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        淺析基于單片機的汽車空調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計

        2014-08-15 09:34:12嚴光
        科技視界 2014年18期
        關(guān)鍵詞:單片機設(shè)計

        嚴光

        【摘 要】隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展以及各種高新技術(shù)的不斷提高,人們的生活變得越來越便利,汽車作為高科技的產(chǎn)物,由于其的便利好用性受到了全世界人們的喜愛。而隨著人們生活水平的不斷提高,人們對汽車的要求也在不斷提高。汽車,除了作為人們的交通工具以外,還要為人們出行提供一個舒適的環(huán)境。汽車空調(diào)系統(tǒng)作為汽車重要的組成部分,對汽車內(nèi)部環(huán)境的舒適度具有很大的決定性作用,因此它的性能受到人們廣泛關(guān)注。在此,本文將對基于單片機的汽車空調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計進行淺析。

        【關(guān)鍵詞】汽車空調(diào);控制系統(tǒng);單片機;設(shè)計

        人民生活水平普遍提高,汽車作為主要的交通工具,已經(jīng)走進了千家萬戶。汽車空調(diào)系統(tǒng)可以對汽車內(nèi)的溫度、濕度、風(fēng)速以及清潔度進行調(diào)節(jié)與控制,從而決定車內(nèi)舒適度。隨著人們對汽車舒適度要求提高,汽車空調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計也受到汽車生產(chǎn)廠家的重視。但是我國在汽車空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計方面還遠遠落后于發(fā)達國家,因此在進行生產(chǎn)時常常需要引進外來技術(shù),但是卻得不到其核心技術(shù),面對這樣的現(xiàn)狀,我國加強對該技術(shù)的研究勢在必行。

        1 汽車空調(diào)技術(shù)簡述

        1.1 汽車空調(diào)技術(shù)發(fā)展概述

        汽車空調(diào)技術(shù)最早發(fā)展于國外,美國在20世紀30年代便開始該技術(shù)的研究,經(jīng)過30多年的發(fā)展,使得該技術(shù)日益成熟,從僅僅可以進行取暖,到僅僅可以進行制冷,以及后來的冷暖一體化、自動控制甚至現(xiàn)在的微處理器控制,發(fā)展地越來越完善。與美國相比,我國汽車空調(diào)技術(shù)起步甚晚,我國于20世紀60年代才開始汽車空調(diào)技術(shù)的研究,70年代以后才逐漸應(yīng)用于汽車中,發(fā)展比較緩慢,直到引進國外技術(shù)后,我國該技術(shù)才迅速發(fā)展起來,并產(chǎn)生了一些具有代表性的汽車空調(diào)生產(chǎn)廠家。但是,我國在汽車空調(diào)技術(shù)方面還存在很多不足,遠遠落后許多發(fā)達國家,需要相關(guān)人員不斷研究改進。總的來說,目前全球汽車空調(diào)技術(shù)正朝著以下幾個方向發(fā)展,即日趨自動化、舒適化、高效化、經(jīng)濟化以及環(huán)保化等。

        1.2 汽車空調(diào)系統(tǒng)工作原理

        汽車空調(diào)系統(tǒng)有采暖和制冷的作用,可以使得汽車內(nèi)保持舒適的溫度,更高級的空調(diào)系統(tǒng)還有清潔空氣的作用。汽車空調(diào)系統(tǒng)主要是由采暖系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)兩大部分組成,下面將分別進行詳細的介紹。整個采暖系統(tǒng)由采暖加熱器、熱水閥、鼓風(fēng)機等組成。其中,加熱器將熱交換而產(chǎn)生的高溫氣體通過鼓風(fēng)機送入汽車內(nèi),達到提高車內(nèi)溫度的目的;熱水閥具有加熱升溫通道和高溫制冷劑的作用,可以對汽車內(nèi)的溫度進行調(diào)節(jié);鼓風(fēng)機則主要起到將熱空氣送進車內(nèi)的作用。制冷系統(tǒng)是由壓縮機、冷凝器、節(jié)流裝置、儲液干燥器、蒸發(fā)器及相應(yīng)的連接管組成,且整個制冷過程由壓縮過程、散熱過程、節(jié)流過程和吸熱過程組成。其中,壓縮過程是將制冷氣體壓縮成高壓高溫氣體排出壓縮機;散熱過程是將壓縮成高壓高溫的制冷氣體進行冷凝,形成液體,這個過程是放熱過程;節(jié)流過程就是將通過膨脹器的高溫高壓制冷劑的溫度和壓力變小,最終使其以霧狀的形式排出;吸熱過程就是使制冷劑被蒸發(fā)器蒸發(fā)為氣體,最后進入壓縮機,這個過程是吸熱過程。

        2 汽車空調(diào)系統(tǒng)控制系統(tǒng)設(shè)計

        2.1 模糊控制系統(tǒng)

        隨著技術(shù)的不斷發(fā)展,經(jīng)典的控制理論已經(jīng)不能滿足控制系統(tǒng)的要求,因此模糊控制系統(tǒng)應(yīng)運而生。模糊控制系統(tǒng)是以模糊數(shù)學(xué)為依據(jù),以人們多年的經(jīng)驗總結(jié)為指導(dǎo)而形成的,它具有以下特點:一是,其決定條件具有確定性和定量性;二是,不需要對研究的對象建立準確具體的模型用于研究;三是,該系統(tǒng)的實行依賴于人們的經(jīng)驗和行為規(guī)則;四是,該系統(tǒng)離不開計算機技術(shù)的支持。與傳統(tǒng)的控制器相比,模糊控制系統(tǒng)應(yīng)用的控制器是模糊控制器,除此之外,其輸入接口、執(zhí)行機、被控對象以及測量裝置都與傳統(tǒng)的控制器相同。其中,模糊控制器是模糊控制系統(tǒng)中最重要的一部分,它的功能有模糊化接口、數(shù)據(jù)庫、規(guī)則庫、推理機和反模糊化等。

        2.2 模糊控制器設(shè)計

        在此以風(fēng)機轉(zhuǎn)速的控制為例,對其模糊控制器的設(shè)計進行簡單的介紹。風(fēng)機轉(zhuǎn)速的模糊控制主要有以下內(nèi)容:一是,溫度誤差的模糊控制,根據(jù)人體對溫度的感知能力,設(shè)定適宜的溫度誤差,該誤差范圍作為模糊論域;二是,溫度誤差變化率的模糊化,結(jié)合實際經(jīng)驗取模糊論域來對溫度變化快慢進行調(diào)節(jié);三是,風(fēng)機轉(zhuǎn)速的模糊化,分為從0到5的六個檔位,則[0,5]為其模糊論域,0為最低的風(fēng)檔,5為最高的檔;四是,模糊控制規(guī)則,即一切設(shè)定參數(shù)都要根據(jù)實際得到的經(jīng)驗規(guī)則來進行。

        2.3 系統(tǒng)仿真以及模糊控制算法的實現(xiàn)

        系統(tǒng)仿真是指針對既定的設(shè)置參數(shù),采用模糊控制系統(tǒng),使汽車內(nèi)的溫度、濕度等可以在短時間內(nèi)達到設(shè)定值并保持在一定的范圍內(nèi),這種仿真系統(tǒng)對精密度的要求不高。模糊控制算法的實現(xiàn),則是在單片機的基礎(chǔ)上進行,通常采用的是8位單片機。模糊控制算法是應(yīng)用模糊推力理論,從輸入的精確量中求出相應(yīng)的精確控制值,常見的又查表法、關(guān)系矩陣法、函數(shù)法等。

        3 汽車空調(diào)系統(tǒng)的硬件及其軟件設(shè)計

        3.1 硬件設(shè)計

        汽車空調(diào)系統(tǒng)離不開各硬件支持:第一,汽車空調(diào)系統(tǒng)硬件系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集、控制器、執(zhí)行機構(gòu)、人機交互四部分;第二,單片機的選擇,采用8片單片機即可,常見的有AVR?單;第三,對電源電路的設(shè)計,要保證電壓的穩(wěn)定性及其供電量;第四,溫度采集器,根據(jù)熱敏電阻的性質(zhì)進行工作;第五,繼電控制電路,主要對一些重要的開關(guān)起控制作用;第六,風(fēng)機轉(zhuǎn)速控制電路,對風(fēng)機轉(zhuǎn)速進行控制,采用脈寬調(diào)制的方法進行控制;第七,混合風(fēng)門開度控制電路,該電路通直流電進行工作;此外,還有顯示電路、鍵盤電路等。

        3.2 軟件設(shè)計

        汽車控制系統(tǒng)的軟件部分主要包括主程序設(shè)計、溫度采集子程序、按鍵掃描子程序、風(fēng)機轉(zhuǎn)速控制子程序、溫度顯示子程序等組成。其中,主程序為整個控制系統(tǒng)的核心,用于支配其他子程序;溫度采集子程序則是經(jīng)系統(tǒng)讀出的溫度發(fā)送至顯示器;按鍵掃描子程序采用編程掃描方式,確認按鍵是否正確;風(fēng)機轉(zhuǎn)速控制子程序通過脈沖信號改變風(fēng)機兩端電壓值,控制風(fēng)機轉(zhuǎn)速;溫度顯示子程序顯示汽車內(nèi)的設(shè)定溫度和實際溫度。

        3.3 抗干擾措施

        汽車在行駛的過程中,加速、剎車等操作以及一些突發(fā)的狀況都會對空調(diào)控制系統(tǒng)的原件產(chǎn)生干擾。硬件抗干擾措施有:采用電解電容濾波、原件的位置和電線的布置要合理、相互有關(guān)的原件盡可能的布置在一起、布置線路時要避免90度折線,以免線路損壞等。軟件抗干擾措施有冗余技術(shù)和設(shè)置軟件陷阱等。

        3.4 系統(tǒng)測試

        在汽車的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)都設(shè)計完成之后,還要對系統(tǒng)進行測試。系統(tǒng)測試是十分必要的一部分,通過系統(tǒng)測試發(fā)現(xiàn)設(shè)計中存在的不足并及時解決存在的問題,提高空調(diào)系統(tǒng)的安全性,這一過程需要試驗平臺的支持。

        4 結(jié)語

        隨著人們對汽車舒適度要求的提高,汽車空調(diào)系統(tǒng)的性能受到廣泛關(guān)注。本文圍繞空調(diào)模糊控制系統(tǒng)、模糊控制系統(tǒng)設(shè)計、系統(tǒng)仿真以及模糊算法的實現(xiàn)對基于單片機的空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計進行了系統(tǒng)的介紹,其次又對空調(diào)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計以及軟件設(shè)計等進行了介紹,以便相關(guān)人員參考。此外,通過對國內(nèi)外汽車空調(diào)技術(shù)的研究和比較可知,我國汽車空調(diào)技術(shù)還處于落后狀態(tài),仍需要相關(guān)技術(shù)人員不斷去研究、去創(chuàng)新。

        【參考文獻】

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

        [2]梁榮光.現(xiàn)代汽車空調(diào)技術(shù)[M].廣州:華南理工大學(xué)出版社,2003,9.

        [3]湯兵勇,路林吉,王文杰.模糊控制理論與應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)技術(shù)出版社,2002,8.

        [責(zé)任編輯:劉帥]

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