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1、第1章 绪 论1.1引言人类掌握制冷技术总共120多年时间，而第一台汽车空调装置在1927年才出现。当时的汽车空调的内容仅是具备加热器及空气经过过滤的通风系统。1940年才提供了通过制冷方式使汽车空气凉爽。第二次世界大战后，汽车空调开始了实质性的进展。直到如今，汽车空调作为提高汽车乘坐舒适性的一种重要手段已被广大汽车制造工作者及用户所认可，人们越来越认识到汽车装有空调的好处。1988年美国生产的汽车就有90.3装备了空调系统，到1993年上升到94。我国在这方面起步较晚，从60年代初，才开始在红旗轿车上安装。但近年来发展速度很快，国内轿车上80装有空调系统。随着国内汽车行业的高速发展，汽车空调
2、越来越受到汽车制造商的重视。现在国产汽车的汽车空调控制器普遍采用手动机械控制方式，大大落后于国际水平，限制了汽车工业的发展。全套图纸，加153893706自从人们发明了汽车加热装置和汽车空调设备后，大大改善了人们驾驶的环境随着国内人们生活水平的提高，轿车在人们生活中扮演重要的角色。而汽车空调作为汽车使用舒适性的衡量标准之一，要求也越来越高。长期以来，我国轿车空调的自动控制水平较低，大多处于手动或半自动状态。手动控制一方面会出现车室温度达不到舒适性、节能性的要求；另一方面容易分散注意力，不利于安全。实现轿车空调的自动控制是必然趋势。国外高级轿车上一般都装有全自动的空调系统，能根据汽车的状态参数自
3、动地调节车内温度。而国内大部分高档轿车的空调控制器都是依靠进口，目前还没有自己开发的具有自主知识产权的轿车空调自动控制器。1.2研究项目开展的意义在2008年年初的时候，汽车业界一直认为中国汽车产量将突破1000万辆而突如其来的金融危机让业界大跌眼睛，今年中国汽车产业量约960万辆，同比增速约为10%，而全球汽车产量却出现了下滑现象。但是汽车产量的下滑却不等同于汽车的电子下滑，尤其人们对汽车行驶舒适性要求的提高推进了汽车车身自动控制的不断升级，同时智能化被越多的人所关注。汽车空调作为一种舒适性空调，不仅是人民生活水平提高的标志，也是提高汽车市场竞争能力的重要手段。随着科学技术的发展和人民生活水
4、平的提高，人们对空调驾驶室的温度提出了更高的要求，这就使轿车空调的控制又面临着新的挑战。但是汽车使用空调大部分都是封闭空间内使用，驾驶室的空间很狭小，内部空调长时间循环导致空气不流通，有害气体的增加，车内空气混浊通风不好导致长期驾驶容易出现疲劳，诱发事故。车内空气污染较严重时，严重影响了驾驶员的健康，因车内空气污染找出的疾病或中毒事件时有发生，为了获得安全舒适的车内气候环境，改善汽车内部的空调风门，来达到调节汽车内部温度系统是很有实在意义和广泛的发展空间的。 当今汽车不只是简单的代步工具，上海市曾做了个意向调查统计，约有45%以上的有购车欲望的人希望购买20致25万左右的汽车，享受已经被越来越
5、多的消费者所看重，而汽车空调系统更能体现这一点，汽车空调能在任何气候行驶的条件下，改善驾驶员的工作劳动条件和提高成员的舒适性。现在人们都希望汽车空调能达到人体最适宜的状态。目前国内大部分经济型轿车驾驶室内温度控制还处于一个手动状态，如果把空调的风门改成随着车内温度自动调节开度大小的系统，对驾驶者有很多益处，更为该车在市场竞争中添加了砝码。再有很多车当驾驶室乘员数、日照强度、车速、风量等大幅度变化时，手动控制不能很好地提供车内一个自动调控的舒适环境，手动控制已成为汽车空调进一步发展的瓶颈问题，而国外一些高档轿车上已经配有全自动轿车空调系统，并且对这些先进的技术申请了专利，对知识产权进行了保护，因
6、此无法破解其核心技术，我们只有自主开发适合我国交通、气候的轿车空调全自动控制器，形成具有自主知识产权技术，制订出汽车空调控制器的产品标准，才能更好的提高我国汽车工业整体水平，增强国际竞争力，进一步增强综合国力。1.3汽车空调的系统工作原理空调是空气调节器的简称，它的作用是对室内空气进行调节，使空气的温度、湿度、流速、和洁净度达到人体所需要的舒适范围。汽车空调室空气调节工程的一个重要分支，属于舒适性空调，他是为了车室内或驾驶室内的空气质量和数量达到舒适性标准而进行调节的装置。汽车空调一般由制冷系统、暖风系统、通风系统以及空气净化系统、控制系统等几个部分组成。汽车通风装置的主要功能是换气，即打开通
7、风口，利用汽车迎面风的动压通风或利用空调系统中风机的强制通风来进行换气。车厢空间小，车内空气由于成员呼出的二氧化碳、水蒸气、烟等而受到污染，需经过通风换气来净化，同时调节车内的温度与湿度。此外，通风对于防止车窗玻璃起雾也起着很重要的作用。为维持舒适条件需要的最小限度的换气称为必须换气量，为此应设置即使在汽车车窗禁闭的情况下，仍能从车外引入新鲜空气的通风装置（每人约需2536m3/h）。 其中控制系统是对制冷和暖风系统的温度、压力进行控制，同时对车室内空气的温度、风量、流向进行控制，完善了空调系统的正常工作。 汽车在任何条件下，车厢内部都具有舒适的温度范围和气流平均速度，冬季为1620，夏季为2
8、029。汽车空调的控制机构和操纵机构要求灵活、方便，不增加驾驶员劳动强度，不影响驾驶员的正常驾驶等。汽车空调制冷系统装置有压缩机、冷凝器、贮液干燥器或积累器、膨胀阀或膨胀管、蒸发器和电气控制系统等组成。1.4汽车车厢的热力学分析本文所研究的汽车空调电子控制器是针对使用全合一空气混合型的轿车空调系统，也就是制冷与加热使用一套温度控制系统，其通过混合风门的开度调节冷热空气的混合。在汽车空调的作用下，除空调对气体交换处理外，对车厢内热平衡有显著影响的还有由车厢缝隙和换气系统缝隙进入的新风热、车身壁面传入热、日照辐射影响传入热和人体发热几个方面。对于其它热交换相对较少。首先，将汽车车厢可以看作一个定容
9、定压控热系统。这里的汽车车厢热学模型忽略了其他方面的影响，针对以上所述，假设空气为理想气体情况下，忽略气体的动量和势能，根据热力学第一定律可以得到以下方程： =Q+ Q+Q+Q+Q （1.1）其中：车厢总热量变化（KJ）； Q空调输出空气与吸入空气热量差（kJ） Q车厢进入新风所产生的热量差（kJ） Q车身壁面传入热（kJ） Q日照辐射及影响热量（kJ） Q人体发热量。 根据热力学第一定律，理想气体等压变化可以得到： =mh= V CT (1.2)其中：m车厢内空气质量（kg）； H车厢空气熔值的变化（kJ/kg） V车厢总体积（轿车估计为31.51.5=6.75 m）； 空气密度（在标准大气
10、压下为1.225kg/m） C空气比热容（理想下1.002kJ/kgK） T车厢内空气温度变化（K）1.5汽车空调的自动控制系统难点空调的控制，为了使空调系统完成其通风、调节温度和湿度等功能，必须对其进行多方面的控制。具体的控制内容和方法如下：控制外气的引入量、控制鼓风机的速度、控制制冷能力、控制温度和配风控制。与一般建筑空调相比，汽车空调有其特殊性。首先，汽车是个移动物体，外界气候条件变化大，车外热负荷变化大，以至于难以确定标准的车外设计参数。其次，由于汽车驾驶室内成员密度大，人体热量大，要求的制冷能力大，汽车开启空调与成员进入车内往往是同一时刻，乘客要求一进入车室，在很短的时间内就享受到空
11、调效果;而汽车车身（包括座椅等）在开空调之前的蓄热量（或蓄冷量）是很大的。这几种因素导致汽车空调所要求的负荷大，要求降温（或升温）迅速。因此，汽车空调机组的制冷（或采暖）能力应该比房间空调大的多，另外，汽车是高速移动的物体，与外界对流热量大。而且车身隔热困难，玻璃门窗所占面积又大，车室内得热量（或失热量）大。如果汽车长时间直接暴露在太阳底下（或风雪下），进入驾驶室的热负荷比一般房间要大得多，夏季汽车长时间停在烈日下，车内温度会上升到50摄氏度以上。汽车的使用环境非常严重，这些环境因素往往在造成汽车电子装置的性能恶化，甚至不能完成规定的功能或损坏，出现可靠性故障。因此与一般控制系统相比，汽车空调
12、控制系统也有其特殊要求。1、要满足温度、湿度环境的要求。2、要求满足振动冲击环境要求。3、要满足电器环境要求。1.6课题的提出与研究内容1.6.1课题的研究内容本课题的研究室针对我国现有高档汽车上装置的自动空调控制系统基本上依赖进口，国产化自动控制系统在汽车系统中的应用性研究较少，迫切需要对汽车空调控制器实现电子自动化、国产化为目标而产生的。因此，本课题的研究内容为：1、通过对汽车空调工作原理和空调总成的结构研究分析，设计了以单片机为核心的模拟控制系统，并对控制器硬件电路部分选择和研究。2、建立了空调调节门的开度的模拟系统，阐述了如何实现汽车对汽车空调系统的自动控制。3、温度检测采用高精度的集
13、成DS18B20温度传感器来实现。4、编程过程中，采用分块化的设计方法，对各个子部分分别进行编程、调试，再按控制要求将他们连接起来，进行测试、分析。5、通过制作实物，来模拟汽车空调自动系统。1.6.2拟解决的主要问题：1、如何实现传感器的接收，传递，以及提高传感器的精度。2、利用单片机编程所编写的程序如何能把所接受到的信号处理后通过电路传到硬件机构。3、怎样把显示模块（LCD显示屏）设计到该装置，如何能设定适合温度范围。4、通过单片机出来电路连接马达还是连接步进电机，怎么采用其他方法来达到控制风门旋转的目的。5、接受的信号如何能通过经单片机控制来实现整个系统的自动化。6、软件编写，需要几次中断
14、响应，和把程序下载到单片机保证程序正常运行。第2章 单片机及系统开发的平台简介2.1单片机的介绍及应用将微处理器、一定容量的RAM和ROM以及I/O口、定时器等电路集成在一块芯片上，构成单片机微型计算机，简称单片机。目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，高档轿车、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与
15、智能化控制的科学家、工程师等。计算机时用于处理数字信息的，单片机也是如此，各种数据及非数据信息在进入计算机前必须转换成二进制数或二进制编码。单片机学习应用的六大部分：1、总线2、数据、地址、指令3、P0、P2、P3口的用法4、程序的执行过程5、堆栈6、单片机的开发过程2.2单片机的发展随着控制领域对单片机性能要求的增加，出现了16位的单片机，而且芯片内部也增加了其他的性能。如Inteld MCS-96系列单片机，在单片机内部集成了A/D转换器、PWM输出。在未来各种电子产品对单片机的要求，单片机将会向多功能、高性能、高速度、低电压、低功耗、大容量储存器的方向发展。单片机是器件级计算机系统，它可以嵌入到任何对象体系中去，实现智能化控制。空调机采用单片机后不但遥控参数设置方便，运行状态自动变换，还可实现变频控制。目前许多家用电器如VCD、DVD只有单片机出现后才可能实现其功能。单片机与嵌入系统：嵌入式系统源于计算机的嵌入式应用，早期嵌入式系统为通用计算机经改装后嵌入到对象体系中的各种电子系统，如汽车的在自动
