張磊
【摘 要】文章首先對汽車空調(diào)的電氣控制器件進行簡要介紹,在此基礎(chǔ)上對汽車空調(diào)電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計進行論述。期望通過本文的研究能夠?qū)ζ嚳照{(diào)電氣控制水平的提升有所幫助。
【關(guān)鍵詞】汽車空調(diào);電氣控制;系統(tǒng)設(shè)計
1 汽車空調(diào)的電氣控制器件
1.1 汽車空調(diào)的功能
空調(diào)是汽車不可或缺的組成部分之一,幾乎所有的汽車上都裝有空調(diào)系統(tǒng),其最為基本的功能是通過調(diào)節(jié)溫度,讓車廂內(nèi)的環(huán)境達到使人舒適的程度。隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展,一些高檔的汽車隨之出現(xiàn),它們的空調(diào)系統(tǒng)除了能夠?qū)噹麅?nèi)的溫度進行調(diào)節(jié)和控制之外,還可以對車內(nèi)的空氣進行凈化。常規(guī)的汽車空調(diào)一般都是由兩個系統(tǒng)構(gòu)成,即制冷系統(tǒng)和采暖系統(tǒng),前者由冷凝器、壓縮機、蒸發(fā)器以及管路等器件組成,后者則是由熱水閥、加熱器以及鼓風(fēng)機等器件組成[1]。
1.2 汽車空調(diào)的控制器件
為實現(xiàn)上文中提到的各種功能,需要采用各種控制器件組成一個控制系統(tǒng),對汽車空調(diào)進行控制,從而使車廂內(nèi)的環(huán)境達到設(shè)定的溫度。這些器件包括單片機、電源、傳感器、執(zhí)行器、驅(qū)動電路、按鍵及顯示模塊等。
2 汽車空調(diào)電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計
2.1 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計
2.1.1 單片機。為達到通用性的要求,在單片機的選擇上,應(yīng)當以通用型的單片機,經(jīng)過比較后,決定選用美國愛特梅爾公司研發(fā)的AVR單片機ATmega32作為主控制器。這是一款低功耗、高性能的8位微處理器,其具有先進的RISC結(jié)構(gòu)和32個8位通用工作寄存器。ATmega32采用的是全靜態(tài)的工作方式,處于16MHz下,其工作性能可以達到16MIPS。不僅如此,它的可擦寫壽命高達10000次,具有獨立鎖定位的可選Boot代碼區(qū),可同時進行讀寫操作。接口為JTAG,可與IEEE1149.1標準相兼容,支持擴展的片內(nèi)調(diào)試功能。
2.1.2 電源電路。通常情況下,汽車上安裝的蓄電池,能夠提供的電源一般都是12V,這個電源可用于繼電器、風(fēng)機和步進電機的驅(qū)動。然而,由于AVR單片機必須使用5V的電源進行驅(qū)動,所以,需要將12V的電源轉(zhuǎn)換為5V電源,因此設(shè)計了一個電源轉(zhuǎn)換芯片,以此來完成電壓的轉(zhuǎn)換。本次設(shè)計中,選用了美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的LM2576系列集成穩(wěn)壓電路實現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換,它的最大輸出電流為3A,轉(zhuǎn)換效率可以達到75-88%,控制方式為PWM,分為正常和低功耗兩種工作模式。
2.1.3 溫度采集電路。在溫度傳感器的選擇上,經(jīng)過比較后,決定選用DS18B20,這是一款數(shù)字式溫度傳感器,低功耗、體積小、高可靠性是其較為突出的特點,它與AVR單元機的雙向通信只需要I/O接口便可實現(xiàn)。由于該傳感器采用了當前較為先進的寄生電源技術(shù),因此無需外接電源設(shè)備。
2.1.4 繼電器控制電路。本文所設(shè)計的汽車空調(diào)電氣控制系統(tǒng)當中,繼電器電路的主要作用是對熱水閥和壓縮機進行控制,為確保繼電器的運行穩(wěn)定性和可靠性,選用了一款電磁型繼電器,其特點是動作響應(yīng)速度快、體積小。由于該繼電器的最大工作電流僅有3A,從而使得AVR單片機無法對其進行直接驅(qū)動,所以需要外加驅(qū)動電路。雖然這樣增加了設(shè)計的工作量,但繼電器的運行穩(wěn)定性卻得到了保障。同時,為對電磁干擾進行有效抑制,在信號輸入端增加了光電耦合電路。
2.1.5 風(fēng)機轉(zhuǎn)速控制。本次設(shè)計中,采用PWM對汽車空調(diào)的風(fēng)機轉(zhuǎn)速進行控制。在全速運行狀態(tài)下,風(fēng)機的電壓為12V,借助驅(qū)動芯片,對風(fēng)機兩端的電壓值進行改變,由此便可達到對風(fēng)機轉(zhuǎn)速進行有效控制的目的。驅(qū)動芯片可對直流電機進行驅(qū)動,其最大工作電流為4.5A,具備溫度和過流保護兩大功能。按照電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計要求,將風(fēng)機轉(zhuǎn)速設(shè)計為5個等級,在最小風(fēng)力等級的條件下,芯片輸出脈沖的占空比為50%,在最大風(fēng)力等級的條件下,輸出脈沖的占空比為100%[2]。
2.1.6 風(fēng)門開度控制。在本次設(shè)計中,利用直流步進電機對風(fēng)門的開度進行控制,汽車的蓄電池可為電機提供相應(yīng)的工作電壓,AVR單片機通過驅(qū)動控制器對步進電機進行控制。步進電機則利用連桿帶動風(fēng)門完成轉(zhuǎn)動,當風(fēng)門轉(zhuǎn)至指定位置后,由可變電阻所產(chǎn)生的高電平信號會自動穿入到控制器,當控制器接收到電平信號后,則會發(fā)出斷電指令,風(fēng)門當前所處的位置會被連桿的齒輪卡口固定住,這樣便可對風(fēng)門的開度進行控制。
2.2 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計
2.2.1主控程序
在本系統(tǒng)中,主控制程序由計算機獨立提供,其可以對所有的子程序進行調(diào)用,任何子程序都不能得以主控制程序進行調(diào)用,是核心程序,在整個控制系統(tǒng)當中,該程序具有如下作用:對程序運行時所需的各種變量和顯示器所需的段碼進行定義;對硬件系統(tǒng)資源進行分配,定期對系統(tǒng)進行自檢;根據(jù)設(shè)計要求,在程序進入正常運行狀態(tài)的前提下,依次對其它子程序進行調(diào)用,并在調(diào)用子程序時,對現(xiàn)場進行保護,從而保證程序可以順利返回;對程序運行時的相關(guān)參數(shù)進行保存[3]。
2.2.2 溫度采集程序。這是一個子程序,它的主要功能是使AVR單片機對溫度傳感器進行操作,并將獲取的溫度值傳給顯示器。依據(jù)溫度傳感器的通信協(xié)議,AVR控制傳感器完成溫度轉(zhuǎn)換的具體步驟如下:在進行讀寫前,需要對傳感器進行復(fù)位,并在成功復(fù)位后,發(fā)出一條ROM指令,最后發(fā)送RAM指令。AVR接收到傳感器的響應(yīng)信號之后,便會發(fā)出相應(yīng)的操作指令。
2.2.3 轉(zhuǎn)速控制程序。本次設(shè)計中,對風(fēng)機轉(zhuǎn)速的控制采用的是PWM。ATmega32上帶有PWM輸出端口,借助寄存器對PWM的工作周期和頻率進行設(shè)定,當收到轉(zhuǎn)速大小的調(diào)控指令后,便會通過輸出PWM波形,對占空比進行改變,進而達到控制風(fēng)機轉(zhuǎn)速的效果[4]。
2.2.4 溫度顯示程序。汽車的駕駛?cè)藛T在對空調(diào)系統(tǒng)進行控制時,通常都是依據(jù)顯示器給出的數(shù)值,通過顯示器顯示出來的溫度有兩種,一種是實時溫度,另一種是預(yù)先設(shè)定好的溫度。本次設(shè)計選用的顯示模塊為LCD1602,與溫度數(shù)值儲存在寄存器當中,如果駕駛員有需要,在可通過調(diào)用顯示程序,便可在顯示器面板上呈現(xiàn)出溫度數(shù)值。
2.3 抗干擾設(shè)計
由于本文所設(shè)計的電氣控制系統(tǒng)需要安裝在汽車上,而車輛處于行駛狀態(tài)時,會因為路面不平或急剎車,對系統(tǒng)的主要器件造成干擾,所以,在進行系統(tǒng)開發(fā),必須采取有效的抗干擾措施。采用電解電容濾波對電源輸入和輸出端進行設(shè)置,以維持電源的穩(wěn)定性;對長期不使用的集成電路,要上拉和下拉電路端子,避免端子出現(xiàn)運行故障;對元件位置進行合理設(shè)置,有效消除傳輸通道的干擾,為了降低耦合,可將去耦合電容安裝到集成電路芯片周圍;在布置元件時,要遵循靠近原則放置有關(guān)元件,要求電感部件遠離帶有干擾特性的元件。
3 結(jié)論
綜上所述,本文針對汽車空調(diào)的工作原理,提出了電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計思路,并對系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計進行分析,同時,該給出了系統(tǒng)抗干擾的措施。目前,本文所設(shè)計的系統(tǒng)已在國內(nèi)某品牌的汽車上進行了試應(yīng)用,結(jié)果表明,該系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠,并且具有良好的控制效果,可進行推廣使用。
【參考文獻】
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