胡侃倫

[摘要]針對(duì)汽車空調(diào)系統(tǒng)的制冷自動(dòng)控制，在簡(jiǎn)單介紹汽車空調(diào)系統(tǒng)控制與功能任務(wù)的基礎(chǔ)上，對(duì)單片機(jī)在控制系統(tǒng)中的具體應(yīng)用進(jìn)行深入分析，為實(shí)際的自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考。

[關(guān)鍵詞]汽車空調(diào) 空調(diào)制冷 自動(dòng)控制系統(tǒng) 單片機(jī)

一、汽車空調(diào)系統(tǒng)

（一）系統(tǒng)控制

通過(guò)對(duì)再加熱空氣混合等的利用，能對(duì)出風(fēng)溫度進(jìn)行調(diào)控，經(jīng)蒸發(fā)器傳出的風(fēng)，其中一部分通過(guò)風(fēng)門進(jìn)入加熱器進(jìn)行加熱，然后和冷風(fēng)混合之后進(jìn)入到車廂中，以此實(shí)現(xiàn)溫度控制目標(biāo)。基于此，通過(guò)對(duì)風(fēng)門實(shí)際開度的有效控制，即可對(duì)出風(fēng)溫度予以調(diào)控。另外，對(duì)熱水閥實(shí)際開度進(jìn)行改變，也能對(duì)出風(fēng)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

通過(guò)進(jìn)風(fēng)來(lái)源的改變能改善空氣清潔度及溫濕度。對(duì)于風(fēng)道鼓風(fēng)機(jī)，其主要作用在于促進(jìn)空氣流動(dòng)，而且能起到制冷與輸送暖風(fēng)等作用。其快慢程度對(duì)對(duì)流散熱速度有直接影響，同時(shí)對(duì)車中空氣流速也有一定控制作用。

（二）功能任務(wù)

對(duì)于汽車空調(diào)系統(tǒng)的制冷控制，其任務(wù)在于對(duì)車內(nèi)溫度進(jìn)行控制，并避免蒸發(fā)器結(jié)霜，確保其維持在允許的范圍之內(nèi)，此即為空調(diào)系統(tǒng)主要任務(wù)?；驹頌椋阂哉舭l(fā)器及傳感器信號(hào)為依據(jù)，對(duì)壓縮機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、風(fēng)門、水閥進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)車內(nèi)溫度的有效調(diào)節(jié)。

針對(duì)輸出傳感器，其在溫度控制時(shí)主要為溫度傳感器，用于反映出受控對(duì)象實(shí)際狀態(tài)。在實(shí)際的設(shè)計(jì)工作中，一般通過(guò)對(duì)風(fēng)門角度及轉(zhuǎn)速變化的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度控制目標(biāo)。

二、單片機(jī)在控制系統(tǒng)中的具體應(yīng)用

汽車的空調(diào)系統(tǒng)控制裝置核心在將微處理器作為主導(dǎo)的電子線路。

（一）單片機(jī)功能

以SPCE061A單片機(jī)為例，對(duì)其功能作如下介紹：以16位微處理器為內(nèi)核，設(shè)有2K字SRAM及32K字閃存FLASH，能達(dá)到控制系統(tǒng)基本要求，無(wú)需對(duì)程序存儲(chǔ)器進(jìn)行擴(kuò)展，支持人機(jī)接口的擴(kuò)展，包括鍵盤與LED，能對(duì)車中實(shí)際溫度進(jìn)行準(zhǔn)確的動(dòng)態(tài)顯示，使用者可以通過(guò)鍵盤輸入工作參數(shù)，并選擇適宜的工作模式。

對(duì)于外擴(kuò)存儲(chǔ)器，其主要作用在于對(duì)控制表格就用戶輸入的參數(shù)進(jìn)行存儲(chǔ)，借助SIO擴(kuò)展串行存儲(chǔ)器，結(jié)合SPR4096芯片，其SCLK與IOBO連接，SDA和IOB1連接。CF0 CF2與高電平相連，調(diào)整至串行接口的工作模式，CF7選擇低電平的FLASH。將熱敏電阻作為溫度傳感器，在車中實(shí)際溫度測(cè)量中使用。

（二）溫度控制

車中實(shí)際溫度控制主要采用模糊方法，由熱敏電阻對(duì)車中溫度進(jìn)行采集，然后和設(shè)定溫度進(jìn)行對(duì)比，得出兩者的誤差，再以誤差大小為依據(jù)確定控制量。對(duì)于風(fēng)門控制系統(tǒng)，主要由四部分構(gòu)成，分別為電機(jī)、分配器、電路與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。結(jié)合控制量情況，由單片機(jī)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向及步數(shù)進(jìn)行計(jì)算，采用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)溫度門實(shí)際開口進(jìn)行控制。采用微處理器進(jìn)行PWM輸出，利用變頻器對(duì)供電頻率進(jìn)行控制，使其運(yùn)轉(zhuǎn)速度發(fā)生相應(yīng)的變化，如果需求風(fēng)量有所減小，則減慢轉(zhuǎn)速，進(jìn)入減速控制狀態(tài)，相反，如果需求風(fēng)量增加，則加快轉(zhuǎn)速，進(jìn)入增速控制狀態(tài)。

（三）數(shù)據(jù)采集單元

系統(tǒng)一般都具有對(duì)被測(cè)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示的要求，基于此，熱敏電阻組成的電路，其輸入和輸出必須為線性關(guān)系。然而，熱敏電阻本身屬于非線性器件，若在測(cè)溫限度中，按照線性標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行處理，則會(huì)產(chǎn)生一定誤差。在傳統(tǒng)由單純硬件組成的溫度控制系統(tǒng)當(dāng)中，為實(shí)現(xiàn)非線性補(bǔ)償，大多會(huì)設(shè)置補(bǔ)償電路，但這樣除了會(huì)使電路更加復(fù)雜，其補(bǔ)償效果還不夠理想。這一系統(tǒng)采用單片機(jī)，能用專門軟件實(shí)現(xiàn)非線性補(bǔ)償，并且過(guò)程十分簡(jiǎn)單，具有很高的精度，該實(shí)現(xiàn)了對(duì)電路的合理簡(jiǎn)化。

系統(tǒng)溫度實(shí)時(shí)檢測(cè)與變換主要由兩部分組成，分別為L(zhǎng)M331和熱敏電阻。其中，對(duì)于LM331，其頻率輸出和環(huán)境溫度為線性關(guān)系，可將輸出頻率表示為：

（1）根據(jù)給定參數(shù)可以得出：輸出頻率等于265Hz，根據(jù)特性表能得出不同溫度的u_in，然后對(duì)各溫度輸出頻率進(jìn)行計(jì)算，僅需將溫度改變0.5℃時(shí)的頻率存儲(chǔ)在表格中，就能大都系統(tǒng)基本要求，最終通過(guò)單片機(jī)對(duì)被測(cè)溫度進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示。

（四）溫度模糊控制

溫度門的實(shí)際開度對(duì)車中溫度有直接影響，基于電機(jī)控制條件，開口角度能實(shí)現(xiàn)微調(diào)，這可為恒溫控制目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)奠定良好基礎(chǔ)。

對(duì)于風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，其控制與溫度控制是否高效有關(guān)，如果送風(fēng)速度較快，則可使車中實(shí)際溫度與設(shè)定值相近。此外，風(fēng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速還會(huì)影響到空調(diào)的舒適度。

在實(shí)際的設(shè)計(jì)工作中，因測(cè)量變量?jī)H為溫度參數(shù)，故可選用單變量二維模糊控制器。將車中的實(shí)際溫度和設(shè)定溫度之間的偏差及其變化率作為輸入，將風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速與溫度門實(shí)際轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)的總變化量作為輸出。將偏差表示為e，其模糊量化值表示為E，偏差變化率表示為d_e，其模糊量化值表示為E_c，風(fēng)機(jī)輸出對(duì)應(yīng)的模糊值表示為U₁，溫度門輸出的模糊值表示為U₂。其中，e與d_e都選擇[-6，6]的論域；U₁與U₂都選擇共13個(gè)論域，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇隸屬函數(shù)。

模糊控制主要按以下規(guī)則進(jìn)行：

（1）如果e為負(fù)大，且d_e為負(fù)大，則U₁為正大，U₂為負(fù)大。

（2）如果e為負(fù)大，且d_e為負(fù)小，則U₁為正中，U₂為負(fù)中。

（3）如果e為負(fù)小，且d_e為負(fù)小，則U₁為正中，U₂為負(fù)中。

完成去模糊以后，可得到離線查詢表，采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行離線計(jì)算，將結(jié)果存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)當(dāng)中。在動(dòng)態(tài)控制時(shí)，通過(guò)對(duì)查詢表的查找，來(lái)得到控制量對(duì)應(yīng)的變化值，將其作為被控對(duì)象。在送風(fēng)系統(tǒng)中，風(fēng)機(jī)與溫度門是兩個(gè)不同的調(diào)節(jié)裝置，應(yīng)實(shí)現(xiàn)良好匹配，才可以達(dá)到理想控制效果。

三、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，上述空調(diào)系統(tǒng)僅針對(duì)制冷，基于車中實(shí)際溫度發(fā)生的變化，通過(guò)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速與溫度門實(shí)際開度的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。事實(shí)上，制冷是一個(gè)十分復(fù)雜的過(guò)程，如果要保證車中溫度維持在設(shè)定水平，應(yīng)有多種傳感器與控制機(jī)構(gòu)來(lái)進(jìn)行。