李大琳

（吉林大學(xué)珠海學(xué)院，廣東　珠海　519041）

智能車內(nèi)溫度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

李大琳

（吉林大學(xué)珠海學(xué)院，廣東珠海519041）

摘要：本系統(tǒng)通過“半導(dǎo)體集成溫度傳感器+智能控制器+顯示器+數(shù)字電位器（可選）”方案，實現(xiàn)汽車駕駛室內(nèi)溫度檢測和自動控制，通過“最佳體感溫度上下限告警+溫度控制”來保證駕乘人員不會因為空調(diào)過冷或過熱造成身體不適。本系統(tǒng)可以獨(dú)立于汽車其他設(shè)備工作，是對目前市場上沒有自動空調(diào)的中低端汽車空調(diào)系統(tǒng)的補(bǔ)充?？刂茰?zhǔn)確、可靠性高、成本低廉。

關(guān)鍵字：汽車空調(diào)；溫度控制；獨(dú)立工作

目前市場上的中低端家用轎車采用的空調(diào)方案大都還是手動空調(diào)，即駕乘人員根據(jù)車內(nèi)外的溫差和自己的體感溫度通過檔位開關(guān)控制空調(diào)工作功率，由于人體感知的原因，這種方式有相當(dāng)?shù)臏笮?，通常是感覺到熱了就把空調(diào)開大，而感覺到冷了才關(guān)小空調(diào)。尤其在夏天，很容易因為空調(diào)過冷造成駕乘者身體不適，甚至空調(diào)病、感冒等嚴(yán)重后果。

而對于中低預(yù)算的購車者來說，為了一個自動空調(diào)而增加過萬元的購車成本，并不是最好的選擇。本設(shè)計剛好為有這種需求的汽車用戶提供了一個準(zhǔn)確可靠、成本低廉的解決方案。

1　方案簡介

下圖為智能車內(nèi)溫度監(jiān)測系統(tǒng)方案框圖。對本系統(tǒng)方案簡要介紹如下：

（1）系統(tǒng)核心為MCU，目前筆者在測試階段采用的是深圳宏晶公司的STC89C52，它采用Intel8051架構(gòu)，并且在此基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展，穩(wěn)定性極高。成本低廉，批量購買可以達(dá)到2RMB/片；體積小，PQFP封裝只有13.45mm*13.45mm；具有掉電模式和睡眠模式，掉電模式下，電流＜0.1uA。這些都是一個優(yōu)秀溫度控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

（2）溫度采集采用DS180B20溫度傳感器，它采用Dallas公司單總線協(xié)議，溫度測試精度可以達(dá)到0.5℃，測量范圍-55℃～+125℃。完全滿足汽車使用環(huán)境需求。

（3）輸入和顯示分別采用機(jī)械按鍵設(shè)置顯示格式和溫度告警上下限，使用1602液晶顯示器顯示當(dāng)前溫度。

（4）為了達(dá)到降低設(shè)備功耗的目標(biāo)，系統(tǒng)采用HC-SR501人體紅外傳感器來喚醒MCU和顯示器，當(dāng)車內(nèi)沒有人時，1602關(guān)閉，MCU進(jìn)入掉電模式；當(dāng)HC-SR501檢測到車內(nèi)有人進(jìn)入時，喚醒MCU和1602，實時顯示車內(nèi)溫度。

（5）當(dāng)車內(nèi)溫度達(dá)到預(yù)設(shè)的溫度上限或下限時，系統(tǒng)將通過蜂鳴器發(fā)出告警。提示駕乘者及時調(diào)整空調(diào)。系統(tǒng)默認(rèn)的溫度區(qū)間為26℃-28℃，這是自然環(huán)境中，人體體感溫度比較舒適的溫度范圍。

（6）以上模塊可以實現(xiàn)對車內(nèi)溫度的檢測，由于系統(tǒng)功率很小，可以直接使用干電池供電，從而實現(xiàn)不依賴汽車獨(dú)立工作。

（7）為了實現(xiàn)對車內(nèi)溫度的自動控制，從而實現(xiàn)自動控制空調(diào)的效果，本系統(tǒng)預(yù)留了接口，與DS3908相連，DS3908為數(shù)字電位器，可以通過MCU編程控制，可以用它作為汽車空調(diào)的檔位控制開關(guān)，工作時將汽車?yán)锉緛淼目照{(diào)開關(guān)斷路，將DS3908接入汽車空調(diào)電路，根據(jù)DS18B20采集的車內(nèi)溫度控制DS3908檔位，從而控制汽車壓縮機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)的工作電流，實現(xiàn)溫度自動控制。但是此時，本系統(tǒng)將不能獨(dú)立工作，系統(tǒng)的可靠性直接影響汽車空調(diào)系統(tǒng)可靠性，并且在實際安裝時需要修改汽車電路，因此DS3908作為可選模塊，根據(jù)用戶需求決定是否安裝。

2　具體實現(xiàn)

（1）硬件系統(tǒng)：本系統(tǒng)設(shè)計的主要硬件及其功能應(yīng)在上面章節(jié)中說明。為了不占用車內(nèi)空間，使用PQFP封裝和1602，系統(tǒng)的PCB板整體面積只有150mm*30mm。設(shè)備厚度15mm，跟一般汽車?yán)锏南闼胁畈欢唷?/p>

正常工作狀態(tài)下，系統(tǒng)功耗不超過2mA。

由于89C52中集成了看門口電路，系統(tǒng)采用看門口保證系統(tǒng)的穩(wěn)定工作，當(dāng)系統(tǒng)掛死，看門狗自動復(fù)位，復(fù)位后從E2PROM中讀取配置，繼續(xù)工作，無需用戶重新設(shè)計。

（2）軟件系統(tǒng)：STC89C52提供了8K Flash和512B RAM，因此本系統(tǒng)全部使用C語言來開發(fā)。使用模塊化設(shè)計思想，即提高了系統(tǒng)開發(fā)效率，又保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和后續(xù)可復(fù)用程度。

1）由于DS18B20和DS3908都采用了Dallas的單總線結(jié)構(gòu)，需要專門代碼解析單總線上的數(shù)據(jù)，但同時這些代碼相對獨(dú)立，可以提煉出獨(dú)立的接口供控制程序調(diào)用，因此，在軟件設(shè)計時，首先針對這兩個設(shè)備寫了獨(dú)立的驅(qū)動文件，包括.C和.h文件，調(diào)用設(shè)備時，只要包含驅(qū)動的.h就可以。

2）1602是目前普遍使用的液晶顯示器，筆者直接復(fù)用了自己之前在其他產(chǎn)品上寫過的驅(qū)動程序，極大提高了系統(tǒng)開發(fā)效率。

3）HC-SR501傳感器在程序設(shè)計上非常簡單，基本不用為它專門寫代碼，接入電路后，如果在檢測范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)有人，就會在輸出引腳上輸出低電平，把這個信號接入MCU的外部中斷，就可以喚醒系統(tǒng)。

4）最后程序的大部分代碼和設(shè)計都集中在主程序設(shè)計上。下圖為主程序框圖：

3　總結(jié)

本系統(tǒng)為解決中低端家用轎車內(nèi)沒有溫度檢測和控制系統(tǒng)的問題，采用了當(dāng)前嵌入式設(shè)計系統(tǒng)領(lǐng)域中的主流硬件，以可靠、準(zhǔn)確、穩(wěn)定、高性價比為目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計。目前筆者已經(jīng)通過了系統(tǒng)的全部測試，并在自己的家用車中正常使用。該系統(tǒng)最大特色是采用了MCU作為核心，有接口擴(kuò)展能力，可以與汽車空調(diào)系統(tǒng)甚至ECU進(jìn)行通信。具有很強(qiáng)的推廣和實用意義。

參考文獻(xiàn)：

［1]程曉錦，徐秀花，李業(yè)麗.單片機(jī)C語言程序設(shè)計實訓(xùn)100例——基于8051+Proteus仿真（第2版）［M].清華大學(xué)出版社.

［2]潘偉榮.汽車自動空調(diào)技術(shù)［M].華南理工大學(xué)出版社.

作者簡介：李大琳，2008年獲得碩士學(xué)位，機(jī)械電子工程專業(yè)，無損檢測與故障診斷專業(yè)。2008年-2010年，在華為公司上海研究所從事軟件工程師工作，2010年-2013年，在華為公司西歐分布任產(chǎn)品經(jīng)理、解決方案專家。2013年-至今，吉林大學(xué)機(jī)械與汽車工程系教師，主要從事機(jī)械電子方向教學(xué)和嵌入式、機(jī)電一體化相關(guān)技術(shù)研究。