淺析基于單片機的汽車空調控制系統的設計

嚴光

【摘 要】隨著社會經濟的不斷發展以及各種高新技術的不斷提高，人們的生活變得越來越便利，汽車作為高科技的產物，由于其的便利好用性受到了全世界人們的喜愛。而隨著人們生活水平的不斷提高，人們對汽車的要求也在不斷提高。汽車，除了作為人們的交通工具以外，還要為人們出行提供一個舒適的環境。汽車空調系統作為汽車重要的組成部分，對汽車內部環境的舒適度具有很大的決定性作用，因此它的性能受到人們廣泛關注。在此，本文將對基于單片機的汽車空調控制系統的設計進行淺析。

【關鍵詞】汽車空調；控制系統；單片機；設計

人民生活水平普遍提高，汽車作為主要的交通工具，已經走進了千家萬戶。汽車空調系統可以對汽車內的溫度、濕度、風速以及清潔度進行調節與控制，從而決定車內舒適度。隨著人們對汽車舒適度要求提高，汽車空調控制系統的設計也受到汽車生產廠家的重視。但是我國在汽車空調控制系統設計方面還遠遠落后于發達國家，因此在進行生產時常常需要引進外來技術，但是卻得不到其核心技術，面對這樣的現狀，我國加強對該技術的研究勢在必行。

1 汽車空調技術簡述

1.1 汽車空調技術發展概述

汽車空調技術最早發展于國外，美國在20世紀30年代便開始該技術的研究，經過30多年的發展，使得該技術日益成熟，從僅僅可以進行取暖，到僅僅可以進行制冷，以及后來的冷暖一體化、自動控制甚至現在的微處理器控制，發展地越來越完善。與美國相比，我國汽車空調技術起步甚晚，我國于20世紀60年代才開始汽車空調技術的研究，70年代以后才逐漸應用于汽車中，發展比較緩慢，直到引進國外技術后，我國該技術才迅速發展起來，并產生了一些具有代表性的汽車空調生產廠家。但是，我國在汽車空調技術方面還存在很多不足，遠遠落后許多發達國家，需要相關人員不斷研究改進。總的來說，目前全球汽車空調技術正朝著以下幾個方向發展，即日趨自動化、舒適化、高效化、經濟化以及環保化等。

1.2 汽車空調系統工作原理

汽車空調系統有采暖和制冷的作用，可以使得汽車內保持舒適的溫度，更高級的空調系統還有清潔空氣的作用。汽車空調系統主要是由采暖系統和制冷系統兩大部分組成，下面將分別進行詳細的介紹。整個采暖系統由采暖加熱器、熱水閥、鼓風機等組成。其中，加熱器將熱交換而產生的高溫氣體通過鼓風機送入汽車內，達到提高車內溫度的目的；熱水閥具有加熱升溫通道和高溫制冷劑的作用，可以對汽車內的溫度進行調節；鼓風機則主要起到將熱空氣送進車內的作用。制冷系統是由壓縮機、冷凝器、節流裝置、儲液干燥器、蒸發器及相應的連接管組成，且整個制冷過程由壓縮過程、散熱過程、節流過程和吸熱過程組成。其中，壓縮過程是將制冷氣體壓縮成高壓高溫氣體排出壓縮機；散熱過程是將壓縮成高壓高溫的制冷氣體進行冷凝，形成液體，這個過程是放熱過程；節流過程就是將通過膨脹器的高溫高壓制冷劑的溫度和壓力變小，最終使其以霧狀的形式排出；吸熱過程就是使制冷劑被蒸發器蒸發為氣體，最后進入壓縮機，這個過程是吸熱過程。

2 汽車空調系統控制系統設計

2.1 模糊控制系統

隨著技術的不斷發展，經典的控制理論已經不能滿足控制系統的要求，因此模糊控制系統應運而生。模糊控制系統是以模糊數學為依據，以人們多年的經驗總結為指導而形成的，它具有以下特點：一是，其決定條件具有確定性和定量性；二是，不需要對研究的對象建立準確具體的模型用于研究；三是，該系統的實行依賴于人們的經驗和行為規則；四是，該系統離不開計算機技術的支持。與傳統的控制器相比，模糊控制系統應用的控制器是模糊控制器，除此之外，其輸入接口、執行機、被控對象以及測量裝置都與傳統的控制器相同。其中，模糊控制器是模糊控制系統中最重要的一部分，它的功能有模糊化接口、數據庫、規則庫、推理機和反模糊化等。

2.2 模糊控制器設計

在此以風機轉速的控制為例，對其模糊控制器的設計進行簡單的介紹。風機轉速的模糊控制主要有以下內容：一是，溫度誤差的模糊控制，根據人體對溫度的感知能力，設定適宜的溫度誤差，該誤差范圍作為模糊論域；二是，溫度誤差變化率的模糊化，結合實際經驗取模糊論域來對溫度變化快慢進行調節；三是，風機轉速的模糊化，分為從0到5的六個檔位，則[0，5]為其模糊論域，0為最低的風檔，5為最高的檔；四是，模糊控制規則，即一切設定參數都要根據實際得到的經驗規則來進行。

2.3 系統仿真以及模糊控制算法的實現

系統仿真是指針對既定的設置參數，采用模糊控制系統，使汽車內的溫度、濕度等可以在短時間內達到設定值并保持在一定的范圍內，這種仿真系統對精密度的要求不高。模糊控制算法的實現，則是在單片機的基礎上進行，通常采用的是8位單片機。模糊控制算法是應用模糊推力理論，從輸入的精確量中求出相應的精確控制值，常見的又查表法、關系矩陣法、函數法等。

3 汽車空調系統的硬件及其軟件設計

3.1 硬件設計

汽車空調系統離不開各硬件支持：第一，汽車空調系統硬件系統主要包括數據采集、控制器、執行機構、人機交互四部分；第二，單片機的選擇，采用8片單片機即可，常見的有AVR？單；第三，對電源電路的設計，要保證電壓的穩定性及其供電量；第四，溫度采集器，根據熱敏電阻的性質進行工作；第五，繼電控制電路，主要對一些重要的開關起控制作用；第六，風機轉速控制電路，對風機轉速進行控制，采用脈寬調制的方法進行控制；第七，混合風門開度控制電路，該電路通直流電進行工作；此外，還有顯示電路、鍵盤電路等。

3.2 軟件設計

汽車控制系統的軟件部分主要包括主程序設計、溫度采集子程序、按鍵掃描子程序、風機轉速控制子程序、溫度顯示子程序等組成。其中，主程序為整個控制系統的核心，用于支配其他子程序；溫度采集子程序則是經系統讀出的溫度發送至顯示器；按鍵掃描子程序采用編程掃描方式，確認按鍵是否正確；風機轉速控制子程序通過脈沖信號改變風機兩端電壓值，控制風機轉速；溫度顯示子程序顯示汽車內的設定溫度和實際溫度。

3.3 抗干擾措施

汽車在行駛的過程中，加速、剎車等操作以及一些突發的狀況都會對空調控制系統的原件產生干擾。硬件抗干擾措施有：采用電解電容濾波、原件的位置和電線的布置要合理、相互有關的原件盡可能的布置在一起、布置線路時要避免90度折線，以免線路損壞等。軟件抗干擾措施有冗余技術和設置軟件陷阱等。

3.4 系統測試

在汽車的硬件系統和軟件系統都設計完成之后，還要對系統進行測試。系統測試是十分必要的一部分，通過系統測試發現設計中存在的不足并及時解決存在的問題，提高空調系統的安全性，這一過程需要試驗平臺的支持。

4 結語

隨著人們對汽車舒適度要求的提高，汽車空調系統的性能受到廣泛關注。本文圍繞空調模糊控制系統、模糊控制系統設計、系統仿真以及模糊算法的實現對基于單片機的空調控制系統設計進行了系統的介紹，其次又對空調控制系統的硬件設計以及軟件設計等進行了介紹，以便相關人員參考。此外，通過對國內外汽車空調技術的研究和比較可知，我國汽車空調技術還處于落后狀態，仍需要相關技術人員不斷去研究、去創新。

【參考文獻】

[1]張蕾.汽車空調[M].北京：機械工業出版社，2006，2.

[2]梁榮光.現代汽車空調技術[M].廣州：華南理工大學出版社，2003，9.

[3]湯兵勇，路林吉，王文杰.模糊控制理論與應用[M].北京：清華大學技術出版社，2002，8.

[責任編輯：劉帥]