基于STC12C5A60S2單片機(jī)的汽車空調(diào)控制系統(tǒng)

徐進(jìn)，鐘芳梅

（1.鎮(zhèn)江船艇學(xué)院裝備系，江蘇 鎮(zhèn)江 212007；2.中新圖銳常州科技有限公司，江蘇 常州 213125）

基于STC12C5A60S2單片機(jī)的汽車空調(diào)控制系統(tǒng)

徐進(jìn)1，鐘芳梅2

（1.鎮(zhèn)江船艇學(xué)院裝備系，江蘇 鎮(zhèn)江 212007；2.中新圖銳常州科技有限公司，江蘇 常州 213125）

主要介紹基于STC12C5A60S2單片機(jī)的汽車空調(diào)控制系統(tǒng)硬件部分和軟件部分的設(shè)計(jì)，對模式功能的轉(zhuǎn)換以及實(shí)現(xiàn)控制進(jìn)行闡述。試驗(yàn)表明，該汽車空調(diào)控制系統(tǒng)能達(dá)到較高的控制精度，實(shí)用性強(qiáng)。

汽車空調(diào)；控制系統(tǒng)；STC12C5A60S2單片機(jī)

隨著汽車行業(yè)的蓬勃發(fā)展，汽車為人們的出行提供了極大的便捷，逐漸成為人們生活不可或缺的一部分。汽車空調(diào)作為衡量汽車舒適性的重要指標(biāo)，其控制系統(tǒng)的開發(fā)對于汽車市場的拓展有著至關(guān)重要的作用。相比于家用空調(diào)，汽車空調(diào)受環(huán)境影響大，同外界的熱交換量大，因此制冷和采暖的能力要求比家用空調(diào)高，使其所需負(fù)荷大。要求環(huán)境溫度在-20～60℃范圍內(nèi)，相對濕度為45%～90%。對耐腐蝕性、耐振動性也有一定要求。

1 系統(tǒng)控制原理

基于STC12C5A60S2單片機(jī)的汽車空調(diào)控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)如下功能：制冷／采暖溫度調(diào)節(jié)、內(nèi)／外循環(huán)風(fēng)模式轉(zhuǎn)換、除霜、風(fēng)力調(diào)節(jié)、風(fēng)向模式變換、自動調(diào)節(jié)。圖1為控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。車內(nèi)溫度傳感器用于溫度采樣，風(fēng)機(jī)可實(shí)現(xiàn)風(fēng)量大小的調(diào)節(jié)，伺服電機(jī)用于實(shí)現(xiàn)模式的轉(zhuǎn)換。電磁閥的控制包括熱水閥、冷／熱風(fēng)門、內(nèi)外循環(huán)風(fēng)門、除霜模式轉(zhuǎn)換門幾個部分。熱水閥的開閉可實(shí)現(xiàn)采暖功能，當(dāng)需要采暖時，打開熱水閥，使熱水流過熱交換器加熱空氣，同時，鼓風(fēng)機(jī)工作，將暖風(fēng)送入車廂內(nèi)。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

汽車空調(diào)控制系統(tǒng)硬件主要包括如下幾個部分：電源電路、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制電路、伺服電機(jī)驅(qū)動電路、液晶顯示屏及按鍵電路、電磁閥控制電路和溫度傳感器數(shù)據(jù)采集等。

2.1 STCI2CSA60S2單片機(jī)簡介

STCI2CSA60S2單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘／機(jī)器周期的單片機(jī)，具有高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的特點(diǎn)，速度比傳統(tǒng)的8051單片機(jī)要快8～12倍。該單片機(jī)工作電壓為5V，有44個通用I／O口，片上集成1280字節(jié)的RAM，共4個16位定時器，3個時鐘輸出口，7路外部中斷I／O口，內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM，8路高速10位A／D轉(zhuǎn)換，主要針對電機(jī)控制、強(qiáng)干擾等場合。

2.2 執(zhí)行器控制

2.2.1 風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制

圖2為風(fēng)機(jī)驅(qū)動電路，這是一個1／4橋MOS管驅(qū)動電路。在接通時，可以將MOS管的Ugs維持在10V以上，使得MOS管的阻值可以降到最低，而損耗比8.5V時降低10%左右，讓電路可以長時間工作在0～100%占空比下而不發(fā)熱。C5的作用主要有兩點(diǎn)：第一，吸收干擾并且降低開通速度，但關(guān)斷速度基本維持不變，這是減小門級高頻震蕩同時也作為同步續(xù)流驅(qū)動的安全措施之一；第二，降低開通速度，降低dv／dt，減少耦合到對管門級上的電壓，可避免極端情況下對管的誤開啟（極端情況指大功率電機(jī)缺相、突然卡死等）。R4用于限流，防止開通速度過快，造成Uds振鈴進(jìn)而Uds超壓擊穿。

利用STC12C5A60S2單片機(jī)的硬件PWM功能，在不占用單片機(jī)軟件資源的情況下，從P1.3輸出不同占空比的PWM波形，通過驅(qū)動電路，控制電機(jī)兩端的平均積分電壓，達(dá)到調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。PWM波頻率為30kHz，超出人耳聽覺范圍，可以起到有效減小噪聲的作用。

2.2.2 伺服電機(jī)轉(zhuǎn)向控制

伺服電機(jī)電路中采用L293芯片。L293采用16引腳DIP封裝，其內(nèi)部集成了雙極型H-橋電路，將2個H-橋電路集成到1片芯片上，可以同時控制2個電機(jī)。L293每個電機(jī)有3個控制信號：EN12、IN1、IN2，其中，EN12為使能信號，IN1、IN2為電機(jī)轉(zhuǎn)動方向控制信號。IN1、IN2可以用來設(shè)置電機(jī)轉(zhuǎn)動方向，在使能信號為1（高電平）的情況下，當(dāng)其輸入信號分別為1（高電平）、0（低電平）時，電機(jī)正轉(zhuǎn)，反之，電機(jī)反轉(zhuǎn)。使能信號可以用于脈寬調(diào)整，將PWM連接至EN12引腳，通過調(diào)整PWM的占空比可以調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

圖3為伺服電機(jī)工作電路圖。1，2EN為使能信號輸入端，對應(yīng)EN12；1A、2A為方向信號輸入端，對應(yīng)IN1、IN2，分別同單片機(jī)兩個I／O口相接；1Y、2Y為信號輸出端。

2.3 溫度數(shù)據(jù)采集

為了進(jìn)行溫度信號的測量及反饋調(diào)節(jié)，該系統(tǒng)中采用型號為DS1820的溫度傳感器。傳感器有3個引腳，分別為GND、DQ、VDD。DQ為單線應(yīng)用的數(shù)據(jù)輸入／輸出引腳，信息經(jīng)過該單線接口送入和送出。讀寫和完成溫度變換所需電源可由數(shù)據(jù)線本身提供，不再需要外部電源。DS1820通過門開通期間內(nèi)低溫度系數(shù)振蕩器經(jīng)歷的適中周期個數(shù)來測量溫度，其中，門開通期由高溫度系數(shù)振蕩器決定。

DQ引腳同單片機(jī)自帶的A／D轉(zhuǎn)換I／O口P1.1連接，為了保證傳感器在其有效變換期內(nèi)有足夠的電流驅(qū)動，在該I／O口上使用MOS管使其上拉至電源。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

汽車空調(diào)控制軟件部分采用C語言開發(fā)，Kei1C51軟件進(jìn)行編譯。

當(dāng)汽車起動時，ECU上電，讀入上次斷電前存入EEPROM的空調(diào)狀態(tài)信息，初始化控制器到上次關(guān)機(jī)前狀態(tài)。顯示面板上的開關(guān)按鍵可以啟動空調(diào)，乘客根據(jù)需要設(shè)定溫度、風(fēng)力、模式等。

3.1 主程序流程圖

圖4為本文控制系統(tǒng)主程序流程。其中，執(zhí)行器控制模塊分別包括風(fēng)機(jī)、伺服電機(jī)、電磁閥、壓縮機(jī)幾個部分的控制。系統(tǒng)為5級風(fēng)量控制，上電后，屏幕初始化，空調(diào)開關(guān)按鍵按下后，風(fēng)機(jī)開始工作，風(fēng)量初始設(shè)定為1級。根據(jù)按鍵設(shè)定信號，執(zhí)行器模塊工作，同時開始數(shù)據(jù)采樣，直到采樣值滿足設(shè)定要求。

3.2 模式控制子程序

系統(tǒng)中出風(fēng)模式以及除霜模式通過控制伺服電機(jī)轉(zhuǎn)過的角度及其轉(zhuǎn)向來實(shí)現(xiàn)。模式控制流程如圖5所示。

由于采樣的設(shè)定為每一個設(shè)定的時間步長進(jìn)行一次采樣，電機(jī)的轉(zhuǎn)動不能很精確地達(dá)到設(shè)定的位置，因此需要設(shè)定一個Δ值，使電機(jī)在±Δ范圍內(nèi)能停轉(zhuǎn)。同時，Δ能夠允許電機(jī)輸出的電壓在一定范圍內(nèi)波動，從而起到抗干擾的作用。

4 應(yīng)用現(xiàn)狀

該系統(tǒng)已形成第一代樣品（圖6），并在浙江麗水地區(qū)某汽車空調(diào)生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行了試驗(yàn)，在模擬小型家用轎車工況下進(jìn)行了試運(yùn)行，工作過程穩(wěn)定，溫度控制準(zhǔn)確，達(dá)到了設(shè)計(jì)的預(yù)期效果。

STC12C5A60S2單片機(jī)在汽車諸多部位得到實(shí)際應(yīng)用，如：車輛報站系統(tǒng)、倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)、自動跟蹤系統(tǒng)、汽車車燈控制系統(tǒng)、電動車充電系統(tǒng)等部位有相關(guān)的實(shí)際應(yīng)用。

下一步將對本控制系統(tǒng)進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)，對空調(diào)控制面板外觀進(jìn)行美化，形成初期產(chǎn)品，并投入生產(chǎn)，預(yù)計(jì)將取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，對該產(chǎn)品的國產(chǎn)化作出了貢獻(xiàn)。隨著汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展，本研究對汽車空調(diào)智能化的推進(jìn)將產(chǎn)生積極影響。

5 小結(jié)

試驗(yàn)表明，基于STC12C5A60S2單片機(jī)的汽車空調(diào)控制系統(tǒng)，當(dāng)供電電壓在9～16V范圍內(nèi)波動時，控制系統(tǒng)的主要電氣性能正常，控制器顯示精度在1℃以內(nèi)，各風(fēng)門的位置度控制在±1.5°，實(shí)現(xiàn)了對車內(nèi)溫度較為穩(wěn)定的控制，能達(dá)到精度控制要求，具有實(shí)際應(yīng)用價值，能為乘客提供一個舒適的乘車環(huán)境。

［1］陳江平，施駿業(yè)，趙宇.國內(nèi)外汽車空調(diào)系統(tǒng)發(fā)展動向［J］.化工學(xué)報，2008，59（S2）：9-13.

［2］閏俊輝，余成波，李彥林.基于CAN總線的汽車空調(diào)自動控制器的研制［J］.計(jì)算機(jī)測量與控制，2010，18（10）：2278-2280.

［3］周翼翔.基于P87C522單片機(jī)的汽車空調(diào)控制系統(tǒng)［J］.制造業(yè)自動化，2009，3（8）：151-153，156.

［4］洪華.基于單片機(jī)控制的汽車空調(diào)控制器系統(tǒng)［J］.家電科技，2005（1）：60-62.

［5］STC12CSA60S2系列單片機(jī)器件手冊［Z］.

（編輯楊景）

Automotive Air Conditioning Control System Based on STC12C5A60S2 Singlechip

XU Jin1，ZHONG Fang-mei2
（1.Zhenjiang Watercraft College，Zhenjiang 212007，China；
2.Zhongxing Turui Technology Co.，Ltd，Changzhou 213125，China）

The hardware and software design of automotive air conditioning control system based on the STC12C5A60S2 singlechip are introduced here. The transformation of mode function and its control are also described. The test shows that this control system can reach high control accuracy and practicality.

automobile air-conditioner；control system；STC12C5A60S2；singlechip

U463.851

A

1003－8639（2014）06－0014－03

2013-07-24；

；2013-08-23

徐進(jìn)（1984-），男，碩士，助教，研究方向?yàn)樾履茉雌嚒?/p>