汽車自動(dòng)空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

摘 要：在社會(huì)不斷發(fā)展的過程中，汽車用戶越來越多，人們對(duì)汽車的舒適性也提出了越來越高的要求，汽車空調(diào)作為關(guān)鍵的舒適性功能件，不能只停留在簡(jiǎn)單的制冷、制熱功能上。傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)缺乏良好的溫度穩(wěn)定性，不僅操作較為繁瑣，還存在功能性過于單一和汽車能耗高的弊端，這就迫切的需要對(duì)汽車自動(dòng)空調(diào)控制系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化。本設(shè)計(jì)分析基于PIC單片機(jī)，總結(jié)了汽車自動(dòng)空調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程，介紹了系統(tǒng)的各個(gè)單元功能性，借助良好的軟、硬件設(shè)計(jì)方案來增強(qiáng)汽車自動(dòng)空調(diào)控制系統(tǒng)的可靠性。

關(guān)鍵詞：汽車；自動(dòng)空調(diào)控制系統(tǒng)；設(shè)計(jì)分析

引言

近年來，汽車市場(chǎng)消費(fèi)呈現(xiàn)逐漸增長(zhǎng)的趨勢(shì)，消費(fèi)者也越來越看重汽車的整體性能，要求盡可能的改善汽車的駕駛環(huán)境，提高駕車體驗(yàn)。汽車空調(diào)，作為汽車的一個(gè)關(guān)鍵舒適功能件，其當(dāng)前的主要調(diào)控方式為手動(dòng)控制和少量自動(dòng)控制，總體上檢測(cè)性不高，控制效果較差。針對(duì)這一問題，必須要強(qiáng)化對(duì)汽車自動(dòng)空調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)力度，實(shí)現(xiàn)汽車自動(dòng)空調(diào)控制系統(tǒng)性能的最優(yōu)化。

1 汽車自動(dòng)空調(diào)控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成分析

本研究中汽車自動(dòng)空調(diào)控制系統(tǒng)的控制核心為PIC單片機(jī)，包括人機(jī)交互、執(zhí)行驅(qū)動(dòng)、傳感器及控制芯片四個(gè)單元，在控制芯片和CAN總線的作用下，控制系統(tǒng)的執(zhí)行驅(qū)動(dòng)單元、傳感器能夠有效的聯(lián)系起來。

同傳統(tǒng)的汽車空調(diào)控制系統(tǒng)相比，研制的汽車自動(dòng)空調(diào)控制系統(tǒng)一方面具有手動(dòng)控制的功能，另一方面還應(yīng)該具備良好的自動(dòng)調(diào)控性能。當(dāng)汽車自動(dòng)空調(diào)控制系統(tǒng)處在自動(dòng)調(diào)控的情況下，系統(tǒng)內(nèi)部的傳感器能夠?qū)ζ噧?nèi)/外部溫度、光照強(qiáng)度、車內(nèi)濕度、蒸發(fā)器及發(fā)動(dòng)機(jī)水溫等狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)性的監(jiān)測(cè)，綜合把握多方面的狀況，根據(jù)周圍環(huán)境各項(xiàng)參數(shù)，對(duì)汽車內(nèi)部的溫度環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整[1]。此外，當(dāng)汽車內(nèi)含有較多的有害物質(zhì)或人工設(shè)置的溫度狀況與實(shí)際狀況不統(tǒng)一時(shí)，在控制系統(tǒng)芯片的作用下，借助驅(qū)動(dòng)單元能夠使各個(gè)機(jī)構(gòu)高效的運(yùn)行，將相關(guān)參數(shù)一一呈現(xiàn)在汽車自動(dòng)空調(diào)控制系統(tǒng)的顯示面板中，便于更好的了解和掌握自動(dòng)空調(diào)控制系統(tǒng)的實(shí)際狀況。

2 汽車自動(dòng)空調(diào)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

2.1 溫度檢測(cè)電路設(shè)計(jì)

本研究中汽車自動(dòng)空調(diào)控制系統(tǒng)的溫度傳感器動(dòng)包括五路，分別發(fā)揮對(duì)車內(nèi)部、外部溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)性的采集，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度進(jìn)行采集，對(duì)蒸發(fā)器溫度進(jìn)行采集的功能，除了發(fā)動(dòng)機(jī)溫度采集電路系統(tǒng)之外，其他的溫度傳感器電路相一致。由瑞士盛思銳企業(yè)所提供的SHT11系列貼片型溫濕度傳感器是溫度監(jiān)測(cè)電路的關(guān)鍵構(gòu)成，該電路中設(shè)置的溫濕度傳感器為建立在CMOSensTM技術(shù)基礎(chǔ)上的單片全校準(zhǔn)溫濕度傳感器。汽車自動(dòng)空調(diào)控制系統(tǒng)的溫度檢測(cè)電路可以將數(shù)字量通過直接的方式輸出，聚合體濕度敏感、溫度敏感兩大元件共同構(gòu)成了溫度檢測(cè)電路的芯片，前者為電容式，能夠使?jié)穸绒D(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，而后者應(yīng)用的原料為能帶隙材料，電信號(hào)通過溫度轉(zhuǎn)化而來[2]。

在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)溫度檢測(cè)電路的過程中，在微弱電荷信號(hào)放大器的作用下，可以對(duì)電信號(hào)進(jìn)行放大處理，之后利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器（14位）進(jìn)行進(jìn)一步的操作，最后到達(dá)單片機(jī)同步串口。

2.2 控制芯片設(shè)計(jì)

汽車自動(dòng)空調(diào)控制系統(tǒng)中的控制芯片為pic18f2480-iso單片機(jī)，在接收由傳感器傳送的信號(hào)后，對(duì)其進(jìn)行處理和有效的轉(zhuǎn)化，生成操控系統(tǒng)部件的控制信號(hào)，對(duì)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的控制，例如：新風(fēng)、混合或模式風(fēng)門，為系統(tǒng)控制功能的實(shí)現(xiàn)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[3]。自動(dòng)空調(diào)控制電路中使用的單片機(jī)主要涵蓋模數(shù)轉(zhuǎn)換通道（分辨率為10位，共十三路）、可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（8位一個(gè)，16位3個(gè)）及輸入捕捉/輸出比較/脈寬調(diào)制模塊（兩路）。

2.3 鼓風(fēng)機(jī)控制電路設(shè)計(jì)

鼓風(fēng)機(jī)控制電路也是汽車自動(dòng)空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要部分，該電路中使用的是直流鼓風(fēng)電機(jī)，在實(shí)際調(diào)控風(fēng)量的過程中，需要通過調(diào)節(jié)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的方式來實(shí)現(xiàn)。本研究對(duì)電機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制的主要途徑就是脈寬調(diào)制，脈寬調(diào)制信號(hào)能夠從芯片脈沖寬度調(diào)制端口獲取，該信號(hào)具有占空比可調(diào)的特點(diǎn)，直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)和調(diào)速軍利用L298N進(jìn)行調(diào)控，將電機(jī)的風(fēng)速控制在有效的范圍內(nèi)。

2.4 空氣質(zhì)量檢測(cè)電路設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)空氣質(zhì)量檢測(cè)電路時(shí)，為了最大限度的降低車內(nèi)有害物質(zhì)對(duì)用戶健康的損害，需要嚴(yán)格的監(jiān)測(cè)有害氣體的含量是否超出了標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，并及時(shí)性的通風(fēng)，增大空氣的更換率[4]?？梢詰?yīng)用新型的三電極體系電化學(xué)氣體傳感器，根據(jù)相應(yīng)電阻數(shù)值的大小對(duì)二氧化碳、一氧化碳及碳?xì)浠衔铩⒌趸锏葰怏w含量進(jìn)行測(cè)試，提高空氣的質(zhì)量。

2.5 風(fēng)門驅(qū)動(dòng)控制電路設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)風(fēng)門驅(qū)動(dòng)控制電路中，可以通過開關(guān)調(diào)節(jié)混合風(fēng)門的方式，實(shí)現(xiàn)冷、熱風(fēng)比例的最優(yōu)化，從而使用戶設(shè)置的溫度參數(shù)與實(shí)際狀況相符，保證輸出合理的溫度。直流電機(jī)是混合風(fēng)門的主要運(yùn)行動(dòng)力，該執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括除霜、吹腳除霜、吹腳/頭等多個(gè)檔位，能夠調(diào)整成內(nèi)/外循環(huán)、百分之三十新風(fēng)等新風(fēng)風(fēng)門檔。電機(jī)位置信號(hào)信息可以被芯片所獲得，如果電機(jī)實(shí)際狀況同設(shè)置規(guī)定不符，會(huì)通過SH-2043芯片的控制指令做出相應(yīng)的調(diào)整。

3 汽車自動(dòng)空調(diào)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)及測(cè)試結(jié)果

通過C語(yǔ)言編寫程序?qū)ζ囎詣?dòng)空調(diào)控制系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)，使得系統(tǒng)軟件的后期升級(jí)操作簡(jiǎn)便化，方便進(jìn)行調(diào)試，且可讀性良好。汽車自動(dòng)空調(diào)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵控制程序分為以下幾個(gè)部分：控制鼓風(fēng)機(jī)、控制風(fēng)門、檢測(cè)參數(shù)/按鍵和初始化等。完成初始化操作后，系統(tǒng)要先對(duì)車內(nèi)部和外部的溫度進(jìn)行檢測(cè)，得到有關(guān)風(fēng)門、蒸發(fā)器等部件的溫度信息，對(duì)按鍵值進(jìn)行掃描操作[5]。如果用戶與實(shí)際的參數(shù)數(shù)據(jù)不同，需要應(yīng)用到鼓風(fēng)機(jī)、風(fēng)門的調(diào)節(jié)子程序，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行有效的運(yùn)行。在制冷情況下，對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，表明本研究中的控制系統(tǒng)能夠?qū)ζ噧?nèi)部的溫度進(jìn)行高效的調(diào)控。

綜上所述，基于PIC單片機(jī)基礎(chǔ)上的汽車自動(dòng)空調(diào)控制系統(tǒng)具有良好的性能，通過相應(yīng)的設(shè)計(jì)開發(fā)方案，可以保障系統(tǒng)的實(shí)用性，有效的提高了系統(tǒng)的整體可靠性，能夠?qū)崿F(xiàn)精細(xì)化的調(diào)控和管理，提高用戶的滿意度，獲得了較大的效益。

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