基于單片機(jī)的汽車空調(diào)智能溫控系統(tǒng)

陳運(yùn)強(qiáng)（廣東省機(jī)械高級(jí)技工學(xué)校，510450）

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基于單片機(jī)的汽車空調(diào)智能溫控系統(tǒng)

陳運(yùn)強(qiáng)
（廣東省機(jī)械高級(jí)技工學(xué)校，510450）

摘要：現(xiàn)代汽車工業(yè)發(fā)展迅速，人們對(duì)汽車的性能要求越來越高，但是汽車的價(jià)格卻越來越低。特別是在汽車空調(diào)方面，要求自動(dòng)、恒溫、智能化，還要求制造成本盡量低廉。本文設(shè)計(jì)出一種基于單片機(jī)的汽車空調(diào)智能溫控系統(tǒng)：該系統(tǒng)由單片機(jī)作為主控單元，控制溫度傳感器對(duì)汽車進(jìn)行溫度采集，將采集到的溫度樣本傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析后再發(fā)出增大減小汽車空調(diào)制冷制熱量的指令。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；汽車空調(diào)；溫度傳感器；智能化；指令

據(jù)報(bào)導(dǎo)，目前中國已經(jīng)進(jìn)入了汽車時(shí)代，每十個(gè)家庭就有三個(gè)家庭擁有汽車。而這些經(jīng)濟(jì)型汽車最主要的特點(diǎn)之一就是制造成本低，價(jià)格實(shí)惠。與此同時(shí)，人們對(duì)汽車舒適性的要求卻越來越高，而汽車空調(diào)的性能好壞在一定程度上影響了汽車的舒適性，其制造成本的高低影響著汽車的制造成本。

為了提高汽車的舒適性，降低汽車的生產(chǎn)成本，本文設(shè)計(jì)出一種基于單片機(jī)的汽車空調(diào)智能溫控系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過溫度傳感器采集汽車車廂內(nèi)溫度數(shù)據(jù)，溫度傳感器通過總線與單片機(jī)通信，單片機(jī)根據(jù)溫度傳感器傳輸?shù)臏囟葦?shù)據(jù)對(duì)整個(gè)車廂的溫度經(jīng)進(jìn)智能控制。該設(shè)計(jì)線路簡(jiǎn)單，成本低，便于總線擴(kuò)展和維護(hù)，具有很好的應(yīng)用價(jià)值。

1 系統(tǒng)硬件分析

系統(tǒng)采用單片機(jī)STC89C52和溫度傳感器DS18B20為核心，兩者采用單總線方式連接。目前常用的單片機(jī)與外設(shè)之間經(jīng)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇锌偩€主要有I2C，SPI和SCI總線。其中I2C總線以同步串行二線方式經(jīng)行通信（一條時(shí)鐘線，一條數(shù)據(jù)線）， SPI總線則以同步串行三線方式進(jìn)行通信（一條時(shí)鐘線，一條數(shù)據(jù)輸入線，一條數(shù)據(jù)輸出線），而SCR總線是以異步方式進(jìn)行通信（一條數(shù)據(jù)輸入線，一條數(shù)據(jù)輸出線）。這些總線至少需要兩條或兩條以上的信號(hào)線，而DS18B20使用的單總線技術(shù)與上述總線不同，它采用單條信號(hào)線，既可以傳輸時(shí)鐘，又可傳輸數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的，因而這種總線技術(shù)具有線路簡(jiǎn)單，硬件開銷少，成本低廉，便于總線拓展和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。單總線適用于單主機(jī)系統(tǒng)，能夠控制一個(gè)或多個(gè)從機(jī)設(shè)備。

主機(jī)可以是微控制器，從機(jī)可以是單總線器件，他們之間的數(shù)據(jù)交換只通過一條信號(hào)線。當(dāng)只有一個(gè)從機(jī)設(shè)備時(shí)，系統(tǒng)可按單節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)操作；當(dāng)有多個(gè)從機(jī)設(shè)備時(shí)，系統(tǒng)則按多節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)操作。設(shè)備（主機(jī)或從機(jī)）通過一個(gè)漏極開路或三態(tài)端口連接至該數(shù)據(jù)線，以允許設(shè)備在不發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)能夠釋放總線，而讓其他設(shè)備使用總線。單總線通常要求外接一個(gè)約為5kΩ的上拉電阻。單片機(jī)和DS18B20的連接非常簡(jiǎn)單，單片機(jī)只需要一個(gè)IO口就可以控制DS18B20。這個(gè)圖的接法是單片機(jī)與一個(gè)DS18B20通信，如果要控制多個(gè)DS18B20進(jìn)行溫度采集，只要將所有DS18B20的IO口全部連接到一起。在具體操作時(shí)，通過讀取每個(gè)DS18B20內(nèi)部芯片的序列號(hào)來識(shí)別。

2 工作原理分析

單片機(jī)通過程序處理和溫度傳感器進(jìn)行通訊，從而讀取其中的溫度，當(dāng)溫度超出所要求的溫度范圍后，通過程序處理實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)溫控電路的控制，當(dāng)溫度達(dá)到要求的范圍之后停止溫控電路的工作，從而實(shí)現(xiàn)恒溫控制。

控制DS18B20的指令：

①33H—讀ROM。讀DS18B20溫度傳感器ROM中的編碼（即64位地址）。

②55H—匹配ROM。發(fā)出此命令之后，接著發(fā)出64位ROM編碼，訪問單總線上與該編碼相對(duì)應(yīng)的DS18B20并使之做出響應(yīng)，為下一步對(duì)該DS18B20的讀寫做準(zhǔn)備。

③FOH—搜索ROM。用于確定掛接在同一總線上DS18B20的個(gè)數(shù)，識(shí)別64位ROM地址，為操作各器件做好準(zhǔn)備。

④CCH—跳過ROM。忽略64位ROM地址，直接向18B20發(fā)溫度變換命令，適用于一個(gè)從機(jī)工作。

⑤ECH—告警搜索指令。執(zhí)行后只有溫度超過設(shè)定值上限或下限的芯片才做出響應(yīng)。

當(dāng)主機(jī)需要對(duì)眾多在線DS18B20中的某一個(gè)進(jìn)行操作時(shí)，首先應(yīng)將主機(jī)逐個(gè)與DS18B20掛接，讀出其序列號(hào)；然后再將所有的DS18B20掛接到總線上，單片機(jī)發(fā)出匹配ROM命令（55H），緊接著主機(jī)提供的64位序列（包括該DS18B20的48位序列號(hào)）之后的操作就是針對(duì)該DS18B20的。

如果主機(jī)只對(duì)一個(gè)DS18B20經(jīng)行操作，就不需要讀取ROM編碼以及匹配ROM編碼了，只要用跳過ROM（CCH）命令，就可經(jīng)行如下溫度轉(zhuǎn)換和讀取操作。

①44H—溫度轉(zhuǎn)換。啟動(dòng)DS18B20經(jīng)行溫度轉(zhuǎn)換，12位轉(zhuǎn)換時(shí)最長為750ms。結(jié)果存入內(nèi)部字節(jié)的RAM中。

②BEH—讀暫存器。讀內(nèi)部RAM中9字節(jié)的溫度數(shù)據(jù)。

③4EH—寫暫存器。發(fā)出向內(nèi)部RAM的第2、3字節(jié)寫上、下限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟該命令之后，是傳送兩字節(jié)的數(shù)據(jù)。

④48H—復(fù)制暫存器。將RAM中第2、3字節(jié)的內(nèi)容復(fù)制到E2PROM中。

⑤B8H—重調(diào)E2PROM。將E2PROM中內(nèi)容恢復(fù)到RAM中的第3、4字節(jié)。

⑥B4H—讀供電方式。讀DS18B20的供電模式。寄生供電時(shí)，DS18B20發(fā)送0；外界電源供電時(shí)，DS18B20發(fā)送1。

DS18B20在出廠時(shí)默認(rèn)配置為12位，其中最高位為符號(hào)位，即溫度值共11位，單片機(jī)在讀取數(shù)據(jù)時(shí)，一次會(huì)讀2字節(jié)共16位，讀完后將低11位的二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制數(shù)后再乘以0.0625便為所測(cè)的實(shí)際溫度值。另外，還需要判斷溫度的正負(fù)。前5個(gè)數(shù)字為符號(hào)位，這5位同時(shí)變化，我們只需要判斷11位。前5位為1時(shí)，讀取的溫度為負(fù)值，且測(cè)到的數(shù)值需要取反加1再乘以0.0625才可得到實(shí)際溫度值。前5位為0時(shí)，讀取的溫度為正值，且溫度為正值時(shí)，將測(cè)得的數(shù)值乘以0.0625即可得到實(shí)際溫度值。

3 工作時(shí)序圖分析

圖1為時(shí)序圖中各總線狀態(tài)

圖1 時(shí)序圖中各總線狀態(tài)

（1）初始化（時(shí)序圖見圖2）

圖2 初始化時(shí)序圖

①先將數(shù)據(jù)線置高電平1。

②延時(shí)（盡可能短一些）。

③數(shù)據(jù)線拉到低電平0。

④延時(shí)750μs

⑤數(shù)據(jù)線拉到高電平1。

⑥延時(shí)等待。如果初始化成功則在15~60ms內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)由DS18B20返回的低電平0，據(jù)該狀態(tài)可以確定它的存在。

⑦若CPU讀到數(shù)據(jù)線上的低電平0后，還要經(jīng)行延時(shí)，其延時(shí)的時(shí)間從發(fā)出高電平算起（第5步的時(shí)間算起）最少要480μs。

⑧將數(shù)據(jù)線再次拉到高電平1后結(jié)束。

（2）DS18B20寫數(shù)據(jù)（時(shí)序圖見圖3）

圖3 寫數(shù)據(jù)時(shí)序圖

①數(shù)據(jù)線先置于低電平0.

②延時(shí)確定的時(shí)間為15μs。

③按從低位到高位的順序發(fā)送數(shù)據(jù)（一次只發(fā)送一位）。

④延時(shí)時(shí)間為45μs。

⑤將數(shù)據(jù)線拉到高電平1。

⑥重復(fù)1~5步驟，直到發(fā)送完整個(gè)字節(jié)。

⑦最后將數(shù)據(jù)線拉高到1。

（3）DS18B20讀數(shù)據(jù)

①將數(shù)據(jù)線拉高到1。

②延時(shí)2μs。

③將數(shù)據(jù)線拉高到1。

④延時(shí)6μs。

⑤將數(shù)據(jù)線拉高到1。

⑥延時(shí)4μs。

⑦讀數(shù)據(jù)線的狀態(tài)得到一個(gè)狀態(tài)位，并經(jīng)行數(shù)據(jù)處理。⑧延時(shí)30μs。

⑨重復(fù)1~7步驟，直到讀取完一個(gè)字節(jié)。

4 總結(jié)

隨著電子技術(shù)，特別是隨著大規(guī)模集成電路的產(chǎn)生而出現(xiàn)的微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，人類的生活發(fā)生了根本性的改變。現(xiàn)代汽車普及率越來越高，人們對(duì)汽車的品質(zhì)、性能、舒適性等方面要求也是越來越高。與此同時(shí)，汽車價(jià)格卻越來越低。而單片機(jī)的出現(xiàn)則是給現(xiàn)代汽車電控領(lǐng)域的發(fā)展帶來了一次新的技術(shù)革命。單片機(jī)以其體積小、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)、對(duì)環(huán)境要求不高、高可靠性、高性價(jià)比、開發(fā)較為容易的優(yōu)勢(shì)在汽車電控領(lǐng)域方面得到了很廣泛的應(yīng)用。本系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)試試驗(yàn)證明，其各項(xiàng)功能完成良好，恒溫效果明顯，硬件性能穩(wěn)定可靠，壽命長，而且配件便宜，安裝布線少，維護(hù)方便，成本低。而這些優(yōu)點(diǎn)正好與現(xiàn)代汽車的發(fā)展方向不謀而合，所以該系統(tǒng)在中、低端汽車的應(yīng)用上具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

［1］王振紅，張常年。綜合電子設(shè)計(jì)與實(shí)踐［D］.清華大學(xué)出版社，2005..

［2］求是科技.單片機(jī)典型模塊設(shè)計(jì)實(shí)例導(dǎo)航.北京：人民郵電出版社，2004.

Automotive air conditioning intelligent temperature control system based on MCU

Chen Yunqiang
（Guangdong Machinery Technician College，510450）

Abstract：The rapid development of modern automobile industry，the performance requirements for motor vehicles is more and more high，but the price of the car is more and more low.Especially in the automotive air conditioning，automatic constant temperature，and intelligent，also requires the manufacturing cost as lower as possible.In this paper，the design of the a single-chip automotive air conditioning intelligent temperature control system based on：the system by single chip microcomputer as main control unit，control temperature sensors to collect the temperature of automobile，the collected sample temperature transmission to the microcontroller， microcontroller data analysis to send increase educed instruction of automotive air conditioningof heat.

Keywords：single chip microcomputer；automobile air conditioning；temperature sensor；intelligent；instruction