基于單片機的公交車溫控系統(tǒng)設(shè)計

袁 娜

(唐山學(xué)院 智能與信息工程學(xué)院，河北 唐山 063000)

0 引言

隨著城市空氣污染現(xiàn)象加重，霧霾天氣頻繁出現(xiàn)，公交車作為環(huán)保出行的公共交通工具，被廣泛使用，而且為了提高乘車舒適性，城市空調(diào)公交車普及率不斷提高?？照{(diào)公交車車內(nèi)的冷熱舒適性不僅直接影響乘客的乘車感受，而且影響乘客的身體健康[1]。有關(guān)規(guī)定指出，每年的6月1日至9月30日和12月1日至次年3月1日期間，以及在此期間外車廂內(nèi)溫度高于28 ℃或者低于12 ℃時，公交車空調(diào)設(shè)施開啟，以保持一個溫度舒適的乘車環(huán)境。但在實際調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)公交車車廂內(nèi)夏季溫度過低，而冬季溫度過高，車廂內(nèi)外溫差過大，造成乘客乘車的不舒適感，使本來是為了提高乘客的舒適性而增加的制冷制熱系統(tǒng)，則成了很多人拒絕乘坐公交車的緣由。

目前新能源公交車——氣電混合型公交汽車在城市交通上大量使用，它節(jié)氣率高，更加環(huán)保，同時克服了純電動公交單次充電續(xù)航里程短的問題。但是此車制冷制熱系統(tǒng)并沒有相應(yīng)地得到升級，還不能較好地滿足乘客對溫度舒適度的要求。有學(xué)者曾對純電動公交車內(nèi)送風(fēng)系統(tǒng)的速度場和溫度場進行過分析[2]，但針對目前廣泛使用的天然氣公交車或氣電混合型公交車溫度控制系統(tǒng)的研究還很不足。

本文針對上述情況，進行基于單片機的公交車溫控系統(tǒng)設(shè)計，以便從功能上更大程度地滿足乘客對空調(diào)公交車溫度舒適性的要求。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

1.1 系統(tǒng)硬件的總體設(shè)計

車內(nèi)溫度會隨著室外溫度、車內(nèi)乘客數(shù)量的變化而變化，單一給定的溫度控制系統(tǒng)不能很好地保障乘客乘車的舒適度。本設(shè)計是以STC89C52單片機作為系統(tǒng)核心，應(yīng)用溫度傳感器DS18B20測量公交車內(nèi)的溫度，選擇LCD1602型液晶顯示器進行溫度顯示。在車廂內(nèi)部設(shè)置多個按鍵，乘客通過按鍵的方式提出升溫或降溫需求。當(dāng)乘客按下鍵盤后，單片機啟動計數(shù)功能對3 min內(nèi)的升溫、降溫需求進行統(tǒng)計，同時判斷溫度調(diào)整的度數(shù)，從而滿足乘客的需求。系統(tǒng)硬件的總體設(shè)計框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件的總體設(shè)計框圖

1.2 系統(tǒng)的原理圖

用5組按鍵開關(guān)模擬車廂溫度控制器，每組中2個按鍵分別代表升溫和降溫。一旦有按鍵被按下，單片機每隔3 min對按鍵情況進行一次數(shù)據(jù)統(tǒng)計，根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，系統(tǒng)執(zhí)行升溫或降溫控制程序?？紤]到車廂內(nèi)乘客流動性大，且溫度調(diào)節(jié)過程的滯后性，每次調(diào)節(jié)的度量選擇為2 ℃，且在1 h內(nèi)溫度改變量不超過6 ℃。

系統(tǒng)硬件原理圖如圖2所示。當(dāng)升溫按鍵按下次數(shù)大于降溫按鍵按下次數(shù)時，單片機3.4引腳輸出高電平，Q1三極管導(dǎo)通，RL1繼電器接通，連接車內(nèi)制熱功能的輸入端，系統(tǒng)開始加熱升溫。本設(shè)計用加熱片模擬車內(nèi)加熱功能，加熱片接通5 V電源開始加熱。當(dāng)升溫按鍵次數(shù)小于降溫按鍵次數(shù)時，系統(tǒng)執(zhí)行降溫控制程序，單片機3.5引腳輸出高電平，Q2三極管導(dǎo)通，RL2繼電器接通。本設(shè)計用小風(fēng)扇模擬車廂內(nèi)制冷功能，此時風(fēng)扇接通5 V電源開始制冷。

圖2 硬件原理圖

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.1 主程序流程

本設(shè)計的軟件流程圖如圖3所示。其運行流程是：打開開關(guān)通電后，系統(tǒng)進行初始化，延時處理后溫度傳感器進行溫度采集，并將采集的溫度值傳輸給液晶顯示屏顯示當(dāng)前溫度，系統(tǒng)判斷按鍵模塊是否有按鍵按下，無按鍵操作則傳感器繼續(xù)工作；如果有按鍵操作，則單片機以3 min為采樣周期采集按鍵按下的次數(shù)，然后計算是否需要改變溫度，并判斷溫度調(diào)節(jié)的度數(shù)，從而控制繼電器工作實現(xiàn)升降溫功能。

圖3 主程序流程圖

2.2 溫度采集

本設(shè)計采用DS18B20型溫度傳感器來檢測車內(nèi)溫度，它具有耗電低、體積小、不易被干擾、容易與微處理器相匹配等優(yōu)點[3]，而且還可以把不同溫度轉(zhuǎn)化成相對應(yīng)的數(shù)字信號。放置傳感器的位置會影響測量的準(zhǔn)確性，本設(shè)計僅用1個傳感器模擬采集車內(nèi)溫度，但在實際中可以在車廂多個位置放置，以便更全面地反映車內(nèi)溫度情況。DS18B20對外界溫度進行采集并將采集到的信號通過數(shù)字信號的方式經(jīng)P3.7口傳給單片機。

2.3 液晶顯示模塊

本設(shè)計選擇LCD1602作為顯示模塊。它具有16×2個字符的顯示容量，不僅可以顯示當(dāng)前溫度，還可以顯示開關(guān)控制量的參數(shù)和繼電器的工作狀態(tài)[4]。LCD1602工作電壓為4.5 V至5.5 V，當(dāng)電壓達不到額定工作電壓時，顯示器則不能工作。LCD1602在工作電壓5 V時的電流為2 mA，為了達到顯示器額定電壓，本設(shè)計增加了交流直接變壓器將220 V電壓變?yōu)? V，以保證顯示模塊的正常工作。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)的功能

溫度采集并顯示。通過溫度傳感器DS18B20和液晶顯示器LCD1602將公交車內(nèi)的溫度顯示出來。

溫度控制按鍵信息采集。單片機每隔3 min判斷一次是否有按鍵按下，如果沒有按鍵按下，則繼續(xù)進行采集測溫；如果有按鍵按下，則判斷是升溫處理還是降溫處理。

溫度調(diào)節(jié)。設(shè)定一次溫度的改變值為2 ℃，當(dāng)單片機判斷出需要升/降溫時，開啟繼電器使其工作，完成升溫或降溫的操作，直到溫度達到改變量的要求。

溫度保持相對恒定。溫度調(diào)節(jié)完成后，再進行下一次采集控制，且限定條件為1 h內(nèi)溫度的改變量不超過6 ℃。為了避免連續(xù)調(diào)溫或有人惡意改變溫度，系統(tǒng)的夏季空調(diào)設(shè)置溫度不低于16 ℃，冬季空調(diào)設(shè)置溫度不高于30 ℃。

4 結(jié)論

基于單片機的公交車溫控系統(tǒng)，旨在改善空調(diào)公交車內(nèi)乘客的溫感舒適度而又不增加公交車司機的工作量。通過在車內(nèi)前、中、后部位安裝溫度控制按鍵鍵盤，讓乘客自己決定車廂內(nèi)的溫度。

經(jīng)過多次軟件和硬件的調(diào)試后，通過模擬實驗可知，所設(shè)計的基于單片機的公交車溫控系統(tǒng)實現(xiàn)了對溫度的檢測采集和顯示，經(jīng)過單片機處理按鍵數(shù)據(jù)后，能夠自動完成升溫和降溫功能。因此，此溫控系統(tǒng)可以在空調(diào)公交車中進行推廣應(yīng)用。

另外，在實際中公交車進站、出站時車門打開乘客上下車，車內(nèi)溫度變化會比較明顯，此時的溫度測量和按鍵統(tǒng)計會造成溫度調(diào)節(jié)的不準(zhǔn)確性，因此，此弊端在今后的設(shè)計中仍需進一步改進。