【正文】 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。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。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)。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。對(duì) 遙控 器面板功能和鍵盤電路原理以及系統(tǒng)電源進(jìn)行了分析。 圖 312 驅(qū)動(dòng)電路 本章小結(jié) 本章首先介紹客車空調(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。 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)。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。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。 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。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 的為開關(guān)量信號(hào) 。將電機(jī)轉(zhuǎn)速限制在合適的速度。其它各個(gè)風(fēng)門電機(jī)工作原理與內(nèi) /外風(fēng)門控制電機(jī)類似，這里就不作詳細(xì)介紹 。 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)門擋板閉合或開啟，達(dá)到改變循環(huán)方式的目的。正常工作時(shí)，工作電壓在 。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。 OCM4X8C 液晶顯示模塊如圖 37 所示。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(jī)聯(lián)接。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 的液晶顯示屏為 128*64 點(diǎn)陣 ， 可顯示 4 行 ， 每行 8 個(gè)漢字。 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)部含有中文字庫的液晶顯示模塊。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。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。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。發(fā)射器的鍵盤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)長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 路和鍵盤信號(hào)編碼器構(gòu)成了鍵控輸入電路。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、鍵盤輸入 /輸出等電路。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)車內(nèi) CO2 濃度大于設(shè)定濃度時(shí)，顯示燈亮； 3. 輸入，通過按鍵來控制空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。 遙控器 的操作面板示意圖如 圖 36 所示。本文選擇鍵盤作為操縱者對(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 顯示器來向操縱者報(bào)告系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)與運(yùn)行結(jié)果。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。 溫度檢測(cè)電路如圖 35 所示。 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177。另外， R1 R7 開路會(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)。 T T2 溫度傳感器阻值改變時(shí)，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(hào)向電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變的過程，實(shí)現(xiàn)溫度檢測(cè)。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。 長春工業(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。時(shí)鐘電路采用 RC 做定時(shí)元件，也可采用外加時(shí)鐘源。 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，只需外接簡單的時(shí)鐘元件。 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(jīng)過三端穩(wěn)壓器 IC6（ 7812）、 C C11 濾波輸出直流 12V。 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。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)。 8 位寬并行從口，具有外部讀、寫和片選信號(hào) 同步串行口 SSP： SPI（主模式）和 I2C（主從模式） 長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 多通道 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換器 ； 寬范圍操作電壓： ~； 自帶振蕩式看門狗，不需要任何外部器件 ； 在線調(diào)試功能 ； 可編程代碼保護(hù) ； 具有上電延時(shí)器，保證 VDD 穩(wěn)定建立 ； 最大有 8K 14 字節(jié)的 FLASH 程序存儲(chǔ)器 ； 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 ； 高性能的 RISC 結(jié)構(gòu) CPU； 本系統(tǒng)采用 微芯 公司的 PIC16F877 作為系統(tǒng) CPU， PIC 單片機(jī)的工作電壓為長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 ~，其 管腳圖，如圖 32。 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。每個(gè)模塊都會(huì)有各種各樣的配置、組合。我們將通用硬件部分按照功能模塊劃分如圖 31 所示。 長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 第 3 章 車載空調(diào)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 車載 空調(diào)控制 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖 對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)出標(biāo)準(zhǔn)、全面、可靠的硬件設(shè)備是整個(gè)控制系統(tǒng)開發(fā)的基礎(chǔ)，然后才能在此開發(fā)智能儀表通用軟件。 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。 （ 6） 控制車內(nèi)二氧化碳濃度并且有二氧化碳報(bào)警，當(dāng)車室內(nèi)的空氣中二氧化碳濃度超過設(shè)定的 上限時(shí)，就進(jìn)行二氧化碳報(bào)警，同時(shí)吸入新鮮空氣，啟動(dòng)空氣凈化器對(duì)車內(nèi)空氣進(jìn)行凈化。這是以前的控制系統(tǒng)所沒有的，是本系統(tǒng)的一個(gè)特色。當(dāng)濕度超過上限時(shí)，加大混合風(fēng)門，使通過加熱器的空氣增多。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)大客車空調(diào)系統(tǒng)減少風(fēng)量的經(jīng)濟(jì)意義更為突出。這點(diǎn)對(duì)節(jié)省油耗很重要。 具體來說如下： （ 1） 根據(jù)車內(nèi)空氣當(dāng)前的狀況，向各個(gè)風(fēng)門電機(jī)發(fā)出指令，驅(qū)動(dòng) 并 執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作。該空調(diào)控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)以下功能： 溫度信號(hào)濕度信號(hào)二氧化碳濃度信號(hào)各個(gè)風(fēng)門位置信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換各個(gè)風(fēng)門電機(jī)鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)壓縮機(jī)加濕器空氣凈化器二氧化碳報(bào)警器PIC 16 F 877遙控器長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 1. 空調(diào)控制 。從而實(shí)施下一步 控制。這種人工操作的控制方式在我國客車空調(diào)中使用較多，而國外客車使用較少。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，將車內(nèi)空氣控制在人感覺舒適的范圍，實(shí)現(xiàn)了客車空調(diào)的智能化控制。 車載空調(diào)控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 本課題所設(shè)計(jì)的空調(diào)系統(tǒng)控制系統(tǒng)是借鑒目前國際、國內(nèi)車用空調(diào)系統(tǒng)制造商產(chǎn)品的設(shè)計(jì)特點(diǎn)、技術(shù)經(jīng)驗(yàn)及其設(shè)計(jì)思想，針對(duì)大客車空調(diào)系統(tǒng)，采用先進(jìn)的微控制技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)。但是不管哪種類型的配氣系統(tǒng)，其控制的風(fēng)門都是相同的，都是通過調(diào)節(jié)混合風(fēng)門的開度來調(diào)節(jié)車內(nèi)空氣的溫度，通過調(diào)節(jié)送風(fēng)方式風(fēng)門來改變吹風(fēng)角度，進(jìn)行吹頭，吹腳和除霜，通過調(diào)節(jié)內(nèi) /外循環(huán)風(fēng)門來長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 改變車內(nèi)空氣的清潔度。對(duì)制冷系統(tǒng)的控制，主要是對(duì)壓縮機(jī)的控制，控制壓縮機(jī)的啟動(dòng)和停止來控制溫度。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。 車載空調(diào)系統(tǒng)的控制可以分為制冷系統(tǒng)的控制和空氣側(cè)的控制。不過汽車空調(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，要想汽車空調(diào)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)這些功能，必須對(duì)汽車空調(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，從而很好得控制車內(nèi)空氣質(zhì)量，滿足乘客的舒適行要求，保證汽車行駛的安全性、經(jīng)濟(jì)性。hX + mT （ 25） 對(duì)車載空調(diào)系統(tǒng)的控制 隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車上的通風(fēng)和空調(diào)逐步成為必備設(shè)施。cX +（ 1? ） pV +? 假設(shè)空氣為理想氣體，在熱力學(xué)定律和交換散熱理論的指導(dǎo)下可以得出以下公式 ： hhhhccchcp TVKXTKXQ ??????? （ 22） 其中 ， pQ? — 經(jīng)過加熱處理前后空氣的熱差； cQ — 制冷蒸發(fā)器的交換熱； hQ — 暖風(fēng)散熱器交換熱； cX — 代表制冷蒸發(fā)器的開關(guān) (0 或者 1) ； cT? — 制冷蒸發(fā)器溫度 (約為 0 攝氏度 )與處理前空氣溫度的差值； hX — 代表暖風(fēng)散熱器的開關(guān) (0 或者 1) ； cK — 制冷蒸發(fā)器熱交換系數(shù) (約為 ) ； hK — 暖風(fēng)散熱器熱交換系數(shù) (約為 )； cV — 經(jīng)過制冷蒸發(fā)器進(jìn)行熱交換的氣體體積 ( 3m ) ； hV — 經(jīng)過暖風(fēng)散熱器進(jìn)行熱交換的氣體體積 ( 3m ) ； 長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 hT? — 暖風(fēng)散熱器溫 度 (約為 60 攝氏度 )與處理前空氣溫度的差值。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，車廂內(nèi)一部分空氣吸入，然后經(jīng)過熱交換后從排風(fēng)口排出相同體積的空氣。但如果二氧化碳含量超過一定的比例，即可使人產(chǎn)生不適感；室內(nèi)空氣二氧化碳在 0. 07%以下時(shí)屬于清潔空氣，人體感覺良好；當(dāng)濃度在 %至 %時(shí)屬于普通空氣，超過 %時(shí)個(gè)別敏感者會(huì)感覺有不良?xì)馕?；空氣中二氧化碳含量更多只?huì)導(dǎo)致乘客呼吸困難 、 窒息，嚴(yán)重的還會(huì)造成生命危險(xiǎn)，所以在 車載 空調(diào)控制系統(tǒng)中，也要對(duì)二氧化碳含量的控制。 （ 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。 相對(duì)濕度是指空氣中水蒸氣分壓力和同溫度下飽和水蒸氣分壓力之比。 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。 1） 含濕量 濕空氣是由干空氣和水蒸氣組成的。 （ 1） 空氣的濕度 空氣的濕度是指空氣中含水蒸氣量的多少。除了溫度以外，濕度和空氣清潔度也是衡量車內(nèi)空氣質(zhì)量好壞的重要指標(biāo)，空氣清潔度的控制主要是控制車內(nèi)二氧化碳含量。順時(shí)針旋轉(zhuǎn)風(fēng) 門 擋板，開大旁通風(fēng)門，通過加熱器的空氣量少，由風(fēng)口 5 吹出冷風(fēng)；反之，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)旁通風(fēng)門擋板，關(guān)小旁通風(fēng)門，這時(shí)由風(fēng)口 6 吹出熱風(fēng)供采暖和除霜用。當(dāng)汽車長期運(yùn)行時(shí)，車室內(nèi)的空氣品質(zhì)下降，這時(shí)應(yīng)定期開大風(fēng)門。 長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 空調(diào)配氣系統(tǒng)的工作過程如下：新鮮空氣 +車內(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)門調(diào)節(jié)進(jìn)入加熱器的空氣 進(jìn)入各吹風(fēng)口。本系統(tǒng)中采用直流電機(jī)對(duì)空氣配氣系統(tǒng)的各個(gè)風(fēng)門擋板進(jìn)行控制，電機(jī)內(nèi)部帶有位置反饋信號(hào)，可以確切的知道風(fēng)門的開度大小 ， 從而實(shí)施下一步控制。 3. 車載 空調(diào)配氣系統(tǒng) 圖 24 為客車空調(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，主要用來調(diào)節(jié)新鮮空氣和室內(nèi)循環(huán)空氣的比例。 （ 3） 車上玻璃除霜。 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)代客車空調(diào)已經(jīng)發(fā)展到冷暖一體化裝置，全年地對(duì)車內(nèi)的空 氣進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過冷熱風(fēng)的 調(diào)和 ，溫度由人為設(shè)定，達(dá)到舒適性的要求。大客車上通常采用的是獨(dú)立熱源水暖裝置，水加熱器的最大優(yōu)點(diǎn)就是不僅可作為車廂取暖之用，而且