隨著現(xiàn)代汽車技術(shù)的發(fā)展，汽車的空調(diào)技術(shù)已經(jīng)很發(fā)展的成熟，可是隨著社會的進(jìn)步，人們對舒適性的要求也越來越來高了。由于人們的要求提高了，從而反應(yīng)出現(xiàn)代汽車空調(diào)系統(tǒng)的幾大缺點(diǎn)，需要進(jìn)行改進(jìn)。本設(shè)計(jì)就是根據(jù)幾大缺點(diǎn)進(jìn)行的改進(jìn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)提供一種8位單片機(jī)為控制核心的汽車自動控制系統(tǒng)。本文針對現(xiàn)代汽車的不足之處進(jìn)行改進(jìn)，采用8位單片機(jī)為核心，以數(shù)字溫內(nèi)溫濕度、車速和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，通過控制電路的通斷來達(dá)到對汽車空調(diào)自動控制功能。另外本文還加了一個(gè)延時(shí)電路，來控制風(fēng)扇后關(guān)閉。本文還闡述了汽車空調(diào)及系統(tǒng)的組成及原理，并完成總體硬件設(shè)計(jì)和軟件的編寫。關(guān)鍵詞：汽車空調(diào)自動控制,單片機(jī),傳感器 11．1課題來源及產(chǎn)生背景 11．2課題研究的目的及意義 11．3課題研究的主要內(nèi)容 11．4本課題的主要任務(wù) 12汽車空調(diào)及空調(diào)自動控制系統(tǒng)的概述 22．1汽車空調(diào)的概述 2 33汽車自動控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案 44汽車空調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則 45主要設(shè)計(jì)硬件的選擇 5 5 5 5 6 9 4．2．2傳感器性能特點(diǎn) 4．2．4串行接口(單線雙向) 1.1課題產(chǎn)生的背景隨著人們生活水平的提高，汽車的消費(fèi)量也在與日俱增，人們在購買汽車的同時(shí)對汽車的舒適可靠性提出了更高的要求，空調(diào)作為汽車的重要部件，它的好壞直接影響到整車的性能和舒適。雖然現(xiàn)代汽車空調(diào)技術(shù)已經(jīng)比較成熟完善了，可不免還是有些不足之處，針對這一些不足之處而提出一些改進(jìn)方案。基于單片機(jī)的實(shí)用性和可靠性，再加上它的體積小等特點(diǎn)，已被廣泛用于生活中的各個(gè)領(lǐng)域，而且得到了大家的肯定和認(rèn)同。在近幾年單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展的很成熟，因此，本文采用單片機(jī)為核心來設(shè)計(jì)汽車空調(diào)自動控制系統(tǒng)。1.2課題研究的目的及意義汽車空調(diào)的作用大家都知道，尤其是隨著地球的氣溫逐漸變化無常，人們對空調(diào)的需求也越來越迫切，隨著人們的生活水平的提高，對空調(diào)的要求也越來越高。本課題是基于提高汽車的舒適性，采用單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)，對現(xiàn)有空調(diào)系統(tǒng)的一些不足進(jìn)行改進(jìn)。目前汽車對中國這個(gè)發(fā)展中國家而言只是在發(fā)展初期，還未達(dá)到頂峰，而汽車空調(diào)是汽車上重要的組成部分，都具有很大的發(fā)展空間，所以笨課題的研究很具有經(jīng)濟(jì)意義。1.3課題研究的主要內(nèi)容1.利用延時(shí)電路使空調(diào)制冷系統(tǒng)先關(guān)閉，風(fēng)扇繼續(xù)工作，這樣可以使空調(diào)通氣道吹干，減少細(xì)菌的滋生。2.停車自動關(guān)閉空調(diào)系統(tǒng)。利用單片機(jī)配合車速傳感器和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測車速和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，使停車之前空調(diào)系統(tǒng)自動關(guān)閉。3.自動控制車內(nèi)溫濕度并自動開斷系統(tǒng)。利用單片機(jī)配合數(shù)字溫濕傳感器對車內(nèi)溫濕進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定值范圍之內(nèi)，系統(tǒng)會自動關(guān)閉，少于這個(gè)范圍時(shí)會自動打開，這樣會減少功率的輸出，使它更經(jīng)濟(jì)。1.4本課題的主要工作1.對汽車空調(diào)及空調(diào)系統(tǒng)的簡單闡述。2.對本課題要用的主要部件功能進(jìn)行簡單介紹。3.具體對汽車空調(diào)系統(tǒng)的硬件電路和軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。2.1汽車空調(diào)的概述汽車空調(diào)技術(shù)是隨著汽車的普及和高新技術(shù)的應(yīng)用而發(fā)展起來的。汽車空調(diào)技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了由低級到高級，由單一到多功能的五個(gè)階段。第一個(gè)階段，單一取暖。第二個(gè)階段，單一制冷。第三個(gè)階段，冷暖一體化。第五個(gè)階段，微機(jī)控制。完善的汽車空調(diào)系統(tǒng)一般由制冷系統(tǒng)、取暖系統(tǒng)、配氣系統(tǒng)、電器控制系統(tǒng)送風(fēng)模式控制裝置、各種繼電器。2.2汽車空調(diào)自動控制系統(tǒng)的概述手動控制的空調(diào)系統(tǒng)，它只按駕駛員所設(shè)定的鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速去運(yùn)轉(zhuǎn)，壓縮機(jī)的通與斷動作變化只按駕駛員所設(shè)定的溫度去動作。它不能依據(jù)車內(nèi)外溫度的變化對冷氣負(fù)荷作出任何任何修正動作。配氣系統(tǒng)各個(gè)風(fēng)門位置的變化也是由面板功能鍵通過拉索與風(fēng)門剛性連接完成。為了減輕駕駛員的負(fù)擔(dān)，避免手動調(diào)節(jié)麻煩，現(xiàn)代汽車安裝了空調(diào)自動控制系統(tǒng)。它能根據(jù)駕駛員所設(shè)定的溫度不斷監(jiān)測車內(nèi)的溫度、濕度等，自動調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，保持車內(nèi)溫度在設(shè)定范圍內(nèi)，有些還可以進(jìn)行進(jìn)氣控制，氣流方式控制和壓縮機(jī)控制等。壓縮機(jī)將氣態(tài)制冷劑壓縮成高溫高壓的制冷劑氣體后排出壓縮機(jī)；高溫高壓制冷劑氣體經(jīng)管路流入冷凝器后，在冷凝器內(nèi)散熱、降溫,冷凝成高溫高壓的液態(tài)制冷劑流出；高溫高壓液態(tài)制冷劑經(jīng)管路進(jìn)入干燥儲液器內(nèi)，經(jīng)過干燥、過濾后流進(jìn)膨脹閥；高溫高壓液態(tài)制冷劑經(jīng)膨脹閥節(jié)流，狀態(tài)發(fā)生急劇變化，變成低溫低壓的液態(tài)制冷劑。低溫低壓液態(tài)制冷劑立即進(jìn)入蒸發(fā)器內(nèi)，在蒸發(fā)器內(nèi)吸收流經(jīng)蒸發(fā)器的空氣熱量，使空氣溫度降低，吹出冷風(fēng)，產(chǎn)生制冷效果，制冷劑本身因吸收了熱量而蒸發(fā)成低溫低壓的氣態(tài)制冷劑。低溫低壓的氣態(tài)制冷劑經(jīng)管路被壓縮機(jī)吸入，進(jìn)行壓縮，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)，只要壓縮機(jī)連續(xù)工作，制冷劑就在空調(diào)系統(tǒng)中連續(xù)循環(huán)，產(chǎn)生制冷效果；壓縮機(jī)停止工作，空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)制冷劑隨之停止流動，不產(chǎn)生制冷效果。采用溫濕傳感器對車內(nèi)的溫濕度進(jìn)行采集，然后將采集的數(shù)據(jù)通過數(shù)字傳感器進(jìn)行處理，再送入單片機(jī)進(jìn)行處理，用液晶顯示器把車內(nèi)的溫濕度顯示出來，駕駛員可以通過按鍵把溫濕度設(shè)置在一定范圍內(nèi)，經(jīng)過單片機(jī)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的自動控制。此方案使用的是數(shù)字溫濕傳感器精度較高，而且連接簡單，由于汽車空調(diào)工作在一個(gè)特殊的環(huán)境中，空調(diào)系統(tǒng)又工作在一個(gè)復(fù)雜的電磁環(huán)境中，所以設(shè)計(jì)要符合以下原則：1.可靠性。在任何系統(tǒng)中都要保證這個(gè)原則，根據(jù)環(huán)境在設(shè)計(jì)的時(shí)候，通過硬件軟件的設(shè)計(jì)，盡量不讓系統(tǒng)受到干擾。進(jìn)行屏蔽設(shè)計(jì)或者數(shù)字濾波等。2.控制的準(zhǔn)確性。系統(tǒng)要根據(jù)幾大傳感器的信號來確定系統(tǒng)的工作狀態(tài)，所以需要信號的準(zhǔn)確性，避免控制偏差。3.響應(yīng)的快速性。系統(tǒng)響應(yīng)的快慢決定其工作效率的好壞。4.可維護(hù)性。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要盡量簡易方便，以盡可能少的原件實(shí)現(xiàn)多功能的控制，避免原件的多而帶來的維護(hù)不方便。4.1.1主要性能4.1.2功能特性描述產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級中斷作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。4.1.3引腳結(jié)構(gòu)4.1.4方框圖上拉電阻。在flash編程時(shí)，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/T2）和時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的（P1.1/T2EX具體如下表所示。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址字節(jié)。引腳號第二功能引腳號第二功能P1.0T2（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的外部計(jì)數(shù)輸入時(shí)鐘輸出P1.1T2EX（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制）時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存節(jié)和一些控制信號。時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原表所示。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P3口也接收一些控制信號。第二功能P3.0P3.1P3.2INT0(外部中斷0)P3.3INT0(外部中斷0)P3.4P3.5P3.6P3.7RD(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)式下無效。XTAL1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測溫元件，并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、室進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達(dá)20米以上，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場合的最佳選則。產(chǎn)品為4針單排引腳封裝。連接方便，特殊封裝形式可根據(jù)用戶需求而提供。表1傳感器性能特點(diǎn)濕度互換性溫度重復(fù)性±1℃精度±1±2℃a.相對濕度和溫度測量b.全部校準(zhǔn)，數(shù)字輸出c.卓越的長期穩(wěn)定性d.無需額外部件e.超長的信號傳輸距離f.超低能耗j.4引腳安裝h.完全互換4.2.4串行接口(單線雙向)連接線長度短于20米時(shí)用5K上拉電阻,大于20米時(shí)根據(jù)實(shí)際情況使用合適的上拉圖1典型電路圖DATA用于微處理器與DHT11之間的通訊和同步,采用單總線數(shù)據(jù)格式,一次通訊時(shí)間4ms左右,數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分,具體格式在下面說明,當(dāng)前小數(shù)部分用于以后擴(kuò)展,現(xiàn)讀出為零.操作流程如下:一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為40bit,高位先出。數(shù)據(jù)格式:8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bi溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit校驗(yàn)和數(shù)據(jù)傳送正確時(shí)校驗(yàn)和數(shù)據(jù)等于“8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bi溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)”所得結(jié)果的末8開始信號結(jié)束后,DHT11發(fā)送響應(yīng)信號,送出40bit的數(shù)據(jù),并觸發(fā)一次信號采集,用戶可選擇讀取部分?jǐn)?shù)據(jù).從模式下,DHT11接收到開始信號觸發(fā)一次溫濕度采集,如果沒有接收到主機(jī)發(fā)送開始信號,DHT11不會主動進(jìn)行溫濕度采集.采集數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)換到低速模式。通訊過程如圖1所示總線空閑狀態(tài)為高電平,主機(jī)把總線拉低等待DHT11響應(yīng),主機(jī)把總線拉低等待主機(jī)開始信號結(jié)束,然后發(fā)送80us低電平響應(yīng)信號.主機(jī)發(fā)送開始信號結(jié)束后,延時(shí)等待20-40us后,讀取DHT11的響應(yīng)信號,主機(jī)發(fā)送開始信號后,可以切換到輸入模式,或者輸出高電平均可,總線由上拉電阻拉高。總線為低電平,說明DHT11發(fā)送響應(yīng)信號高80us,準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù),每一bit數(shù)據(jù)都以50us低電平時(shí)隙開始,高電平的長短定了數(shù)據(jù)位是0還是1.格式見下面圖示.如果讀取響應(yīng)信號為高電平,則DHT11沒有響應(yīng),請檢查線路是否連接正常.當(dāng)最后一bit數(shù)據(jù)傳送完畢后，DHT11拉低總線50us,隨后總線由上拉電阻拉高進(jìn)入空閑狀態(tài)。數(shù)字0信號表示方法如圖4所示數(shù)字1信號表示方法.如圖5所示4.3車速傳感器車速傳感器檢測電控汽車的車速，控制電腦用這個(gè)輸入信號來控制發(fā)動機(jī)怠速，自動變速器的變扭器鎖止，自動變速器換檔及發(fā)動機(jī)冷卻風(fēng)扇的開閉和巡航定速等其它功能。車速傳感器的輸出信號可以是磁電式交流信號，也可以是霍爾式數(shù)字信號或者是光電式數(shù)字信號，車速傳感器通常安裝在驅(qū)動橋殼或變速器殼內(nèi)，車速傳感器信號線通常裝在屏蔽的外套內(nèi)，這是為了消除有高壓電火線及車載電話或其他電子設(shè)備產(chǎn)生的電磁及射頻干擾，用于保證電子通訊不產(chǎn)生中斷，防止造成駕駛性能變差或其他問題，在汽車上磁電式及光電式傳感器是應(yīng)用最多的兩種車速傳感器，在歐洲、北美和亞洲的各種汽車上比較廣泛采用磁電式傳感它來感受其它轉(zhuǎn)動部位的速度和位置信號等。器，安裝在車輛上用于測量行駛速度和距離。它采用光電空間相關(guān)濾波技術(shù)，把路面圖象變換為與車速成正比的頻率信號，供給二次儀表或計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集處理顯示。傳感器拍攝路面圖象需要足夠亮度，所以傳感器座裝有照明燈。光電車速傳感器的輸出信號是不規(guī)則的小信號，必須通過跟蹤濾波器變?yōu)榕c車速成正比的基波信號并轉(zhuǎn)換為二次儀表或計(jì)算機(jī)能夠接受的TTL電平的脈沖使用真空吸盤可以方便地吸牢在被測車輛的平整表面上，只要不漏氣，吸盤的吸(1)技術(shù)指標(biāo)j跟蹤速率：≥1gn重量：光電傳感器(含照明燈)2.5Kg，跟蹤濾波器0.6Kg(2)技術(shù)性能光電車速傳感器和跟蹤濾波器的主要功能是安裝在被測車輛上，輸出與速線性度為0.2%。本產(chǎn)品備有白線信號輸出，用于儀傳感器安裝在被測車輛上，路面相隔一定距離(例如300m)貼兩張白紙或刷兩道白漆，車輛駛過時(shí)將輸出TTL脈沖信號。利用它控制儀器的開始和停止，對比儀器顯示距離和實(shí)際距離，就能檢定出儀器的誤差。整，也可以與德國、日本進(jìn)口光電速度傳感器在硬件電路設(shè)計(jì)好以后，軟件設(shè)計(jì)則是最重要的一個(gè)設(shè)計(jì)部分，由于空調(diào)自動控制的大部分智能化功能都是軟件來完成，這樣就使得硬件電路設(shè)計(jì)的簡化和內(nèi)部硬件電路非常熟悉。這對編程人員的要求是比較高的。在進(jìn)行軟件編程時(shí)，我們?nèi)匀灰捎媒Y(jié)構(gòu)化模塊方式編程，從而可以把一些非常由于它最終要設(shè)計(jì)成樣機(jī)形式。因此，我們就得對整機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，這個(gè)監(jiān)控程序中應(yīng)包括各種芯片的初始化程序、自診斷程序及許多中斷子程序等事實(shí)上，在對空調(diào)器上電后，它應(yīng)在單片機(jī)的控制下自動轉(zhuǎn)入監(jiān)控程序的執(zhí)行。我們在編制時(shí)把監(jiān)控程序作為本機(jī)的主程序來進(jìn)行工作。任何故障都會從監(jiān)控程序的執(zhí)行中得到響應(yīng)，而且任何故障給予的響應(yīng)方式和代碼不同，因此這很方便的可以查找到該故障部位。顯然，這只對硬件電路的故障有效。對于軟件程序的執(zhí)行故障，我們目前只能通過軟件程序的調(diào)試安裝及仿真來判別它是否正常運(yùn)行。因?yàn)閱纹瑱C(jī)畢竟不是微機(jī)或上位機(jī)。它所能容納的程序能力也是有限的。當(dāng)然，我們可以采用各種技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，這樣就可以最大限度的直至軟件程序的出錯運(yùn)行。各種子的軟件資源及內(nèi)部寄存器資源，這樣可以提高其運(yùn)行速度。6.1主程序的設(shè)計(jì)及流程圖本課題的主要思想之一就是檢測溫度，控制制冷壓縮機(jī)對室溫進(jìn)行恒定控制。并且將溫度顯示在七段碼顯示器上，還可通過鍵盤控制設(shè)定溫度的增加和減少。主程序通常包括可編程硬件、輸入、輸出端口和參數(shù)的初始化，自診斷管理于該設(shè)計(jì)中的第一層次，除了初始化和自診斷外，主程序一般總是把其余部分聯(lián)接起來，構(gòu)成一個(gè)無限循環(huán)圖，空調(diào)溫度的自動控制的所有功能都在這一循環(huán)圈本主程序從整個(gè)系統(tǒng)的上電復(fù)位開始運(yùn)行，然后對各種可編程器件及單片機(jī)堆棧和參數(shù)進(jìn)行初始化。接著對各軟、硬件模塊進(jìn)行自診斷，并同時(shí)判斷有無中斷，等待是哪兒硬件或軟件出錯。一旦發(fā)生這種出錯情況，則判明后進(jìn)行相應(yīng)的功能處理模塊，數(shù)據(jù)融合技術(shù)子程序或多線段逼近溫補(bǔ)子程序，處理完畢，我們子程序。整個(gè)測量過程是否結(jié)束，若結(jié)束，則返回，若誤差過大，則重新調(diào)用數(shù)據(jù)融合技術(shù)進(jìn)行計(jì)算處理。若沒有完成，則回到初始化階段循環(huán)再做。這就是整個(gè)空調(diào)溫度控制的主程序的設(shè)計(jì)思想。系統(tǒng)初始化溫度設(shè)定溫度檢測兩種溫度比較PID運(yùn)算設(shè)定溫度高？YD/A轉(zhuǎn)換顯示溫度啟動壓縮機(jī)啟動信號N圖6.1軟件設(shè)計(jì)流程圖過與控制溫度比較對壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行控制。初始化變換溫度初始化讀存儲器初始化NY圖6.2溫度測量流程圖室內(nèi)溫度值和控制溫度值都要通過七段碼顯示器顯示出來，顯示子程序必不存單元中，通過控制信號顯示在相應(yīng)的顯示器上。有的車主常常在熄火之后才想起關(guān)閉空調(diào)，這對發(fā)動機(jī)是有害的，因?yàn)檫@樣因此每次停車后應(yīng)先關(guān)閉空調(diào)再熄火，而且也應(yīng)該在車輛啟動兩三分鐘、發(fā)動機(jī)得到潤滑后，再打開空調(diào)。而且在關(guān)閉之前就應(yīng)該把空調(diào)通道中得水汽吹干，不然很容易滋生細(xì)菌，這樣對人有危害。所以在關(guān)空調(diào)之前應(yīng)該延遲風(fēng)扇轉(zhuǎn)動的時(shí)系統(tǒng)完成設(shè)計(jì)后，并不是立即可以正常工作的，通常要經(jīng)過反復(fù)幾次的調(diào)試才能達(dá)到預(yù)期效果，系統(tǒng)軟件、硬件能否完成設(shè)計(jì)的功能。系統(tǒng)調(diào)試包括硬件和軟件調(diào)試。結(jié)合單片機(jī)開發(fā)板對每個(gè)功