一種實(shí)用的車(chē)載空調控制器設計

　　隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟的發(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(chē)作為一種便捷的交通工具已是人們的首選，舒適的乘車(chē)環(huán)境，如適宜的車(chē)內溫度、清新的空氣應是長(cháng)途汽車(chē)的必備條件。所以，開(kāi)發(fā)一款經(jīng)濟實(shí)用的車(chē)載空調控制器就成為一種需求。本文采用DC/DC轉換芯片MC34063AP1為系統供電，以微控制器Atmega8為系統核心，輔以簡(jiǎn)單模糊控制技術(shù)以及按鍵選擇、LED數碼管顯示，并使整個(gè)控制系統具有電源欠壓、過(guò)壓，溫度傳感器短路、斷路等保護功能。

　　主要功能指標

　　汽車(chē)空調控制系統的主要功能如下。

　　● 多種工作模式：自動(dòng)、制冷、化霜、通風(fēng)。
　　● 多檔風(fēng)速設定：自動(dòng)風(fēng)、低速風(fēng)、中速風(fēng)、高速風(fēng)。
　　● 具有故障運行處理功能。
　　● 面板按鍵操作。
　　● 適配多類(lèi)型顯示接口。

　　控制器基本原理

　　汽車(chē)空調控制系統框圖如圖1所示。系統由按鍵掃描、電壓檢測、溫度檢測、風(fēng)機控制、壓縮機控制、LED數碼管顯示、蜂鳴器報警電路和單片機組成。

圖1 汽車(chē)空調控制系統框圖

　　單片機工作的主要原理為：掃描鍵盤(pán)，當制冷鍵按下，同時(shí)無(wú)故障報警時(shí)系統將ADC采樣的車(chē)內溫度與預先設定的制冷溫度比較，如車(chē)內溫度高于設定溫度則打開(kāi)冷凝風(fēng)機、壓縮機制冷；當車(chē)內溫度低于設定溫度2℃時(shí)關(guān)閉壓縮機、冷凝風(fēng)機，若此時(shí)強制冷鍵按下，系統將忽略預設溫度直接啟動(dòng)制冷。其中單片機PB0、PB1口輸出高低信號控制MOS管的開(kāi)關(guān)，進(jìn)而控制風(fēng)機和壓縮機的起停；PC0口采樣輸入電壓并與系統默認值進(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(chē)內溫度，將計算的結果輸出至LED數碼管顯示。

　　系統硬件設計

　　1 主控芯片簡(jiǎn)介

　　Atmega8單片機具有8Kb的在線(xiàn)編程Flash程序存儲器、512字節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/計數器、18＋2個(gè)內外中斷源、1個(gè)可編程的SUART接口、1個(gè)I2C總線(xiàn)接口、4通道的10位ADC、2通道8位ADC、可編程的看門(mén)狗定時(shí)器、1個(gè)SPI接口和5種可通過(guò)軟件選擇的節電模式。

　　2 電源部分

圖2 系統供電部分

　　系統供電電路如圖2所示，DC/DC轉換芯片采用MC34063，該芯片具有集成基準電壓、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500mA，完全滿(mǎn)足本系統的功耗要求。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 電壓及溫度檢測電路

　　3 電壓及溫度檢測電路

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

　　4 鍵盤(pán)和顯示電路

　　如圖4所示，由于單片機I/O口有限，鍵盤(pán)和顯示電路采用了端口復用，3位8段LED數碼管驅動(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(pán)有7個(gè)按鍵， 分別為開(kāi)關(guān)機、制冷/通風(fēng)、強制冷、設定、上增、下減，可以進(jìn)行溫度設置和新風(fēng)時(shí)間設置等。LED數碼管可以顯示當前車(chē)內溫度、系統預設溫度、輸入電壓等，當蜂鳴器報警時(shí)能顯示故障代碼為維修調試提供了方便。

圖4 鍵盤(pán)和顯示電路

　　5 輸出控制電路

　　風(fēng)機、壓縮機輸出控制電路如圖5所示，單片機輸出控制信號經(jīng)ULA2003反向后驅動(dòng)晶體管Q2，Q2的集電極再連接壓縮機的起停開(kāi)關(guān)繼電器的控制輸入端，當繼電器由閉合轉為斷開(kāi)時(shí)，二極管D10為繼電器線(xiàn)圈續流。為有效的控制晶體管的導通和關(guān)閉，系統增加了高輸入電壓、高灌電流的ULN2003A驅動(dòng)芯片。其內部采用達林頓輸入電壓最高達50V, 灌電流最大500mA。

　　軟件設計

　　程序設計可分為兩大部分：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(pán)顯示處理、蜂鳴器報警等。主程序初始化后，系統根據ADC轉化結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象發(fā)生，如有上述情況發(fā)生系統將切斷一切輸出同時(shí)給出故障代碼，否則顯示室內溫度。然后掃描鍵盤(pán)，根據鍵值進(jìn)行相應的操作，如風(fēng)量高中低的切換、制冷開(kāi)/關(guān)、強制冷的選擇、制冷溫度設定和新風(fēng)送風(fēng)時(shí)間設定等。

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，設變量a，每次進(jìn)入中斷子程序如故障標志位有效則a增加1，在a小于50前開(kāi)蜂鳴器；當a大于50時(shí)關(guān)蜂鳴器同時(shí)a清零，這樣處理以區別按鍵鈴聲。定時(shí)器T1定時(shí)時(shí)間為1s，主要用于壓縮機、冷凝風(fēng)機間的延時(shí)，也就是連續兩次壓縮機開(kāi)啟的時(shí)間間隔不能少于6s，壓縮機關(guān)閉后延時(shí)3s關(guān)冷凝風(fēng)機。

　　結束語(yǔ)

　　本控制器采用Atmega8單片機控制，電路結構簡(jiǎn)單、性能穩定、功能強、可靠性高、成本較低。實(shí)際應用證明，該控制器抗干擾能力強，能在低溫和高溫地區長(cháng)久穩定工作，由于采用的是Flash工藝的單片機，方便在線(xiàn)升級，可用于經(jīng)濟型轎車(chē)、豪華客車(chē)、大型卡車(chē)的等汽車(chē)空調的控制。