基于單片機(jī)的汽車智能空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)1

王越，陸天智

（廣州市公用事業(yè)技師學(xué)院城市建設(shè)裝備制造產(chǎn)業(yè)系，廣東 廣州 510000）

基于單片機(jī)的汽車智能空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)1

王越，陸天智

（廣州市公用事業(yè)技師學(xué)院城市建設(shè)裝備制造產(chǎn)業(yè)系，廣東 廣州 510000）

針對實(shí)現(xiàn)汽車內(nèi)外空氣循環(huán)及保證車內(nèi)空氣質(zhì)量的需求，以單片機(jī)作為微處理器主控芯片，采用傳感器測定空氣主要污染物成分并控制車內(nèi)外空氣循環(huán)，設(shè)計(jì)了一種汽車智能空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對車內(nèi)外空氣主要污染物參數(shù)的對比顯示、控制、報(bào)警等。通過測定和對比車內(nèi)外空氣，綜合利用空氣內(nèi)外循環(huán)裝置、車窗和天窗的開合控制，自動調(diào)取最優(yōu)的換氣程度方案。具有操作簡便、自動化程度高和價(jià)格低廉的優(yōu)勢，有效提高駕乘安全性和舒適度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。

空氣質(zhì)量；單片機(jī)；調(diào)節(jié)；自動化

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2016.10.047

CLC NO.: TP272 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)10-147-03

引言

隨著大氣環(huán)境日益惡化，空間相對密閉的汽車等交通工具成為人們出行越來越多地選擇。但是，車內(nèi)空間相對密閉并不能保證空氣環(huán)境的安全舒適。車內(nèi)外空氣交換過少的情況下，容易形成車內(nèi)缺氧、一氧化碳中毒等危及乘車人健康甚至生命的危險(xiǎn)環(huán)境，而車內(nèi)外空氣交換過多的情況下，又容易將大氣空間內(nèi)的懸浮細(xì)顆粒物（如PM2.5）、汽車尾氣等臭氣帶入車內(nèi)，影響乘車環(huán)境的健康度和舒適度。目前車輛空氣循環(huán)功能均為手動調(diào)節(jié)，人體對空氣質(zhì)量的感知具有滯后性及不可靠性，依靠乘車人自體感知來進(jìn)行操控的空氣循環(huán)功能必然不能滿足人們?nèi)找嬖鰪?qiáng)的空氣環(huán)境改善需求，汽車空氣環(huán)境智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)，實(shí)現(xiàn)車內(nèi)空氣環(huán)境的自動調(diào)節(jié)與治理，是汽車技術(shù)完善的重要趨勢。

空氣流動和循環(huán)調(diào)節(jié)是目前空氣治理的主要方法，智能控制系統(tǒng)則是實(shí)現(xiàn)自動調(diào)節(jié)空氣流動和循環(huán)功能的核心系統(tǒng)。本文使用STC12C5A60S2單片機(jī)作為智能控制系統(tǒng)的核心技術(shù)，通過單片機(jī)編程和配套傳感設(shè)備的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對汽車內(nèi)外空氣環(huán)境的主要化學(xué)成分進(jìn)行對比，從而自動調(diào)節(jié)車內(nèi)空氣質(zhì)量，對改善乘車環(huán)境有著重要作用。

1、系統(tǒng)總體構(gòu)成

本設(shè)計(jì)以單片機(jī)作為微處理器主控芯片，通過一氧化碳傳感器、氧氣傳感器、空氣清潔度傳感器測定車內(nèi)外空氣質(zhì)量，并進(jìn)行對比，自動調(diào)取最優(yōu)的換氣程度方案，通過對空氣內(nèi)外循環(huán)裝置、車窗和天窗的開合進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)車內(nèi)空氣質(zhì)量的提高。系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

2、智能控制硬件配置和實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)選用STC12C5A60S2單片機(jī)為微處理器，由STC12C5A60S2負(fù)責(zé)控制，STC12C5A60S2單片機(jī)內(nèi)部集成了12位的AD轉(zhuǎn)換器，從而節(jié)省了許多I/O口。一氧化碳傳感器選用MQ-7傳感器，空氣清潔度傳感器選用了MQ-135，氧傳感器選用KE-25。系統(tǒng)控制電路選用了四路繼電器模塊為控制汽車天窗和車窗、汽車內(nèi)外循環(huán)系統(tǒng)。LCD顯示采用1602液晶芯片，LCD主要顯示各個(gè)傳感器收集到的數(shù)據(jù)。

2.1 系統(tǒng)主控制模塊

本設(shè)計(jì)采用STC12C5A60S2單片機(jī)作為主控制模塊，在汽車智能空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用空氣成分傳感調(diào)節(jié)方案后，空氣傳感信號經(jīng)STC12C5A60S2的I/O輸入處理后，用于空氣內(nèi)外循環(huán)裝置、車窗和天窗的開啟程度控制決策，由P0口輸出電機(jī)控制信號。

2.2 空氣傳感模塊

空氣傳感模塊對相關(guān)空氣成分信號的采集是汽車智能空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。本設(shè)計(jì)采用一氧化碳傳感器、氧氣傳感器、空氣清潔度傳感器，檢測的空氣主要成分包括一氧化碳、氧氣、氨氣、PM2.5等。

本系統(tǒng)一氧化碳傳感器MQ-7氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫(SnO2)，采用高低溫循環(huán)檢測方式，低溫檢測一氧化碳，高溫清洗吸附的雜散氣體，傳感器的電導(dǎo)率隨氣體濃度增加而增大，使用電路可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為相對應(yīng)的輸出信號。MQ-7氣體傳感器對一氧化碳的靈敏度高，這種傳感器可檢測多種含一氧化碳的氣體，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。

本系統(tǒng)臭氣傳感器MQ135氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫 (SnO2)。當(dāng)傳感器所處環(huán)境 中存在污染氣體時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中污染氣體濃度的增加而增大。使用簡單的電路即可將電導(dǎo) 率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號。 MQ135傳感器對氨氣、硫化物、苯系蒸汽的靈敏度高，對煙霧和其它有害的監(jiān)測也很理想。這種傳感器 可檢測多種有害氣體，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。

本系統(tǒng)中氧傳感器KE-25氣體傳感器是由鉛陽極、鍍金陰極及特定的酸液組成。氧分子通過不滲水的樹脂薄膜進(jìn)入電化學(xué)電池在金電極發(fā)生還原反應(yīng)。在兩電極間的電流同被測混合氣中的氧氣濃度成正比。輸出電壓信號由所接的電阻兩端電壓通過溫度補(bǔ)償后獲得，輸出電壓的變化就表示氧氣濃度。

2.3 空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制電路

表1 控制電路運(yùn)行規(guī)則

空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制電路是實(shí)現(xiàn)空氣調(diào)節(jié)功能的關(guān)鍵。本設(shè)計(jì)的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制電路由天窗控制電路、汽車空氣交換控制電路、汽車車窗控制電路和報(bào)警電路組成。汽車空氣交換控制電路控制汽車內(nèi)外循環(huán)系統(tǒng)，作為車內(nèi)外空氣質(zhì)量差別不大時(shí)的微調(diào)控制；天窗和車窗控制電路控制汽車天窗和車窗，作為需要大幅度通風(fēng)時(shí)的調(diào)節(jié)控制；報(bào)警電路作為當(dāng)有毒氣體濃度超過正常濃度時(shí)的警報(bào)控制。

3、智能控制軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的主程序?yàn)椋瑔纹瑱C(jī)上電后進(jìn)行各類硬件的初始化，然后對各類傳感器進(jìn)行信號采集，接著對采集回來的信號用有效的算法進(jìn)行濾波，避免誤操作或漏操作，然后對計(jì)算出來的結(jié)果進(jìn)行判斷，根據(jù)判斷結(jié)果作出相應(yīng)的響應(yīng)動作。當(dāng)車內(nèi)一氧化碳濃度高于車外時(shí)，執(zhí)行開天窗、開車窗、開外循環(huán)操作，并當(dāng)車內(nèi)一氧化碳濃度不適宜人類生存時(shí)自動報(bào)警；當(dāng)車外空氣清潔度低于車內(nèi)時(shí)，執(zhí)行關(guān)天窗、關(guān)車窗、開內(nèi)循環(huán)操作；當(dāng)車內(nèi)氧傳感器檢測到氧氣低于正常值時(shí)，執(zhí)行開天窗、開車窗、開外循環(huán)操作；系統(tǒng)還設(shè)有手動調(diào)節(jié)開閉車窗、天窗的功能，以避免在大雨等特殊天氣中，系統(tǒng)自動開啟外循環(huán)時(shí)，對車內(nèi)設(shè)備造成的損害。主程序流程圖如圖3所示。

4、結(jié)論

本文系統(tǒng)設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)和傳感器原理， 以STC12 C5A60S2單片機(jī)為主控芯片， 采用一氧化碳傳感器、氧氣傳感器、空氣清潔度傳感器作為傳感模塊， 通過軟件編程制作了一整套結(jié)構(gòu)完整， 功能模塊化， 反應(yīng)較為靈敏的汽車智能空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 經(jīng)過對該汽車智能空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的空氣檢測調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)， 實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明該系統(tǒng)能夠很好的按照預(yù)期完成空氣智能調(diào)節(jié)， 并且能夠反應(yīng)靈敏，調(diào)節(jié)到位，效果良好，運(yùn)行穩(wěn)定性較好。

[1] 胡壽松主編.自動控制原理[M].北京:科學(xué)出版社.6版.2013.

[2] 林立,張俊亮.單片機(jī)原理及應(yīng)用——基于Proteus和Keil C[M].北京：電子工業(yè)出版社.3版.2014.

[3] 李舜酩,沈峘,毛建國,辛江慧,繆小東.智能車輛發(fā)展及其關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀[J].傳感器與微系統(tǒng),2009,28(1):1-9.

[4] 彭春華,劉建業(yè),劉岳峰,晏磊,鄭江華.車輛檢測傳感器綜述[J].傳感器與微系統(tǒng),2007,26(6):4-11.

Design of intelligent air-conditioning system of vehicles based on single-chip microcomputer

Wang Yue, Lu Tianzhi
( Faculty of Urban Construction Equipment Manufacturing Industry, Guangzhou Public Utility Technician College, Guangdong Guangzhou 510000 )

Aiming at the update of air circulation of vehicle to ensure the in-car air quality, the intelligent air-conditioning system of vehicle is designed, using single-chip microcomputer as main control chip, sensors to measure and display the key air pollutants, and to control the air circulation devices. Some functions are realized such as to compare and control the key air pollutants in and outside the vehicle, and switch the alarm, by integrated dispatching the air circulation device, windows and sunroof. The system has user-friendly control, high automatic degree and low price, improving the safety and comfort level in vehicle. The experimental result shows that this system runs well, and has better value of practicality and popularization.

air quality; single-chip microcomputer; adjustment; automatic

TP272

A

1671-7988(2016)10-147-03

王越（1981-），男，工程碩士，高技講師，就職于廣州市公用事業(yè)技師學(xué)院研究方向?yàn)橹评渑c自動控制技術(shù)。