基于凌阳单片机汽车空调自动控制系统设计样本.doc

0引言 人类掌握制冷技术总共120近年时间,但第一台汽车空调装置到1927年才浮现。当时汽车空调内容仅是具备加热器及空气通过过滤通风系统。直到1940年才由英国帕卡德汽车公司第一次提供了通过制冷方式使车内空气凉快办法。 第二次世界大战后,汽车空调开始了实质性发展。直到如今,汽车空调作为提高汽车乘车舒服性一种重要手段已被广大汽车制作者及顾客承认,人们越来越结识到汽车装有空调好处。完善汽车空调系统可以对车内空气温度、湿度、清洁度、风速、通风等进行自动调节,并使车内空气以一定速度和方向,保证在各种外界气候和条件下使乘员都能处在一种舒服空气环境之中,提高了乘坐舒服性,使司机能保持头脑苏醒,提高工作效率,减少疲劳和车祸发生,驾驶员保持清晰视野,为安全驾驶提供基本保证。 1988年,美国生产汽车有90.3%装备了空调系统,到1993年,上升到94%.国内在这方面起步较晚,从60年代初,才开始在红旗轿车上安装空调。但近年来发展速度不久,国内轿车上80%装有空调系统,在工程车、旅游车及都市公交车上也开始大量安装空调系统。 对汽车空调系统进行优化控制,可以改进和提高其性能。由于微型计算机具备构造紧凑,工作可靠,功能强大,响应迅速和价格低廉等长处,特别适当作为汽车计算机控制系统控制器。计算机技术发展也为汽车实现计算机控制提供了技术支持和保证,汽车计算机控制已成为汽车一种重要发展方面。 1 概述1.1 国内外汽车空调技术发呈现状汽车空调是指对汽车车厢内空气质量进行调节装置。最早汽车空调装置始于1927年，它仅由加热器、通风装置和空气过滤器三某些构成，且只能对车内供暖。精确地讲，汽车空调历史应当从制冷技术应用在车上开始。20世界30年代末美国几部公共汽车装上了应用制冷技术冷气装置。直到20世纪60年代，应用制冷技术汽车空调才开始普及起来。后来，人们对汽车空调兴趣逐年增长，汽车空调技术日趋完善，功能也越来越全面。上世纪90年代此前国内汽车产品重要以载货汽车为主，长期以来汽车空调技术研究始终处在空白状态。国内汽车空调发展经历了如下三个发展阶段。第一阶段是从60年代初到70年代末，重要是运用汽车发动机排出废气或冷却循环水产生热量来供应车室内采暖用。第二阶段是80年代初至1990年。80年代初期，国内从日本购进制冷降温用汽车空调系统装配在红旗、上海等小轿车和豪华大客车上：80年代中后期，国内第一汽车制造厂以及上海、北京、湖南、广州、佛山等分别从日本、德国引进先进空调生产线和空调技术，生产国产大中型客车、轻型车及轿车空调系统。第三阶段是从90年代开始到当前。国内已形成生产规模汽车空调生产公司，分别从国外引进了国际最先进平行流式冷凝器和层叠式蒸发器生产技术和生产线，同步按蒙特利尔议定书和中华人民共和国消耗臭氧层物质逐渐裁减国家方案规定，开始研究开发汽车空调制冷装置工质由氟利昂R12向R134a转换。至此，国内汽车空调技术在短时间内缩小了与国外差距。随着为电子行业发展以及人们对汽车舒服性规定提高，人们已不再满足于轿车空调仅能制冷供暖这一功能，更看重其车厢内热舒服性控制、仪表盘美观以及操纵以便性，因而高档轿车中普通都安装自动空调，它们有精致液晶显示、触摸式操纵按键和多点温度控制等功能。但当前针对乘员舒服性控制还远未达到人们规定，因而对轿车空调系统控制亟待完善和开发。国外某些大汽车公司轿车空调代表了这方面最先进水平。通用汽车公司某型轿车车身计算机控制模块（BCM）控制空调系统是较典型自动空调系统。该模块监视高压管路、低压管路温度以及蓄压罐压力、发动机冷却水温度等信号，如果系统不在设定范畴内工作，BCM将压缩机离合器脱离。该系统用一种双向电动机调节混合风门开度，并用5个操纵机构分别控制各个模式风门和加热器热水阀，还用功率模块控制鼓风机转速，依照驾驶员输入温度、车室内外温度及制冷剂低压管路温度，BCM计算出气流分送模式、鼓风机转速及混合风门开度，然后进行相应控制，而克莱斯勒公司某些轿车空调还以占空比喻式对压缩机离合器进行控制。日本丰田某型轿车自动空调监测车内外温度、蒸发器温度、冷却水水箱温度以及阳光辐射强度、压缩机转速等参量。通过控制压缩机磁吸、风机转速和温度混合风门、新风风门和模式风门伺服电机，进行车内温度调节。自动功能下该空调ECU（电子控制单元）一方面计算送风温度，并依照送风温度控制风机转速、混合风门开度、压缩机起停及送风模式。比较而言，国内轿车空调控制要稍逊某些。广州标致轿车空调电子控制系统依照车内温度、环境温度、蒸发器温度、送风温度及人为设定值，通过控制风机转速、压缩机离合器开合及热水阀大小来进行温度调节。奥迪轿车空调系统模式风门是手控，鼓风机转速继电器控制，压缩机离合依照蒸发器温度控制。奥拓轿车空调就更为简朴，没有用于舒服性控制传感器，依托驾驶员人为调节室内温度。汽车空调系统热负荷比较复杂，并且变化较大。有人以为光线射入角会对热负荷影响很大，而对此制定了一套相适应控制方略。着重研究如何通过计算机拟定送风量、送风温度和工作模式。由于空调影响，轿车室内温度分布是很不均匀，并且均匀分布温度场也会由于人舒服感不同而产生舒服性差别，对此有人研究针对前排、后排车座双蒸发器运营状况，并进行相应控制。尚有人针对司机和乘客个体舒服性用不同出口进行控制。轿车空调运营工况变化激烈，有无日照、有无新风状况下蒸发器热负荷有很大不同，特别是在车速发生变化时对空调影响更大。车速变化使空调系统冷凝器迎风风速发生变化，从而冷凝压力及过冷度都发生变化，此时空调将脱离原设计工况，要得到一种稳定运营，必要施以相应控制。用PID控制器对轿车空调运营进行控制，该控制器执行机构为电子膨胀阀和压缩机，依照蒸发器进出口温度之差用PID控制器对电子膨胀阀开度进行控制，与热力膨胀阀控制比较，能获得较好效果。此外，通过调节压缩机转速和电子膨胀阀开度也可以控制轿车空调运营，针对蒸发器过热度和蒸发温度控制即可以控制电子膨胀阀和压缩机转速来得到，Hatton等人做了这样双输入、双输出研究工作，并对输入参量进行解藕，同步加入预补偿器，提高了系统响应速度。汽车空调系统具备较强非线性特性，有人用模糊控制办法对轿车空调运营进行实时控制，以车室内温度与设定值之差e和偏差变化率作为输入，在车速变化工况下经模糊控制器控制压缩机运营占空比和蒸发器风机风量，获得较好控制效果。此外Leighton等人应用模糊控制方略对蒸发器风量、温度混合风门开度进行控制，也达到舒服性规定。1.2 智能控制发展趋势从温度控制系统发展来看，以单片机为核心构成微型温度控制系统调节装置已被国内外许多公司和单位作为研究对象，客观存在硬件简朴，软件丰富，能以便地实现当代化控制规律和多功能，性能优良，运营调试都很以便。且生产成本低，可加快生产设备更新换代，已开始受到注重和欢迎。加之近年来，单片机性能不断提高，而价格却逐年减少，因此单片机温度控制装置将具备辽阔发展和运用前景。1.3汽车空调特点及其控制系统难点与普通空调相比，汽车空调具备其特殊行。由于汽车是移动物体，外界气候条件变化大，车外热负荷变化大，以至于难以拟定原则车外设计参数。另一方面，由于汽车室内乘员密度大，人体热量大，规定制冷能力大，汽车启动空调与乘员进入车内往往是同一时刻，乘客规定一进入车内，在很短时间内就享有到空调效果,而汽车车身在开空调之前蓄热量（或蓄冷量）是很大。这几种因素导致汽车空调所规定负荷大，规定降温（或升温）迅速。因而，汽车空调机组制冷（或采暖）能力应当比房间空调大多。此外，汽车是最高速移动物体，与外界对流热互换量大，并且车身隔热困难，玻璃窗所占面积又大，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下（或寒冷下），进入车室热负荷（或冷负荷）比普通房间要大得多。夏季汽车长时间停在烈日下，车内温度会上升到以上。汽车使用环境非常严酷，这些环境因素往往导致汽车电子装置性能恶化，甚至不能完毕规定功能或损坏，浮现可靠性故障。因而与普通控制系统相比，汽车空调控制系统也有其特殊规定。1）一方面，要满足温度、湿度环境规定。汽车外部环境温度最高，最低为，但汽车内工作环境却因部件位置不同而相差极大。2）另一方面，要满足振动冲击环境规定，汽车零部件必要承受由不良路面引起较大振动和冲击。3）尚有，要满足电气环境规定。汽车电源波动和瞬时过电压等将形成较坏电气环境2 汽车空调系统工作原理2.1汽车空调系统基本工作原理汽车空调基本功能是通过人为办法使车内温度减少和升高，从而达到使人体感到舒服温度环境。汽车空调系统都可以分为采暖系统和制冷系统两某些。如图21为汽车空调制冷循环图。图2-1 汽车空调制冷循环图Fig.2-1 Automotive air-conditioning refrigerant recycling plans制冷系统重要由压缩机、冷凝器（涉及冷凝风机）、膨胀阀和蒸发器（涉及蒸发风机）构成。其制冷原理是运用液体制冷剂吸热产生冷效应。一方面，低压（低温）液态制冷剂进入用来冷却车内空气蒸发器，制冷剂加热在定压下气化。由于制冷剂在管内气化时温度低于管外空气温度，因而能自动地吸取车内空气中热量，使空气温度减少，产生冷效应。然后，气化了制冷剂通过压缩机压缩，变成高于车外空气高温高压气体。这时，制冷剂通过在车外冷凝器将热量释放到车外，制冷剂放热就变成了高压液态冷凝剂。最后，通过膨胀阀，恢复到低压（低温）液态。因此，当空调要进行制冷时，必要启动压缩机使制冷剂循环，从而减少车内温度。采暖系统是由暖风散热器、暖水阀和风机构成。由于汽车行使时发动机产生大量热量，普通小型汽车空调都采用发动机余热采暖。发动机冷却水通过暖水阀流入暖风散热器，从而升高通过暖风散热器空气。2.2 汽车空调总成构造汽车空调系统总成是采用冷暖完全合一型，内外循环风门由内外循环电磁阀控制，当内外循环电磁阀闭合时，汽车空调处在内循环状态，这个时候只有车内回风可以进入空调风道。反之，当内外循环电磁阀开时，空调处在外循环状态，这个时候不但仅车内回风可以进入空调风道，车外空气也进入空调风道，也就制冷（加热）解决前空气是车内回风和车外新鲜空气混合气体。风机由风机调速电路控制，其作用是推动空气在空调风道里流动，在全和一型空调中，它同步也起了制冷蒸发器电扇和暖风散热器电扇作用。因此风机快慢直接影响了制冷蒸发器和暖风散热器对流散热快慢，也就直接影响了车内空气调节速度。由于空调风道只有这一种风机，因此无论是哪个出风口风速大小都是由该风机控制。制冷蒸发器连接制冷压缩机，压缩机由压缩机电磁阀控制。当压缩机电磁阀吸合，压缩机开始工作，蒸发器就能从流过空气中吸取热量，从而使空气降温。暖风散热器由暖水电磁阀控制，当暖水电磁阀吸合，发动机冷却水流过暖风散热器，这样就可以通过发动机余热进行热互换，将通过散热器空气加热。混合风门、风向风门开度由风门电机控制。混合风门负责控制空气通过蒸发器和暖风散热器量，也就是控制通过两种解决空气混合限度。风向风门可以控制空调出风口出风方式，也就是控制通过解决空气从除霜风口、下吹风口和前吹风口吹出。3 汽车空调系统硬件电路设计在工业控制中，单片机以其体积小、指令丰富、控制技术成熟、修改以便、开发周期短、适应性强等特点，在各个领域、各个行业都到了广泛应用。随着单片机应用日益广泛，单片机种类越来越多，一种微控制器选取需要从各种方面考虑，一方面，必要依照系统功能规定，在满足功能规定前提下，优化系统构成；另一方面，要想使用某种微控制器设计好一种系统，必要对这种微控制器自身及其系统比较熟悉；最后，开发设备和产品供货渠道以及成本规定也拟定能否采用某种产品。本系统选用了凌阳公司生产SPCE061A型16位单片机。下面对硬件电路各某些一一简介。3.1控制器功能汽车空调控制系统可以依照人们对车内温度设定值，控制汽车空调系统各个环节，使车厢内空调环境达到设定目的温度。为了实现上述控制过程，必要测量车内环境状况参数，通过安装在车内不同位置上各种传感器通过A/D转换成数字量，输送给控制器进行控制决策，得到各执行器控制电压，使各执行器工作，从而实现对车内环境变化。图3-1为汽车空调控制系统硬件构成。图3-1 汽车空调系统硬件构成Fig.3-1 Automotive air-conditioning system hardware3.2 系统重要功能简介汽车空调控制器不但能实现手动控制功能，重要还是能将操作控制系统自动化，通过减轻驾驶员操作强度来提高汽车空调舒服性，其重要功能如下：1）温度自动调节功能：能依照设定温度和车内温度温差来自动控制混风电机启动角度，压缩机和冷凝器开与关，进而自动调节温度。2）风机自动调速功能：虽然风机调速模块变化了，也不必重新调PWM 输出值，依照当前设立风量级别，自动调节风机两端电压，使之维持一种稳定状态，保证风量稳定输出。3）手动调节功能：可以自行设立风门位置（前吹风、下吹风、除霜），先后风机风量大小控制、压缩机启动、内外循环风门切换、设立温度大小等。4）节能控制：风量最适量控制，自动转入经济运营模式，能依照车内外温度自动切断压缩机电源等。5）显示控制：能显示给定温度、控制温度等。3.3单片机选用方案一：用老式51系列单片机作为系统控制器。在本设计中，单片机运算速度越快，控制精度就越高，因此对单片机执行速度有较高规定；又由于本系统程序量较大，使用I/O口资源较多，对于51来说，实现这些功能都比较困难。方案二:采用16位单片机SPCE061A作为运动物体控制中心。SPCE061A具备丰富资源：RAM，ROM空间大、指令周期短、运算速度快、低功耗、低电压、可编程音频解决，易于编写和调试等长处。特别在复杂数学运算，其运算速度快，精度高。基于上述分析，拟选取方案二。SPEC061A单片机是台湾凌阳公司生产一种高性能16位微解决器，具备体积小、集成精度高、易扩展、可靠性高、功耗低、构造简朴、中断解决能力强等特点，内嵌32K字闪存FLASH，解决速度高，可以很以便地完毕普通单片机功能，还具备数字语音播报和辨认功能。SPCE061A重要性能1：1）采用16位微解决器；2）工作电压(CPU) VDD为2.4-3.6V (I/O) VDDH为2.4-5.5V3）CPU时钟：0.32MHz-49.152MHz ；4）内置2K字SRAM；内置32K FLASH；5）2个16位可编程定期器/计数器(可自动预置初始计数值)；6）32个通用可编程输入/输出端口；7）14个中断源可来自定期器A / B，时基信号，2个外部时钟源输入；8）具备触键唤醒功能；9）使用凌阳音频编码SACM_S240方式(2.4K位/秒)，能容纳210秒语音数据；10）锁相环PLL振荡器提供系统时钟信号；32768Hz实时时钟；11）声音模-数转换器输入通道内置麦克风放大器和自动增益控制(AGC)功能；12）具备串行设备接口；13）具备低电压复位(LVR)功能和低电压监测(LVD)功能；14）内置在线仿真电路ICE（In- Circuit Emulator）接口；15）具备WatchDog功能。3.3.1 SPCE061A最小系统在OSC0、OSC1端接上晶振及谐振电容，在锁相环压控振荡器阻容输入VCP端接上相应电容电阻后即可工作。其他不用电源端和地端接上0.1F去藕电容提高抗干扰能力2。图3-2所示为SPCE061A最小系统。图3-2 SPCE061A最小系统Fig.3-2 SPCE061A minimum system3.3.2 SPCE061A存储器SPCE061A存储器有2K字SRAM，其地址为0x0000-0x07FF,前64个字即0x00000x003F地址范畴内可采用16位地址直接寻址，寻访速度为2个时钟周期，别的0x0040-0x07FF地址范畴内采用16位地址直接寻址，存储器寻访速度为3个时钟周期。32K字内嵌式闪存FLASH被划分为128个页（每页存储容量为256个字），地址空间为0x8000-0Xffff,其中0xFFF6-0xFFFF为中断向量单元，CPU正常工作时，均可通过程序写入或擦除。此外，还可用SPR4096进行存储器扩展，在数据量较大状况下，是很有必要。3.3.3 SPCE061AI/O口SPCE061A有32个并行I/O口，即IOA0IOA15，IOB0IOB15。这两个口每一位可通过编程单独定义为输入或输出口。A口IOA0IOA7用作输入口时具备唤醒功能。B口除具备常规输入/输出功能外，还具备特殊功能。单个IOB2或IOB3口可设立为外部中断输入口，设立P_FeedBack单元，再将IOB2（IOB3）和IOB4（IOB5）之间接一种电阻和电容，形成反馈电路以产生振荡信号，此信号可作为外部中断源EXT1或EXT2输入。IOB0和IOB1可作为串行接口SIO时钟信号。3.3.4 SPCE061APWM应用PWM是英文“Pulse Width Modulation”缩写，简称脉宽调制。它是运用微解决器数字输出来对模仿电路进行控制一种非常有效技术，广泛应用于测量，通信，功率控制与变换等许多领域。SPCE061A芯片上有两个脉冲宽度调制输出引脚IOB8和IOB9，通过设立TimerA控制单元b0b5来选取TimerA时钟源，设立该单元b6-b9，TimerA将输出不同频率脉宽调制信号，即控制脉宽占空比输出APWMO。通过设立TimerB控制单元b0b2来选取TimerB时钟源，设立b6b9选取TimerB输出不同脉宽调制信号即控制脉宽占空比输出BPWMO。3.3.5 SPCE061A中断系统SPCE061A有14个中断源，分别为两个定期器溢出中断、两个外部中断、一种传行通信口中断、一种触键唤醒中断、7个时基信号中断、PWM音频输出中断等。有9个中断向量相应14个中断源，其中3个中断源设立为FIQ（IRQ0-IRQ2），另有10个中断源设立为IRQ3IRQ6，尚有一种专门用于通用异步串行通信口UART中断源设立为UART IRQ。具备两个中断优先级，可实现两极中断嵌套。3.4 电源电路设计汽车空调控制器需要两路电源：5V电源和12V电源。5V电源用于SPCE061A单片机供电，12V电源用于需要大电流驱动场合，如步进电机、风机等。由于汽车蓄电池供电电源仅有12V，并且工作期间电压有比较大波动。综合考虑，本系统选用了电源转换芯片LM2575，将车载电源转换为所需要电源。如图3-3所示图3-3 汽车空调电源电路Fig.3-3 Automotive air-conditioning power circuit图3-3中1引脚接VIN端，为未稳压电源输入端；2引脚OUTPUT端，为开关电压输出，接电感及迅速恢复二极管；3引脚GND端，为公共端；4引脚FEEDBACK端，为反馈输入端；5引脚ON/OFF端，为控制输入端，接公共端时，稳压电路工作，接高电平时，稳压电路停止。LM2575系列开关稳压集成电路是美国国家半导体公司生产1A集成稳压电路，它内部集成了一种固定振荡器，只须很少外围器件便可构成一种高效稳压电路，可大大减小散热片体积，而在大多数状况下不需散热片，芯片可提供外部控制引脚。该芯片工作范畴为-40-125，输入电压范畴大（7V-45V），输出电压波动较小（5V），最大负载为1A，内部有完善保护电路，涉及电流限制及热关断电路等。其内部电阻R2为不同阻值时，相应输出电压也不同，分别为1.7(3.3V)、3.1(5V)、8.8(12V)、11.3(15V).3.5 温度检测电路设计本设计采用四路传感器，对车内，车外，发动机水温，蒸发器表面温度进行采样。温度传感器在汽车空调控制系统中占有十分重要地位，它精度往往直接影响整个系统控制精度，因而必要选用精度高且性能稳定温度传感器。惯用热敏电阻有两种：阻值随温度升高而升高热敏电阻，称为正温度系数热敏电阻；阻值随温度升高而减少，称为负温度系数热敏电阻（NTC）。NTC热敏电阻重要用于温度测量和电子电路温度补偿。MF51型NTC热敏电阻具备性能稳定可靠，响应速度快，一致性好等长处，当前已广泛应用于汽车空调机、家用空调器、电冰箱等家用电器温度检测与控制电路中13。温度检测电路如图3-4所示：图3-4 温度检测电路Fig.3-4 Temperature detection circuitMF51系列NTC热敏电阻器合用于300如下测温与控温电路，标称电阻R=。本设计选用温度传感器是MF51-502NTC热敏电阻和一高精度电阻分压即可。此外，串接一种电阻，并接一种到地滤波电容，增长抗干扰能力。对于单片机接口模仿信号采集，软件设计为对各个端口进行分时采样。3.6太阳辐射强度检测电路设计太阳辐射传感器可选用光敏电阻，光敏二极管或者光敏三极管等。光敏电阻受热后其阻值会变小，光敏二极管和三极管是依照硅PN结光照后产生光电效应原理制成，光敏二极管工作于反向偏压下，其光谱响应特性重要由半导体材料中所掺杂质所决定，光敏三极管使用时，其基极普通开路，基极-集电极产生光感生电流直接进入基极，由于光敏三极管自身具备放大作用，因而光敏三极管敏捷度比光敏二极管大得多。本设计中采用光敏三极管3DU23，检测太阳辐射强度电路原理图如图3-5所示，当太阳辐射强度发生变化时，模仿信号采样端口输入电压随之发生变化，R14为NTC热敏电阻，作为温度补偿。如信号变化太小，可接信号放大电路之后送采样端口。图3-5 太阳辐射强度检测电路Fig.3-5 Solar radiation detection circuit3.7 转向器控制电路设计与家用空调不同，汽车空调制冷、制热转换是靠风道切换来实现，制热模式，转向器转向制热风道，风从装有水箱风道吹出，水箱里水是发动机冷却水，具有热量；当处在制冷状态时，转向器转向制冷风道，压缩机工作，使蒸发器温度减少，风机吹出风通过蒸发器，达到制冷目。汽车车内、外风循环和除霜运营，分别通过两转向器来控制12。每个转向器内部均有小电机，通过内部蜗杆，齿轮等传动机构来驱动与齿轮相配合摆臂，这个摆臂又与外部连杆机构来转动风门。齿轮上装有磁极，它与转向器内部电路板上霍尔元件相配合来决定转向器转动位置，从而拟定风门所转角度。转向器控制电路如图3-6所示。转向器工作电压为+12V，“WAY”和“D”是转向器控制端，“H1”和“H2”是转向器位置反馈信号。单片机“IOB4”通过转向器“D”控制转向器转动；“IOB7”通过转向器“WAY”控制正反转；“IOA15”、“IOA14”分别接受来自转向器“H1”和“H2”霍尔位置反馈信号，单片机依照该反馈信号，控制转向器转动角度。四个光藕起电平转换和隔离作用。Q2、Q3 是驱动转向器转动三极管。图3-6 转向器控制电路Fig.3-6 Steering gear control circuit3.8压缩机控制电路设计压缩机电磁离合器工作电压为12V，由于电磁离合器工作电流很大，普通可达33.5A左右，故驱动芯片选用DC-SSR固体继电器。固体继电器是采用固体元件组装成一种无触点开关器件，是用小电气信号控制大功率交直流负载一种新型电子开关，具备体积小、无火花、无噪音、无污染、无电磁干扰、开关速度快、稳定性好、可靠性高、输入输出完全隔离、抗干扰能力强等突出长处，并具备抗震、防潮、耐腐蚀和防暴能力。该芯片工作电压330V，工作电流0.510A，继电器吸合时间最大1ms，继电器释放时间最小1ms，最小绝缘阻抗1000。在负载两端并接一种续流二极管，减小负载启停时瞬间感应电流冲击。电路设计如图3-7所示：IOB9口产生PWM波来控制压缩机转速，压缩机转速快，空调器制冷（热）量就大，而当压缩机转速较低时，空调器制冷（热）量就小。空调每次开始使用时，普通是让空调以最大功率、最大风量进行制热或制冷，从而迅速接近所设定温度。这样不但节约了大量电能，并且使车室内温度维持了平衡。图3-7 压缩机控制电路Fig.3-7 Compressor control circuit3.9各个风门位置控制电路设计混合风门、内外循环风门以及模式风门通过12V直流步进电机进行控制，微解决器通过步进电机驱动控制器来控制步进电机，从而控制了各个风门开度大小。系统中选用四相八拍步进电机，L298N（用于输入原则TTL逻辑电平、输出电压、电流规定比较高驱动电路，诸如继电器、电磁阀、DC或步进电动机等设备中）作为双桥驱动器件。其最大工作电压为50V，每相最大输出电流为3A；工作温度范畴-40150；使能端ENABLEA和ENABLEB高电平信号有效，芯片工作。每次绕组受到勉励，电动机轴就旋转一圈几分之一。为使其对的旋转，绕组必要按对的顺序受到勉励。若励磁信号正向传送，则步进电机正转，通电相序为A-AB-B-BC-C-CD-D-DA；励磁信号反向传送，则步进电机反转，通电相序为AD-D-DC-C-CB-B-BA-A。由脉冲信号控制电动机，故调节脉冲信号频率便可变化步进电机转速。步进电机驱动电路原理图如图3-8所示：图3-8 步进电机控制电路Fig.3-8 Stepper motor control circuit输入引脚INPUT1INPUT4，分别由单片机IOB11IOB14端口控制，A、B、C、D分别接于OUTPUT1OUTPUT4，其通电时序图如表3-1所示。表3-1 四相八拍步进电机通电相序Tab.3-1 Four of the eight film stepper motor power phase sequenceA B C D 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 13.10 风机转速控制电路设计风机选用直流离心式风机，其全速工作电压为12V。三极管Q1为风机运转驱动管，型号为D1559，直接驱动风机运转，D3为续流二极管，其重要作用是保护功率放大管，防止关断风机时由于电感贮能引起顺变反向电压击穿功率管。C9为滤波电容，ICT1为光耦，起电平转换和隔离作用。设计电路如图3-9所示：图3-9 风机转速控制电路Fig.3-9 Fan speed control circuit风机控制采用PWM脉宽调制，控制系统在一级风力下，输出脉冲占空比为12.5%，在五级风力下输出脉冲占空比为87.5%，别的各级风力下脉冲占空比为此上、下限均匀分布。为此，本系统运用了单片机IOB8口PWM脉宽调制功能，控制风机运转。3.11 键盘电路设计键盘是由若干按键构成开关矩阵，它是微型计算机最惯用输入设备，顾客可以通过键盘向计算机输入指令地址和数据。键盘分为编码键盘和非编码键盘，非编码键盘是由软件来辨认键盘上闭合键，它具备构造简朴、使用灵活等特点，因而被广泛应用于单片机系统。本设计采用非编码键盘进行设计。空调控制器面板上一共有十个功能按键，微解决对各个功能按键进行扫描，依照不同按键输入执行相应操作。控制器按键如图3-10所示。按ON按键来切换控制器软开关状态，当切换到空调软关机状态时，空调器停止运作，按键AC负责手动模式/自动模式切换，调节风速可以通过增风速按键和减风速按键进行调节，风速共分5档。在开机状态下，按下除霜按键便可进入特定除霜模式，除霜模式采用全热除霜，这时风向风门出口吹向玻璃窗方向，前吹按键和下吹按键可以切换风向风门吹风出口方向，同步按下两按键可以使风向风门出风方向转向前吹和下吹同步进行，内外循环按键负责控制内外循环，当空调系统处在内循环状态时，如果是外循环则内循环标志消失，升温按键和降温按键在手动模式下是控制混合风门档位变化，而在自动模式下负责调节设定温度。图3-10 键盘电路Fig.3-10 Keyboard Circuit键盘行线通过电阻接正电源并将行线接到单片机输入口，而将列线接到单片机输出口，这样当按键没有按下时都是高电平。如果列线全输出低电平，一旦有按键按下，该键相应行线和列线被短路，行线就会被拉低。这样如果读入行线状态不是全高，就表达有键按下。要拟定是哪个键闭合，先使列线Y0为低电平，别的列线为高电平，读行线状态。如果不全为高，则被按下键就是为低电平行线和Y0相交键。如果行线全为高，则Y0这一列上没有键闭合，接着使列线Y1为低电平，别的列线为高电平。用同样办法检查Y1，这一列有无键闭合，依次类推。IOA3IOA6接键盘Y0Y3，IOA10IOA13接键盘X0X3。表3-2 键值分布及意义Tab.3-2 Distribution and significance of the keyboard键值 功能 键值 功能 S0 ON(软开关) S6 前吹风 S1 AC(手动/自动) S7 下吹风 S2 升温 S8 除霜 S3 降温 S9 压缩机 S4 增风速 S10 内外循环 S5 减风速3.12 显示电路设计本设计采用四位LED对温度进行显示。MAX7219是一种采用3线串行接口8位共阴极7段LED显示驱动器。该芯片可直接驱动最多8位7段数字LED显示屏或64个发光二极管。它与MCU 连接很简朴,仅用三个引脚与MCU 相应端连接即可实现最高10MHz串行通信。MAX7219内部设有扫描电路，除了更新显示数据时从单片机接受数据外,平时独立工作,极大地节约了MCU 有限运营时间和程序资源。MAX7219容许顾客选取各种译码方式，每个显示位都能独立寻址和刷新而不需要重写其她显示位，软件编辑非常以便。该芯片工作电压4.05.5V，最大功耗1.1W。DIN为串行数据输入端，当CLK 为上升沿时，数据被载入16b内部移位寄存器。CLK为串行时钟输入端，其最大工作频率可达10MHz。LOAD 为片选端，当LOAD 为低电平时，芯片接受来自DIN 数据，接受完毕，LOAD 回到高电平时，接受数据将被锁定。DIG0DIG7为吸取显示屏共阴极电流位驱动线，其最大值可达500mA,关闭状态时,输出+VCC。SEGASEGG，DP 为驱动显示屏7 段及小数点输出电流,普通为40mA左右,可软件调节,关闭状态时,接入GND。DOUT为串行数据输出端,普通直接接入下一片MAX7219DIN 端。显示电路如图3-11所示:图3-11 显示电路Fig.3-11 Show circuit3.13 外扩存储器电路设计SPCE061A中FLASH只有32Kwords,由于系统设计程序较多，要存储大量数据，这样一来，就要考虑对存储器进行外围扩展。本设计采用凌阳公司SPR4096芯片对存储器扩展。SPR4096是一种高性能4M-bit（512K8bit）总线FLASH,分为256个扇区，每个扇区为2K-byte。SPR4096还内置了一种4K8bitSRAM。在进行FLASH变成/擦除时候，可以并发执行SRAM读/写。SPR4096内置了一种总线存储器接口和一种串行接口，它容许单片机通过8bit并行模式或者1-bit串行模式访问FLASH/SRAM存储区。本设计使用串行模式，串行接口工作频率为5MHZ。SPR4096有两个电源输入端VDDI和VDDQ。VDDI是给内部FLASH和控制逻辑供电；VDDQ是专门为I/O供电，如图3-12所示。串行接口模式选中是通过设立CF2CF0来实现。当成分CF2CF0均接高电平时，选中就是串行接口模式。在串行接口模式下，CF7为低电平时选中FLASH，高电平时选中SRAM。设计中，SCLK接IOB0，SDA接IOB1，CF2CF0接高电平，选取串行接口模式；CF7接低电平，选中FLASH.图3-12 SPR4096管脚图 Fig.3-12 SPR4096-pin map3.14硬件抗干扰办法汽车空调使用环境炎热、潮湿，电子打火、电磁辐射、油烟、灰尘等对其产生干扰非常严重，因而抗干扰办法对本系统来说非常重要。因而，在控制器设计时重要采用如下硬件抗干扰办法：（1）采用了光电隔离技术，将数字信号与系统主机完全隔离，切断了干扰信号途径，有效地抑制了尖脉冲及各种噪声干扰。（2）电源设计抗干扰办法：用电解电容滤波；集成电路电源和地之间均加一种去耦合电容；对不使用集成电路端子作上拉和下拉解决，使它处在稳定状态。（3）元件布置抗干扰办法：妥善考虑每一种元件位置和布线，以求尽量地减少传播通道间干扰耦合；设计时，尽量把互有关于元件安排在一起：电感部件，应远离也许引起干扰元件布放；把容易产生电磁干扰大电流元件远离逻辑电路。同步，对每一种感性负载并接续流二极管，减小负载启停时瞬间感应电流冲击。（4）在设计中接地抗干扰办法：尽量使接地电路各自形成回路，减少电路与地线之间电流耦合；合理布置地线使电流局限在尽量小范畴内，并依照接地电流大小设计相应宽度印刷电路和接地方式。4 汽车空调系统软件设计 汽车空调全自动控制可以通过汽车空调控制器软件编写实现。对于本文所设计汽车空调控制器，由于使用功能模块化编程思想，因此全自动控制就是相应一种将输入条件转化为输出控制量功能软件模块，这里称它为自动控制功能软件模块。在实际开发过程中发现，虽然模糊控制具备规则制定简朴且适应性强等长处，增进