【導讀】隨著國內人們生活水平的提高，轎車在人們生活中扮演著重要的角色。調作為汽車使用舒適性的衡量標準之一，要求也越來越高。達不到舒適性、節(jié)能性的要求;另一方面容易分散注意力，不利于安全。調的自動控制是必然趨勢。的狀態(tài)參數自動地調節(jié)車內溫度。而國內大部分高檔轎車的空調控制器都是依靠進?？?，目前還沒有自己開發(fā)的具有自主知識產權的轎車空調自動控制器。行監(jiān)控，并且對風門電機、鼓風機電機等設備實施控制。同時利用模糊控制技術對各。器顯示系統(tǒng)信息。的將車載空調的工作狀態(tài)及數字信息顯現(xiàn)出來。在實際中可以將本系統(tǒng)進行廣泛的應。指導下進行的研究工作及取得的成果。和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經發(fā)表或公布過的研究成果，對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作。了明確的說明并表示了謝意。的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；在不以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績热?。

　　

【正文】 前提下，優(yōu)化系統(tǒng)的構成；其次，要想使用某種微控制器設計好一個系統(tǒng)，必須對這種微控制器本身及其系統(tǒng) 比較熟悉；最后，開發(fā)設備和產品的供貨渠道以及成本要求也確定能否采用某種產品。 本系統(tǒng)采用 微芯 公司的 PIC16F877 作為系統(tǒng) CPU， PIC 單片機的工作電壓為長春工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 22 ~，其 管腳圖，如圖 32。 圖 32 PIC16F877 管腳圖 其主要特色如下 ： 高性能的 RISC 結構 CPU； 精簡指令集，僅 35 條單字節(jié)指令 ； 除地址分支跳轉指令為雙周期指令外，其余指令均為單周期指令 ； 執(zhí)行速度： DC20MHz時鐘輸入， DC200ns 指令周期 ； 最大有 8K 14 字節(jié)的 FLASH 程序存儲器 ； 最大有 368 8 字節(jié)的 RAM； 具有上電延時器，保證 VDD 穩(wěn)定建立 ； 具有振蕩定時器，保證振蕩穩(wěn)定建立 ； 可編程代碼保護 ； 全靜態(tài)設計 ； 在線調試功能 ； 休眠模式 ； 自帶振蕩式看門狗，不需要任何外部器件 ； 低功耗、高速 CMOS 技術 ； 寬范圍操作電壓： ~； 寬工作溫度范圍，具體為：商業(yè)級： 0℃ ~70℃ 工業(yè)級： 40℃ ~85℃ 軍用級： 40℃ ~125℃ ； 多通道 10 位 A/D 轉換器 ； 具有捕捉、比較、 PWM 模式 同步串行口 SSP： SPI（主模式）和 I2C（主從模式） 長春工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 23 通用異步串行口 USART 8 位寬并行從口，具有外部讀、寫和片選信號 具有掉電復位檢測電路。當 VDD 低于 VBOR 一段時間后，芯片自動進入復位狀態(tài)，所有 I/O 端口都變成高阻狀態(tài)。當 VDD 恢復上升到標準值以上后，芯片恢復正常運行。 最小系統(tǒng)的組成 單片機系統(tǒng)包括程序存儲器，數據存儲器，低位地址鎖存器，地址譯碼電路以及I/O 擴展電路等。由于單片機 PIC16F877 內部集成了計算機的基本功能部件，已具備了很強的功能，基本滿足數據存儲所需，同時軟件優(yōu)化的計算方法，減少了對數據存儲器的存儲容量的要求， 所計算的數據相對較少，另外，本控制系統(tǒng)所需要處理的事件不多，加之采用模塊化編程思想，故本系統(tǒng)沒有擴展片外數據存儲器和片外程序存儲器，減少了外圍擴展器件，有利于提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性 ， 減少了控制器的體積 ， 有利于整個控制器的設計和安裝，提高了產品的靈活性。 電源電路 系統(tǒng)供電電路如圖 33 所示 ， 24V直流電壓通過 C C13 濾波，輸出 +12V左右的直流電壓，經過三端穩(wěn)壓器 IC6（ 7812）、 C C11 濾波輸出直流 12V。直流 12V給啟動繼電器、蜂鳴器、步進電動機、風機內部霍爾檢測板等提供工作電壓，然后直流 12V再經過集成三端穩(wěn)壓器 IC7（ 7805）、 C C12 濾波，輸出直流 5V，給 PIC16F877指示燈電路、溫度檢測電路、時鐘電路、復位電路等提供工作電壓。 圖 33 系統(tǒng)供電部分 時鐘 電路 大多數微電腦控制器都在內部設有時鐘電路，只需外接簡單的時鐘元件。一般可采用晶振穩(wěn)頻。時鐘電路采用 RC 做定時元件，也可采用外加時鐘源。石英晶振具有體積小、穩(wěn)定性好等特點，主要用于 CPU時鐘電路。 長春工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 24 時鐘電路工作原理：振蕩電路為微處理器提供時鐘基準信號，振蕩信號的頻率為8MHz。用示波器測量主芯片的 13 腳可以看到 8MHz的正弦波。時鐘電路是由石英晶體及兩個起振電容組成，與主芯片內部振蕩電路相連，其內部電路以一定的頻率自激振蕩，為主芯片工作提供時鐘脈沖。 圖 34 時鐘電路 溫度檢測電路 電路分析： T1 為室內環(huán)境溫度傳感器， T2 為蒸發(fā)器管溫傳感器。 T T2 溫度傳感器阻值改變時，通過 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向電壓信號轉變的過程，實現(xiàn)溫度檢測。 主要元器件的作用： T T2 開路或短路會造成輸入到 CPU 的 4 腳的電壓不正常。另外， R1 R7 開路會使 4 腳電壓變?yōu)楦唠娖剑?C1 C19 短路會使 4腳電壓變?yōu)?0V，造成整機保護性停機。當 T T2 電阻值參數改變時，會造成主芯片 CPU輸入電壓不正常，出現(xiàn)風速不可調、停機等故障現(xiàn)象。 溫度傳感器的檢測方法：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 好壞最簡單的方法是比較法：將 T1 和 T2 從主控板取下， 15s 后分別測量其電阻值，與正常值比較相差不應超過177。 8%，否則應更換傳感器。 溫度檢測電路如圖 35 所示。 圖 35 溫度檢測電路 長春工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 25 人機通道的設計 單片機應用系統(tǒng)中，通常都要有人機對話功能。它包括人對應用系統(tǒng)的狀態(tài)干預與數據輸入以及應用系統(tǒng)向人報告運行狀態(tài)與運行結果。往往人機界面的優(yōu)劣程度關系到整個系統(tǒng)的性能和水平。本文選擇鍵盤作為操縱者對應用系統(tǒng)的狀態(tài)干預與數據輸入的外部設備，用報警指示燈和 LED 顯示器來向操縱者報告系統(tǒng)運行狀態(tài)與運行結果。 本系統(tǒng) 采用遙控器的設計方案 ， 改善以往車載空調控制面板不可移動的弊端， 司機 及乘客人員均可進行操作 。 遙控器 的操作面板示意圖如 圖 36 所示。整個面板設計小巧、結構緊湊，而且便于安裝、使用。面板有三種功 能： 1. 數和狀態(tài)顯示，顯示設定溫度和當前車內溫度，送風方式，循環(huán)方式等狀態(tài)； 2. 狀態(tài)顯示，當車內 CO2 濃度大于設定濃度時，顯示燈亮； 3. 輸入，通過按鍵來控制空調系統(tǒng)的運行狀態(tài)。 圖 36 遙控器 面板 圖 車載空調的遙控器控制電路是由單片機、液晶顯示屏、按鍵矩陣電路及紅外發(fā)射管等組成。在單片機內部，有分頻器、數據寄存器、定時器、控制器、鍵盤輸入 /輸出等電路。定時器能向鍵盤電路輸出定時掃描脈沖，在定時掃描脈沖作用下，鍵盤輸出電 路能產生數種相位不同的掃描電路。發(fā)射器的鍵盤矩陣電路與微電腦內的掃描電運行狀態(tài)及溫度顯示區(qū)自動 /手動自動 /手動溫度加 1自動 /手動溫度減 1自動 /手動壓縮機自動 /手動總開關循環(huán)方式送風方式電源指示燈二氧化碳報警指示燈運行狀態(tài)及溫度顯示區(qū)長春工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 26 路和鍵盤信號編碼器構成了鍵控輸入電路。鍵控輸入電路根據按鍵矩陣輸入指令，完成編碼發(fā)射相應的紅外光信號，向車載空調傳送運行指令，同時在顯示屏上完成文字顯示，表明車載空調當前的運行狀態(tài)。為了保證單片機正常工作，電路需要提供復位信號及時鐘振蕩脈沖。 復位是在遙控器通電后讓單片機進入初始狀態(tài)。而時鐘振蕩脈沖則用以保證單片機內各部分電路協(xié)調一致地工作。 電路中，復位信號由電阻 R 和電容 C 提供。電路剛接通時，由于電容兩端電壓不能突變，故單片機復位端處于低 電位，單片機進行復位。電路開始工作后，電源通過 R 向 C 充電，電容兩端電壓逐漸升高，所以在遙控器正常工作時，復位端電壓為高電壓（ ）。 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 ， 且內部含有中文字庫的液晶顯示模塊。該模塊的控制 /驅動器采用 ST7920。OCM4X8C 的液晶顯示屏為 128*64 點陣 ， 可顯示 4 行 ， 每行 8 個漢字。該模塊具有2Mb 的中文字型 CGROM， 同時具有 16Kb 的 16* 8 點陣的 ASCII 字符庫 。還提供了一個 64*256 點陣的 GDRAM 繪圖區(qū)域和 4 組 16* 16 點陣的造字空間。利用上述功能 ， OCM4X8C 可實現(xiàn)漢字、 ASCII 碼、點陣圖形、自造字體的同屏顯示。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、單片機聯(lián)接。除此之外 ， 模塊還提供畫面清除、游標顯示 /隱藏、游標歸位、顯示打開 /關閉、顯示字符閃爍、游標移位、顯示移位、垂直畫面旋轉、反白顯示、液晶睡眠喚醒和關閉 /顯示等操作指令。 OCM4X8C 液晶顯示模塊如圖 37 所示。 圖 37 OCM4X8C 液晶顯示模 塊 遙控接收 電路 系統(tǒng)的 遙控接受電路 如圖 38 所示， 長春工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 27 圖 38 遙控接收電路 按鍵接口電路 按鍵在單片機應用系統(tǒng)中是一個關鍵部件，它可以實現(xiàn)向單片機輸入數據、傳送命令等功能，是人工干預的重要手段。在單片機組成的測控系統(tǒng)及智能化儀器中，用得最多的是獨立聯(lián)接式和矩陣式兩類。 圖 39 按鍵電路圖 復位電路 主芯片 CPU 的 1 腳為復位電平檢測腳，低電平使復位有效。正常工作時，工作電壓在 。 長春工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 28 圖 310 復位電路 外圍負載的驅動電路 本系統(tǒng)中外圍 負載有內 /外循環(huán)風門電機，混合風門電機，除霜風門電機，送風方式風門電機四個風門電機和加濕器，空氣凈化器，熱水閥，壓縮機，鼓風機等。 內 /外循環(huán)控制電機，該電機控制循環(huán)方式，電機的轉子經連桿與風門擋板相連，當駕駛員使用循環(huán)方式控制鍵選擇內循環(huán)或外循環(huán)時，控制器即控制內 /外循環(huán)控制電機帶動連桿順時針或逆時針旋轉，從而帶動風門擋板閉合或開啟，達到改變循環(huán)方式的目的。該電機內部裝有一個高性能的導電塑料精密旋轉電位器，可以向控制器反饋風門擋板的位置。其它各個風門電機工作原理與內 /外風門控制電機類似，這里就不作詳細介紹 。 直流電機的控制 由于 汽 車上的電源均為 24V的直流電源，因此這里必須采用直流供電的電機，不過由 于 風門的轉動非常緩慢，所以對直流電機進行了改造，在原來電機的輸出端增加了減速器，通過渦輪 、 渦桿 、 齒輪對電機輸出進行兩級減速。將電機轉速限制在合適的速度。并且使電機具有位置反饋的功能。本系統(tǒng)中，對直流電機只是進行轉動和停止的控制，而不對其轉速進行控制，所以送出 的為開關量信號 。 。 由于電機為電感性負載，所以在其兩端并聯(lián)了 RC 放電回路，避免在斷電瞬間對其它器件產生干擾甚至損害。 圖 311 電機驅動電路 長春工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 29 驅動電路 在車載空調的電控中，主芯片將各種輸入信號進行運算后，控制其它電路驅動負載工作，完成車載空調的預定功能。而驅動電路是將主芯片輸出的信號進行功率放大，控制負載工作，一般驅動電路包括 IC2（ 2021）功率放大器、繼電器及由相關元件組成的末級推動電路。蜂鳴器（ BZ）內部裝有壓電陶瓷片，它由鋯、鈦、鉛氧化物配制后燒結而成。若在蜂鳴器上加音頻信號，就能產生機械震動并發(fā)出響聲。蜂鳴器在車載空調中主要用來提示遙控信號接收有效，同時也可作為故障報警之用。 主芯片的 40 腳輸出壓縮機啟動控 制信號，送入 2021 的 1 腳，經反相后，輸出低電平，使繼電器線圈通電吸合，壓縮機啟動。 主芯片的 39 腳為四通閥控制端口，當主芯片 39 腳輸入高電平時，經 2021 的 2腳輸出低電平，從而使線圈得電，使四通閥換向。 圖 312 驅動電路 本章小結 本章首先介紹客車空調自動控制器的工作原理和以 PIC16F877 微處理器為核心的硬件組成。重點說明了 PIC16F877 微處理器的內部結構和工作原理及微處理器主要控制的電路 及功能 。對 遙控 器面板功能和鍵盤電路原理以及系統(tǒng)電源進行了分析。 長春工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 30 第 4 章 系統(tǒng)軟件設計及 控制算法 軟件設計概述 單片機的程序設計有其自身的特點。首先，單片機系統(tǒng)的系統(tǒng)程序與應用程序密不可分，系統(tǒng)程序與應用程序必須在一起考慮；其次，在單片機系統(tǒng)中，硬件與軟件緊密結合，軟件直 接操作硬件，硬件電路的設計不具有通用性，必須根據具體的硬件設計 對應的軟件。硬件設計的優(yōu)劣直接影響到軟件設計難易和質量，軟件設計的水平又直接影響硬件功能的發(fā)揮。同時，很多時候軟件可以替代硬件的功能，當然，需要付出額外占用 CPU時間的代價。 在程序設計時，往往存在著時間與空間的矛盾 性 。在一些程序編譯器中，有著時間優(yōu)化和空間 優(yōu)化的選項，但時間優(yōu)化與空間優(yōu)化不能同時存在。這些編譯器在處理這些優(yōu)化時實際是在采用時間換取空間或者空間換取時間的策略。在設計程序時，也可以采取這樣的策略提高系統(tǒng)的性能。比如，目前程序存儲器的容量已不是設計的關鍵因素，可以利用存儲器的空間實現(xiàn)程序響應速度的加快。 除了有自身的特點外，單片機的程序設計同樣具有一般軟件設計的特點。首先，應有一個合理的算法，以合理的資源耗費實現(xiàn)預定的功能；其次，設計的軟件應有較好的模塊化設計，可讀性強，可維護性