【正文】 空調(diào)，即空氣調(diào)節(jié)，包括供暖、制冷、增減空氣濕度、調(diào)節(jié)空氣質(zhì)量等等。這些參數(shù)對(duì)人體的健康、舒適性有一定的影響，因此要求將其控制在一定范圍內(nèi)。 車(chē)載空調(diào)的發(fā)展歷史 最原始的汽車(chē)空調(diào)僅是開(kāi)窗換氣式。直到 20 世紀(jì) 60 年代，應(yīng)用制冷技術(shù)的汽車(chē)空調(diào)長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 才開(kāi)始逐步地普及起來(lái)。目前單一降溫的汽車(chē)空調(diào)仍在熱帶、亞熱帶部分地區(qū)使用。通用汽車(chē)公司 1964 年率先在轎車(chē)上應(yīng)用自控汽車(chē)空調(diào)。電腦控制的汽車(chē)空調(diào)功能增加，顯示數(shù)字化，冷、暖、通風(fēng)調(diào)控三位一體化。 隨著我國(guó)汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展、生活水平的提高，舊式的手動(dòng)模擬輸入簡(jiǎn)單空調(diào)控制系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足高檔汽車(chē)消費(fèi)的要求，所以產(chǎn)生了要求生產(chǎn)自動(dòng) 控制 空調(diào)的生產(chǎn)研究課題。到了 60 年代，長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 曾經(jīng)有利用汽車(chē)尾氣溫度來(lái)取暖的供熱系統(tǒng)，并在 60、 70 年代生產(chǎn)的轎車(chē)上應(yīng)用。隨著微處理器技術(shù)和自動(dòng)控制理論的發(fā)展，微電腦在國(guó)外汽車(chē)工業(yè)中的運(yùn)用越來(lái)越普遍，并成了一種趨勢(shì)和潮流 ，我國(guó)也相繼研發(fā)自動(dòng)控制的空調(diào)。比較而言，國(guó)內(nèi)的 汽 車(chē)空調(diào)控制系統(tǒng)要稍遜一些。車(chē)室內(nèi)的送風(fēng)溫度的分布是很不均勻的，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。 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，已經(jīng)在模糊控制等智能控制領(lǐng)域得到了較成熟的發(fā)展。 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。與熱力膨脹閥控制相比，能取得較好的效果。因此，國(guó)內(nèi)汽車(chē)空調(diào)生產(chǎn)如何走上專(zhuān)業(yè)化、規(guī)?；?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。法國(guó)路易斯公司開(kāi)發(fā)出了頭部和腳部溫度能分別 調(diào)節(jié)的空調(diào)裝置。裝置根據(jù)傳感器隨時(shí)檢測(cè)車(chē)內(nèi)外溫度，自動(dòng)地調(diào)控裝置各部件工作，達(dá)到控制車(chē)內(nèi)溫度和行使其他功能的目的，通用汽車(chē)公司某型轎車(chē)車(chē)身計(jì)算機(jī)模塊 （ BCM） 控制的空調(diào)系統(tǒng)是較典型的自動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)。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。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。 課題的研究?jī)?nèi)容和主要工作 本課題 是 設(shè)計(jì)一個(gè)基于微機(jī)的汽車(chē)空調(diào)電氣控制系統(tǒng)。 （ 2） 控制系統(tǒng)的硬件電路的設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)采用了 89C51 單片機(jī)為主控單元，還包括模擬信號(hào)采集電路、人機(jī)接口單元、看門(mén)狗電路、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。 （ 5） 樣機(jī)的試驗(yàn)調(diào)試 進(jìn)行樣機(jī)的實(shí)驗(yàn)調(diào)試，檢驗(yàn)開(kāi)發(fā)出的樣機(jī)是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，運(yùn)行是否準(zhǔn)確可靠。 ：普通汽車(chē)空調(diào)一般不具有這種功能，只有高級(jí)豪華汽車(chē)采用的冷暖一體化空調(diào)器，才能對(duì)車(chē)內(nèi)的濕度進(jìn)行適量的調(diào)節(jié)。冬季，風(fēng)速大了會(huì)影響人體保溫，因而冬季采暖希望氣流速度盡量小一些。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。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，制冷劑在定壓下吸熱氣化。最后，經(jīng)過(guò)節(jié)流閥，降溫降壓，恢復(fù)到低 壓 （ 低溫 ） 液態(tài)。發(fā)動(dòng)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。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。制冷蒸器連接制冷壓縮機(jī)，壓縮機(jī)由壓縮機(jī)電磁閥控制。風(fēng)向風(fēng)門(mén)由風(fēng)向風(fēng)門(mén)電機(jī)控制。汽車(chē)空調(diào) 蒸汽 壓縮式制冷原理圖如圖 23 所示。在定壓下汽化并吸收蒸發(fā)器管外空氣中的熱量，使流經(jīng)蒸發(fā)器的車(chē)內(nèi)循環(huán)空氣的溫度降低為冷氣 ，通過(guò)鼓風(fēng)機(jī)送到車(chē)內(nèi)，降低車(chē)內(nèi)的空氣溫度。在獨(dú)立式 空調(diào)系統(tǒng)中，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速基本不變，本系統(tǒng)中只通過(guò)控制壓縮機(jī)的開(kāi)關(guān)來(lái)控制空調(diào)的制冷。 安裝采暖裝置主要有以下作用： （ 1） 采暖裝置和 蒸發(fā)器一起將空氣調(diào)節(jié)到人們舒適溫度，現(xiàn)代客車(chē)空調(diào)已經(jīng)發(fā)展到冷暖一體化裝置，全年地對(duì)車(chē)內(nèi)的空 氣進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過(guò)冷熱風(fēng)的 調(diào)和 ，溫度由人為設(shè)定，達(dá)到舒適性的要求。 3. 車(chē)載 空調(diào)配氣系統(tǒng) 圖 24 為客車(chē)空調(diào)配氣系統(tǒng)，一般有三部分組成：第一部分為空氣進(jìn)口段，主要用來(lái)調(diào)節(jié)新鮮空氣和室內(nèi)循環(huán)空氣的比例。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 空調(diào)配氣系統(tǒng)的工作過(guò)程如下：新鮮空氣 +車(chē)內(nèi)循環(huán)空氣 進(jìn)入風(fēng)機(jī) 空氣進(jìn)入蒸發(fā)器冷卻 由風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)進(jìn)入加熱器的空氣 進(jìn)入各吹風(fēng)口。順時(shí)針旋轉(zhuǎn)風(fēng) 門(mén) 擋板，開(kāi)大旁通風(fēng)門(mén)，通過(guò)加熱器的空氣量少，由風(fēng)口 5 吹出冷風(fēng)；反之，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)旁通風(fēng)門(mén)擋板，關(guān)小旁通風(fēng)門(mén)，這時(shí)由風(fēng)口 6 吹出熱風(fēng)供采暖和除霜用。 （ 1） 空氣的濕度 空氣的濕度是指空氣中含水蒸氣量的多少。 2） 相對(duì)濕度 在一定溫度下，飽和空氣中的水蒸氣量已達(dá)到最大限度，它不再具有吸濕能力， 即 不能再接納水蒸氣。 （ 2） 空氣中的二氧化碳含量 空氣中主要成分是氧氣和氮?dú)猓?另外還有二氧化碳和其他稀有氣體。同時(shí)，上面的分析我們把空調(diào)對(duì)空氣的處理看成理想的熱交換器，車(chē)廂內(nèi)一部分空氣吸入，然后經(jīng)過(guò)熱交換后從排風(fēng)口排出相同體積的空氣。pV +? cX +不過(guò)汽車(chē)空調(diào)只有制冷、取暖和配 氣系統(tǒng)還是不能夠達(dá)到這些目的，要想汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)這些功能，必須對(duì)汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)行必要的控制，即必須采用控制器對(duì)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行控制，使各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠協(xié)調(diào)工作，從而很好得控制車(chē)內(nèi)空氣質(zhì)量，滿足乘客的舒適行要求，保證汽車(chē)行駛的安全性、經(jīng)濟(jì)性。在本系統(tǒng)中，以空氣側(cè)的控制 為主，以制冷系統(tǒng)的控制為輔對(duì) 空調(diào) 系統(tǒng)進(jìn)行控制。但是不管哪種類(lèi)型的配氣系統(tǒng)，其控制的風(fēng)門(mén)都是相同的，都是通過(guò)調(diào)節(jié)混合風(fēng)門(mén)的開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)車(chē)內(nèi)空氣的溫度，通過(guò)調(diào)節(jié)送風(fēng)方式風(fēng)門(mén)來(lái)改變吹風(fēng)角度，進(jìn)行吹頭，吹腳和除霜，通過(guò)調(diào)節(jié)內(nèi) /外循環(huán)風(fēng)門(mén)來(lái)長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 改變車(chē)內(nèi)空氣的清潔度。該系統(tǒng)以 PIC16F877 為微處理器，將檢測(cè)到的各種模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后送往處理器進(jìn)行處理，通過(guò)計(jì)算輸出相應(yīng)的控制信號(hào)控制各個(gè) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行協(xié)調(diào)動(dòng)作，將車(chē)內(nèi)空氣控制在人感覺(jué)舒適的范圍，實(shí)現(xiàn)了客車(chē)空調(diào)的智能化控制。從而實(shí)施下一步 控制。 具體來(lái)說(shuō)如下： （ 1） 根據(jù)車(chē)內(nèi)空氣當(dāng)前的狀況，向各個(gè)風(fēng)門(mén)電機(jī)發(fā)出指令，驅(qū)動(dòng) 并 執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作。既能滿足人們的舒適性，又能 節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用，尤其對(duì)大客車(chē)空調(diào)系統(tǒng)減少風(fēng)量的經(jīng)濟(jì)意義更為突出。這是以前的控制系統(tǒng)所沒(méi)有的，是本系統(tǒng)的一個(gè)特色。 在設(shè)定溫度時(shí)顯示設(shè)定的溫度，在其它時(shí)間顯示車(chē)內(nèi)的實(shí)際溫度，同時(shí)顯示吹頭，吹腳，除霜等送風(fēng)方式，以及空氣循環(huán)方式，鼓風(fēng)機(jī)、加熱器和壓縮機(jī)的工作狀態(tài)等，讓司機(jī)能夠?qū)ぷ鳡顩r了解。我們將通用硬件部分按照功能模塊劃分如圖 31 所示。 智能加熱控制器的硬件主要由信號(hào)采集與調(diào)理電路、 I/O 輸入輸出接口電路、液晶顯示與按鍵輸入電路、通信接口模塊和系統(tǒng)監(jiān)控及時(shí)鐘模塊組成。高性能的 RISC 結(jié)構(gòu) CPU； 最大有 8K 14 字節(jié)的 FLASH 程序存儲(chǔ)器 ； 可編程代碼保護(hù) ； 自帶振蕩式看門(mén)狗，不需要任何外部器件 ； 多通道 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換器 ； 8 位寬并行從口，具有外部讀、寫(xiě)和片選信號(hào) 最小系統(tǒng)的組成 單片機(jī)系統(tǒng)包括程序存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，低位地址鎖存器，地址譯碼電路以及I/O 擴(kuò)展電路等。 圖 33 系統(tǒng)供電部分 時(shí)鐘 電路 大多數(shù)微電腦控制器都在內(nèi)部設(shè)有時(shí)鐘電路，只需外接簡(jiǎn)單的時(shí)鐘元件。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 時(shí)鐘電路工作原理：振蕩電路為微處理器提供時(shí)鐘基準(zhǔn)信號(hào)，振蕩信號(hào)的頻率為8MHz。 T T2 溫度傳感器阻值改變時(shí)，通過(guò) RT RT2 電阻分壓后輸入主芯片 CPU， 3 腳和 4 腳的電壓也隨之改變，從而完成由溫度信號(hào)向電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變的過(guò)程，實(shí)現(xiàn)溫度檢測(cè)。 溫度傳感器的檢測(cè)方法：由于室溫與管溫 傳感器電阻特性完全一樣，因此判斷T1 和 T2 好壞最簡(jiǎn)單的方法是比較法：將 T1 和 T2 從主控板取下， 15s 后分別測(cè)量其電阻值，與正常值比較相差不應(yīng)超過(guò)177。它包括人對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)的狀態(tài)干預(yù)與數(shù)據(jù)輸入以及應(yīng)用系統(tǒng)向人報(bào)告運(yùn)行狀態(tài)與運(yùn)行結(jié)果。 遙控器 的操作面板示意圖如 圖 36 所示。在單片機(jī)內(nèi)部，有分頻器、數(shù)據(jù)寄存器、定時(shí)器、控制器、鍵盤(pán)輸入 /輸出等電路。為了保證單片機(jī)正常工作，電路需要提供復(fù)位信號(hào)及時(shí)鐘振蕩脈沖。電路剛接通時(shí)，由于電容兩端電壓不能突變，故單片機(jī)復(fù)位端處于低 電位，單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位。OCM4X8C 的液晶顯示屏為 128*64 點(diǎn)陣 ， 可顯示 4 行 ， 每行 8 個(gè)漢字。模塊提供了 4位并行、 8 位并行、兩線串行、三線串行等多種接口方式以方便和多種微處理器、單片機(jī)聯(lián)接。在單片機(jī)組成的測(cè)控系統(tǒng)及智能化儀器中，用得最多的是獨(dú)立聯(lián)接式和矩陣式兩類(lèi)。 內(nèi) /外循環(huán)控制電機(jī)，該電機(jī)控制循環(huán)方式，電機(jī)的轉(zhuǎn)子經(jīng)連桿與風(fēng)門(mén)擋板相連，當(dāng)駕駛員使用循環(huán)方式控制鍵選擇內(nèi)循環(huán)或外循環(huán)時(shí)，控制器即控制內(nèi) /外循環(huán)控制電機(jī)帶動(dòng)連桿順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)風(fēng)門(mén)擋板閉合或開(kāi)啟，達(dá)到改變循環(huán)方式的目的。將電機(jī)轉(zhuǎn)速限制在合適的速度。 由于電機(jī)為電感性負(fù)載，所以在其兩端并聯(lián)了 RC 放電回路，避免在斷電瞬間對(duì)其它器件產(chǎn)生干擾甚至損害。若在蜂鳴器上加音頻信號(hào)，就能產(chǎn)生機(jī)械震動(dòng)并發(fā)出響聲。 圖 312 驅(qū)動(dòng)電路 本章小結(jié) 本章首先介紹客車(chē)空調(diào)自動(dòng)控制器的工作原理和以 PIC16F877 微處理器為核心的硬件組成。首先，單片機(jī)系統(tǒng)的系統(tǒng)程序與應(yīng)用程序密不可分，系統(tǒng)程序與應(yīng)用程序必須在一起考慮；其次，在單片機(jī)系統(tǒng)中，硬件與軟件緊密結(jié)合，軟件直 接操作硬件，硬件電路的設(shè)計(jì)不具有通用性，必須根據(jù)具體的硬件設(shè)計(jì) 對(duì)應(yīng)的軟件。在一些程序編譯器中，有著時(shí)間優(yōu)化和空間 優(yōu)化的選項(xiàng)，但時(shí)間優(yōu)化與空間優(yōu)化不能同時(shí)存在。 除了有自身的特點(diǎn)外，單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)同樣具有一般軟件設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。在設(shè)計(jì)程序時(shí)，也可以采取這樣的策略提高系統(tǒng)的性能。同時(shí)，很多時(shí)候軟件可以替代硬件的功能，當(dāng)然，需要付出額外占用 CPU時(shí)間的代價(jià)。對(duì) 遙控 器面板功能和鍵盤(pán)電路原理以及系統(tǒng)電源進(jìn)行了分析。 主芯片的 40 腳輸出壓縮機(jī)啟動(dòng)控 制信號(hào)，送入 2020 的 1 腳，經(jīng)反相后，輸出低電平，使繼電器線圈通電吸合，壓縮機(jī)啟動(dòng)。而驅(qū)動(dòng)電路是將主芯片輸出的信號(hào)進(jìn)行功率放大，控制負(fù)載工作，一般驅(qū)動(dòng)電路包括 IC2（ 2020）功率放大器、繼電器及由相關(guān)元件組成的末級(jí)推動(dòng)電路。本系統(tǒng)中，對(duì)直流電機(jī)只是進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)和停止的控制，而不對(duì)其轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，所以送出 的為開(kāi)關(guān)量信號(hào) 。其它各個(gè)風(fēng)門(mén)電機(jī)工作原理與內(nèi) /外風(fēng)門(mén)控制電機(jī)類(lèi)似，這里就不作詳細(xì)介紹 。正常工作時(shí)，工作電壓在 。 OCM4X8C 液晶顯示模塊如圖 37 所示。還提供了一個(gè) 64*256 點(diǎn)陣的 GDRAM 繪圖區(qū)域和 4 組 16* 16 點(diǎn)陣的造字空間。 OCM4X8C 液晶顯示模塊 本文液晶模塊選用金鵬科技有限公司出品的圖形液晶模塊 OCM4X8C 是具有串 /并接口 ， 且內(nèi)部含有中文字庫(kù)的液晶顯示模塊。而時(shí)鐘振蕩脈沖則用以保證單片機(jī)內(nèi)各部分電路協(xié)調(diào)一致地工作。發(fā)射器的鍵盤(pán)矩陣電路與微電腦內(nèi)的掃描電運(yùn)行狀態(tài)及溫度顯示區(qū)自動(dòng) /手動(dòng)自動(dòng)手動(dòng)自動(dòng) /手動(dòng)溫度加 1自動(dòng) /手動(dòng)溫度減 1自動(dòng) /手動(dòng)壓縮機(jī)自動(dòng) /手動(dòng)總開(kāi)關(guān)循環(huán)方式送風(fēng)方式電源指示燈二氧化碳報(bào)警指示燈運(yùn)行狀態(tài)及溫度顯示區(qū)長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 路和鍵盤(pán)信號(hào)編碼器構(gòu)成了鍵控輸入電路。面板有三種功 能： 1. 數(shù)和狀態(tài)顯示，顯示設(shè)定溫度和當(dāng)前車(chē)內(nèi)溫度，送風(fēng)方式，循環(huán)方式等狀態(tài)； 2. 狀態(tài)顯示，當(dāng)車(chē)內(nèi) CO2 濃度大于設(shè)定濃度時(shí)，顯示燈亮； 3. 輸入，通過(guò)按鍵來(lái)控制空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。本文選擇鍵盤(pán)作為操縱者對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)的狀態(tài)干預(yù)與數(shù)據(jù)輸入的外部設(shè)備，用報(bào)警指示燈和 LED 顯示器來(lái)向操縱者報(bào)告系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)與運(yùn)行結(jié)果。 溫度檢測(cè)電路如圖 35 所示。另外， R1 R7 開(kāi)路會(huì)使 4 腳電壓變?yōu)楦唠娖剑?C1 C19 短路會(huì)使 4腳電壓變?yōu)?0V，造成整機(jī)保護(hù)性停機(jī)。時(shí)鐘電路是由石英晶體及兩個(gè)起振電容組成，與主芯片內(nèi)部振蕩電路相連，其內(nèi)部電路以一定的頻率自激振蕩，為主芯片工作提供時(shí)鐘脈沖。時(shí)鐘電路采用 RC 做定時(shí)元件，也可采用外加時(shí)鐘源。 電源電路 系統(tǒng)供電電路如圖 33 所示 ， 24V直流電壓通過(guò) C C13 濾波，輸出 +12V左右的直流電壓，經(jīng)過(guò)三端穩(wěn)壓器 IC6（ 7812）、 C C11 濾波輸出直流 12V。當(dāng) VDD 低于 VBOR 一段時(shí)間后，芯片自動(dòng)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，所有 I/O 端口都變成高阻狀態(tài)。同步串行口 SSP： SPI（主模式）和 I2C（主從模式） 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 寬范圍操作電壓： ~； 在線調(diào)試功能 ； 具有上電延時(shí)器，保證 VDD 穩(wěn)定建立 ； 除地址分支跳轉(zhuǎn)指令為雙周期指令外，其余指令均為單周期指令 ； 本系統(tǒng)采用 微芯 公司的 PIC16F877 作為系統(tǒng) CPU， PIC 單片機(jī)的工作電壓為長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 ~，其 管腳圖，