黃 俊, 翁惠輝 (長江大學電子信息學院, 湖北 荊州 434023)

基于單片機技術(shù)的汽車空調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計

黃 俊, 翁惠輝 (長江大學電子信息學院, 湖北 荊州 434023)

單片機技術(shù)在汽車空調(diào)控制系統(tǒng)中的運用，可以提高系統(tǒng)的智能化水平和增強乘駕環(huán)境的舒適性。設(shè)計了以PIC單片機為核心部件的汽車空調(diào)控制系統(tǒng)，并詳細介紹其硬件電路及相應(yīng)測控軟件設(shè)計。實際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)運行穩(wěn)定，具有良好的溫度控制功能。

PIC單片機；汽車空調(diào)；控制系統(tǒng)

汽車空調(diào)的主要功能是為駕乘人員提供舒適的車內(nèi)環(huán)境。隨著人們對汽車乘駕環(huán)境舒適性要求的不斷提高，智能、高效的汽車空調(diào)己成為各汽車廠家提高其市場競爭力的著力點。傳統(tǒng)的汽車空調(diào)采用手動控制，其功能簡單、穩(wěn)定控制精度低[1]。單片機技術(shù)在汽車空調(diào)控制領(lǐng)域的使用，提高了智能化水平、簡化了用戶的操作。為此，筆者以PIC16F單片機為核心部件設(shè)計了汽車空調(diào)控制系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)主要功能

汽車空調(diào)控制系統(tǒng)應(yīng)具有如下主要功能：①手動控制功能。系統(tǒng)具備進風模式、出風模式的手動選擇功能及手動強制制冷和強制制熱功能，以供駕乘人員根據(jù)實際情況進行選擇。②自動溫度、風速調(diào)節(jié)功能。該系統(tǒng)能根據(jù)溫度的設(shè)定值自動控制各風門開度大小、鼓風機風速及壓縮機的啟停以調(diào)節(jié)車內(nèi)溫度，既保證舒適性也節(jié)省了能耗。③實時顯示功能。該系統(tǒng)的LCD能夠?qū)崟r顯示車內(nèi)外實際溫度及溫度的設(shè)定值、風速等級、控制器工作模式等實時信息，以方便駕乘人員了解當前汽車空調(diào)的運行情況。④故障自診斷功能。駕乘人員按下一組組合按鍵后，系統(tǒng)能夠進行自檢，并給出故障位置、類型等的提示信息，以方便維修與保養(yǎng)。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

圖1 控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

該系統(tǒng)硬件主要包括人機接口電路、溫度采集電路、風機控制電路、壓縮機控制電路、循環(huán)風門控制電路、模式風門控制電路及混合風門控制電路。微控器接收人機接口電路的各個設(shè)定值以及經(jīng)AD采集電路所得的各個輸入量，進行分析處理后，驅(qū)動風機控制電路、壓縮機控制電路及各個風門做出相應(yīng)的動作以達到預定要求。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2.1風機控制電路

對于風機轉(zhuǎn)速大小的調(diào)節(jié)，采用脈寬調(diào)制(PWM)以改變電機電樞電壓的方法來進行控制。風機控制電路如圖2所示。電路以BTS282Z作為主開關(guān)器件來直接驅(qū)動風機轉(zhuǎn)動。由單片機RC3口輸出的PWM 信號，經(jīng)功率型光耦TLP250進行可靠的隔離，并驅(qū)動BTS282Z的導通與關(guān)斷。BTS282Z的最大工作電流可達36A，且具有過溫保護、大電流鉗制功能。D501為續(xù)流二極管，用以釋放掉風機的能量，防止其過高的反向電壓擊穿主開關(guān)器件。系統(tǒng)風速等級包括6級，輸出占空比按風速等級線性遞增，最小輸出占空比為10%，在最大6級風力下為100%。

圖2 風機控制電路

2.2溫度采集電路

該系統(tǒng)采用NTC熱敏電阻器實現(xiàn)對溫度的測量。首先熱敏電阻器把溫度的變化轉(zhuǎn)換為電阻阻值的變化，該阻值變化的電阻與一上拉電阻串聯(lián)分壓，實現(xiàn)了輸出到單片機ADC端口的電壓變化對溫度變化的反應(yīng)。由于系統(tǒng)所選單片機自帶AD采樣模塊，既節(jié)約了系統(tǒng)成本也簡化了系統(tǒng)硬件設(shè)計。溫度電路如圖3如示。

圖3 溫度采集電路

2.3混合風門控制電路

通常，汽車空調(diào)系統(tǒng)通過調(diào)整混合風門的開度大小以調(diào)節(jié)冷暖空氣的混合比例，通過風機將混合后的空氣吹到車內(nèi)以實現(xiàn)車內(nèi)溫度的調(diào)節(jié)。當單片機對所采集的各個輸入量進行分析處理后，驅(qū)動混合風門執(zhí)行器內(nèi)的直流電機動作時，電機帶動執(zhí)行器內(nèi)部的滑動變阻器一起運動，與此同時，電機通過一個連桿裝置帶動混合風門運動，因而不同的開度大小對應(yīng)著滑動變阻器不同的電刷位置，從而實現(xiàn)了反饋電壓對風門開度大小的反應(yīng)?？勺冸娮璁a(chǎn)生的電壓反饋信號被輸入到控制器ADC采樣端口，控制器通過對采樣數(shù)據(jù)的分析，以判斷風門開度大小是否到位。系統(tǒng)采用TLE4207驅(qū)動混合風門執(zhí)行器的直流電機以實現(xiàn)其開度大小的控制。TLE4207是西門子公司的一款帶保護的雙半橋驅(qū)動芯片，直流電機可直接連接在其半橋之間。當TLE4207的INH=1、IN1=0、IN2=1時，電機順時針轉(zhuǎn)動；當INH=1、IN1=1、IN2=0時，電機逆時針轉(zhuǎn)動；當INH=1、IN1=1、IN2=1時，TLE4207的OUT1、OUT2均輸出高電平，電機停止轉(zhuǎn)動；當INH=1、IN=0、IN2=0時，TLE4207的OUT1、OUT2均輸出低電平，電機停止轉(zhuǎn)動。TLE4207可輸出高達0.8A的驅(qū)動電流，飽和導通壓降低。此外，其內(nèi)置有過壓和欠壓閉鎖、短路保護、過溫保護且具有極低的靜態(tài)待機電流[2]?；旌巷L門控制電路如圖4所示。

圖4 混合風門控制電路

圖5 壓縮控制電路

圖6 主程序流程圖

2.4壓縮機控制電路

汽車空調(diào)系統(tǒng)的壓縮機通過電磁離合器掛接到汽車發(fā)動機上，當電磁離合器松開時，壓縮機停止工作，當電磁離合器結(jié)合時，壓縮機由汽車發(fā)動機帶動而開始工作。該系統(tǒng)選用TIP122驅(qū)動壓縮機離合器，由單片機的RC2端口輸出的低電平經(jīng)TLP250反向、功率放大后，驅(qū)動TIP122導通而結(jié)合電磁離合器，啟動壓縮機工作。反之，當輸出高電平時則停止壓縮機的工作。TIP122額定驅(qū)動電流為5A，飽和導通電壓為2V，VCEO 電壓可達100V，可以滿足離合器工作的需要。壓縮機控制電路如圖5所示。圖5中R404及C401為吸收回路，D401為續(xù)流二極管。

3 軟件設(shè)計

該系統(tǒng)主程序流程圖如圖6所示。系統(tǒng)上電后，首先初始化各I/O端口及各外設(shè)模塊，采樣完各溫度數(shù)據(jù)及風門位置反饋信號后，對鍵盤及旋鈕進行掃描，如果掃描到有自診斷組合按鍵按下，則程序進入診斷功能模塊。否則，則判斷當前控制模式是手動還是自動模式，如果是自動控制模式，則根據(jù)當前輸入?yún)?shù)計算各個控制量，系統(tǒng)根據(jù)所計算出的控制量更新顯示數(shù)據(jù)并控制各風門開度、調(diào)整風量大小和啟停壓縮機；如果是手動控制模式，則系統(tǒng)直接根據(jù)系統(tǒng)人機接口電路的輸入信息來做出各種控制動作。

4 結(jié) 語

汽車空調(diào)控制系統(tǒng)以PIC單片機作為核心器件，充分利用單片機豐富的外設(shè)模塊，簡化了電路設(shè)計，節(jié)約了系統(tǒng)成本，提高了系統(tǒng)可靠性。實際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)運行穩(wěn)定，穩(wěn)定控制效果好，深受客戶好評。

[1]陳孟湘. 汽車空調(diào)的發(fā)展(一)[J]. 汽車與配件, 2002 (27) ：17-19.

[2]祁山.汽車空調(diào)[M].北京：機械工業(yè)出版社, 2006.

[編輯] 李啟棟

10.3969/j.issn.1673-1409.2012.01.040

U463.851

A

1673-1409(2012)01-N124-03