一種基于單片機(jī)的實(shí)用車載空調(diào)控制器的設(shè)計(jì)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，外出旅行正逐漸成為一種時(shí)尚。汽車作為一種便捷的交通工具已是人們的首選，舒適的乘車環(huán)境，如適宜的車內(nèi)溫度、清新的空氣應(yīng)是長(zhǎng)途汽車的必備條件。所以，開發(fā)一款經(jīng)濟(jì)實(shí)用的車載空調(diào)控制器就成為一種需求。本文采用DC/DC轉(zhuǎn)換芯片MC34063AP1為系統(tǒng)供電，以微控制器Atmega8為系統(tǒng)核心，輔以簡(jiǎn)單模糊控制技術(shù)以及按鍵選擇、LED數(shù)碼管顯示，并使整個(gè)控制系統(tǒng)具有電源欠壓、過壓，溫度傳感器短路、斷路等保護(hù)功能。

主要功能指標(biāo)

汽車空調(diào)控制系統(tǒng)的主要功能如下。
● 多種工作模式：自動(dòng)、制冷、化霜、通風(fēng)。
● 多檔風(fēng)速設(shè)定：自動(dòng)風(fēng)、低速風(fēng)、中速風(fēng)、高速風(fēng)。
● 具有故障運(yùn)行處理功能。
● 面板按鍵操作。
● 適配多類型顯示接口。

控制器基本原理

汽車空調(diào)控制系統(tǒng)框圖如圖1所示。系統(tǒng)由按鍵掃描、電壓檢測(cè)、溫度檢測(cè)、風(fēng)機(jī)控制、壓縮機(jī)控制、LED數(shù)碼管顯示、蜂鳴器報(bào)警電路和單片機(jī)組成。

圖1 汽車空調(diào)控制系統(tǒng)框圖

單片機(jī)工作的主要原理為：掃描鍵盤，當(dāng)制冷鍵按下，同時(shí)無(wú)故障報(bào)警時(shí)系統(tǒng)將ADC采樣的車內(nèi)溫度與預(yù)先設(shè)定的制冷溫度比較，如車內(nèi)溫度高于設(shè)定溫度則打開冷凝風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)制冷；當(dāng)車內(nèi)溫度低于設(shè)定溫度2℃時(shí)關(guān)閉壓縮機(jī)、冷凝風(fēng)機(jī)，若此時(shí)強(qiáng)制冷鍵按下，系統(tǒng)將忽略預(yù)設(shè)溫度直接啟動(dòng)制冷。其中單片機(jī)PB0、PB1口輸出高低信號(hào)控制MOS管的開關(guān)，進(jìn)而控制風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)的起停；PC0口采樣輸入電壓并與系統(tǒng)默認(rèn)值進(jìn)行比較，以確定電壓是否正常；PC2口采樣化霜溫度用以確定化霜操作；PC3口采樣車內(nèi)溫度，將計(jì)算的結(jié)果輸出至LED數(shù)碼管顯示。

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1 主控芯片簡(jiǎn)介
Atmega8單片機(jī)具有8Kb的在線編程Flash程序存儲(chǔ)器、512字節(jié)EEPROM、1Kb SRAM、32個(gè)通用工作寄存器、23個(gè)通用I/O口、3個(gè)帶比較模式靈活的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、18＋2個(gè)內(nèi)外中斷源、1個(gè)可編程的SUART接口、1個(gè)I2C總線接口、4通道的10位ADC、2通道8位ADC、可編程的看門狗定時(shí)器、1個(gè)SPI接口和5種可通過軟件選擇的節(jié)電模式。

2 電源部分

圖2 系統(tǒng)供電部分

系統(tǒng)供電電路如圖2所示，DC/DC轉(zhuǎn)換芯片采用MC34063，該芯片具有集成基準(zhǔn)電壓、振蕩器同步和輸入電壓范圍寬等特點(diǎn)，其輸出電壓可表示為Vout=1.25(1+R39/R40)，輸出電流可達(dá)500mA，完全滿足本系統(tǒng)的功耗要求。為了降低干擾，芯片的輸入端和輸出端加了電容C10、C12、C13進(jìn)行濾波處理。

圖3 電壓及溫度檢測(cè)電路

3 電壓及溫度檢測(cè)電路

如圖3所示，電壓、溫度檢測(cè)采用單片機(jī)內(nèi)部專用ADC采樣通道，不增加額外芯片有利于降低系統(tǒng)成本。ADC基準(zhǔn)電壓等同單片機(jī)工作電壓5V，系統(tǒng)輸入電壓經(jīng)R3、R8分壓簡(jiǎn)單濾波后送入PC0(ADC0)，此端口根據(jù)分壓比連續(xù)采樣21次，然后將每次所得值相加即可還原系統(tǒng)輸入電壓；RT1、RT2為負(fù)溫度系數(shù)傳感器，當(dāng)溫度上升或下降時(shí)其阻值隨之減小或增大，相應(yīng)ADC端口將多次采樣的電壓值進(jìn)行數(shù)值平均濾波并與已知的電壓/溫度區(qū)間比較，得出實(shí)時(shí)溫度。

4 鍵盤和顯示電路

如圖4所示，由于單片機(jī)I/O口有限，鍵盤和顯示電路采用了端口復(fù)用，3位8段LED數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)增加了SN74164串入并出芯片進(jìn)一步緩解端口有限的壓力。其中鍵盤有7個(gè)按鍵， 分別為開關(guān)機(jī)、制冷/通風(fēng)、強(qiáng)制冷、設(shè)定、上增、下減，可以進(jìn)行溫度設(shè)置和新風(fēng)時(shí)間設(shè)置等。LED數(shù)碼管可以顯示當(dāng)前車內(nèi)溫度、系統(tǒng)預(yù)設(shè)溫度、輸入電壓等，當(dāng)蜂鳴器報(bào)警時(shí)能顯示故障代碼為維修調(diào)試提供了方便。

圖4 鍵盤和顯示電路

5 輸出控制電路

風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)輸出控制電路如圖5所示，單片機(jī)輸出控制信號(hào)經(jīng)ULA2003反向后驅(qū)動(dòng)晶體管Q2，Q2的集電極再連接壓縮機(jī)的起停開關(guān)繼電器的控制輸入端，當(dāng)繼電器由閉合轉(zhuǎn)為斷開時(shí)，二極管D10為繼電器線圈續(xù)流。為有效的控制晶體管的導(dǎo)通和關(guān)閉，系統(tǒng)增加了高輸入電壓、高灌電流的ULN2003A驅(qū)動(dòng)芯片。其內(nèi)部采用達(dá)林頓輸入電壓最高達(dá)50V, 灌電流最大500mA。

軟件設(shè)計(jì)

程序設(shè)計(jì)可分為兩大部分：主程序和中斷服務(wù)程序。

主程序包括定時(shí)器、ADC模塊初始化、鍵盤顯示處理、蜂鳴器報(bào)警等。主程序初始化后，系統(tǒng)根據(jù)ADC轉(zhuǎn)化結(jié)果依次判斷輸入電壓是否正常、溫度傳感器是否有短路斷路現(xiàn)象發(fā)生，如有上述情況發(fā)生系統(tǒng)將切斷一切輸出同時(shí)給出故障代碼，否則顯示室內(nèi)溫度。然后掃描鍵盤，根據(jù)鍵值進(jìn)行相應(yīng)的操作，如風(fēng)量高中低的切換、制冷開/關(guān)、強(qiáng)制冷的選擇、制冷溫度設(shè)定和新風(fēng)送風(fēng)時(shí)間設(shè)定等。

圖5 輸出控制電路

中斷服務(wù)程序包括定時(shí)器T0、T1中斷服務(wù)程序。定時(shí)器T0定時(shí)時(shí)間為1ms，設(shè)變量a，每次進(jìn)入中斷子程序如故障標(biāo)志位有效則a增加1，在a小于50前開蜂鳴器；當(dāng)a大于50時(shí)關(guān)蜂鳴器同時(shí)a清零，這樣處理以區(qū)別按鍵鈴聲。定時(shí)器T1定時(shí)時(shí)間為1s，主要用于壓縮機(jī)、冷凝風(fēng)機(jī)間的延時(shí)，也就是連續(xù)兩次壓縮機(jī)開啟的時(shí)間間隔不能少于6s，壓縮機(jī)關(guān)閉后延時(shí)3s關(guān)冷凝風(fēng)機(jī)。

結(jié)束語(yǔ)

本控制器采用Atmega8單片機(jī)控制，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、功能強(qiáng)、可靠性高、成本較低。實(shí)際應(yīng)用證明，該控制器抗干擾能力強(qiáng)，能在低溫和高溫地區(qū)長(zhǎng)久穩(wěn)定工作，由于采用的是Flash工藝的單片機(jī)，方便在線升級(jí)，可用于經(jīng)濟(jì)型轎車、豪華客車、大型卡車的等汽車空調(diào)的控制。