紅外遙控功能在車載空調(diào)控制器中的應(yīng)用

董亞楠，許欽濤，張克廷，黃正旺

（豫新汽車熱管理科技有限公司，河南 新鄉(xiāng) 453049）

近年來，人們生活理念發(fā)生了巨大的轉(zhuǎn)變，促進(jìn)了公路物流貨車、房車、乘用車等以前發(fā)展緩慢的行業(yè)，現(xiàn)正在高速發(fā)展，其產(chǎn)量以幾何倍數(shù)增長。而現(xiàn)今車輛使用的空調(diào)控制器一般采用輕觸按鍵、電位器、編碼開關(guān)、機(jī)械開關(guān)等傳統(tǒng)的人機(jī)交換方式，來實(shí)現(xiàn)乘員對空調(diào)系統(tǒng)的操作控制。但是傳統(tǒng)的空調(diào)操作方式對于車輛乘員的行駛過程中的安全性和便利性具有較大影響。鑒于此，本文將紅外遙控功能應(yīng)用于車載空調(diào)控制器系統(tǒng)中，解決現(xiàn)有的車載空調(diào)控制器操作方式所存在的安全隱患和操作便利性較差的問題。

1 方案設(shè)計(jì)

1.1 紅外接收模塊的功能

根據(jù)空調(diào)控制系統(tǒng)和空調(diào)控制器使用工況的要求，紅外接收模塊應(yīng)具有以下功能：①具有較強(qiáng)抗干擾性能；②可以使用手機(jī)APP紅外遙控功能和空調(diào)通用控制器進(jìn)行控制；③可以實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)風(fēng)量調(diào)節(jié)，制冷、制熱模式切換，設(shè)定溫度和定時(shí)開、關(guān)機(jī)。

1.2 器件的選擇

1）主控芯片 選擇ATMEL公司生產(chǎn)的ATMEGA32AAU，MCU作為系統(tǒng)控制節(jié)點(diǎn)和操作節(jié)點(diǎn)的中心處理器，其具有以下特點(diǎn)：①ATMEGA32A-AU具有32 KB系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash的高性能，低功耗8位微控制器，2.7～5.5 V寬電壓工作，2 KB字節(jié)EEPROM，2 KB字節(jié)SRAM，32個(gè)通用I／O口線，32×8通用工作寄存器+外設(shè)控制寄存器，16 MHz時(shí)可達(dá)16 MIPS吞吐量，用于邊界掃描的JTAG接口，支持片內(nèi)調(diào)試與編程。②3個(gè)具有比較模式的靈活的定時(shí)器／計(jì)數(shù)器，片內(nèi)／外中斷，1路可編程串行USART。③8路10位具有可選差分輸入級可編程增益的ADC，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器，一個(gè)SPI串行端口。ATMEGA32A-AU微處理器MCU負(fù)責(zé)了整個(gè)空調(diào)控制系統(tǒng)的控制程序的控制和輸入輸出［1］。

2）紅外接收芯片 選擇EVERLIGHT公司生產(chǎn)的IRM-3638T芯片作為紅外接收芯片，其具有以下特點(diǎn)：①接收頻率38～56 kHz，抗干擾能力強(qiáng)；②接收距離：L0°（0度角）=14m，L45°（45度角）=6 m，能抵擋環(huán)境干擾光線；③消耗電流：0.8～1 mA，功耗極低；④光檢測器和前置放大器在同一包裝、PCM頻率內(nèi)置過濾器。

2 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

2.1 硬件部分

本文設(shè)計(jì)的紅外接收電路由IRM-3638T和其必要的外圍電路組成，IRM-3638T內(nèi)部集成了光檢測、運(yùn)算放大和濾波電路，可以簡化硬件電路的設(shè)計(jì)提高其抗干擾能力，其硬件電路如圖1所示。其中R1為MCU輸入端口限流電阻防止損壞MCU，R2為上拉電阻防止沒有紅外信號輸入時(shí)MCU誤動(dòng)作，R3為輸入限流電阻用于保護(hù)IRM-3638T防止其損壞，并與C1、C2組成RC濾波電路提高抗干擾能力，C1、C2為濾波電容提高系統(tǒng)抗干擾能力［2］。

圖1 紅外接收原理圖

2.2 軟件部分

2.2.1 紅外編碼形式

本文選用的紅外遙控器和手機(jī)APP紅外遙控功能是符合NEC標(biāo)準(zhǔn)，載波頻率為38 kHz的紅外光進(jìn)行控制，其是由起始碼+空調(diào)狀態(tài)碼組成。起始碼和空調(diào)狀態(tài)碼的編碼形式如圖2、圖3、圖4所示，其中起始碼由9 ms低電平+4.5 ms高電平組成，空調(diào)狀態(tài)碼1由0.6 ms高電平+0.6 ms低電平組成，空調(diào)狀態(tài)碼0由0.6 ms高電平+1.6 ms低電平組成［3］。

圖3 紅外狀態(tài)碼1編碼形式圖

圖4 紅外狀態(tài)碼0編碼形式圖

2.2.2 紅外編碼狀態(tài)編碼形式

本文根據(jù)常用空調(diào)系統(tǒng)的需求，設(shè)置了制冷、制熱模式，開關(guān)機(jī)，蒸發(fā)風(fēng)速調(diào)節(jié)，設(shè)定溫度設(shè)置，定時(shí)開、關(guān)機(jī)設(shè)置，其編碼順序形式圖如圖5所示。

圖5 紅外狀態(tài)碼編碼順序形式圖

其中各個(gè)編碼的二進(jìn)制形式如下：①模式標(biāo)志：制冷100，制熱001；②開、關(guān)機(jī)：開機(jī)1，關(guān)機(jī)0；③蒸發(fā)風(fēng)速調(diào)節(jié)：低速10，中速01，高速11；④設(shè)定溫度設(shè)置：16℃至30℃0000-1111；⑤定時(shí)開、關(guān)機(jī)設(shè)置：0～24小時(shí)00000000-00110010。

2.2.3 MCU輸入捕捉模式軟件設(shè)計(jì)

本文使用ATMEGA32A-AU單片機(jī)中T1定時(shí)器的ICP1（輸入捕捉）功能來進(jìn)行紅外信號的采集、計(jì)算，MCU的輸入捕捉單元可用來捕獲外部事件，并為其賦予時(shí)間標(biāo)記以說明此時(shí)間的發(fā)生時(shí)刻，時(shí)間標(biāo)記可用來計(jì)算頻率、占空比及信號。其輸入捕捉單元的方框圖如圖6所示。根據(jù)方框圖所示，當(dāng)ICP引腳電平發(fā)生并且這個(gè)電平變化為邊沿檢測器所證實(shí)，輸入捕捉即被激發(fā)：16位的TCNT1數(shù)據(jù)被拷貝到輸入捕捉寄存器 ICR1，同時(shí)輸入捕捉標(biāo)志位ICF1置位。即當(dāng)每一次ICP1輸入信號由高變低時(shí)，TCNT1的計(jì)數(shù)值都會(huì)再次同步復(fù)制到 ICR1中。將兩次連續(xù)的ICR1數(shù)據(jù)記錄下來，那么兩次ICR1的差值乘上已知的計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)脈沖的周期就是輸入信號一個(gè)周期的時(shí)間［4］。

圖6 MCU輸入捕捉方框圖

根據(jù)上述原理本文紅外信號周期的計(jì)算公式為：（ICPV2－ICPV1）×1÷（MCU系統(tǒng)時(shí)鐘÷分頻數(shù)），但是如果ICPV2＜ICPV1，其計(jì)算公式為：（65536－ICPV1+ICPV2）×1÷（MCU系統(tǒng)時(shí)鐘÷分頻數(shù)）。其中ICPV1為上次記錄的計(jì)數(shù)脈沖，ICPV2為本次記錄的計(jì)數(shù)脈沖，分頻數(shù)是用于調(diào)整計(jì)數(shù)周期防止T1定時(shí)器溢出。其T1定時(shí)器初始化C語言程序圖和程序流程圖如圖7、圖8所示。

圖7 T1定時(shí)器輸入捕捉初始化C程序圖［5］

3 功能測試

紅外遙控功能在車載空調(diào)控制器上功能測試，選用的是卡車純電動(dòng)頂置空調(diào)控制器，其控制器局部硬件圖如圖9所示。紅外遙控功能的測試采用手機(jī)APP遙控軟件進(jìn)行測試，軟件如圖10所示。通過實(shí)際測試達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)，使用手機(jī)APP遙控軟件能夠正常控制空調(diào)的各個(gè)功能。

圖8 紅外接收程序流程圖［6］

圖9 控制器局部硬件圖

圖10 手機(jī)APP遙控軟件圖

4 結(jié)語

本文將紅外遙控功能引進(jìn)車載空調(diào)控制器系統(tǒng)中，改變了車載空調(diào)一成不變的控制模式，使得車載空調(diào)的操作更加人性化、便利，同時(shí)也提高了乘員在行駛過程中的安全系數(shù)，對以后的車載空調(diào)控制器的開發(fā)、優(yōu)化具有指導(dǎo)意義。