基于單片機的微型汽車空調控制器設計與開發分析

吳小翠 史靜偉

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，本文將對單片機的微型汽車空調控制器的設計進行分析。

關鍵詞：單片機；微型汽車；空調控制器；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，汽車空調控制器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器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.微型汽車自動空調基于單片機的設計與實現

2.1總體方案

單片機為控制核心的手動控制模式可以自動調節空調控制系統，還能實現自動化模式的控制。手動加自動化模式的實現，使駕駛員在駕駛時更能靈活運用。單片機可以對汽車內溫度參數信號實現運算，模糊推理等，單片機通過指令程序化的功能驅動各個項目執行工作，以實現控制目的。

2.2自動控制器控制原理

利用空調ECU可以對溫度傳感器收集的溫度信號.操作信號.設定參數轉換等，這時會產生一個控制信號對混合閥.風門電機等進行控制，同時液晶顯示屏可以顯示空調系統的運行狀態。空調ECU判斷發動機是否能夠正常工作，若能就氣動空調系統，開啟制冷壓縮機，這是向發動機ECU發送一定數量的請求信號。

3.穩壓電源電路設計

原車載的蓄電池工作電源設置為12V，同時當電源電路正常工作時，電壓的波動會比較大。汽車空調控制器中的電源電壓共有2種，分別是12V和15V。點電源是5V時主要是應用單片機，而且溫度傳感器模塊種的電壓是15V。

3.1鍵盤電路設計

空調控制的面板上的功能主要包括8個，按鍵一共有11個。鍵盤電路設計中選擇鍵盤是非編碼鍵盤，配置鍵盤有12個，預留鍵1個，通過單片機掃描每個按鍵，當按下不同的鍵會執行對應的操作。

3.2LCD顯示及其驅動電路

本文的顯示屏選擇的是汽車空調專用的LCD顯示屏，這個顯示屏中的功能包括了溫度的設定，選擇送風方式，制冷運行方式選擇以及調節風量等功能，將LCD驅動器外接，控制通過單片機實現。

4.汽車空調系統的硬件及其軟件設計

4.1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。

4.2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。

4.3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。

參考文獻：

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[2]鮑磊.基于單片機的微型汽車空調控制器設計與開發[J]電子能技術與軟件工程2016（17）：256-256.