汽車空調制冷自動控制系統中單片機的應用

胡侃倫

[摘要]針對汽車空調系統的制冷自動控制，在簡單介紹汽車空調系統控制與功能任務的基礎上，對單片機在控制系統中的具體應用進行深入分析，為實際的自動控制系統設計提供參考。

[關鍵詞]汽車空調 空調制冷 自動控制系統 單片機

一、汽車空調系統

（一）系統控制

通過對再加熱空氣混合等的利用，能對出風溫度進行調控，經蒸發器傳出的風，其中一部分通過風門進入加熱器進行加熱，然后和冷風混合之后進入到車廂中，以此實現溫度控制目標。基于此，通過對風門實際開度的有效控制，即可對出風溫度予以調控。另外，對熱水閥實際開度進行改變，也能對出風溫度進行調節。

通過進風來源的改變能改善空氣清潔度及溫濕度。對于風道鼓風機，其主要作用在于促進空氣流動，而且能起到制冷與輸送暖風等作用。其快慢程度對對流散熱速度有直接影響，同時對車中空氣流速也有一定控制作用。

（二）功能任務

對于汽車空調系統的制冷控制，其任務在于對車內溫度進行控制，并避免蒸發器結霜，確保其維持在允許的范圍之內，此即為空調系統主要任務?；驹頌椋阂哉舭l器及傳感器信號為依據，對壓縮機、鼓風機、風門、水閥進行控制，實現對車內溫度的有效調節。

針對輸出傳感器，其在溫度控制時主要為溫度傳感器，用于反映出受控對象實際狀態。在實際的設計工作中，一般通過對風門角度及轉速變化的控制來實現溫度控制目標。

二、單片機在控制系統中的具體應用

汽車的空調系統控制裝置核心在將微處理器作為主導的電子線路。

（一）單片機功能

以SPCE061A單片機為例，對其功能作如下介紹：以16位微處理器為內核，設有2K字SRAM及32K字閃存FLASH，能達到控制系統基本要求，無需對程序存儲器進行擴展，支持人機接口的擴展，包括鍵盤與LED，能對車中實際溫度進行準確的動態顯示，使用者可以通過鍵盤輸入工作參數，并選擇適宜的工作模式。

對于外擴存儲器，其主要作用在于對控制表格就用戶輸入的參數進行存儲，借助SIO擴展串行存儲器，結合SPR4096芯片，其SCLK與IOBO連接，SDA和IOB1連接。CF0 CF2與高電平相連，調整至串行接口的工作模式，CF7選擇低電平的FLASH。將熱敏電阻作為溫度傳感器，在車中實際溫度測量中使用。

（二）溫度控制

車中實際溫度控制主要采用模糊方法，由熱敏電阻對車中溫度進行采集，然后和設定溫度進行對比，得出兩者的誤差，再以誤差大小為依據確定控制量。對于風門控制系統，主要由四部分構成，分別為電機、分配器、電路與傳動機構。結合控制量情況，由單片機對電機轉動方向及步數進行計算，采用傳動機構對溫度門實際開口進行控制。采用微處理器進行PWM輸出，利用變頻器對供電頻率進行控制，使其運轉速度發生相應的變化，如果需求風量有所減小，則減慢轉速，進入減速控制狀態，相反，如果需求風量增加，則加快轉速，進入增速控制狀態。

（三）數據采集單元

系統一般都具有對被測溫度進行實時顯示的要求，基于此，熱敏電阻組成的電路，其輸入和輸出必須為線性關系。然而，熱敏電阻本身屬于非線性器件，若在測溫限度中，按照線性標準進行處理，則會產生一定誤差。在傳統由單純硬件組成的溫度控制系統當中，為實現非線性補償，大多會設置補償電路，但這樣除了會使電路更加復雜，其補償效果還不夠理想。這一系統采用單片機，能用專門軟件實現非線性補償，并且過程十分簡單，具有很高的精度，該實現了對電路的合理簡化。

系統溫度實時檢測與變換主要由兩部分組成，分別為LM331和熱敏電阻。其中，對于LM331，其頻率輸出和環境溫度為線性關系，可將輸出頻率表示為：

（1）根據給定參數可以得出：輸出頻率等于265Hz，根據特性表能得出不同溫度的u_in，然后對各溫度輸出頻率進行計算，僅需將溫度改變0.5℃時的頻率存儲在表格中，就能大都系統基本要求，最終通過單片機對被測溫度進行動態顯示。

（四）溫度模糊控制

溫度門的實際開度對車中溫度有直接影響，基于電機控制條件，開口角度能實現微調，這可為恒溫控制目標的實現奠定良好基礎。

對于風機轉速，其控制與溫度控制是否高效有關，如果送風速度較快，則可使車中實際溫度與設定值相近。此外，風機實際轉速還會影響到空調的舒適度。

在實際的設計工作中，因測量變量僅為溫度參數，故可選用單變量二維模糊控制器。將車中的實際溫度和設定溫度之間的偏差及其變化率作為輸入，將風機轉速與溫度門實際轉角對應的總變化量作為輸出。將偏差表示為e，其模糊量化值表示為E，偏差變化率表示為d_e，其模糊量化值表示為E_c，風機輸出對應的模糊值表示為U₁，溫度門輸出的模糊值表示為U₂。其中，e與d_e都選擇[-6，6]的論域；U₁與U₂都選擇共13個論域，根據經驗選擇隸屬函數。

模糊控制主要按以下規則進行：

（1）如果e為負大，且d_e為負大，則U₁為正大，U₂為負大。

（2）如果e為負大，且d_e為負小，則U₁為正中，U₂為負中。

（3）如果e為負小，且d_e為負小，則U₁為正中，U₂為負中。

完成去模糊以后，可得到離線查詢表，采用計算機進行離線計算，將結果存儲于計算機當中。在動態控制時，通過對查詢表的查找，來得到控制量對應的變化值，將其作為被控對象。在送風系統中，風機與溫度門是兩個不同的調節裝置，應實現良好匹配，才可以達到理想控制效果。

三、結束語

綜上所述，上述空調系統僅針對制冷，基于車中實際溫度發生的變化，通過風機轉速與溫度門實際開度的控制來實現。事實上，制冷是一個十分復雜的過程，如果要保證車中溫度維持在設定水平，應有多種傳感器與控制機構來進行。