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正文內(nèi)容

基于單片機(jī)的汽車空調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)論文(編輯修改稿)

2024-07-19 21:00 本頁(yè)面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ℃2) 電流輸出: 1μA/K3) 電源電壓:4~30v(直流)4) 精度:℃5) 重復(fù)性:177?!?) 輸出阻抗:約為10MΩ7) 長(zhǎng)期漂移:177。℃/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/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OV~5V,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10KΩ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℃,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。第一個(gè)步驟:先調(diào)AD59O的可變電阻器VR1。如以0℃為參考值,;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。 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A0~A2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。 轉(zhuǎn)向器控制電路設(shè)計(jì) 與家用空調(diào)不同,汽車空調(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。在汽車內(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。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)的角度。.DWAYVCCH1H2P03P02P01 人機(jī)接口的設(shè)計(jì)一LED顯示和鍵盤LED顯示和簡(jiǎn)易鍵盤是汽車空調(diào)智能溫控系統(tǒng)的人機(jī)接口,車廂內(nèi)的測(cè)量溫度和設(shè)定溫度由LED顯示,通過(guò)鍵盤,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)成的鍵盤和四位七段LED顯示器接口電路。另外,當(dāng)其發(fā)光時(shí),表示風(fēng)門處于最大開(kāi)度位置。 8255和A589C52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(PC7~PC4);B組控制電路控制端口B和端口C的下半部分(PC3~PC0)。8255中的三個(gè)端口以及內(nèi)部的一個(gè)控制寄存器,由AA0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2),此方式只適用A口,由PC3~PC7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AD0~AD7相接,地址鎖存用ALE在74LS373鎖存。其中,A,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PB0~PB3。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),,取限流電阻60Ω,則段的峰值電流為:(5---)/60≈50mA,因顯示器為四位LED顯示,所以平均電流為50/4=,顯示器為七段,故位驅(qū)動(dòng)電流為507=350mA,滿足七段LED顯示的要求。 鍵盤工作原理簡(jiǎn)易鍵盤中的“UP”鍵、“DOWN”鍵和“AUTO”鍵跨接在8255相應(yīng)的PC0~PC2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)與門接到CUP的外部中斷引腳上,當(dāng)鍵盤上沒(méi)有鍵閉合時(shí),列線都輸出高電平,引腳也為高電平。一旦鍵盤上有鍵閉合,引腳就變?yōu)榈碗娖?,向CUP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”,按鍵在沒(méi)有閉合時(shí),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”之間切換。 串行存儲(chǔ)及系統(tǒng)監(jiān)控電路的設(shè)計(jì) 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)介看門狗X25045的看門狗定時(shí)器對(duì)單片機(jī)提供獨(dú)立的保護(hù)系統(tǒng)。該定時(shí)器共有20Oms、600ms、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),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?;掉電時(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10萬(wàn)次以上,數(shù)據(jù)可保存100年以上,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(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WIP位為寫EEPROM忙位,是只讀位。WIP為“0”,表示沒(méi)有進(jìn)行EEPROM寫操作,可以寫EEPROM操作,WIP為“1”,表示正在進(jìn)行EEPROM寫操作,此時(shí)不能向EEPROM寫數(shù)據(jù)。WIP位由WRNE指令設(shè)定為1:在
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