【正文】 為我國未來幾年汽車空調業(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控制系統(tǒng)基本上依賴進口國產化自動控制系統(tǒng)在汽車系統(tǒng)中的應用性研究較少迫切需要對汽車空調控制器實現(xiàn)電子自動化國產化為目標而產生的因此本課題的研究內容為 1 通過對汽車空調工作原理和空調總成的結構分析設計了以 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計方法對各個子模塊分別進行編程調試再按控制要求將它們連接起來進行調試分析 2 汽車空調系統(tǒng)工作原理 21 汽車空調系統(tǒng)基本工作原理 汽車空調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)境高級汽車空調還包括對車廂內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)制冷劑吸熱產生冷效應首先低壓 低溫 液態(tài)制冷劑進入用來冷卻車內空氣的蒸發(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空氣中的熱量使空氣溫度降低產生冷效應然后氣化了的制冷劑通過壓縮機壓縮變 成高于車外空氣的高溫高壓氣體這時制冷劑通過在冷凝器將熱量釋放到車外制冷劑放熱就變成了高壓液態(tài)冷凝劑最后經過節(jié)流閥恢復到低壓 低溫 液態(tài)所以當空調要進行制冷時必須開啟壓縮機使制冷劑循環(huán)從而降低車內溫度 采暖系統(tǒng)是由暖風散熱器暖水閥和風機組成由于汽車行駛時發(fā)動機產生大量熱量一般小型汽車空調都采用發(fā)動機余熱采暖發(fā)動機冷卻水通過暖水閥流入暖風散熱器從而升高通過暖風散熱器的空氣所以當空調要進行加熱時必須開啟暖水閥 22 汽車空調的總成結構 汽車空調系統(tǒng)總成是采用冷暖完全合一型其風道系統(tǒng)如圖 21 所示 [8] 圖 213 硬件電路設計 31 汽車全自動空調控制器硬件 工作原理 汽車全自動空調控制器實際上就是根據人們對空調控制器的設定值控制汽車空調系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)使車廂內空調環(huán)境達到設定目標的電子控制設備為了實現(xiàn)對汽車空調各個執(zhí)行機構實現(xiàn)自動控制控制必須要對車內環(huán)境狀況做出監(jiān)控一般是采用安裝在車內不同位置的各種傳感器經過 AD 轉換成數字量再傳到微處理進行檢測和決策微處理根據檢測的數據和溫度設定值進行決策處理后通過各個執(zhí)行機構的驅動模塊實現(xiàn)空調執(zhí)行機構的改變從而最終實現(xiàn)對車內環(huán)境的改變[7] 硬件組成 汽車全自動空調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 機和 IO 接口設備主機包括中央處理器主機依靠 IO 接口設備來輸入信息 鍵盤傳感器信號 輸出指令控制命令顯示等 [8] 智能溫控系統(tǒng)的硬件結構框圖如圖 41 所示由圖可知智能溫控系統(tǒng)的硬件主要由單片機溫度信號采集電路人機接口電路串行存儲及系統(tǒng)監(jiān)控電路和串行通信接口電路等幾部分組成 圖 31 全自動空調控制器硬件組成 圖 31的中心框 SPCE061A是中央控制處理單元它根據程序儲存器中存儲的程序一步步執(zhí)行程序所規(guī)定的工作這些工作包括 1 各種數學運算和邏輯分析判斷運算分析的原始數據可從數據存儲器中讀出運算分析的中間結果和 最終結果都可以存放在數據存儲器中 2 從輸入接口中讀出經過信號轉換后的各種傳感器的輸入信號并將這些信號以數字的形式存放于數據存儲器中傳感器可以有模擬量開關量等多種方式的輸出信號輸入接口將這些信號都可以轉換為數字信號隨時供 CPU 讀出 3 根據控制要求和存儲于數字存儲器中的分析計算結果將對執(zhí)行器的操作命令送到輸出接口輸出接口根據所連接的執(zhí)行器的種類將這些輸出命令轉換為相應的信號形式使執(zhí)行器執(zhí)行相應的動作 4 讀取鍵盤狀態(tài)得到使用者的鍵盤操作狀態(tài)對它進行分析處理根據程序要求或使用者的鍵入命令將相應的數據送到 顯示單元 32 單片機的和外擴存儲器選取 本系統(tǒng)選用臺灣凌陽公司的 AT89 系的 SPEC061A SPEC061A 單片機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行速度快低功耗低電壓可編程音頻處理易于編寫等特點 SPCE061A 是繼系列產品 SPCE500A 等之后凌陽科技推出的又一款 16 位結構的微控制器 SPCE061A 里只內嵌 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雜的數字信號 SPCE061A 微控制器是適用于數字語音識別應用領域產品的一種最經濟 的選擇 icronSP 微處理器 工作電壓 CPU VDD 為 2436V IO VDDH 為 2455V CPU 時鐘 032MHz49152MHz 內置 2K 字 SRAM 內置 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 時鐘處于停止狀態(tài) 耗電僅為 2microA36V 2 個 16 位可編程定時器計數器 可自動預置初始計數值 2 個 10 位 DAC 數 模轉換 輸出通道 32 位通用可編程輸入輸出端口 14 個中斷源可來自定時器 A B 時 基 2 個外部時鐘源輸入鍵喚醒 具備觸鍵喚醒的功能 使用凌陽音頻編碼 SACM_S240方式 24K位秒 能容納 210秒的語音數據 鎖相環(huán) PLL 振蕩器提供系統(tǒng)時鐘信號 32768Hz 實時時鐘 7 通道 10 位電壓模 數轉換器 ADC 和單通道聲音模 數轉換器 聲音模 數轉換器輸入通道內置麥克風放大器和自動增益控制 AGC 功能 具備串行設備接口 具有低電壓復位 LVR 功能和低電壓監(jiān)測 LVD 功能 內置在線仿真電路 ICEIn Circuit Emulator 接口 具有 保密能力 具有 WatchDog 功能 SPCE061A 的最小系統(tǒng) SPCE061A的最小系統(tǒng)組成圖如圖 2 所示由圖可見其接線比較簡單在 OSCOOSCl 端接上晶振及諧振電容并在鎖相環(huán)壓控振蕩器的阻容輸入 VCP 端接上相應的電容和電阻即可工作在其它不用的電源端和地端接上 0． 1YF 或 1001F 的去耦電容可以提高系統(tǒng)的抗干擾能力 34 溫度信號采集電路的設計 溫度傳感器的選擇 溫度傳感器的功能是進行溫度信號的測量在本文中采用溫度傳感器 AD590 [13] AD590 是美國 ANALOGDEVCIE 公司生產的 專用集成溫度傳感器屬于電流輸出型傳感器在一定溫度范圍內它相當于一個高阻抗恒流源其電流溫度靈敏度為 1μ AK 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溫精度高線性度好和互換性強等特點傳輸線上的壓降不影響輸出電流值可以進行遠距離傳輸因此它具有使用方便抗干擾能力強的特點特別適用于較遠距離的溫度巡回檢測系統(tǒng)的設計方法其主要技術指標為 1 測溫范圍 55℃～ 150℃ 2 電流輸出 1μ AK 3 電源電壓 4～ 30v 直流 4 精度 05℃ 5 重復性1