【正文】 畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 AT89C52 單片機的汽車空調(diào)溫度控制系統(tǒng) 1 緒論 11 論文背景及意義 汽車空調(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)志也是提高汽車市場競爭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汽車空調(diào)的溫度控制性能提出了更高的要求 國外一些大汽車公司的高檔汽車上紛紛裝有全自動的空調(diào)系統(tǒng)而國內(nèi)大部分高檔汽車的空調(diào)控制器是進口的目前還沒有自主開發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的汽車空調(diào)自動控制器總體來看我國目前汽車空調(diào)系統(tǒng)的電子 化程度較低大多數(shù)仍采用手動控制或簡單的位式控制 手動控制一方面會出現(xiàn)車內(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的安全性手動控制己成為汽車空調(diào)進一步發(fā)展的瓶頸問題 而國外一些高檔汽車上已經(jīng)配有全自動汽車空調(diào)系統(tǒng)并且對這些先進的技術(shù)率先申請了專利對知識產(chǎn)權(quán)進行了保護因此無法破解其核心技術(shù)這樣就形成了引進 落后 再引進 落后的惡性循環(huán)嚴(yán)重阻礙了我國汽車工業(yè)的發(fā)展隨著我國加入 WTO 和全球貿(mào)易大市場的形成國外先進的汽車空調(diào)控制技術(shù)對國內(nèi)汽車工業(yè)造成很大的沖擊和壓力 汽車工業(yè)又面臨著新的機遇和挑戰(zhàn) 我們只有自主開發(fā)適合我國交通氣候的汽車空調(diào)全自動控制器形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)技術(shù)制訂出汽車空調(diào)控制器的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)才能提高我國汽車工業(yè)整體水平否則就會在競爭中失敗因而 加緊汽車空調(diào)全自動控制系統(tǒng)的研究勢在必行 目前我國汽車保有量己超過 1億萬輛汽車年產(chǎn)量約 18000萬輛汽車空調(diào)市場有著廣闊前景而現(xiàn)在進口汽車空調(diào)控制器的價格較高而實際的生產(chǎn)成本較低隨著人民生活水平的提高和汽車工業(yè)的發(fā)展全自動控制的空調(diào)汽車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)點將會越來越受到人們喜愛因而我們 必須不失時機地抓住這個機遇自主開發(fā)研制先進的汽車空調(diào)控制系統(tǒng)不僅會產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益而且對我國的經(jīng)濟建設(shè)汽車工業(yè)的發(fā)展都具有促進作用 在對全合一空氣混合型的汽車空調(diào)系統(tǒng)進行調(diào)研的基礎(chǔ)上通過模糊控制策略和軟硬件系統(tǒng)的研究設(shè)計出汽車空調(diào)全自動控制系統(tǒng)中的核心部分智能溫控系統(tǒng) 12 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和分析 我國現(xiàn)有主要汽車空調(diào)生產(chǎn)廠家多家其中絕大部分是引進國外技術(shù)生產(chǎn)線和生產(chǎn)設(shè)備還有些是中外合資企業(yè)國內(nèi)汽車空調(diào)技術(shù)的研究和開發(fā)特別在自動控制方面與國外的差距很大由于沒有掌握核心技術(shù)導(dǎo)致產(chǎn)品缺乏競爭力難以滿足整車企業(yè) 的系統(tǒng)化模塊化采購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)對模糊理論與傳統(tǒng)控制理論的關(guān)系學(xué)術(shù)界進行了很多的討論 [1] 國外一些大汽車公司的汽車空調(diào)系統(tǒng)代表了全自動空調(diào)的最高水平目前美國歐洲日本等汽車工業(yè)發(fā)達國家的汽車公司已經(jīng)相繼開發(fā)出各自的自動空調(diào)系統(tǒng) [1] 通用汽車公司某型汽車車身計算機模塊 BCM 控制的空調(diào)系統(tǒng)是較典型自動空調(diào)系統(tǒng)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)動機冷卻水溫等信號如果系統(tǒng)不在設(shè)定的范圍內(nèi)工作 BCM 將壓縮機電磁離合器脫離該系統(tǒng)用一 個雙向電動機調(diào)節(jié)混合風(fēng)門開度并用 5 個操縱機構(gòu)分別控制各個模式風(fēng)門和加熱器熱水閥還用功率模塊控制鼓風(fēng)機的轉(zhuǎn)速根據(jù)駕駛員輸入的溫度車室內(nèi)外溫度及制冷劑低壓管路溫度 BCM 計算出氣流分送模式鼓風(fēng)機轉(zhuǎn)速及混合風(fēng)門開度然后進行相應(yīng)的控制 [2] 而克萊斯勒公司的某些汽車空調(diào)還以占空比的方式對壓縮機離合器進行控制日本豐田某型汽車自動空調(diào)監(jiān)測車內(nèi)外溫度蒸發(fā)器溫度冷卻水水箱溫度以及陽光輻射強度壓縮機轉(zhuǎn)速等參量通過控制壓縮機磁吸風(fēng)機轉(zhuǎn)速和溫度混合風(fēng)門新風(fēng)風(fēng)門和模式風(fēng)門的伺服電機進行車室溫度調(diào)節(jié)自動功能下該空調(diào) ECU 電子控制單 元 首先計算送風(fēng)溫度并根據(jù)送風(fēng)溫度控制風(fēng)機轉(zhuǎn)速混合風(fēng)門開度壓縮機啟停及送風(fēng)模式 [2] 模糊控制在國外發(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)會國際會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)品的實例 [2] 現(xiàn)在在國外的模糊控制理論研究基本上在每個領(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] 從市場占有情況看由于目前大多數(shù)汽車空調(diào) 生產(chǎn)未上規(guī)模加上總類繁多國內(nèi)汽車空調(diào)銷售市場僅為幾家所壟斷比較而言國內(nèi)的汽車空調(diào)控制要稍遜一些廣州標(biāo)致汽車空調(diào)的電子控制系統(tǒng)根據(jù)車內(nèi)溫度環(huán)境溫度蒸發(fā)器溫度送風(fēng)溫度及人為設(shè)定值通過控制風(fēng)機轉(zhuǎn)速壓縮機離合器開合及熱水閥大小來進行溫度調(diào)節(jié)奧迪 100 汽車的空調(diào)系統(tǒng)模式風(fēng)門是手控的鼓風(fēng)機轉(zhuǎn)速由繼電器控制壓縮機離合根據(jù)蒸發(fā)器溫度控制奧拓汽車空調(diào)就更為簡單沒有舒適性控制用的傳感器對室溫靠人為控制另外一些形式的汽車空調(diào)還未產(chǎn)品化有人認(rèn)為光線的入射角會對熱負(fù)荷影響很大而對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計算確 定送風(fēng)量送風(fēng)溫度的分布是很不均勻的并且均勻分布的溫度場也會由于人的舒適感不同而產(chǎn)生舒適性差異對此有人研究針對前排后排車座的雙蒸發(fā)器運行情況并進行相應(yīng)的控制還有人針對司機和乘客的個體舒適性用不同出口進行控制通過控制壓縮機啟停來控制車廂內(nèi)溫度也需進行相應(yīng)的控制才能達到更優(yōu) 國內(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)模糊控制和時空混沌的自適應(yīng)模糊控制等可以說國內(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] 而在實踐應(yīng)用領(lǐng)域模糊控制在近幾年幾乎涉及到各個重輕工業(yè)領(lǐng)域在空調(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用模糊控制方法實現(xiàn)優(yōu)化處理的應(yīng)用文章 [5] 國內(nèi)汽車空調(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)?；?jīng)營之路將成為我國未來幾年汽車空調(diào)業(yè)迫切需要解決的問題 1350℃以上 汽車的使用環(huán)境非常嚴(yán)酷這些環(huán)境因素往往造成汽車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)境的要求汽車外部的環(huán)境溫度最高為 50℃最低為 40℃但汽車內(nèi)的工作環(huán)境卻因部件的位置不同而相差極大 其次要滿足振動沖擊環(huán)境要求汽車 零部件必須承受由不良路面引起的較大的振動和沖擊 還有要滿足電氣環(huán)境要求汽車電源波動和瞬時過電壓等將形成較壞的電氣環(huán)境 14 課題的提出與研究內(nèi)容 本課題的研究是針對我國現(xiàn)有高檔汽車上裝置的自動空調(diào)控制系統(tǒng)基本上依賴進口國產(chǎn)化自動控制系統(tǒng)在汽車系統(tǒng)中的應(yīng)用性研究較少迫切需要對汽車空調(diào)控制器實現(xiàn)電子自動化國產(chǎn)化為目標(biāo)而產(chǎn)生的因此本課題的研究內(nèi)容為 1 通過對汽車空調(diào)工作原理和空調(diào)總成的結(jié)構(gòu)分析設(shè)計了以 AT89C52 為核心的單片機控制系統(tǒng)并對控制器硬件電路部分做了設(shè)計 2 建立實現(xiàn)模糊控制算法的控制系統(tǒng) [6]闡述了如何實現(xiàn)對汽車空調(diào)系統(tǒng)的自動化模糊控制 3 溫度 的檢測采用高精度的集成溫度傳感器 MF51 實現(xiàn) 4 編程過程中采用模塊化的設(shè)計方法對各個子模塊分別進行編程調(diào)試再按控制要求將它們連接起來進行調(diào)試分析 2 汽車空調(diào)系統(tǒng)工作原理 21 汽車空調(diào)系統(tǒng)基本工作原理 汽車空調(diào)基本功能是通過人為的方法使車廂的溫度降低和升高達到使人體感到舒適的溫度環(huán)境高級汽車空調(diào)還包括對車廂內(nèi)空氣凈化控制二氧化碳含量和控制空氣濕度等高級功能一般汽車空調(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)主要由壓縮機冷凝器膨脹閥和蒸發(fā)器組成其制冷原理是利用液態(tài)制冷劑吸熱產(chǎn)生冷效應(yīng)首先低壓 低溫 液態(tài)制冷劑進入用來冷卻車內(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)氣化時的溫度低于管外空氣的溫度因此能自動地吸取車內(nèi)空氣中的熱量使空氣溫度降低產(chǎn)生冷效