《一种实用的车载空调控制器设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种实用的车载空调控制器设计（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 一种实用的车载空调控制器设计 摘要：随着现代工业化社会经济的不断发展和人们生活水平日益的提高，外出旅行正逐渐成为一种时尚，汽车正在成为一种方便的交通工具已是人们如今的首选，温馨而舒适的乘车环境，如适宜的车内温度、清新的空气应该是长途汽车以及自驾车的必备条件，所以，开发一款经济实用的车载空调控制器就成为一种当今最急切的需求，本文主要采用DC/DC转换芯片MC34063AP1为系统供电，以微控制器Atmega8为系统核心，辅以简单模糊控制技术以及按键选择、LED数码管显示，并使整个控制系统具有电源欠压、过压，温度传感器短路、断路等保护功能。关键词：车载空调；控制系统；单片机1引言1.1车载空调控
2、制系统的主要功能 车载空调针对人的操作来讲，信息的交换主要聚集在空调的控制器中，控制器就是空调整个系统的控制中心，一般都集中在仪表台上，其主要功能是调节空调出风的大小、温度及出风的模式，对于电气控制系统的各个功能，那就比较具体了，但总的来说是保证空调系统的正常运行，比如说压力的控制，蒸发器结霜温度控制，系统温度保护，压缩机的保护，送风电机和冷凝电机的运转，各功能实现的功能部件的运行等。 1.1.1多种工作模式：自动、制冷、化霜、通风。 制冷的原理就是将冷媒（氨气、氟利昂、）蒸发带走热量的原理，首先压缩机将冷媒压缩成液体，输送到蒸发器里，液体挥发成气体带走热量，蒸发器降温，将循环水冷却、该循环部
3、分的水称为冷冻水，冷冻水经过各个房间通过风机实现快速的冷热交换，将室内温度降低，液体挥发成气体带走的热量，也需要处理，也是经过另外一个循环水带到冷却塔散热，该循环水称作冷却水，压缩机不停的工作，冷热分别被两个循环水系统输送，就是车载空调的运行，可见制冷的过程也就是制热的过程，只是人们对冷和热的利用不同而已，总体来讲通常的车载空调包含一个压缩部分，一个蒸发系统和两个循环系统。 1.1.2多档风速设定：自动风、低速风、中速风、高速风。 风速设定主要用风速计测量空气的流速，其可广泛应用于车载空调领域，日常生活中很多汽车行业都需要用到风速计，有利于调节车载空调的风速，都需要用到风速计进行风速、风温、风
4、量测量，以确保其正常运作以及风速换挡。1.1.3具有故障运行处理功能。故障与诊断功能有许多功能，例如IBM X3650M3服务器前面带有一个光通路诊断面板，机器内如果有某一个零部件损坏或者即将损坏，面板上对应的灯就会亮黄灯。 PS1指示灯：当此指示灯发亮时，表示电源1 出现故障。PS2指示灯：当此指示灯发亮时，表示电源2 出现故障。Temp指示灯：当此指示灯发亮时，表示系统温度超出阈值级别。风扇指示灯：当此指示灯点亮时，表示散热风扇或电源风扇出现故障或运行太慢。风扇发生故障还会导致over temp 指示灯发亮。vrm指示灯：当此指示灯发亮时，表示微处理器托盘上的某个vrm 出现故障。cpu
5、指示灯：当此指示灯发亮时，表示某个微处理器出现故障。pci指示灯：当此指示灯发亮时，表示某个pci 总线发生错误。mem指示灯：当此指示灯发亮时，表示发生内存错误。dasd指示灯：当此指示灯发亮时，表示某个热插拔硬盘驱动器出现故障。ni指示灯：当此指示灯发亮时，表示存在两个电源但电源并不冗余。nmi指示灯：当此指示灯发亮时，表示出现一个不可屏蔽中断（nmi）。sp指示灯：当此指示灯发亮时，表示服务处理器遇到错误。exp指示灯：当此指示灯发亮时，表示某个连接的i/o 扩展单元出现故障。1.1.4 面板按键操作。 随着计算机CPU（硬件）和Windows操作系统（软件）的不断换代升级，车载空调的的
6、发展也相应的进入到了包括多媒体在内的高速多功能时代，与此相适应计算机按键面板也出现了一些新的变化，主要体现在键盘键数的增加及功能的整合，时下最流行的是多媒体功能键盘，也叫多功能键盘，其主要特征是增加了一些快捷键（或功能键），通过设定主板BIOS或软件设定，使这些新增的键可以实现控制空调、休眠启动、温度调整、等特殊功能，以及带有文字编辑或指纹识别功能的智能键盘等。1.1.5适配多类型显示接口。根据传输介质的不同，车载空调的端口也出现了AUI接口（粗缆接口）、BNC接口（细缆接口）和RJ-45接口（双绞线接口）三种接口类型，所以在选用接线口时，应注意后面接口所支持的接口类型，否则可能不适用于你的接
7、线，常见的10M接线口主要有单口（RJ-45接口或BNC接口）和双口（RJ-45和BNC两种接口），带有AUI粗缆接口的接口较少。除CPU的接口外，我们在选用接线时还常常要注意线路是否支持无盘启动，必要时还应考虑接线口是否支持光纤连接。 2控制器基本原理2.1车载空调的控制系统框图此系统主要有按键扫描的作用、电压检测的功能、温度检测的功能、风机控制的功能、压缩机控制的功能、LED数码管显示的功能、蜂鸣器报警电路和单片机组成，下面是对车载空调设计的各个功能方面的详细具体介绍以及对各个功能方面功能的技术检测作用，单片机工作主要的工作原理包括为：扫描键盘，当制冷键按下，同时具有无故障报警时系统将AD
8、C采样的车内设定温度与预先设定的制冷温度作相应的比较，如车内的温度高于设定的温度就需要打开冷凝风机、压缩机制冷；当车内温度低于预先设定的温度2时将关闭压缩机、冷凝风机，若此时强制冷键按下时，系统将会忽略预设温度直接启动制冷系统，其中包括单片机PB0、 PB1口输出高低信号控制MOS管的开关，进而控制相应的风机和相关压缩机的起停；PC0口采样输入电压并连与系统默认值进行相应的比较，以此来确定电压是否能工作的正常。图1 PC2口采样化霜温度用以此来确定化霜的操作；PC3口采样车内的温度，将计算出来的结果输出至LED数码管进行相应的对比显示。2.2系统硬件设计主控芯片的简介Atmega8单片机具有8
9、Kb的在线编程Flash程序存储器、512字节 EEPROM、1Kb SRAM、32个通用的工作寄存器、23个通用I/O口、3个带比较模式灵活的定时器/计数器、182个内外中断源、1个可编程的SUART接口、1个 I2C总线接口、4通道的10位ADC、2通道8位ADC、可编程的看门狗定时1个SPI接口和5种可通过软件选择的节电模式，系统供电电路。图2DC/DC转换芯片主要采用MC34063，该芯片具有集成基准电压、振荡器同步和输入电压等一系列的特点，其输出电压可表示为 Vout=1.25(1+R39/R40)，输出电流将可达500mA，完全满足本系统的功耗要求。为了降低相应的信号干扰，芯片的输
10、入端和输出端将加入电容C10、C12、C13进行滤波的处理。2.3电压及温度检测电路图3电压、温度的检测将采用单片机内部专用ADC采样的通道，不增加额外的芯片有利于降低系统的成本，ADC基准电压等同单片机的工作电压5V，系统输入电压经R3、R8分压简单滤波后送入PC0(ADC0)，此端口根据分压比连续采样21次，然后将每次所得值相加即可恢复系统输入的电压；RT1、RT2为负温度系数传感器，当温度上升或下降时其阻值也会随之减小或增大，相应的ADC端口将多次采样的电压值将进行数值平均滤波并与已知的电压/温度区间作相应的比较，将得出实际的温度。图42.4键盘和显示电路如图4所示，由于单片机I/O口数
11、量一定，键盘和显示电路将会采用了端口复用，3位8段LED数码管驱动增加了SN74164串入并出芯片将进一步缓解端口有限的压力，其中键盘有7个相应的按键，分别为开关机、制冷/通风、强制冷、设定、上增、下减，可以进行相应温度的设置和新风时间的设置等，LED数码管可以显示当前车内温度、系统预设温度、输入电压等，当蜂鸣器报警时能显示故障代码并为维修调试提供了很多便利方便。图5 2.5输出控制电路风机、压缩机输出控制电路如图5所示，单片机输出的控制信号经ULA2003反向后驱动晶体管Q2，Q2的集电极再连接压缩机的起停开关继电器的输入端控制，当继电器由闭合变为断开时，二极管D10为继电器线圈续流，为有效
12、的控制晶体管的导通和关闭，系统还添加了高输入电压、高灌电流的ULN2003A驱动芯片。其内部采用达林顿输入电压最高达50V, 灌电流最大500mA。3系统软件设计3.1主程序主程序包括定时器、ADC模块初始化、键盘显示处理、蜂鸣器报警等，主程序形成后，系统将根据ADC转化结果依次判断输入电压是否正常、温度传感器是否发生短路断路等现象，如有上述情况发生系统将会切断一切输出同时给出相应的故障代码，否则显示室内温度，然后自动扫描键盘，根据相应的键值进行相应的操作，如风量高中低的切换、制冷开/关、强制冷的选择、制冷温度设定和新风送风时间设定等。3.2中断服务程序其包括定时器T0、T1中断服务程序，定时
13、器T0定时时间为1ms，设变量a，每次进入中断子程序如故障标志位有效则a增加1，在a小于50前开蜂鸣器；当a大于50时关蜂鸣器同时a清零，这样处理用于区别按键铃声，定时器T1定时时间为1s，主要用于压缩机、冷凝风机间的延时，也就是连续两次压缩机开启的时间间隔不能少于6s，压缩机关闭后延时3s关冷凝风机。图64车载空调工作原理当压缩机作工作时，其会吸入从蒸发器出来的低温低压的气态制冷剂，经压缩制冷剂的温度和压力升高，并被送入冷凝器，在冷凝器内，高温高压的气态制冷剂把热量传递给经过冷凝器的车外空气而液化，变成液体。液态制冷剂流经节流装置时，温度和压力降低，并进入蒸发器，在蒸发器内，相应的低温低压的
14、液态制冷剂吸收经过蒸发器的车内空气的热量而蒸发变成气体，气体又被压缩机吸入进行下一轮的循环，这样，通过制冷剂在系统内的循环，不断吸收车内空气的热量并排到车外空气中，使车内空气的温度逐渐下降。 5车载空调工作过程空调分为热和冷，热风是风扇吹过小水箱，冷风的所有空调工作原理是一样的，都是利用冷媒质的汽化吸热量汽车的也不例外，通过发动机带动空调压缩机把液化的冷媒压缩成液态液态在汽化吸热。压缩机=冷凝器=干燥瓶=膨胀阀=蒸发箱=压缩机气变液 液 液 液变气 气 气变液低压变高雅 高 高 高变低 低 低变高制冷剂在系统里不断循环流动，每一循环都包括四个过程：压缩过程、冷凝过程、节流过程、蒸发过程。 5.
15、1压缩过程 压缩机压缩的是空调内的制冷剂，是由压缩机控制的，在发动机正常工况下，压缩的流量不会受发动机的影响，也就是说这时，是稳定的发动机在低速时转速低。此时要是再额外加一个消耗发动机的组件，将会影响到发动机的怠速，严重时还会使发动机熄火和车辆起步困难，为了能保持车载空调系统的正常工作，又能让发动怠速正常，主要有两种解决方式，其中一种是加大相应的喷油量，提高发动机怠速转速，从而满足车载空调工作时压缩机的运转，这时车载空调就会起到降温作用，（建议在停车或怠速的时候，还是打开车窗，有利于空气更新和燃油的经济性）另一种是重卡，如大型的客车，会另外添加一个燃烧室，以便起到不影响发动机低速行驶时的动力，高速时，一般也就是在高速公路上，发动机转速越高，输出的转矩就会越小，此时如果添加一个外阻力（压缩机），速度不够，当压缩机工作时，吸入从蒸发器出来的低压低温气态制冷剂，经过压缩后变成高压高温气态制冷剂，并排入冷凝器。 5.2冷凝过程 在冷凝器中，制冷剂的主要功能是与车外空气进行热交换，由于制冷剂的温度比车外的温度高，所以高压高温的气态制冷剂就会放出热量，并把释放的热量通过冷凝器传递给流经冷凝器的车外空气，而自身冷凝变成高压高温的液态制冷剂，并流经到节流装置。1) 按程序
