董亞楠，許欽濤，張克廷，黃正旺

（豫新汽車熱管理科技有限公司，河南 新鄉(xiāng) 453049）

近年來(lái)，人們生活理念發(fā)生了巨大的轉(zhuǎn)變，促進(jìn)了公路物流貨車、房車、乘用車等以前發(fā)展緩慢的行業(yè)，現(xiàn)正在高速發(fā)展，其產(chǎn)量以幾何倍數(shù)增長(zhǎng)。而現(xiàn)今車輛使用的空調(diào)控制器一般采用輕觸按鍵、電位器、編碼開(kāi)關(guān)、機(jī)械開(kāi)關(guān)等傳統(tǒng)的人機(jī)交換方式，來(lái)實(shí)現(xiàn)乘員對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的操作控制。但是傳統(tǒng)的空調(diào)操作方式對(duì)于車輛乘員的行駛過(guò)程中的安全性和便利性具有較大影響。鑒于此，本文將紅外遙控功能應(yīng)用于車載空調(diào)控制器系統(tǒng)中，解決現(xiàn)有的車載空調(diào)控制器操作方式所存在的安全隱患和操作便利性較差的問(wèn)題。

1 方案設(shè)計(jì)

1.1 紅外接收模塊的功能

根據(jù)空調(diào)控制系統(tǒng)和空調(diào)控制器使用工況的要求，紅外接收模塊應(yīng)具有以下功能：①具有較強(qiáng)抗干擾性能；②可以使用手機(jī)APP紅外遙控功能和空調(diào)通用控制器進(jìn)行控制；③可以實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)風(fēng)量調(diào)節(jié)，制冷、制熱模式切換，設(shè)定溫度和定時(shí)開(kāi)、關(guān)機(jī)。

1.2 器件的選擇

1）主控芯片 選擇ATMEL公司生產(chǎn)的ATMEGA32AAU，MCU作為系統(tǒng)控制節(jié)點(diǎn)和操作節(jié)點(diǎn)的中心處理器，其具有以下特點(diǎn)：①ATMEGA32A-AU具有32 KB系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash的高性能，低功耗8位微控制器，2.7～5.5 V寬電壓工作，2 KB字節(jié)EEPROM，2 KB字節(jié)SRAM，32個(gè)通用I／O口線，32×8通用工作寄存器+外設(shè)控制寄存器，16 MHz時(shí)可達(dá)16 MIPS吞吐量，用于邊界掃描的JTAG接口，支持片內(nèi)調(diào)試與編程。②3個(gè)具有比較模式的靈活的定時(shí)器／計(jì)數(shù)器，片內(nèi)／外中斷，1路可編程串行USART。③8路10位具有可選差分輸入級(jí)可編程增益的ADC，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門(mén)狗定時(shí)器，一個(gè)SPI串行端口。ATMEGA32A-AU微處理器MCU負(fù)責(zé)了整個(gè)空調(diào)控制系統(tǒng)的控制程序的控制和輸入輸出［1］。

2）紅外接收芯片 選擇EVERLIGHT公司生產(chǎn)的IRM-3638T芯片作為紅外接收芯片，其具有以下特點(diǎn)：①接收頻率38～56 kHz，抗干擾能力強(qiáng)；②接收距離：L0°（0度角）=14m，L45°（45度角）=6 m，能抵擋環(huán)境干擾光線；③消耗電流：0.8～1 mA，功耗極低；④光檢測(cè)器和前置放大器在同一包裝、PCM頻率內(nèi)置過(guò)濾器。

2 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

2.1 硬件部分

本文設(shè)計(jì)的紅外接收電路由IRM-3638T和其必要的外圍電路組成，IRM-3638T內(nèi)部集成了光檢測(cè)、運(yùn)算放大和濾波電路，可以簡(jiǎn)化硬件電路的設(shè)計(jì)提高其抗干擾能力，其硬件電路如圖1所示。其中R1為MCU輸入端口限流電阻防止損壞MCU，R2為上拉電阻防止沒(méi)有紅外信號(hào)輸入時(shí)MCU誤動(dòng)作，R3為輸入限流電阻用于保護(hù)IRM-3638T防止其損壞，并與C1、C2組成RC濾波電路提高抗干擾能力，C1、C2為濾波電容提高系統(tǒng)抗干擾能力［2］。

圖1 紅外接收原理圖

2.2 軟件部分

2.2.1 紅外編碼形式

本文選用的紅外遙控器和手機(jī)APP紅外遙控功能是符合NEC標(biāo)準(zhǔn)，載波頻率為38 kHz的紅外光進(jìn)行控制，其是由起始碼+空調(diào)狀態(tài)碼組成。起始碼和空調(diào)狀態(tài)碼的編碼形式如圖2、圖3、圖4所示，其中起始碼由9 ms低電平+4.5 ms高電平組成，空調(diào)狀態(tài)碼1由0.6 ms高電平+0.6 ms低電平組成，空調(diào)狀態(tài)碼0由0.6 ms高電平+1.6 ms低電平組成［3］。

圖3 紅外狀態(tài)碼1編碼形式圖

圖4 紅外狀態(tài)碼0編碼形式圖

2.2.2 紅外編碼狀態(tài)編碼形式

本文根據(jù)常用空調(diào)系統(tǒng)的需求，設(shè)置了制冷、制熱模式，開(kāi)關(guān)機(jī)，蒸發(fā)風(fēng)速調(diào)節(jié)，設(shè)定溫度設(shè)置，定時(shí)開(kāi)、關(guān)機(jī)設(shè)置，其編碼順序形式圖如圖5所示。

圖5 紅外狀態(tài)碼編碼順序形式圖

其中各個(gè)編碼的二進(jìn)制形式如下：①模式標(biāo)志：制冷100，制熱001；②開(kāi)、關(guān)機(jī)：開(kāi)機(jī)1，關(guān)機(jī)0；③蒸發(fā)風(fēng)速調(diào)節(jié)：低速10，中速01，高速11；④設(shè)定溫度設(shè)置：16℃至30℃0000-1111；⑤定時(shí)開(kāi)、關(guān)機(jī)設(shè)置：0～24小時(shí)00000000-00110010。

2.2.3 MCU輸入捕捉模式軟件設(shè)計(jì)

本文使用ATMEGA32A-AU單片機(jī)中T1定時(shí)器的ICP1（輸入捕捉）功能來(lái)進(jìn)行紅外信號(hào)的采集、計(jì)算，MCU的輸入捕捉單元可用來(lái)捕獲外部事件，并為其賦予時(shí)間標(biāo)記以說(shuō)明此時(shí)間的發(fā)生時(shí)刻，時(shí)間標(biāo)記可用來(lái)計(jì)算頻率、占空比及信號(hào)。其輸入捕捉單元的方框圖如圖6所示。根據(jù)方框圖所示，當(dāng)ICP引腳電平發(fā)生并且這個(gè)電平變化為邊沿檢測(cè)器所證實(shí)，輸入捕捉即被激發(fā)：16位的TCNT1數(shù)據(jù)被拷貝到輸入捕捉寄存器 ICR1，同時(shí)輸入捕捉標(biāo)志位ICF1置位。即當(dāng)每一次ICP1輸入信號(hào)由高變低時(shí)，TCNT1的計(jì)數(shù)值都會(huì)再次同步復(fù)制到 ICR1中。將兩次連續(xù)的ICR1數(shù)據(jù)記錄下來(lái)，那么兩次ICR1的差值乘上已知的計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)脈沖的周期就是輸入信號(hào)一個(gè)周期的時(shí)間［4］。

圖6 MCU輸入捕捉方框圖

根據(jù)上述原理本文紅外信號(hào)周期的計(jì)算公式為：（ICPV2－ICPV1）×1÷（MCU系統(tǒng)時(shí)鐘÷分頻數(shù)），但是如果ICPV2＜ICPV1，其計(jì)算公式為：（65536－ICPV1+ICPV2）×1÷（MCU系統(tǒng)時(shí)鐘÷分頻數(shù)）。其中ICPV1為上次記錄的計(jì)數(shù)脈沖，ICPV2為本次記錄的計(jì)數(shù)脈沖，分頻數(shù)是用于調(diào)整計(jì)數(shù)周期防止T1定時(shí)器溢出。其T1定時(shí)器初始化C語(yǔ)言程序圖和程序流程圖如圖7、圖8所示。

圖7 T1定時(shí)器輸入捕捉初始化C程序圖［5］

3 功能測(cè)試

紅外遙控功能在車載空調(diào)控制器上功能測(cè)試，選用的是卡車純電動(dòng)頂置空調(diào)控制器，其控制器局部硬件圖如圖9所示。紅外遙控功能的測(cè)試采用手機(jī)APP遙控軟件進(jìn)行測(cè)試，軟件如圖10所示。通過(guò)實(shí)際測(cè)試達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)，使用手機(jī)APP遙控軟件能夠正常控制空調(diào)的各個(gè)功能。

圖8 紅外接收程序流程圖［6］

圖9 控制器局部硬件圖

圖10 手機(jī)APP遙控軟件圖

4 結(jié)語(yǔ)

本文將紅外遙控功能引進(jìn)車載空調(diào)控制器系統(tǒng)中，改變了車載空調(diào)一成不變的控制模式，使得車載空調(diào)的操作更加人性化、便利，同時(shí)也提高了乘員在行駛過(guò)程中的安全系數(shù)，對(duì)以后的車載空調(diào)控制器的開(kāi)發(fā)、優(yōu)化具有指導(dǎo)意義。