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車載空調自動控制系統(tǒng)設計畢業(yè)設計-文庫吧資料

2025-07-05 18:00本頁面
  

【正文】 入以及應用系統(tǒng)向人報告運行狀態(tài)與運行結果。溫度檢測電路如圖35所示。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。另外,R1R7開路會使4腳電壓變?yōu)楦唠娖剑珻1C19短路會使4腳電壓變?yōu)?V,造成整機保護性停機。TT2溫度傳感器阻值改變時,通過RTRT2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。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。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。時鐘電路采用RC做定時元件,也可采用外加時鐘源。圖33 系統(tǒng)供電部分大多數(shù)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。 電源電路系統(tǒng)供電電路如圖33所示,24V直流電壓通過CC13濾波,輸出+12V左右的直流電壓,經(jīng)過三端穩(wěn)壓器IC6(7812)、CC11濾波輸出直流12V。 最小系統(tǒng)的組成單片機系統(tǒng)包括程序存儲器,數(shù)據(jù)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。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)。8位寬并行從口,具有外部讀、寫和片選信號同步串行口SSP:SPI(主模式)和I2C(主從模式)多通道10位A/D轉換器;寬范圍操作電壓:~;自帶振蕩式看門狗,不需要任何外部器件;在線調試功能;可編程代碼保護;具有上電延時器,保證VDD穩(wěn)定建立;最大有8K14字節(jié)的FLASH程序存儲器;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;高性能的RISC結構CPU;本系統(tǒng)采用微芯公司的PIC16F877作為系統(tǒng)CPU,~,其管腳圖,如圖32。 智能加熱控制器的硬件主要由信號采集與調理電路、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)控及時鐘模塊組成。每個模塊都會有各種各樣的配置、組合。我們將通用硬件部分按照功能模塊劃分如圖31 所示。第3章 車載空調控制系統(tǒng)的硬件設計 車載空調控制系統(tǒng)的整體結構圖對于整個系統(tǒng),設計出標準、全面、可靠的硬件設備是整個控制系統(tǒng)開發(fā)的基礎,然后才能在此開發(fā)智能儀表通用軟件。在設定溫度時顯示設定的溫度,在其它時間顯示車內的實際溫度,同時顯示吹頭,吹腳,除霜等送風方式,以及空氣循環(huán)方式,鼓風機、加熱器和壓縮機的工作狀態(tài)等,讓司機能夠對工作狀況了解。(6) 控制車內二氧化碳濃度并且有二氧化碳報警,當車室內的空氣中二氧化碳濃度超過設定的上限時,就進行二氧化碳報警,同時吸入新鮮空氣,啟動空氣凈化器對車內空氣進行凈化。這是以前的控制系統(tǒng)所沒有的,是本系統(tǒng)的一個特色。當濕度超過上限時,加大混合風門,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)省運行費用,尤其對大客車空調系統(tǒng)減少風量的經(jīng)濟意義更為突出。這點對節(jié)省油耗很重要。具體來說如下:(1)根據(jù)車內空氣當前的狀況,向各個風門電機發(fā)出指令,驅動并執(zhí)行相應動作。該空調控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)以下功能:1. 空調控制。從而實施下一步控制。這種人工操作的控制方式在我國客車空調中使用較多,而國外客車使用較少。該系統(tǒng)以PIC16F877為微處理器,將檢測到的各種模擬信號轉換為數(shù)字量后送往處理器進行處理,通過計算輸出相應的控制信號控制各個執(zhí)行機構進行協(xié)調動作,將車內空氣控制在人感覺舒適的范圍,實現(xiàn)了客車空調的智能化控制。本課題所設計的空調系統(tǒng)控制系統(tǒng)是借鑒目前國際、國內車用空調系統(tǒng)制造商產(chǎn)品的設計特點、技術經(jīng)驗及其設計思想,針對大客車空調系統(tǒng),采用先進的微控制技術進行設計開發(fā)。但是不管哪種類型的配氣系統(tǒng),其控制的風門都是相同的,都是通過調節(jié)混合風門的開度來調節(jié)車內空氣的溫度,通過調節(jié)送風方式風門來改變吹風角度,進行吹頭,吹腳和除霜,通過調節(jié)內/外循環(huán)風門來改變車內空氣的清潔度。對制冷系統(tǒng)的控制,主要是對壓縮機的控制,控制壓縮機的啟動和停止來控制溫度。在本系統(tǒng)中,以空氣側的控制為主,以制冷系統(tǒng)的控制為輔對空調系統(tǒng)進行控制。 車載空調系統(tǒng)的控制可以分為制冷系統(tǒng)的控制和空氣側的控制。不過汽車空調只有制冷、取暖和配氣系統(tǒng)還是不能夠達到這些目的,要想汽車空調系統(tǒng)能夠實現(xiàn)這些功能,必須對汽車空調系統(tǒng)的工作狀態(tài)進行必要的控制,即必須采用控制器對空調系統(tǒng)進行控制,使各個執(zhí)行機構能夠協(xié)調工作,從而很好得控制車內空氣質量,滿足乘客的舒適行要求,保證汽車行駛的安全性、經(jīng)濟性。+ (25) 隨著汽車工業(yè)的發(fā)展,汽車上的通風和空調逐步成為必備設施。+(1)+假設空氣為理想氣體,在熱力學定律和交換散熱理論的指導下可以得出以下公式: (22)其中, — 經(jīng)過加熱處理前后空氣的熱差;— 制冷蒸發(fā)器的交換熱;— 暖風散熱器交換熱;— 代表制冷蒸發(fā)器的開關(0或者1) ;— 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;— 代表暖風散熱器的開關(0或者1) ;— 制冷蒸發(fā)器熱交換系數(shù)() ;— 暖風散熱器熱交換系數(shù)();— 經(jīng)過制冷蒸發(fā)器進行熱交換的氣體體積() ;— 經(jīng)過暖風散熱器進行熱交換的氣體體積() ;— 暖風散熱器溫度(約為60攝氏度)與處理前空氣溫度的差值。同時,上面的分析我們把空調對空氣的處理看成理想的熱交換器,車廂內一部分空氣吸入,然后經(jīng)過熱交換后從排風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;室內空氣二氧化碳在0. 07%以下時屬于清潔空氣,人體感覺良好;%%時屬于普通空氣,%時個別敏感者會感覺有不良氣味;空氣中二氧化碳含量更多只會導致乘客呼吸困難、窒息,嚴重的還會造成生命危險,所以在車載空調控制系統(tǒng)中,也要對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氣,另外還有二氧化碳和其他稀有氣體。 相對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) 相對濕度 在一定溫度下,飽和空氣中的水蒸氣量已達到最大限度,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空氣質量好壞的重要指標,空氣清潔度的控制主要是控制車內二氧化碳含量。順時針旋轉風門擋板,開大旁通風門,通過加熱器的空氣量少,由風口5吹出冷風;反之,逆時針旋轉旁通風門擋板,關小旁通風門,這時由風口6吹出熱風供采暖和除霜用。當汽車長期運行時,車室內的空氣品質下降,這時應定期開大風門??照{配氣系統(tǒng)的工作過程如下:新鮮空氣+車內循環(huán)空氣進入風機空氣進入蒸發(fā)器冷卻由風門調節(jié)進入加熱器的空氣進入各吹風口。本系統(tǒng)中采用直流電機對空氣配氣系統(tǒng)的各個風門擋板進行控制,電機內部帶有位置反饋信號,可以確切的知道風門的開度大小,從而實施下一步控制。3. 車載空調配氣系統(tǒng)圖24為客車空調配氣系統(tǒng),一般有三部分組成:第一部分為空氣進口段,主要用來調節(jié)新鮮空氣和室內循環(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)器一起將空氣調節(jié)到人們舒適溫度,現(xiàn)代客車空調已經(jīng)發(fā)展到冷暖一體化裝置,全年地對車內的空氣進行調節(jié),通過冷熱風的調和,溫度由人為設定,達到舒適性的要求。大客車上通常采用的是獨立熱源水暖裝置,水加熱器的最大優(yōu)點就是不僅可作為車廂取暖之用,而且可以預熱發(fā)動機,預熱潤滑油和蓄電池,便于各季發(fā)動機起動和很快轉入穩(wěn)定狀況。在獨立式空調系統(tǒng)中,壓縮機轉速基本不變,本系統(tǒng)中只通過控制壓縮機的開關來控制空調的制冷。此循環(huán)周而復始地進行,就可以使車內的溫度維持在舒適的狀態(tài)。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)器的車內循環(huán)空氣的溫度降低為冷氣,通過鼓風機送到車內,降低車內的空氣溫度。由壓縮機排出的高溫、高壓制冷劑蒸汽,通過高壓軟管進入汽車空調的冷凝器。汽車空調蒸汽壓縮式制冷原理圖如圖23所示。 綜上所述,整個汽車空調控制系統(tǒng)可以通過六個受控裝置來控制,它們分別是內外循環(huán)電磁閥、鼓風機調速電路、混合風門電機、壓縮機電磁閥、暖水電磁閥和風向風門電機。風向風門由風向風門電機控制。 暖風散熱器由暖水電磁閥控制,暖水電磁閥吸合后,發(fā)動機冷卻水流過暖風散熱器,這樣就可以通過發(fā)動機余熱進行熱交換,將經(jīng)過散熱器的空氣加熱。制冷蒸器連接制冷壓縮機,壓縮機由壓縮機電磁閥控制。所以鼓風機的快慢直接影響到了制冷蒸發(fā)器和暖風散熱器的對流散熱快慢,也就直接影響到了車內空氣的調節(jié)速度。反之,當內外循環(huán)電磁閥開時,空調處于外循環(huán)狀態(tài),這個時候不僅僅車內回風能夠進入空調風道,車外空氣也進入空調風道,也就制冷(加熱)處理前空氣是車內回風和車外新鮮空氣的混合氣體。目前,大多數(shù)客車空調系統(tǒng)總成采用全功能型,其風道系統(tǒng)如圖22所示。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。采暖系統(tǒng)是由暖風散熱器、暖水閥和風機組成。最后,經(jīng)過節(jié)流閥,降溫降壓,恢復到低壓(低溫)液態(tài)。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。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,制冷劑在定壓下吸熱氣化。圖21 汽車空調制冷循環(huán)圖制冷系統(tǒng)主要由壓縮機、冷凝器(包括冷凝風機)、膨脹閥和蒸發(fā)器(包括蒸發(fā)風機)組成。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。車載空調的基本功能是通過人為的方法使車廂的溫度降低和升高、從而達到使人體感到舒適的溫度環(huán)境。冬季,風速大了會影響人體保溫,因而冬季采暖希望氣流速度盡量小一些。:空氣的流速和方向對人體舒適性影響很大。:普通汽車空調一般不具有這種功能,只有高級豪華汽車采用的冷暖一體化空調器,才能對車內的濕度進行適量的調節(jié)。4. ,系統(tǒng)報警;,進入工作狀態(tài)。(5)樣機的試驗調試進行樣機的實驗調試,檢驗開發(fā)出的樣機是否達到設計要求,運行是否準確可靠。(3)模糊控制理論的研究以及模糊控制技術的應用學習模糊控制的基礎,并結合汽車空調控制系統(tǒng)的實際情況,將模糊控制技術初步用于空調控制器。(2)控制系統(tǒng)的硬件電路的設計控制系統(tǒng)采用了89C51單片機為主控單元,還包括模擬信號采集電路、人機接口單元、看門狗電路、執(zhí)行機構等。研究內容如下:(1)系統(tǒng)整體方案的設計仔細分析國外先進的全自動空調控制系統(tǒng)的特點,借鑒他們的成功經(jīng)驗,結合我國的實際情況,進行總體方案的設計。 本課題是設計一個基于微機的汽車空調電氣控制系統(tǒng)。在多輸入、輸出非線性系統(tǒng)領域中取得了驕人的成功,突破了傳統(tǒng)控制方法的局限。在歐美、日本等地,模糊控制理論迅速應用到了商業(yè)產(chǎn)品中去,其中就包括日本把模糊控制成功應用到地鐵和各種家電產(chǎn)品的實例。該空調ECU(電子控制單元)首先計算送風溫度,并根據(jù)送風溫度控制風機轉速、混合風門開度、壓縮機啟停及送風模式。根據(jù)駕駛員輸入的溫度、車室內外溫度及制冷劑低壓管路溫度,BCM計算出氣流分送模式,鼓風機轉速及混合風門開度,然后進行相應的控制。如果系統(tǒng)不在設定的范圍內工作,BCM將壓縮機電磁離合器脫離。裝置根據(jù)傳感器隨時檢測車內外溫度,自動地調控裝置各部件工作,達到控制車內溫度和行使其他功能的目的,通用汽車公司某型轎車車身計算機模塊(BCM)控制的空調系統(tǒng)是較典型的自動空調系統(tǒng)。國外一些大汽車公司的汽車空調系統(tǒng)代表了全自動空調的最高水平美國通用汽車公司1964年率先在轎車上應用自控汽車空調,開辟了自控汽車空調裝置階段的先河。法國路易斯公司開發(fā)出了頭部和腳部溫度能分別調節(jié)的空調裝置。目前,美國生產(chǎn)的客車12%裝備了自動空調系統(tǒng),只要預先調好溫度,機器就能自動地在調定的溫度范圍內工作,有82%的客車裝備了手動空調系統(tǒng)。因此,國內汽車空調生產(chǎn)如何走上專業(yè)化、規(guī)?;?jīng)營之路,將成為我國未來幾年汽車空調業(yè)迫切需要解決的問題。 從國內汽車空調技術水平來看,盡管我國汽車空調產(chǎn)品的開發(fā)設計水平有了大幅度提高,但其技術含量仍低于國際先進水平,我國汽車空調面臨著產(chǎn)品升級換代的問題。與熱力膨脹閥控制相比,能取得較好的效果。對于汽車空調的算法,國內外也有許多相關的研究。 而在實踐應用領域,模糊控制在近幾年幾乎涉及到各個重、輕工業(yè)領域??梢哉f國內的理論研究已經(jīng)朝縱深發(fā)展,理論體系也比較完善。 國內80年代就參加到模糊控制領域的研究討論當中,到了90年代和最近幾年,已經(jīng)在模糊控制等智能控制領域得到了較成熟的發(fā)展。還有人針對司機和乘客的個體舒適性差異,對不同的出風口進行單獨控制。車室內的送風溫度的分布是很不均勻的,并且均勻分布的溫度場也會由于人的舒適感不同而產(chǎn)生舒適性差異。奧迪100轎車的空調系統(tǒng)模式風門是手控的,鼓風機轉速由繼電器控制,壓縮機離合根據(jù)蒸發(fā)器溫度控制。比較而言,國內的汽車空調控制系統(tǒng)要稍遜一些。從市場占有情況看,由于目前大多數(shù)汽車空調生產(chǎn)未上規(guī)模,加上汽車空調種類繁多,國內汽車空調銷售市場僅為幾家所壟斷。隨著微處理器技術和自動控制理論的發(fā)展,微電腦在國外汽車工業(yè)中的運用越來越普遍,并成了一種趨勢和潮流,我國也相繼研發(fā)自動控制的空調。在此基礎上,我國汽車生產(chǎn)企業(yè)發(fā)展并生產(chǎn)出了手動冷暖一體的汽車空調。到了60年代,曾經(jīng)有利用汽車尾氣溫度來取暖的供熱系統(tǒng),并在60、70年代生產(chǎn)的轎車上應用。汽車工業(yè)是國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè),隨著我國加入世貿組織,國外各大汽車集團紛紛進入我國市場,大大加快了我國汽車工業(yè)的發(fā)展。隨著我國汽車工業(yè)的發(fā)展、生活水平的提高,舊式的手動模擬輸入簡單空調控制系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足高檔汽車消費的要求,所以產(chǎn)生了要求生產(chǎn)自動控制空調的生產(chǎn)研究課題。通過電腦控制實
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