梁峰　蔣星亦　蔣星亦　史洪瑋

摘要：為解決傳統(tǒng)手的季節(jié)適用和操作靈活等問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種以單片機(jī)為主控、PID算法為核心的電動(dòng)車智能溫控系統(tǒng)，通過(guò)DS18B20傳感器精確地采集實(shí)時(shí)溫度，由單片機(jī)控制模塊處理數(shù)據(jù)，控制半導(dǎo)體進(jìn)行制冷加熱，同時(shí)配備有便捷的觸摸操作界面，給予用戶舒適體驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，預(yù)熱速度控制在五分鐘以內(nèi)。

關(guān)鍵詞：52單片機(jī);PID算法;溫度傳感器

中圖分類號(hào)：TP338 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）14-0153-03

Abstract： In order to solve the problem of seasonal application and flexible operation of traditional hand， an intelligent temperature control system for electric vehicles with MCU as the main control and PID algorithm as the core is designed. The real-time temperature is accurately collected by DS18B20 sensor， and the data is processed by the MCU control module. The semiconductor is controlled for cooling and heating， and is equipped with a convenient touch operation interface to give the user a comfortable experience. Experimental results show that the preheating speed is controlled within five minutes.

1 背景

隨著社會(huì)的發(fā)展，電動(dòng)車已經(jīng)成為人們短程出行的主要工具。盡管目前市場(chǎng)上針對(duì)電動(dòng)車的手套大部分是布制手套，還有電熱手套，材料和樣式層出不窮，卻存在著冬天保暖效果不好，夏天手出汗無(wú)降溫功能，還有佩戴安全性問(wèn)題等，功能比較單一，缺少人性化設(shè)計(jì)。

本產(chǎn)品設(shè)計(jì)采用了以AT89系列52單片機(jī)為主體、以keil4為開發(fā)環(huán)境[1]的智能溫控系統(tǒng)，通過(guò)DS18B20采集實(shí)時(shí)的溫度，構(gòu)成一個(gè)能進(jìn)行較復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理和復(fù)雜控制功能的智能控制器。使其既可與微機(jī)配合構(gòu)成兩級(jí)控制系統(tǒng)，又可作為一個(gè)獨(dú)立的單片機(jī)控制系統(tǒng)，單片機(jī)根據(jù)輸入的各種命令，進(jìn)行智能算法得到控制值，輸出脈沖觸發(fā)信號(hào)，通過(guò)過(guò)零觸發(fā)電路驅(qū)動(dòng)雙向可控硅，對(duì)采集到的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，輸出PWM脈沖調(diào)制信號(hào)控制繼電器，實(shí)現(xiàn)對(duì)半導(dǎo)體調(diào)節(jié)器和散熱風(fēng)扇的控制，從車把傳出冷熱風(fēng)，從而給予用戶所需的舒適體驗(yàn)。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本產(chǎn)品包括總控制系統(tǒng)、顯示屏和溫度控制模塊，車頭位置下部為中空通道，與設(shè)有通風(fēng)口的把手相連且與總控制系統(tǒng)連接，由設(shè)在顯示屏下方的繼電器控制，溫控模塊包括制熱模塊和制冷模塊，風(fēng)扇與顯示屏之間有冷熱風(fēng)傳送通道且與總控制系統(tǒng)連接，有溫度傳感器，顯示屏與總控制系統(tǒng)連接;利用pid算法[2]確定溫度傳感器的位置并與總控制系統(tǒng)相連實(shí)現(xiàn)設(shè)置溫度功能。利用顯示屏顯示實(shí)時(shí)溫度，讓用戶看到。利用溫度傳感器采集溫度，并且將溫度數(shù)據(jù)發(fā)送給總控制系統(tǒng)，通過(guò)這些溫度數(shù)據(jù)來(lái)與用戶設(shè)定溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比后調(diào)整溫度。利用制冷片制冷模塊和制熱模塊實(shí)現(xiàn)加熱或降溫，調(diào)整溫度。利用中空通道，設(shè)有把手的通風(fēng)口，以及小風(fēng)扇，實(shí)現(xiàn)冷熱風(fēng)的及時(shí)傳送。通過(guò)繼電器控制半導(dǎo)體調(diào)節(jié)器和散熱風(fēng)扇進(jìn)行制冷制熱調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)最佳的恒溫效果。

3 系統(tǒng)的硬件

3.1 單片機(jī)

控制模塊負(fù)責(zé)本裝置的信息處理以各模塊的協(xié)調(diào)?？刂破髟O(shè)置好溫度后，高于檢測(cè)溫度向手套內(nèi)吹冷風(fēng)，低于檢測(cè)溫度向手套內(nèi)吹熱風(fēng)，實(shí)現(xiàn)快速降溫和升溫， 控制模塊利用觸摸屏模塊可以實(shí)現(xiàn)用戶設(shè)置溫度和顯示手套實(shí)時(shí)溫度的功能。

本系統(tǒng)采用SST系列單片機(jī)[3]是一款高性能的AT89C52[4]的單片機(jī)，屬于8位FLASHFLEX52[5]系列單片機(jī)。FLASHFLEX52 是在高級(jí)FLASH CMOS[6]半導(dǎo)體工藝下設(shè)計(jì)和生產(chǎn)出的單片機(jī)產(chǎn)品之一。器件都有相同的功能強(qiáng)大的指令系統(tǒng)，并且和8xC5x器件兼容。

3.2 繼電器

繼電器作為半導(dǎo)體模塊的開關(guān)，主要結(jié)構(gòu)如圖3所示：

這里需要說(shuō)明的是，本產(chǎn)品采用雙繼電器形式，DC+接電源正極（電壓按繼電器要求，有5V.9V.12V和24V選擇），DC-接電源負(fù)極，IN可以高或低電平控制繼電器吸合繼電器輸出端，NO為繼電器常開接口，繼電器吸合前懸空，吸合后與COM短接，COM為繼電器公用接口，NC是繼電器常閉接口，繼電器吸合前與COM短接，吸合后懸空;高低電平觸發(fā)選擇端有跳線與L .OW短接時(shí)為低電平觸發(fā)及跳線與high短接時(shí)為高電平觸發(fā)。

3.3 溫度傳感器

型號(hào)：30205 MAX30205MTA[7]

功能： 可以實(shí)現(xiàn)高精度低電壓操作，0.1° C精度（37°c至39° C），16位（0.00390625°C）溫度分辨率2.7V至3.3V電源電壓范圍

4 軟件設(shè)計(jì)

4.1 PID算法

PID控制[8]由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)及魯棒性好，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)控制中。針對(duì)模糊PID控制，我們研究了其算法實(shí)現(xiàn)，著重分析了控制過(guò)程，建立了合理的模糊PID控制規(guī)則。并對(duì)PID控制和模糊PID控制進(jìn)行了仿真對(duì)比，得出了模糊PID控制具有更好控制效果的結(jié)論。其次，為了提高模糊PID控制的自適應(yīng)能力，在模糊PID控制基礎(chǔ)上，引入了變論域思想，構(gòu)成變論域模糊PID控制器。我們進(jìn)一步研究了基于函數(shù)模型和模糊規(guī)則的論域變化機(jī)制，使模糊PID控制的論域可以隨著輸入量而動(dòng)態(tài)改變。通過(guò)仿真對(duì)比，我們發(fā)現(xiàn)變論域模糊PID控制保持了良好的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能。介于協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是一個(gè)非線性、多變量的復(fù)雜系統(tǒng)，研究的變論域模糊PID控制算法[10]應(yīng)用到了其中。實(shí)驗(yàn)證明，pid控制算法能夠獲得較為滿意的控制效果和控制品質(zhì)。

4.2 軟件設(shè)計(jì)

整個(gè)軟件分為系統(tǒng)控制模塊和用戶控制模塊，采用pid設(shè)計(jì)[9]，軟件設(shè)計(jì)如圖5所示。

5 主體設(shè)計(jì)

本產(chǎn)品利用cad將主體設(shè)計(jì)為流線體造型，增強(qiáng)了產(chǎn)品的實(shí)用性和美觀性，減小車輛阻力，運(yùn)用pid算法按照預(yù)定方案統(tǒng)一步調(diào)，保證整個(gè)工程可以在預(yù)定的范圍內(nèi)順利進(jìn)行，預(yù)定設(shè)計(jì)如圖6所示：

在極端的天氣，溫度對(duì)裝置有影響。經(jīng)研究本產(chǎn)品采用復(fù)合結(jié)構(gòu)構(gòu)成，降低使用成本的同時(shí)還能減輕手套的重量，滿足人的手指對(duì)便捷性和靈活性的需求。相較于傳統(tǒng)的加熱元件的電熱絲由碳纖維構(gòu)成，本產(chǎn)品強(qiáng)度增強(qiáng)，壽命增長(zhǎng)，區(qū)別于市場(chǎng)上常見的功能性手套，不用加入水袋、防水膠條等，也不需要對(duì)金屬絲通電通過(guò)加熱水來(lái)傳遞熱量，排除隱藏的危險(xiǎn)性。

6 結(jié)束語(yǔ)

本電動(dòng)車智能溫度手套內(nèi)設(shè)溫度傳感器，總控制系統(tǒng)、觸摸屏和溫度控制模塊，通過(guò)智能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)顯示實(shí)時(shí)溫度，設(shè)置手套溫度，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)手套的升溫和降溫，從而解決現(xiàn)有電動(dòng)車手套冬天保暖效果不好，夏天手出汗又被曬的問(wèn)題。利用溫度傳感器獲取當(dāng)前溫度數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)溫度的采集與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。經(jīng)實(shí)際驗(yàn)證，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有較強(qiáng)的通用性，運(yùn)行穩(wěn)定，且穩(wěn)態(tài)誤差在±1℃內(nèi)的控制要求，對(duì)干擾有很強(qiáng)的抑制能力。

參考文獻(xiàn)：

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[9] 史洪瑋， 張花花， 黃駿， 等. 基于LabVIEW的農(nóng)藥檢測(cè)人員考試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D].西安： 陜西省電子技術(shù)研究所， 2019.

[10] 史洪瑋， 王紫婷， 寧平， 等. 基FPGA+DSP的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D]. 蘭州： 蘭州交通大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)中心， 2010.

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