuǎn)向器的控制端，“H1”和“H2”是轉(zhuǎn)向器位置反饋信號(hào)。單片機(jī)的“IOB4”通過(guò)轉(zhuǎn)向器“D”控制轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)動(dòng)，“IOB7”通過(guò)轉(zhuǎn)向器的“WAY”控制正反轉(zhuǎn)， “IOA15” “IOA14”分別接受來(lái)自轉(zhuǎn)向器 “H1” “H2”的霍爾位置反饋信號(hào)，單片機(jī)根據(jù)該反饋信號(hào)，控制轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)動(dòng)

31、的角度。DWAYVCCH1H2P03P02P01 人機(jī)接口的設(shè)計(jì)一LED顯示和鍵盤(pán)LED顯示和簡(jiǎn)易鍵盤(pán)是汽車(chē)空調(diào)智能溫控系統(tǒng)的人機(jī)接口，車(chē)廂內(nèi)的測(cè)量溫度和設(shè)定溫度由LED顯示,通過(guò)鍵盤(pán)，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的“軟關(guān)機(jī)”和恢復(fù)“正常運(yùn)行狀態(tài)”，可以切換“自動(dòng)”和“手動(dòng)”工作模式。在“自動(dòng)模式”下能夠通過(guò)輸入溫度設(shè)定值，實(shí)現(xiàn)車(chē)廂溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)；而在“手動(dòng)模式”下可以直接改變混合風(fēng)的開(kāi)度，實(shí)現(xiàn)車(chē)廂溫度的人工調(diào)節(jié)。用8255擴(kuò)展并行I/O接口構(gòu)成的鍵盤(pán)和四位七段LED顯示器接口電路。另外，接在P1.2上的指示燈L0工作于混合風(fēng)門(mén)的手動(dòng)控制的模式下，當(dāng)其發(fā)光時(shí)，表示風(fēng)門(mén)處于最大開(kāi)度位置。4.4.1 8255和A

32、589C52的硬件連接8255是一種可編程的并行I/O接口芯片，其內(nèi)部含有三個(gè)8位數(shù)據(jù)端口A、B、C，都可以選擇作為輸入或輸出。有A組和B組兩組控制電路，A組控制電路控制端口A和端口C的上半部分(PC7PC4)；B組控制電路控制端口B和端口C的下半部分(PC3PC0)。8255中的三個(gè)端口以及內(nèi)部的一個(gè)控制寄存器，由A1、A0來(lái)加以選擇。另外，8255有三種工作方式:基本輸入/輸出方式(方式0)，這種方式下，A、B、C端口任何一個(gè)都可以作簡(jiǎn)單的輸入/輸出操作，不需要應(yīng)答聯(lián)絡(luò)信號(hào)；輸入/輸出方式(方式l)，端口A、B、C借助于C口一些引腳選通或應(yīng)答或聯(lián)絡(luò)信號(hào)；帶選通的雙向總線輸入/輸出方式(方式

33、2)，此方式只適用A口，由PC3PC7提供選通、聯(lián)絡(luò)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)總線數(shù)據(jù)的規(guī)化傳送。為了簡(jiǎn)化接口，且不必引入反饋閉環(huán)控制，故本文采用方式0工作。在此，單片機(jī)的P0口線既作地址線使用又作為數(shù)據(jù)線使用，具有雙重功能，因此需采用復(fù)用技術(shù)，對(duì)地址和數(shù)據(jù)進(jìn)行分離，為此在構(gòu)造地址總線時(shí)要增加一個(gè)8位鎖存器，本文采用的地址鎖存器是74LS373。首先由鎖存器暫存并為系統(tǒng)提供低8位地址，其后P0線就作為數(shù)據(jù)線使用。即AT89C52的P0口輸出的低8位地址增加74LS373后再與8255的AD0AD7相接，地址鎖存用ALE在74LS373鎖存。其中，8255的端經(jīng)鎖存器接P0.7，A1、AO經(jīng)鎖存器接P0.1和P

34、0.0。當(dāng)P2.7為低電平時(shí)，訪問(wèn)8255的I/O口8。 LED顯示器1) LED的動(dòng)態(tài)顯示 本文中控制系統(tǒng)的顯示器采用四位七段LED顯示器7，其中前兩位用于顯示溫度設(shè)定值，后兩位用于顯示溫度測(cè)量值。另外，LED顯示有動(dòng)態(tài)顯示和靜態(tài)顯示兩種顯示方式，其中靜態(tài)顯示方式的編程較容易，但占用口線資源較多。在本論文的設(shè)計(jì)中，四位七段LED顯示器采用動(dòng)態(tài)顯示方式。段選線接8255的PA口，位選線接8255PB口的PB0PB3。由于各位的段選線并聯(lián)，段選碼的輸出對(duì)各位來(lái)說(shuō)都是相同的，在同一時(shí)刻，如果各位的位選線都處于選通狀態(tài)的話，四位LED將顯示同樣的字符；如果采用掃描顯示方式，在某一時(shí)刻，只讓某一位的位

35、選線處于選通狀態(tài)，其他各位處于關(guān)閉狀態(tài)，同時(shí)在段選線上輸出該位要顯示的字符的字型碼，這樣在此時(shí)四位LED中只有選通的那一位顯示出字符，而其他三位是熄滅的。同樣在下一時(shí)刻只讓下一位處于選通狀態(tài)，其他的處于關(guān)閉狀態(tài)，同時(shí)段選線輸出該位要顯示字符的字型碼，在這一時(shí)刻只有選通的位有輸出。如此循環(huán)下去，就可以使各位顯示出要顯示的字符，雖然這些字符不是同時(shí)出現(xiàn)，但由于人的視覺(jué)留現(xiàn)象，只要各位的顯示間隔足夠短，則會(huì)造成同時(shí)顯示的假象。2) LED顯示的驅(qū)動(dòng)技術(shù) LED顯示器的驅(qū)動(dòng)是一個(gè)重要的問(wèn)題，驅(qū)動(dòng)能力不夠，顯示亮度就低，驅(qū)動(dòng)器長(zhǎng)期在超負(fù)荷下運(yùn)行則容易損壞。對(duì)于靜態(tài)顯示,LED的驅(qū)動(dòng)較為簡(jiǎn)單，只要驅(qū)動(dòng)器的

36、驅(qū)動(dòng)能力與顯示的工作電流相匹配即可，而且只須考慮段的驅(qū)動(dòng)。動(dòng)態(tài)顯示則不然，由于一位數(shù)據(jù)的顯示由段和位選信號(hào)共同完成的，必須同時(shí)考慮段和位的驅(qū)動(dòng)，段的驅(qū)動(dòng)能力決定了位的驅(qū)動(dòng)能力:當(dāng)段驅(qū)動(dòng)能力確定后，要考慮極端的情況，即該位中各個(gè)段全部點(diǎn)亮，則位的驅(qū)動(dòng)電流為各段驅(qū)動(dòng)電流之和。選擇晶體三極管C9013為驅(qū)動(dòng)器，各個(gè)三極管工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)。當(dāng)段、位選通時(shí)，C9013的飽和壓降約為0.3V，LED的壓降近似為1.5V，取限流電阻60，則段的峰值電流為:(50.5)/6050mA，因顯示器為四位LED顯示，所以平均電流為50/412.5mA，顯示器為七段，故位驅(qū)動(dòng)電流為50×7=350mA，滿足七

37、段LED顯示的要求。 鍵盤(pán)工作原理簡(jiǎn)易鍵盤(pán)中的“UP”鍵、“DOWN”鍵和“AUTO”鍵跨接在8255相應(yīng)的PC0PC2線上，此時(shí)，8255的PC口為輸入。同時(shí)，3個(gè)按鍵的行線通過(guò)一個(gè)與門(mén)接到CUP的外部中斷引腳上，當(dāng)鍵盤(pán)上沒(méi)有鍵閉合時(shí)，列線都輸出高電平，引腳也為高電平。一旦鍵盤(pán)上有鍵閉合，引腳就變?yōu)榈碗娖剑駽UP發(fā)出中斷請(qǐng)求。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(gè)鍵被按下。另外，系統(tǒng)的軟開(kāi)關(guān)按鍵“ON/OFF”鍵接AT89C52的P1.3引腳，按鍵在沒(méi)有閉合時(shí)，P1.3引腳處于高電平，該按鍵采用掃描查詢的工作方式，當(dāng)檢測(cè)到氏輸入為低電平時(shí)，系統(tǒng)會(huì)在“正常運(yùn)行模式”和“軟關(guān)機(jī)模式

38、”之間切換。4.5 串行存儲(chǔ)及系統(tǒng)監(jiān)控電路的設(shè)計(jì).1 監(jiān)控芯片X25045功能介紹為提高單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力，采用帶看門(mén)狗定時(shí)器、帶上電復(fù)位和電源電壓監(jiān)控的電路成為一種趨勢(shì)。另外，在單片機(jī)系統(tǒng)中常常需要在線進(jìn)行某些參數(shù)的設(shè)置和修改，且掉電后數(shù)據(jù)保持不變，往往會(huì)用到串行EERPOM。Xicor公司生產(chǎn)的X25045芯片將看門(mén)狗定時(shí)器、上電復(fù)位、電源電壓監(jiān)控和串行EEPROM集成在一片8只引腳的芯片內(nèi)，與單片機(jī)的接口非常簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)硬件，提高了可靠性，降低了成本和功耗，是組成單片機(jī)系統(tǒng)的理想器件之一15。1) 功能簡(jiǎn)介看門(mén)狗X25045的看門(mén)狗定時(shí)器對(duì)單片機(jī)提供獨(dú)立的保護(hù)系統(tǒng)。該定時(shí)

39、器共有20Oms、600ms、三種定時(shí)時(shí)間，可由用戶編程選擇。在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)，若單片機(jī)沒(méi)有訪問(wèn)X25045(即表示系統(tǒng)出現(xiàn)故障)，看門(mén)狗將輸出RESET信號(hào)，將其RESET輸出端置為高電平。延時(shí)約200ms后，RESTE端由高電平變?yōu)榈碗娖?，將單片機(jī)復(fù)位。電壓監(jiān)控上電時(shí)，電源電壓高于V后，經(jīng)過(guò)約200ms的穩(wěn)定時(shí)間RESET信號(hào)由高電平變?yōu)榈碗娖剑坏綦姇r(shí)，電源電壓低于V時(shí)，RESTE信號(hào)立即變?yōu)楦唠娖街敝岭娫措妷夯謴?fù)穩(wěn)定為止。這樣就保證了單片機(jī)可靠復(fù)位以及電源電壓不穩(wěn)定時(shí)，單片機(jī)不會(huì)出現(xiàn)死機(jī)和誤動(dòng)作。X25045片內(nèi)帶64字節(jié)串行EEPROM，每個(gè)字節(jié)可擦寫(xiě)10萬(wàn)次以上，數(shù)據(jù)可保存100年以上

40、，具有可編程塊鎖定功能，用三總線串行1/0接口便可進(jìn)行讀寫(xiě)操作2) 工作原理X25045內(nèi)部有一個(gè)8位的指令寄存器，單片機(jī)通過(guò)對(duì)指令寄存器寫(xiě)命令實(shí)現(xiàn)對(duì)X25045的操作。指令、地址和數(shù)據(jù)均以高位在前的方式串行傳送，EEPROM讀(READ)、寫(xiě)(WRITE)命令中的第三位是EEPROM地址的高位A8，用于選擇器件的上半部或下半部。另外，X25045有一個(gè)8位的狀態(tài)寄存器，它由RDSR和WRSR命令進(jìn)行讀寫(xiě)WIP位為寫(xiě)EEPROM忙位，是只讀位。WIP為“0”,表示沒(méi)有進(jìn)行EEPROM寫(xiě)操作，可以寫(xiě)EEPROM操作，WIP為“1”，表示正在進(jìn)行EEPROM寫(xiě)操作，此時(shí)不能向EEPROM寫(xiě)數(shù)據(jù)。W

41、IP位由WRNE指令設(shè)定為1:在執(zhí)行WRDI操作，上電時(shí)，字節(jié)、頁(yè)或狀態(tài)寄存器寫(xiě)周期完成后，WIP腳變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，WPI復(fù)位為0。WEL是寫(xiě)使能寄存器狀態(tài)位，是只讀位。WEL由WREN指令置為1，由WRDI指令復(fù)位為0。當(dāng)WEL被復(fù)位為0時(shí)，EEPROM寫(xiě)操作被禁止。BL0、BL1是EEPROM塊保護(hù)的地址選擇位。一旦某塊地址的內(nèi)容被保護(hù)，該塊的內(nèi)容就只能讀，不能寫(xiě)新數(shù)據(jù)。WD0、WDI為看門(mén)狗定時(shí)器定時(shí)時(shí)間設(shè)定位。.2 X25045與單片機(jī)AT89C52的接口電路圖是X25045與AT89C52的接口電路。Pl.7、Pl.6、P1.5、Pl.4分別接X(jué)25045的串行輸入、串行時(shí)鐘輸入、片選

42、、串行輸出端，經(jīng)2K電阻接Vcc，按鍵S起手動(dòng)復(fù)位作用。圖4.2 X25045與AT89C52的接口電路4.6 混合風(fēng)門(mén)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)根據(jù)PMM8713與SI-7300A組合的步進(jìn)電機(jī)的功率驅(qū)動(dòng)電路，設(shè)計(jì)出混合風(fēng)門(mén)四相步進(jìn)電機(jī)的功率驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。PMM8713采取單脈沖輸入、1-2相勵(lì)磁方式，DP控制端為SI-7300A的輸入電流I。調(diào)節(jié)端，可懸空或接高電平，接高電平時(shí)可適當(dāng)提高SI-7300A的輸出電流，在本應(yīng)用系統(tǒng)中懸空使用。P1.1輸出，系統(tǒng)采用四相混合式步進(jìn)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電壓為直流24V16。 SI-73001功率驅(qū)動(dòng)原理SI-73001采用PWM恒流斬波的驅(qū)動(dòng)方式，是高性能步進(jìn)電機(jī)集

43、成功率放大器，為單極性四相驅(qū)動(dòng)，能獲得很高的性能指標(biāo).步進(jìn)電機(jī)使用較高電壓電源，可使繞組電流幾乎階躍地上升到預(yù)定值，流過(guò)Rs的檢測(cè)電流去控制斬波控制電路關(guān)斷，繞組電路在續(xù)流回路(回路L、T2、Rs、Dl)中續(xù)流并下降，當(dāng)電流下降規(guī)定時(shí)間后(達(dá)到某一電流值)由脈沖電路產(chǎn)生脈沖至斬波控制電路使T，接通，如此反復(fù)控制，由T1反復(fù)開(kāi)關(guān)繞組電流，進(jìn)行斬波控制，使電流平均值趨向于維持恒定。外接穩(wěn)壓二極管D1、D3用作鉗位保護(hù)和內(nèi)部集成續(xù)流回路(需外接檢測(cè)電阻Rs)以保護(hù)T1免受因T1的開(kāi)關(guān)動(dòng)作引起的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)造成的尖峰電壓損害。4.6.2 PMM8713的特點(diǎn)及其管教功能PMM8713是步進(jìn)電機(jī)脈沖分配器

44、，采用DIP16封裝，適用于控制三相或四相步進(jìn)電機(jī)?？刂迫嗷蛩南嗖竭M(jìn)電機(jī)時(shí)，可以擇3種勵(lì)磁方式，每相最小灌入與拉出電流為20mA，滿足后級(jí)功率放大器的輸出要求，PMM8713在其所有輸入端子上內(nèi)嵌有施密特電路，噪聲容限大。由時(shí)鐘選通設(shè)定步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)脈沖的輸入方法。脈沖輸入方法有雙脈沖輸入法和單脈沖輸入法兩種。雙脈沖輸入法，CU、CD分別控制步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)脈沖；而單脈沖輸入法，CK脈沖輸入，正反轉(zhuǎn)方向由C/D的電位高低決定；激勵(lì)方式控制決定選擇何種勵(lì)磁方式(1相勵(lì)磁、2相勵(lì)磁、1-2相勵(lì)磁3種勵(lì)磁方式之一)，本文采用1-2相勵(lì)磁方式，故EA和EB都接高電平；激勵(lì)方式判斷用于檢測(cè)可逆環(huán)形計(jì)數(shù)產(chǎn)

45、生步進(jìn)電機(jī)在選定的勵(lì)磁方式下的各項(xiàng)通斷的時(shí)序邏輯信號(hào)。PWM8713管腳功能如表所示。表4.1 PMM8713管腳功能管腳號(hào)符號(hào)功能1CU正轉(zhuǎn)時(shí)鐘輸入2CD反轉(zhuǎn)時(shí)鐘輸入3CK時(shí)鐘脈沖輸入4/旋轉(zhuǎn)方向切換，0-反轉(zhuǎn)，1-正轉(zhuǎn)5EA勵(lì)磁模式切換002相；01、101相；111-2相6EB7C3、4相切換0-3相；1-4相8Ess地9R 復(fù)位14Em勵(lì)磁檢測(cè)15CO輸入脈沖檢測(cè)16VDD電源+4V18V 串行通訊接口的設(shè)計(jì)串行口通訊是計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的重要方式，在工程中有著廣泛的應(yīng)用。本文采用普通PC機(jī)作為上位機(jī)，在VB平臺(tái)上開(kāi)發(fā)空調(diào)車(chē)廂溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的熱力學(xué)模型，通過(guò)串口通訊的方式與

46、單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，以測(cè)試本文研究設(shè)計(jì)的汽車(chē)空調(diào)智能溫度控制器的實(shí)際工作性能17。 串行數(shù)據(jù)通信概述1) 串行數(shù)據(jù)傳送的特點(diǎn)數(shù)據(jù)傳送按位順序進(jìn)行，最少只需一根傳輸線即可完成，成本低但速度慢。計(jì)算機(jī)與遠(yuǎn)程終端或終端與終端之間的數(shù)據(jù)傳送通常都采用串行方式。另外，串行數(shù)據(jù)傳送分為異步傳送和同步傳送兩種方式，本文使用異步傳送方式。2) 異步串行通信異步串行數(shù)據(jù)通信是以字符為單位，即一次傳送一個(gè)字符。異步數(shù)據(jù)發(fā)送器先送出一個(gè)起始位，緊跟著具有一定格式的串行數(shù)據(jù)位和停止位。異步數(shù)據(jù)接收器首先接收起始位，同步它的時(shí)鐘，使之接近于發(fā)送器的頻率，然后使用同步時(shí)鐘接收位數(shù)據(jù)串。在接收過(guò)程中，接收時(shí)鐘與發(fā)送時(shí)鐘

47、的匹配會(huì)有偏差，但這種偏差不會(huì)影響短時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)串接收的正確性。停止位通常被接收器用來(lái)判別接收過(guò)程中的某些錯(cuò)誤，例如串行數(shù)據(jù)的字節(jié)邊界錯(cuò)等。異步串行通信的字符包括起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位、停止位。從起始位到停止位結(jié)束的全部?jī)?nèi)容稱為一幀，它是一個(gè)字符的完整的通信格式。異步通信數(shù)據(jù)傳輸中，微機(jī)與其他設(shè)備之間必須有兩項(xiàng)規(guī)定:字符格式，即字符的編碼形式，奇偶校驗(yàn)形式，以及起始位和停止位的規(guī)定；波特率，即數(shù)據(jù)傳送速率的規(guī)定，用每秒傳送格式位的數(shù)目表示。3) RS-232總線RS-232被定義為一種在低速率串行通信中增加通信距離的單端標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)除包括物理指標(biāo)外，還包括表明按位串行傳送的電氣標(biāo)準(zhǔn)。a.

48、RS-232C電氣特性和數(shù)據(jù)傳送格式在電氣性能方面，RS-2320使用負(fù)邏輯。邏輯“1”電平是在-5V到-15V范圍內(nèi)，邏輯“0”電平+5V到+15V范圍內(nèi)。它要求RS-232C接收器必須能識(shí)別低到+3V的信號(hào)作為邏輯“0”，識(shí)別高到-3V的信號(hào)作為邏輯“l(fā)”，即有2V的噪聲容限。RS-232以位串行傳輸數(shù)據(jù)的格式，這是微機(jī)系統(tǒng)中最通用的格式。7位ASC碼數(shù)據(jù)的連續(xù)傳送由最低有效數(shù)字位開(kāi)始，以奇偶校驗(yàn)位結(jié)束。b. RS-232C接口引腳的使用異步傳輸只要9只引腳就夠了，如果要采用同步則需要25只引腳。在本文中采用9針的串行端口DB9，并使用一種有效而最簡(jiǎn)單的接法，僅僅用到DB9串口三只引腳就可

49、以完成數(shù)據(jù)的收發(fā)，其中2腳RXD為數(shù)據(jù)接收腳，3腳TXD為數(shù)據(jù)發(fā)送腳，5腳GND為接地端。 單片機(jī)與PC機(jī)的串行接口及電路微機(jī)串口通常采用RS232電平，而單片機(jī)串口是TTL電平，二者不兼容。所以，接口必須做電平轉(zhuǎn)換處理。本文采用的是MAXMI公司的MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片。單片機(jī)串行口的TXD，RXD和GND經(jīng)電平轉(zhuǎn)換分別與微機(jī)的RXD，TXD和GS相連。MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片的第9，10引腳分別接單片機(jī)的10和11引腳。DB9串口的第2，3引腳分別接MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片的7，8引腳。通過(guò)MAX232的TTL電平和RS232的輸入/輸出端口，自動(dòng)地調(diào)節(jié)了單片機(jī)串口的TTL電平信號(hào)和RS

50、232的串行通信信號(hào)的電平匹配15。 串行通訊的工作方式和波特率設(shè)置為了保證上位機(jī)與下位機(jī)的正常通信，單片機(jī)的波特率與PC機(jī)串口的波特率要相等，并且傳輸速率越低，傳送的誤碼越少。在本文中，由于對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高，故采用低波特率來(lái)減小誤碼率，本文采用的波特率為1200bit/s。單片機(jī)的串行工作方式有四種，本文采用串行工作方式l。即以10位為一幀的異步串行通信方式，共包括1個(gè)起始位，8個(gè)數(shù)據(jù)位和1個(gè)停止位。數(shù)據(jù)發(fā)送是由一條寫(xiě)發(fā)送寄存器(SBUF)的指令開(kāi)始，隨后在串行口由硬件自動(dòng)加入起位和停止位，構(gòu)成一個(gè)完整的幀格式，然后在移位脈沖的作用下，由TDX端串行輸出。一個(gè)字符幀發(fā)送完后，使TXD輸出線維

51、持在“l(fā)”狀態(tài)下，并將串行控制寄存器SCON的TI位置“1”，通知CPU可以接著發(fā)送下一個(gè)字符。接收數(shù)據(jù)時(shí)，SCON的允許接收位RNE位應(yīng)處于允許接收狀態(tài)(REN=1)。在此前提下，串行口采樣RXD端，當(dāng)采樣到從“1”向“0”的狀態(tài)跳變時(shí)，就認(rèn)定是接收到起始位。隨后在移位脈沖的控制下，把接收到的數(shù)據(jù)位移入接收寄存器中。直到停止位到來(lái)之后置位接收中斷標(biāo)志位RI，通知CUP從SBUF取走接收到的一個(gè)字符。5 汽車(chē)空調(diào)智能溫控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)硬件電路設(shè)計(jì)完成之后，系統(tǒng)的主要功能將依賴于軟件程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)系統(tǒng)能否正?？煽康毓ぷ鳎擞布暮侠碓O(shè)計(jì)外，與功能完善的軟件設(shè)計(jì)是分不開(kāi)的。5.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

52、概述由于匯編程序占用空間小，執(zhí)行效率高，而且具有可直接操作硬件資源和實(shí)時(shí)性強(qiáng)等特點(diǎn)，故在本次設(shè)計(jì)中，采用MCS-51匯編語(yǔ)言進(jìn)行程序編寫(xiě)。本系統(tǒng)采用的是8位單片機(jī)AT89C52，其程序存儲(chǔ)器也只有8K，為了更充分地使用單片機(jī)的有限空間，在開(kāi)發(fā)該系統(tǒng)軟件時(shí)使用中斷模式作為整個(gè)軟件的主線。汽車(chē)空調(diào)智能溫控系統(tǒng)的軟件程序是由主程序、外部中斷服務(wù)程序、串行中斷服務(wù)程序和定時(shí)器中斷服務(wù)程序等組成。5.2 系統(tǒng)軟件的工作模式汽車(chē)空調(diào)智能溫控系統(tǒng)的工作模式分為“正常運(yùn)行模式”、“軟關(guān)機(jī)模式”、“手動(dòng)控制模式”和“自動(dòng)控制模式”。系統(tǒng)上電時(shí)，軟件進(jìn)入上電自檢狀態(tài)，這時(shí)系統(tǒng)會(huì)首先從X25045讀入上次斷電前存入

53、EEPROM的系統(tǒng)狀態(tài)信息，初始化各個(gè)中斷并恢復(fù)空調(diào)控制器到上次關(guān)機(jī)前狀態(tài)。經(jīng)過(guò)上電初始化，智能溫控系統(tǒng)會(huì)恢復(fù)到上次關(guān)機(jī)前的“正常運(yùn)行模式”。此時(shí)，通過(guò)溫度調(diào)節(jié)按鍵可以設(shè)定需要的溫度值，溫度傳感器定時(shí)檢測(cè)車(chē)廂溫度，顯示器顯示溫度設(shè)定值和溫度測(cè)量值，混合風(fēng)門(mén)的開(kāi)度會(huì)根據(jù)溫差和溫差變化自動(dòng)調(diào)節(jié)，溫控系統(tǒng)能夠與PC機(jī)通過(guò)串口通訊交換數(shù)據(jù)。按一下“ON/OFF”鍵，可使溫控系統(tǒng)進(jìn)入“軟關(guān)機(jī)模式”。此時(shí)，系統(tǒng)不能再進(jìn)行溫度檢測(cè)、溫度設(shè)定和串行通訊，顯示器熄滅，混合風(fēng)門(mén)步進(jìn)電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)，系統(tǒng)在關(guān)機(jī)前自動(dòng)把溫控系統(tǒng)的狀態(tài)信息(如混合風(fēng)門(mén)的開(kāi)度位置，自動(dòng)控制模式下的溫度設(shè)定值或手動(dòng)控制模式下的風(fēng)門(mén)檔位值

54、)保存到X25045的EEPROM中。如果再按一下“N0/OFF”鍵，系統(tǒng)將恢復(fù)到“正常運(yùn)行模式”。當(dāng)處于“手動(dòng)控制模式”時(shí)，可以直接調(diào)節(jié)混合風(fēng)門(mén)開(kāi)度檔位(由全制冷到全加熱分為5檔)。當(dāng)處于“自動(dòng)控制模式”時(shí)，智能溫控系統(tǒng)根據(jù)溫度設(shè)定值與測(cè)量值的偏差自動(dòng)調(diào)節(jié)混合風(fēng)門(mén)的開(kāi)度，使車(chē)廂溫度能滿足乘客期望的舒適度要求。5.3 系統(tǒng)軟件的模塊化編程本控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用模塊化形式編寫(xiě)，模塊化編程是一種軟件設(shè)計(jì)方法，各模塊程序分別編寫(xiě)，編譯和調(diào)試，最后把各模塊一起連接/定位。模塊化編程具有以下優(yōu)點(diǎn):l) 開(kāi)發(fā)周期短；2) 當(dāng)同類的需求較多時(shí)，可以把程序放入庫(kù)中以備以后使用；3) 有利于軟件的可示化；4) 有利于軟硬件的聯(lián)調(diào)；5) 使得要解決的問(wèn)題與待定模塊分離，很容易找到出錯(cuò)的模塊，大大簡(jiǎn)化了調(diào)試。根據(jù)智能溫度控制器的功能需要，整個(gè)系統(tǒng)大概可以分為6個(gè)功能模塊，包括主程序模塊、按鍵掃描處理子程序模塊、FUZZY控制系統(tǒng)算法子程序模塊、溫度信號(hào)采集子程序模塊、模糊控制子程序模塊、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制子程序模塊18。5.3.1