衣你所行—太陽(yáng)能多功能智能充電車衣

段宗和，施旸，何靜杰，劉鑫，趙玉榮，鐘玲玲，姚玲

（安徽新華學(xué)院，安徽合肥，230088）

0 引言

新能源汽車發(fā)展迅猛，但電池續(xù)航問(wèn)題卻愈加突出，就拿冬季來(lái)說(shuō)，冬季的極寒天氣對(duì)于電池的續(xù)航里程的衰減還是比較大的，而續(xù)航作為衡量新能源汽車性能指標(biāo)之一。除此之外我國(guó)汽車使用量成指數(shù)上升的趨勢(shì)，室內(nèi)停車場(chǎng)的匱乏，導(dǎo)致很多車主被迫將車停放在室外。室外停車帶來(lái)了諸多問(wèn)題，如灰塵會(huì)弄臟汽車，夏季汽車在高溫下暴曬，影響駕駛員操作的舒適性，冬季掉落到汽車上的雨雪冰雹也會(huì)損壞汽車，同時(shí)室外停車也極易被其他車刮傷，因此設(shè)計(jì)新型汽車車衣意義重大。

1 系統(tǒng)工作原理

■1.1 功能要求

(1)自帶蓄電池充電功能，太陽(yáng)能板時(shí)刻吸收太陽(yáng)光能，依靠自然能源為新能源汽車與裝置提供電能，解決新能源汽車供電不方便需要找充電樁的問(wèn)題，也緩解城市供電的壓力；

(2)該裝置可以實(shí)時(shí)感應(yīng)外界溫濕度，根據(jù)溫濕度的變化自動(dòng)展開(kāi)、收縮車衣，從而避免汽車受到損壞，車主即使在外地也不用擔(dān)心車輛受損；

(3)藍(lán)牙模式下，車主可以根據(jù)藍(lán)牙系統(tǒng)，通過(guò)手機(jī)端自行控制車衣的開(kāi)合，避免惡劣天氣下還需要用戶暴露在外面進(jìn)行操作更方便快捷；

(4)極端天氣下，車?yán)锏沫h(huán)境會(huì)影響到駕駛體驗(yàn)，這款裝置在溫度較高時(shí)，除了可以遮蔽陽(yáng)光還可以開(kāi)啟風(fēng)扇自行散熱，避免車輛里的物品因溫度過(guò)高而受損；溫度較低時(shí)，車衣可自動(dòng)加熱升溫，消除車頂?shù)姆e雪及保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)避免因溫度過(guò)低無(wú)法啟動(dòng)。

■1.2 設(shè)計(jì)方案

智能車衣系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)作為核心控制模塊，與藍(lán)牙模塊、溫度傳感器模塊、雨滴傳感器模塊、LCD1602液晶顯示模塊和太陽(yáng)能板相結(jié)合，完成對(duì)車衣的精確控制。太陽(yáng)能板轉(zhuǎn)化能量供給給各個(gè)模塊，通過(guò)溫度傳感器實(shí)時(shí)采集外界大氣溫度，并由液晶顯示，以便隨時(shí)直觀方便的掌握車衣周圍的外界大氣溫度狀況；同時(shí)系統(tǒng)還可以通過(guò)雨滴傳感器模塊感應(yīng)濕度，達(dá)到設(shè)定值時(shí)則會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)裝置。系統(tǒng)設(shè)計(jì)了兩種控制方式，手機(jī)APP藍(lán)牙控制與自動(dòng)感應(yīng)啟動(dòng)控制。用戶可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇。智能車衣裝置系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)方案圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

■2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)

單片機(jī)總控制電路如圖2所示。單片機(jī)最小系統(tǒng)，指將所需的最少元件放于構(gòu)成類似微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的芯片中，并且能夠讓單片機(jī)正常工作的系統(tǒng)。

圖2 單片機(jī)最小系統(tǒng)

時(shí)鐘電路：時(shí)鐘電路，實(shí)際上類似于單片機(jī)最小系統(tǒng)內(nèi)的一個(gè)計(jì)時(shí)電路，也是一個(gè)有輸入、輸出，并利用兩個(gè)30pF的電容C1、C2加一個(gè)12MHz的石英晶體Y1組成的并聯(lián)諧振回路。無(wú)論單片機(jī)想要執(zhí)行任何一種操作，都必須接受它的控制，工作才能夠順利正常的進(jìn)行。時(shí)鐘電路作為整個(gè)系統(tǒng)的定時(shí)元件。

復(fù)位電路：為了保證系統(tǒng)工作的可靠性，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)能夠隨時(shí)復(fù)位的功能，添加了按鍵復(fù)位功能的復(fù)位電路。

■2.2 藍(lán)牙模塊

HC-06藍(lán)牙模塊是一款性能高的主從一體的藍(lán)牙串口模塊，其兼容性很強(qiáng)，有藍(lán)牙功能的上位機(jī)或手機(jī)等智能終端都可以配對(duì)。該模塊支持的波特率范圍為4800-1382400，可以兼容3.3/5V的單片機(jī)系統(tǒng)，無(wú)需了解復(fù)雜的藍(lán)牙底層協(xié)議，使用非常靈活方便。藍(lán)牙電路如圖3所示。

圖3 藍(lán)牙模塊系統(tǒng)電路

■2.3 溫濕度傳感器

DHT11和DS18B20的研發(fā)用于檢測(cè)大氣溫度、大氣濕度并且該設(shè)備是屬于功耗較低且已經(jīng)校準(zhǔn)的數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)臏貪穸葌鞲衅鳎_濕度±5%，溫度±2%，濕度測(cè)量范圍20-90%RH，溫度測(cè)量范圍0-50℃。該傳感器的結(jié)構(gòu)由電阻式感受適度的器件、NTC測(cè)量溫度的器件和一個(gè)8位單片機(jī)組成。傳感器使用4針單排引腳封裝，因此DHT11和DS18B20具有體積小、功耗低、精度高等優(yōu)勢(shì)適合在各類嚴(yán)苛的條件下使用。溫濕度電路如圖4所示。

圖4 溫度（左）、濕度（右）控制電路

■2.4 LCD1602液晶顯示屏

LCD1602液晶顯示器的每個(gè)點(diǎn)在接收到信號(hào)就一直保持色彩和亮度，恒定發(fā)光所以其顯示質(zhì)量高。數(shù)字式的液晶顯示更易于單片機(jī)使用，操作簡(jiǎn)便。液晶顯示利用液晶的物理特性，通過(guò)電壓對(duì)顯示區(qū)域控制，區(qū)別于傳統(tǒng)顯示器具有體積小、重量輕的優(yōu)勢(shì)。相對(duì)而言液晶顯示器功耗主要在于內(nèi)部電極和驅(qū)動(dòng)IC上，所以耗電量比其他顯示器低很多。液晶顯示如圖5所示。

圖5 LCD1602電路圖

■2.5 步進(jìn)電機(jī)

如圖6所示，步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行主要利用了ULN2003芯片來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，該芯片電路有7個(gè)單元，是達(dá)林頓陣列驅(qū)動(dòng)，為一個(gè)七路反相器電路，包含兩個(gè)電平輸入端，兩個(gè)電平輸出端。在運(yùn)行時(shí)，依靠單片機(jī)給出的高低電平指令來(lái)控制驅(qū)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以便控制車衣的自如收放。

圖6 ULN2003驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)電路

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)功能要求，綜合硬件電路模塊，得到了如圖7所示的主程序流程圖。系統(tǒng)進(jìn)行初始化，傳感器模塊開(kāi)始采集實(shí)時(shí)的溫度、濕度數(shù)據(jù)，直接進(jìn)入自動(dòng)模式。裝置實(shí)時(shí)檢測(cè)外界溫度和雨量，如若處于自動(dòng)模式，則檢測(cè)到溫度大于30℃或檢測(cè)到有雨滴時(shí)，車衣裝置則會(huì)啟動(dòng)從而保護(hù)車輛，若溫度降低至30度和沒(méi)有雨滴時(shí)裝置則會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，然后繼續(xù)循環(huán)檢測(cè)。

圖7 主程序流程圖

藍(lán)牙模式下，車主可以用手機(jī)的藍(lán)牙系統(tǒng)與裝置相互連接，當(dāng)開(kāi)啟按鍵按下時(shí)，電路中的小電機(jī)正轉(zhuǎn)，車衣打開(kāi)。當(dāng)關(guān)閉按鍵按下時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)，車衣關(guān)閉。整個(gè)裝置的運(yùn)行由太陽(yáng)能板吸收太陽(yáng)能作為輔助電池從而提供能量，以便于整個(gè)裝置及車輛的正常運(yùn)行。

4 實(shí)物展示

運(yùn)行過(guò)程中太陽(yáng)能板隨時(shí)隨地吸收太陽(yáng)能為裝置提供能量，整個(gè)裝置有兩種模式，分為自動(dòng)模式和藍(lán)牙模式。在自動(dòng)模式下，雨滴傳感器模塊感應(yīng)檢測(cè)是否有雨滴或者當(dāng)外界大氣溫濕度超過(guò)該設(shè)定值時(shí)，裝置就會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟，低于設(shè)定值或沒(méi)有雨滴時(shí)，裝置則會(huì)自動(dòng)關(guān)閉；而在藍(lán)牙模式即手動(dòng)模式下，車主也可以通過(guò)藍(lán)牙來(lái)控制裝置的啟動(dòng)，可以隨時(shí)控制該車衣裝置，具體實(shí)物如圖8所示。

圖8 實(shí)物圖