全自動(dòng)太陽能汽車通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：全自動(dòng)太陽能汽車通風(fēng)系統(tǒng)由設(shè)置在汽車頂部的太陽能電池組和太陽能控制器、汽車蓄電池、溫度傳感器以及汽車空調(diào)風(fēng)機(jī)等組成。本系統(tǒng)在關(guān)上汽車引擎后，可以利用太陽能電池對(duì)汽車蓄電池進(jìn)行充電。當(dāng)溫度傳感器監(jiān)測到溫度到達(dá)設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)開啟開關(guān)驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)，通過車內(nèi)外通風(fēng)換氣從而達(dá)到降溫的目的。

關(guān)鍵詞：太陽能電池 溫度傳感器 太陽能控制器 汽車通風(fēng)

0 引言

夏天在陽光暴曬、環(huán)境溫度30°C以上的條件下，車輛熄火后每隔15分鐘室內(nèi)空氣溫度大約上升10°C，持續(xù)兩個(gè)小時(shí)暴曬基本達(dá)到峰值60-68°C左右，儀表盤控臺(tái)表面溫度大約85°C甚至更高，座椅表面溫度大約75°C。此時(shí)啟動(dòng)車輛打開空調(diào)約15-20分鐘后，車內(nèi)溫度降至30°C，這個(gè)過程耗油大概0.4L。而汽車內(nèi)飾也有很多塑料制品，經(jīng)過長時(shí)間暴曬會(huì)產(chǎn)生甲醛、苯等污染物，對(duì)人體健康產(chǎn)生不良影響。全自動(dòng)太陽能汽車通風(fēng)系統(tǒng)充分利用太陽能這一新型的優(yōu)質(zhì)能源，可以在關(guān)閉引擎的情況下利用設(shè)置在汽車頂部的太陽能電池板提供電能，在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)自動(dòng)開啟或自動(dòng)關(guān)閉車載風(fēng)扇，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制車內(nèi)溫度。在實(shí)現(xiàn)轎車內(nèi)的溫度智能化控制的同時(shí)，具備質(zhì)量輕、安全性能好、無環(huán)境污染等特點(diǎn)，對(duì)于用車族在炎熱的夏天用車具有非常大的意義。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

太陽能電池是利用光電轉(zhuǎn)換原理使太陽輻射的光通過半導(dǎo)體物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿钠骷１驹O(shè)計(jì)利用半柔性的單晶硅將照射在它上面的太陽光能轉(zhuǎn)換為電能，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，經(jīng)過控制系統(tǒng)來驅(qū)動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)，將車廂外的冷空氣導(dǎo)入車內(nèi)，達(dá)到降溫的目的。

①半柔性單晶硅太陽能電池：是由EVA+PET+單晶電池片制作成的，轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到19.8%。由于太陽能電池具有一定的柔性，可以用耐高溫強(qiáng)粘力雙面泡棉膠粘貼在其背面，然后再完全貼附于汽車頂部。利用汽車改裝專用線經(jīng)過車門、天窗、行李倉等處的縫隙將太陽能電池發(fā)出來的電引入車內(nèi)，從而驅(qū)動(dòng)負(fù)載或者在蓄電池中儲(chǔ)存起來。②MCU主控制器：利用80c196KB型單片機(jī)構(gòu)成，控制整個(gè)太陽能發(fā)電系統(tǒng)工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)防短路、防過載、防反接、充滿或過放自動(dòng)關(guān)斷等保護(hù)功能。MCU主控制器經(jīng)開關(guān)電源連接蓄電池，將12V電壓轉(zhuǎn)換為3.3V直流電滿足MCU主控制器的電源供應(yīng)。③蓄電池：將汽車蓄電池與太陽能電池變換電路連接，同時(shí)MCU主控制器輸入端相連接，還與汽車ACC相連接。當(dāng)汽車行駛時(shí)斷開太陽能充電系統(tǒng)。當(dāng)溫度低于設(shè)定值且汽車處于熄火狀態(tài)時(shí)經(jīng)控制單元可對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，從而保證蓄電池的電能充足，同時(shí)延長蓄電池的使用壽命。④溫度傳感器：采用LM75A集成溫度傳感器來進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，檢測系統(tǒng)溫度并將其轉(zhuǎn)化為信號(hào)傳給主控制器，在設(shè)定的條件下自動(dòng)開啟或者關(guān)閉通風(fēng)系統(tǒng)，保證系統(tǒng)車內(nèi)環(huán)境處于最佳狀態(tài)。⑤電機(jī)調(diào)速器：由于電量供應(yīng)不足并仍需要消耗汽車12V電池電量，要控制風(fēng)扇耗電量，使其不能達(dá)到滿負(fù)荷工作，然后又加了直流電機(jī)調(diào)速器，設(shè)定了8A電流，太陽能電池在烈日下供電20V、2A功率30W，但有負(fù)載時(shí)電壓降至13V，功率不變電流自然相應(yīng)增加，電機(jī)的8A電流由太陽能供電一部分，汽車電池供電一部分，駐車時(shí)用電，但是行車及溫度達(dá)不到35°C時(shí)充電，太陽能控制器會(huì)保護(hù)12V啟動(dòng)電池過沖過放及欠壓，電壓低于10.8V就停止放電，電壓達(dá)到11.8V時(shí)又開啟，也不會(huì)導(dǎo)致動(dòng)力電池饋電時(shí)趴窩。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的核心處理單元。主要作用為溫度采集、鍵盤顯示、報(bào)警顯示和執(zhí)行輸出四部分。各部分電路以AT89C51單片機(jī)為核心，并分由單片機(jī)輸入/出端口將溫鍵盤掃描信號(hào)采集到單片機(jī)，在經(jīng)過單片機(jī)的運(yùn)算處理后，由輸入輸出端口輸出到報(bào)警顯示和執(zhí)行端口進(jìn)行溫度的自動(dòng)控制和監(jiān)測。LM75A是一款內(nèi)置帶隙溫度傳感器和∑-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的溫度數(shù)字轉(zhuǎn)換器，可在-55℃～+125℃范圍內(nèi)直接將溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。溫度傳感器檢測系統(tǒng)溫度并將其轉(zhuǎn)化為信號(hào)，并將信號(hào)送入到單片機(jī)中，在設(shè)定的溫度條件下控制系統(tǒng)開啟和關(guān)閉，使整個(gè)系統(tǒng)處于最優(yōu)狀態(tài)。

汽車駐車斷電后，太陽能充電系統(tǒng)繼續(xù)對(duì)汽車蓄電池進(jìn)行充電。單片機(jī)判斷汽車電池電壓是否高于10.8V，如果電池電量低于10.8V，即汽車電池電量低于設(shè)定的儲(chǔ)電量，則控制系統(tǒng)不開啟電機(jī)，并及時(shí)進(jìn)行欠電報(bào)警，防止電池過放導(dǎo)致電池欠電趴窩。待太陽能電池或者汽車行駛對(duì)汽車電池充電達(dá)到電池電壓高于10.8V時(shí)，再判斷溫度是否處于設(shè)定溫度上下限值。若處于溫度設(shè)定范圍，則進(jìn)入設(shè)定程序開啟風(fēng)扇。否則，進(jìn)入充電模式對(duì)汽車電池充電。

本設(shè)計(jì)的主程序包括初始化模塊，溫度檢測模塊，溫度參數(shù)顯示模塊，報(bào)警顯示模塊和執(zhí)行模塊。其中初始化模塊負(fù)責(zé)調(diào)用初始化系統(tǒng)子程序，以初始化相關(guān)的IO端和定時(shí)計(jì)數(shù)器；溫度檢測模塊負(fù)責(zé)調(diào)用溫度檢測程序。電池電量充足時(shí)溫度傳感器LM75A開始啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換，等待轉(zhuǎn)換完成后，讀取二進(jìn)制代碼和送入主控制系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的溫度值；顯示模塊主要負(fù)責(zé)調(diào)用鍵盤顯示驅(qū)動(dòng)芯片的顯示參數(shù)子程序，顯示驅(qū)動(dòng)程序可從初始化開始啟動(dòng)，并進(jìn)入顯示程序，同時(shí)發(fā)送溫度值；執(zhí)行模塊負(fù)責(zé)調(diào)用報(bào)警顯示和執(zhí)行子程序，執(zhí)行程序和報(bào)警顯示程序從判斷是否超限開始，只要電池電量參數(shù)超過了限值，系統(tǒng)便報(bào)警顯示程序。

3 結(jié)束語

太陽能的利用經(jīng)過幾十年的發(fā)展，得到越來越廣泛的應(yīng)用，汽車太陽能應(yīng)用技術(shù)也開始邁入實(shí)用化階段。本文介紹的太陽能自動(dòng)通風(fēng)控制系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，采用溫度傳感器控制系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行，因此，該通風(fēng)系統(tǒng)的性價(jià)比較高，使用簡單且工作穩(wěn)定可靠。此控制系統(tǒng)不僅可以應(yīng)用在汽車通風(fēng)系統(tǒng)上，也可以應(yīng)用在動(dòng)物養(yǎng)殖、溫室大棚、糧食儲(chǔ)藏以及其他溫度控制方面，所以具有一定的推廣價(jià)值。

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作者簡介：張麗燕（1979-），女，山東威海人，威海職業(yè)學(xué)院講師，碩士，主要從事新能源電子技術(shù)應(yīng)用、表面貼裝生產(chǎn)的研究開發(fā)與教學(xué)工作。