基于MC9S12HY64 的汽車(chē)雙溫區空調控制器的設計

摘要：本文介紹以飛思卡爾S12 系列的16 位微處理器MC9S12HY64 為核心的雙溫區自動(dòng)空調控制系統，包括控制裝置介紹、硬件電路設計、芯片選型和PCB 設計等。實(shí)現了電機控制、LCD 顯示、傳感器采樣等功能。

　　0 引言

　　隨著(zhù)現代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，汽車(chē)的各項配置向著(zhù)個(gè)性化、娛樂(lè )化、安全化等方向發(fā)展。汽車(chē)空調裝置已成為衡量汽車(chē)功能是否齊全的標志之一，是比較重要的設備。目前汽車(chē)空調控制系統多為單溫區系統，但由于車(chē)內各乘坐位置的溫度場(chǎng)分布不一致，而且不同乘員對溫度也許有不同的需要，單溫區控制系統難以滿(mǎn)足乘員的個(gè)性化需求。

　　針對單溫區控制系統存在的缺陷，可以設計一種雙溫區自動(dòng)控制系統，滿(mǎn)足人們對環(huán)境舒適度的不同需求。而本文將介紹的雙溫區自動(dòng)空調系統，則擁有兩個(gè)溫區，在前排空間左右兩側的溫區可各自獨立對吹風(fēng)溫度、風(fēng)量和出風(fēng)模式進(jìn)行控制。成員可根據自己的認為的環(huán)境舒適度進(jìn)行設置，達到滿(mǎn)足個(gè)性化得需求。

　　1 芯片選擇及部分硬件電路設計

　　1.1 雙溫區空調控制系統硬件框圖

　　1.2 主控芯片 MC9S12HY64

　　MC9S12HY64 控制器集16 位的性能和許多專(zhuān)用的性能于一身，如HVAC 顯示、電機控制、LCD 驅動(dòng)、車(chē)身控制等，同時(shí)具有CAN/LIN 通信功能，非常適合新興汽車(chē)市場(chǎng)經(jīng)濟高效儀表板的應用。芯片資源和特性如下：

　　1）32MHz 總線(xiàn)頻率的HCS12 內核

　　2）帶有64KB 片內閃存、4KB 數據閃存、4KB 片內SRAM

　　3）帶有4 個(gè)驅動(dòng)步進(jìn)電機控制器

　　4）LCD 驅動(dòng)，最多可配置40×4 段

　　5）8 通道、10 位分辨率逐次逼近型模數轉換器MC9S12HY64

　　6）2 個(gè)16 位定時(shí)器，可提供16 位輸入捕獲輸出比較等功能

　　7）MSCAN 模塊，支持CAN 協(xié)議2.0A/B ;SPI、SCI、IIC 模塊。

　　1.3 電源芯片UJA1076

　　電源芯片選用恩智浦半導體推出其第二代車(chē)載網(wǎng)絡(luò )CAN 核的系統基礎芯片UJA1076 產(chǎn)品，實(shí)現了性能、功耗以及電子控制單元（ECU）成本的優(yōu)化，廣泛應用于車(chē)載控制器中。UJA1076 支持車(chē)載網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)應用，這些應用通過(guò)使用高速CAN 作為主網(wǎng)絡(luò )接口來(lái)控制電源和傳感器設備。

　　1）它集成有高速CAN 收發(fā)器，所以在進(jìn)行電路設計時(shí)不需要外接 CAN 芯片，節約成本；SPLIT 輸出管腳用來(lái)穩定隱性總線(xiàn)電平；

　　2）可編程看門(mén)狗，帶有獨立的時(shí)鐘源；

　　3）串行外設接口SPI,用來(lái)與微控制器通信；

　　4）可輸出3.3V 和5V 兩種電壓，滿(mǎn)足系統的供電要求；

　　5）器件帶有喚醒源檢測，可通過(guò)CAN、LIN 總線(xiàn)或本地喚醒管腳來(lái)喚醒，2 個(gè)喚醒管腳WAKE1 和WAKE2 ;

　　6）芯片的LIMP 引腳，具有跛行回家輸出的功能。

　　1.4 雙溫區空調控制系統介紹

　　本文所設計的雙溫區空調控制系統裝置的硬件結構如圖2所示。該雙溫區空調自動(dòng)控制器，由以下幾部分組成：雙溫區空調控制器、電源、鼓風(fēng)機、鼓風(fēng)機調速模塊、模式電機、左右區風(fēng)門(mén)執行器、內外循環(huán)風(fēng)門(mén)、溫度傳感器、陽(yáng)光傳感器、CAN 總線(xiàn)等構成。

主控制器MC9S12HY64 根據車(chē)內外環(huán)境溫度、太陽(yáng)照射強大和人工設定要求，有傳感器采集溫度、光照等與主駕、副駕的設定溫度進(jìn)行對比分析，通過(guò)FUZZY 控制算法 給出相應的控制值，綜合控制鼓風(fēng)機風(fēng)速、左右風(fēng)門(mén)開(kāi)度、模式以及內外循環(huán)等，使它們協(xié)調工作，共同完成對車(chē)內溫度的控制作用。

　　下面以溫度翻板控制為例，對其控制算法進(jìn)行簡(jiǎn)要描述：

　　1）左右車(chē)內溫度T_in_r/l 由控制器內置溫度T_in 和當前出風(fēng)左右出風(fēng)口溫度T_blow_r/l 計算得出；

　　2）出風(fēng)口的所需溫度T_blow_value_r/l 由算法公式根據左右設置溫度T_set_r/l、 室外溫度T_amb 、車(chē)內溫度T_in_r/l 計算得出，T_blow_value_r/l 同時(shí)受光輻射強度V_Lux_r/l以及舒適度溫度點(diǎn)T_comf ;

　　3）根據T_blow_value_r/l 對應出溫度翻板的邏輯位置值L_sys_valu.

　　2 PCB 布線(xiàn)設計

　　在PCB 布線(xiàn)時(shí)之前先在A(yíng)UTOCAD 中繪制出空調控制器的外觀(guān)圖，以及按鍵、LCD 和LED 燈、接插件在板子上的固定位置。

　　繪制完成之后保存為。dxf 格式，導入到PCB 中作為禁止布線(xiàn)層（Keep-Out Layer）。對于有些要加上logo 的電路板，可以采用這兩種方法：一：在A(yíng)UTOCAD 中將logo 繪制出來(lái)，在導入到PCB 板子中；二：將logo 作為一個(gè)元件，先在器件庫中將其繪制出來(lái)，在將其作為一個(gè)元件導入到PCB 板中。

　　對于電路板的板層設置，則要根據板子的要求和經(jīng)濟型綜合考慮。對于此雙溫區空調的電路板采用兩層布板即可滿(mǎn)足要求，這里采用兩層布板。

　　布線(xiàn)注意事項

　　1）首先擺放固定器件如按鍵、LCD 和LED 燈、接插件等并用Locked 功能將其鎖住，以免在布線(xiàn)時(shí)將其移動(dòng)。

　　2）對于其他器件則按電路模塊進(jìn)行布局，實(shí)現同一功能的相關(guān)電路稱(chēng)為一個(gè)模塊，電路模塊中的元件應采用就近集中原則，分布于主控芯片MC9S12HY64 的周?chē)?/P>

　　3）貼片焊盤(pán)上不能有通孔，以免焊膏流失造成元件虛焊。

　　4）電源芯片UJA1076 和電機驅動(dòng)芯片ULQ2003A 均屬于發(fā)熱芯片，在PCB 布局是應盡量分布在板子的邊緣，并且在中心大GND 焊盤(pán)上加過(guò)孔，便于芯片的扇熱。

　　5）電源與GND 之間加的電容應分布于該電源的周?chē)?/P>

　　6）在板子的邊緣放置一些多余的接地過(guò)孔。