衣你所行—太陽能多功能智能充電車衣

段宗和，施旸，何靜杰，劉鑫，趙玉榮，鐘玲玲，姚玲

（安徽新華學(xué)院，安徽合肥，230088）

0 引言

新能源汽車發(fā)展迅猛，但電池續(xù)航問題卻愈加突出，就拿冬季來說，冬季的極寒天氣對于電池的續(xù)航里程的衰減還是比較大的，而續(xù)航作為衡量新能源汽車性能指標之一。除此之外我國汽車使用量成指數(shù)上升的趨勢，室內(nèi)停車場的匱乏，導(dǎo)致很多車主被迫將車停放在室外。室外停車帶來了諸多問題，如灰塵會弄臟汽車，夏季汽車在高溫下暴曬，影響駕駛員操作的舒適性，冬季掉落到汽車上的雨雪冰雹也會損壞汽車，同時室外停車也極易被其他車刮傷，因此設(shè)計新型汽車車衣意義重大。

1 系統(tǒng)工作原理

■1.1 功能要求

(1)自帶蓄電池充電功能，太陽能板時刻吸收太陽光能，依靠自然能源為新能源汽車與裝置提供電能，解決新能源汽車供電不方便需要找充電樁的問題，也緩解城市供電的壓力；

(2)該裝置可以實時感應(yīng)外界溫濕度，根據(jù)溫濕度的變化自動展開、收縮車衣，從而避免汽車受到損壞，車主即使在外地也不用擔心車輛受損；

(3)藍牙模式下，車主可以根據(jù)藍牙系統(tǒng)，通過手機端自行控制車衣的開合，避免惡劣天氣下還需要用戶暴露在外面進行操作更方便快捷；

(4)極端天氣下，車里的環(huán)境會影響到駕駛體驗，這款裝置在溫度較高時，除了可以遮蔽陽光還可以開啟風(fēng)扇自行散熱，避免車輛里的物品因溫度過高而受損；溫度較低時，車衣可自動加熱升溫，消除車頂?shù)姆e雪及保護發(fā)動機避免因溫度過低無法啟動。

■1.2 設(shè)計方案

智能車衣系統(tǒng)以STC89C52單片機作為核心控制模塊，與藍牙模塊、溫度傳感器模塊、雨滴傳感器模塊、LCD1602液晶顯示模塊和太陽能板相結(jié)合，完成對車衣的精確控制。太陽能板轉(zhuǎn)化能量供給給各個模塊，通過溫度傳感器實時采集外界大氣溫度，并由液晶顯示，以便隨時直觀方便的掌握車衣周圍的外界大氣溫度狀況；同時系統(tǒng)還可以通過雨滴傳感器模塊感應(yīng)濕度，達到設(shè)定值時則會自動啟動裝置。系統(tǒng)設(shè)計了兩種控制方式，手機APP藍牙控制與自動感應(yīng)啟動控制。用戶可根據(jù)實際需求進行選擇。智能車衣裝置系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)方案圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

■2.1 單片機最小系統(tǒng)

單片機總控制電路如圖2所示。單片機最小系統(tǒng)，指將所需的最少元件放于構(gòu)成類似微型計算機系統(tǒng)的芯片中，并且能夠讓單片機正常工作的系統(tǒng)。

圖2 單片機最小系統(tǒng)

時鐘電路：時鐘電路，實際上類似于單片機最小系統(tǒng)內(nèi)的一個計時電路，也是一個有輸入、輸出，并利用兩個30pF的電容C1、C2加一個12MHz的石英晶體Y1組成的并聯(lián)諧振回路。無論單片機想要執(zhí)行任何一種操作，都必須接受它的控制，工作才能夠順利正常的進行。時鐘電路作為整個系統(tǒng)的定時元件。

復(fù)位電路：為了保證系統(tǒng)工作的可靠性，實現(xiàn)系統(tǒng)能夠隨時復(fù)位的功能，添加了按鍵復(fù)位功能的復(fù)位電路。

■2.2 藍牙模塊

HC-06藍牙模塊是一款性能高的主從一體的藍牙串口模塊，其兼容性很強，有藍牙功能的上位機或手機等智能終端都可以配對。該模塊支持的波特率范圍為4800-1382400，可以兼容3.3/5V的單片機系統(tǒng)，無需了解復(fù)雜的藍牙底層協(xié)議，使用非常靈活方便。藍牙電路如圖3所示。

圖3 藍牙模塊系統(tǒng)電路

■2.3 溫濕度傳感器

DHT11和DS18B20的研發(fā)用于檢測大氣溫度、大氣濕度并且該設(shè)備是屬于功耗較低且已經(jīng)校準的數(shù)字信號傳輸?shù)臏貪穸葌鞲衅?，精確濕度±5%，溫度±2%，濕度測量范圍20-90%RH，溫度測量范圍0-50℃。該傳感器的結(jié)構(gòu)由電阻式感受適度的器件、NTC測量溫度的器件和一個8位單片機組成。傳感器使用4針單排引腳封裝，因此DHT11和DS18B20具有體積小、功耗低、精度高等優(yōu)勢適合在各類嚴苛的條件下使用。溫濕度電路如圖4所示。

圖4 溫度（左）、濕度（右）控制電路

■2.4 LCD1602液晶顯示屏

LCD1602液晶顯示器的每個點在接收到信號就一直保持色彩和亮度，恒定發(fā)光所以其顯示質(zhì)量高。數(shù)字式的液晶顯示更易于單片機使用，操作簡便。液晶顯示利用液晶的物理特性，通過電壓對顯示區(qū)域控制，區(qū)別于傳統(tǒng)顯示器具有體積小、重量輕的優(yōu)勢。相對而言液晶顯示器功耗主要在于內(nèi)部電極和驅(qū)動IC上，所以耗電量比其他顯示器低很多。液晶顯示如圖5所示。

圖5 LCD1602電路圖

■2.5 步進電機

如圖6所示，步進電機的運行主要利用了ULN2003芯片來進行驅(qū)動控制，該芯片電路有7個單元，是達林頓陣列驅(qū)動，為一個七路反相器電路，包含兩個電平輸入端，兩個電平輸出端。在運行時，依靠單片機給出的高低電平指令來控制驅(qū)動，從而實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)運動，以便控制車衣的自如收放。

圖6 ULN2003驅(qū)動步進電機電路

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

根據(jù)功能要求，綜合硬件電路模塊，得到了如圖7所示的主程序流程圖。系統(tǒng)進行初始化，傳感器模塊開始采集實時的溫度、濕度數(shù)據(jù)，直接進入自動模式。裝置實時檢測外界溫度和雨量，如若處于自動模式，則檢測到溫度大于30℃或檢測到有雨滴時，車衣裝置則會啟動從而保護車輛，若溫度降低至30度和沒有雨滴時裝置則會自動關(guān)閉，然后繼續(xù)循環(huán)檢測。

圖7 主程序流程圖

藍牙模式下，車主可以用手機的藍牙系統(tǒng)與裝置相互連接，當開啟按鍵按下時，電路中的小電機正轉(zhuǎn)，車衣打開。當關(guān)閉按鍵按下時，電機反轉(zhuǎn)，車衣關(guān)閉。整個裝置的運行由太陽能板吸收太陽能作為輔助電池從而提供能量，以便于整個裝置及車輛的正常運行。

4 實物展示

運行過程中太陽能板隨時隨地吸收太陽能為裝置提供能量，整個裝置有兩種模式，分為自動模式和藍牙模式。在自動模式下，雨滴傳感器模塊感應(yīng)檢測是否有雨滴或者當外界大氣溫濕度超過該設(shè)定值時，裝置就會自動開啟，低于設(shè)定值或沒有雨滴時，裝置則會自動關(guān)閉；而在藍牙模式即手動模式下，車主也可以通過藍牙來控制裝置的啟動，可以隨時控制該車衣裝置，具體實物如圖8所示。

圖8 實物圖