基于AT89C52的電動車智能溫控手套設計

梁峰　蔣星亦　蔣星亦　史洪瑋

摘要：為解決傳統手的季節適用和操作靈活等問題，設計了一種以單片機為主控、PID算法為核心的電動車智能溫控系統，通過DS18B20傳感器精確地采集實時溫度，由單片機控制模塊處理數據，控制半導體進行制冷加熱，同時配備有便捷的觸摸操作界面，給予用戶舒適體驗。實驗結果表明，預熱速度控制在五分鐘以內。

關鍵詞：52單片機;PID算法;溫度傳感器

中圖分類號：TP338 ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）14-0153-03

Abstract： In order to solve the problem of seasonal application and flexible operation of traditional hand， an intelligent temperature control system for electric vehicles with MCU as the main control and PID algorithm as the core is designed. The real-time temperature is accurately collected by DS18B20 sensor， and the data is processed by the MCU control module. The semiconductor is controlled for cooling and heating， and is equipped with a convenient touch operation interface to give the user a comfortable experience. Experimental results show that the preheating speed is controlled within five minutes.

1 背景

隨著社會的發展，電動車已經成為人們短程出行的主要工具。盡管目前市場上針對電動車的手套大部分是布制手套，還有電熱手套，材料和樣式層出不窮，卻存在著冬天保暖效果不好，夏天手出汗無降溫功能，還有佩戴安全性問題等，功能比較單一，缺少人性化設計。

本產品設計采用了以AT89系列52單片機為主體、以keil4為開發環境[1]的智能溫控系統，通過DS18B20采集實時的溫度，構成一個能進行較復雜的數據處理和復雜控制功能的智能控制器。使其既可與微機配合構成兩級控制系統，又可作為一個獨立的單片機控制系統，單片機根據輸入的各種命令，進行智能算法得到控制值，輸出脈沖觸發信號，通過過零觸發電路驅動雙向可控硅，對采集到的溫度數據進行處理，輸出PWM脈沖調制信號控制繼電器，實現對半導體調節器和散熱風扇的控制，從車把傳出冷熱風，從而給予用戶所需的舒適體驗。

2 系統總體設計

本產品包括總控制系統、顯示屏和溫度控制模塊，車頭位置下部為中空通道，與設有通風口的把手相連且與總控制系統連接，由設在顯示屏下方的繼電器控制，溫控模塊包括制熱模塊和制冷模塊，風扇與顯示屏之間有冷熱風傳送通道且與總控制系統連接，有溫度傳感器，顯示屏與總控制系統連接;利用pid算法[2]確定溫度傳感器的位置并與總控制系統相連實現設置溫度功能。利用顯示屏顯示實時溫度，讓用戶看到。利用溫度傳感器采集溫度，并且將溫度數據發送給總控制系統，通過這些溫度數據來與用戶設定溫度數據進行對比后調整溫度。利用制冷片制冷模塊和制熱模塊實現加熱或降溫，調整溫度。利用中空通道，設有把手的通風口，以及小風扇，實現冷熱風的及時傳送。通過繼電器控制半導體調節器和散熱風扇進行制冷制熱調節，從而實現最佳的恒溫效果。

3 系統的硬件

3.1 單片機

控制模塊負責本裝置的信息處理以各模塊的協調。控制器設置好溫度后，高于檢測溫度向手套內吹冷風，低于檢測溫度向手套內吹熱風，實現快速降溫和升溫， 控制模塊利用觸摸屏模塊可以實現用戶設置溫度和顯示手套實時溫度的功能。

本系統采用SST系列單片機[3]是一款高性能的AT89C52[4]的單片機，屬于8位FLASHFLEX52[5]系列單片機。FLASHFLEX52 是在高級FLASH CMOS[6]半導體工藝下設計和生產出的單片機產品之一。器件都有相同的功能強大的指令系統，并且和8xC5x器件兼容。

3.2 繼電器

繼電器作為半導體模塊的開關，主要結構如圖3所示：

這里需要說明的是，本產品采用雙繼電器形式，DC+接電源正極（電壓按繼電器要求，有5V.9V.12V和24V選擇），DC-接電源負極，IN可以高或低電平控制繼電器吸合繼電器輸出端，NO為繼電器常開接口，繼電器吸合前懸空，吸合后與COM短接，COM為繼電器公用接口，NC是繼電器常閉接口，繼電器吸合前與COM短接，吸合后懸空;高低電平觸發選擇端有跳線與L .OW短接時為低電平觸發及跳線與high短接時為高電平觸發。

3.3 溫度傳感器

型號：30205 MAX30205MTA[7]

功能： 可以實現高精度低電壓操作，0.1° C精度（37°c至39° C），16位（0.00390625°C）溫度分辨率2.7V至3.3V電源電壓范圍

4 軟件設計

4.1 PID算法

PID控制[8]由于結構簡單、易于實現及魯棒性好，被廣泛應用于工業生產控制中。針對模糊PID控制，我們研究了其算法實現，著重分析了控制過程，建立了合理的模糊PID控制規則。并對PID控制和模糊PID控制進行了仿真對比，得出了模糊PID控制具有更好控制效果的結論。其次，為了提高模糊PID控制的自適應能力，在模糊PID控制基礎上，引入了變論域思想，構成變論域模糊PID控制器。我們進一步研究了基于函數模型和模糊規則的論域變化機制，使模糊PID控制的論域可以隨著輸入量而動態改變。通過仿真對比，我們發現變論域模糊PID控制保持了良好的動態和靜態性能。介于協調控制系統是一個非線性、多變量的復雜系統，研究的變論域模糊PID控制算法[10]應用到了其中。實驗證明，pid控制算法能夠獲得較為滿意的控制效果和控制品質。

4.2 軟件設計

整個軟件分為系統控制模塊和用戶控制模塊，采用pid設計[9]，軟件設計如圖5所示。

5 主體設計

本產品利用cad將主體設計為流線體造型，增強了產品的實用性和美觀性，減小車輛阻力，運用pid算法按照預定方案統一步調，保證整個工程可以在預定的范圍內順利進行，預定設計如圖6所示：

在極端的天氣，溫度對裝置有影響。經研究本產品采用復合結構構成，降低使用成本的同時還能減輕手套的重量，滿足人的手指對便捷性和靈活性的需求。相較于傳統的加熱元件的電熱絲由碳纖維構成，本產品強度增強，壽命增長，區別于市場上常見的功能性手套，不用加入水袋、防水膠條等，也不需要對金屬絲通電通過加熱水來傳遞熱量，排除隱藏的危險性。

6 結束語

本電動車智能溫度手套內設溫度傳感器，總控制系統、觸摸屏和溫度控制模塊，通過智能系統實現顯示實時溫度，設置手套溫度，可同時實現手套的升溫和降溫，從而解決現有電動車手套冬天保暖效果不好，夏天手出汗又被曬的問題。利用溫度傳感器獲取當前溫度數據，實現溫度的采集與實時監測。經實際驗證，本系統設計具有較強的通用性，運行穩定，且穩態誤差在±1℃內的控制要求，對干擾有很強的抑制能力。

參考文獻：

[1] Michael J. Pont. 時間觸發嵌入式系統設計模式[M]. 北京： 中國電力出版社， 2004.

[2] Prata S. C Primer Plus[M]. 5版. 北京： 人民郵電出版社， 2014.

[3] 姚文詳. ARM CORTEX-M3權威指南[M]. 北京： 北京航空航天大學出版社， 2009.

[4] 彭剛， 秦志強. 基于ARM Cortex-M3的STM32系列嵌入式微控制器應用實踐[M]. 北京：電子工業出版社， 2011.

[5] 范書瑞， 李琦， 趙燕飛. Cortex-M3嵌入式處理器原理與應用[M]. 北京： 電子工業出版社， 2011.

[6] 盧有亮. 基于STM32的嵌入式系統原理與設計[M]. 北京： 機械工業出版社， 2014.

[7] 劉同法， 陳忠平， 彭繼衛. 單片機外圍接口電路與工程實踐[M]. 北京： 北京航空航天大學出版社， 2008.

[8] 王永虹， 徐煒， 郝麗萍. STM32系列ARM Cortex-M3微控制器原理與實踐[M]. 北京：北京航空航天大學出版社， 2008.

[9] 史洪瑋， 張花花， 黃駿， 等. 基于LabVIEW的農藥檢測人員考試系統的設計[D].西安： 陜西省電子技術研究所， 2019.

[10] 史洪瑋， 王紫婷， 寧平， 等. 基FPGA+DSP的多通道數據采集系統設計[D]. 蘭州： 蘭州交通大學電工電子實驗中心， 2010.

【通聯編輯：謝媛媛】