一种实用的车载空调控制器设计毕业论文.doc

一种实用的车载空调控制器设计 摘要：随着现代工业化社会经济的不断发展和人们生活水平日益的提高，外出旅行正逐渐成为一种时尚，汽车正在成为一种方便的交通工具已是人们如今的首选，温馨而舒适的乘车环境，如适宜的车内温度、清新的空气应该是长途汽车以及自驾车的必备条件，所以，开发一款经济实用的车载空调控制器就成为一种当今最急切的需求，本文主要采用DC/DC转换芯片MC34063AP1为系统供电，以微控制器Atmega8为系统核心，辅以简单模糊控制技术以及按键选择、LED数码管显示，并使整个控制系统具有电源欠压、过压，温度传感器短路、断路等保护功能。关键词：车载空调；控制系统；单片机1引言1.1车载空调控制系统的主要功能 车载空调针对人的操作来讲，信息的交换主要聚集在空调的控制器中，控制器就是空调整个系统的控制中心，一般都集中在仪表台上，其主要功能是调节空调出风的大小、温度及出风的模式，对于电气控制系统的各个功能，那就比较具体了，但总的来说是保证空调系统的正常运行，比如说压力的控制，蒸发器结霜温度控制，系统温度保护，压缩机的保护，送风电机和冷凝电机的运转，各功能实现的功能部件的运行等。 1.1.1多种工作模式：自动、制冷、化霜、通风。 制冷的原理就是将冷媒（氨气、氟利昂、）蒸发带走热量的原理，首先压缩机将冷媒压缩成液体，输送到蒸发器里，液体挥发成气体带走热量，蒸发器降温，将循环水冷却、该循环部分的水称为冷冻水，冷冻水经过各个房间通过风机实现快速的冷热交换，将室内温度降低，液体挥发成气体带走的热量，也需要处理，也是经过另外一个循环水带到冷却塔散热，该循环水称作冷却水，压缩机不停的工作，冷热分别被两个循环水系统输送，就是车载空调的运行，可见制冷的过程也就是制热的过程，只是人们对冷和热的利用不同而已，总体来讲通常的车载空调包含一个压缩部分，一个蒸发系统和两个循环系统。 1.1.2多档风速设定：自动风、低速风、中速风、高速风。 风速设定主要用风速计测量空气的流速，其可广泛应用于车载空调领域，日常生活中很多汽车行业都需要用到风速计，有利于调节车载空调的风速，都需要用到风速计进行风速、风温、风量测量，以确保其正常运作以及风速换挡。1.1.3具有故障运行处理功能。故障与诊断功能有许多功能，例如IBM X3650M3服务器前面带有一个光通路诊断面板，机器内如果有某一个零部件损坏或者即将损坏，面板上对应的灯就会亮黄灯。 PS1指示灯：当此指示灯发亮时，表示电源1 出现故障。PS2指示灯：当此指示灯发亮时，表示电源2 出现故障。Temp指示灯：当此指示灯发亮时，表示系统温度超出阈值级别。风扇指示灯：当此指示灯点亮时，表示散热风扇或电源风扇出现故障或运行太慢。风扇发生故障还会导致over temp 指示灯发亮。vrm指示灯：当此指示灯发亮时，表示微处理器托盘上的某个vrm 出现故障。cpu 指示灯：当此指示灯发亮时，表示某个微处理器出现故障。pci指示灯：当此指示灯发亮时，表示某个pci 总线发生错误。mem指示灯：当此指示灯发亮时，表示发生内存错误。dasd指示灯：当此指示灯发亮时，表示某个热插拔硬盘驱动器出现故障。ni指示灯：当此指示灯发亮时，表示存在两个电源但电源并不冗余。nmi指示灯：当此指示灯发亮时，表示出现一个不可屏蔽中断（nmi）。sp指示灯：当此指示灯发亮时，表示服务处理器遇到错误。exp指示灯：当此指示灯发亮时，表示某个连接的i/o 扩展单元出现故障。1.1.4 面板按键操作。 随着计算机CPU（硬件）和Windows操作系统（软件）的不断换代升级，车载空调的的发展也相应的进入到了包括多媒体在内的高速多功能时代，与此相适应计算机按键面板也出现了一些新的变化，主要体现在键盘键数的增加及功能的整合，时下最流行的是多媒体功能键盘，也叫多功能键盘，其主要特征是增加了一些快捷键（或功能键），通过设定主板BIOS或软件设定，使这些新增的键可以实现控制空调、休眠启动、温度调整、等特殊功能，以及带有文字编辑或指纹识别功能的智能键盘等。1.1.5适配多类型显示接口。根据传输介质的不同，车载空调的端口也出现了AUI接口（粗缆接口）、BNC接口（细缆接口）和RJ-45接口（双绞线接口）三种接口类型，所以在选用接线口时，应注意后面接口所支持的接口类型，否则可能不适用于你的接线，常见的10M接线口主要有单口（RJ-45接口或BNC接口）和双口（RJ-45和BNC两种接口），带有AUI粗缆接口的接口较少。除CPU的接口外，我们在选用接线时还常常要注意线路是否支持无盘启动，必要时还应考虑接线口是否支持光纤连接。 2控制器基本原理2.1车载空调的控制系统框图此系统主要有按键扫描的作用、电压检测的功能、温度检测的功能、风机控制的功能、压缩机控制的功能、LED数码管显示的功能、蜂鸣器报警电路和单片机组成，下面是对车载空调设计的各个功能方面的详细具体介绍以及对各个功能方面功能的技术检测作用，单片机工作主要的工作原理包括为：扫描键盘，当制冷键按下，同时具有无故障报警时系统将ADC采样的车内设定温度与预先设定的制冷温度作相应的比较，如车内的温度高于设定的温度就需要打开冷凝风机、压缩机制冷；当车内温度低于预先设定的温度2时将关闭压缩机、冷凝风机，若此时强制冷键按下时，系统将会忽略预设温度直接启动制冷系统，其中包括单片机PB0、 PB1口输出高低信号控制MOS管的开关，进而控制相应的风机和相关压缩机的起停；PC0口采样输入电压并连与系统默认值进行相应的比较，以此来确定电压是否能工作的正常。图1 PC2口采样化霜温度用以此来确定化霜的操作；PC3口采样车内的温度，将计算出来的结果输出至LED数码管进行相应的对比显示。2.2系统硬件设计主控芯片的简介Atmega8单片机具有8Kb的在线编程Flash程序存储器、512字节 EEPROM、1Kb SRAM、32个通用的工作寄存器、23个通用I/O口、3个带比较模式灵活的定时器/计数器、182个内外中断源、1个可编程的SUART接口、1个 I2C总线接口、4通道的10位ADC、2通道8位ADC、可编程的看门狗定时1个SPI接口和5种可通过软件选择的节电模式，系统供电电路。图2DC/DC转换芯片主要采用MC34063，该芯片具有集成基准电压、振荡器同步和输入电压等一系列的特点，其输出电压可表示为 Vout=1.25(1+R39/R40)，输出电流将可达500mA，完全满足本系统的功耗要求。为了降低相应的信号干扰，芯片的输入端和输出端将加入电容C10、C12、C13进行滤波的处理。2.3电压及温度检测电路图3电压、温度的检测将采用单片机内部专用ADC采样的通道，不增加额外的芯片有利于降低系统的成本，ADC基准电压等同单片机的工作电压5V，系统输入电压经R3、R8分压简单滤波后送入PC0(ADC0)，此端口根据分压比连续采样21次，然后将每次所得值相加即可恢复系统输入的电压；RT1、RT2为负温度系数传感器，当温度上升或下降时其阻值也会随之减小或增大，相应的ADC端口将多次采样的电压值将进行数值平均滤波并与已知的电压/温度区间作相应的比较，将得出实际的温度。图42.4键盘和显示电路如图4所示，由于单片机I/O口数量一定，键盘和显示电路将会采用了端口复用，3位8段LED数码管驱动增加了SN74164串入并出芯片将进一步缓解端口有限的压力，其中键盘有7个相应的按键，分别为开关机、制冷/通风、强制冷、设定、上增、下减，可以进行相应温度的设置和新风时间的设置等，LED数码管可以显示当前车内温度、系统预设温度、输入电压等，当蜂鸣器报警时能显示故障代码并为维修调试提供了很多便利方便。图5 2.5输出控制电路风机、压缩机输出控制电路如图5所示，单片机输出的控制信号经ULA2003反向后驱动晶体管Q2，Q2的集电极再连接压缩机的起停开关继电器的输入端控制，当继电器由闭合变为断开时，二极管D10为继电器线圈续流，为有效的控制晶体管的导通和关闭，系统还添加了高输入电压、高灌电流的ULN2003A驱动芯片。其内部采用达林顿输入电压最高达50V, 灌电流最大500mA。3系统软件设计3.1主程序主程序包括定时器、ADC模块初始化、键盘显示处理、蜂鸣器报警等，主程序形成后，系统将根据ADC转化结果依次判断输入电压是否正常、温度传感器是否发生短路断路等现象，如有上述情况发生系统将会切断一切输出同时给出相应的故障代码，否则显示室内温度，然后自动扫描键盘，根据相应的键值进行相应的操作，如风量高中低的切换、制冷开/关、强制冷的选择、制冷温度设定和新风送风时间设定等。3.2中断服务程序其包括定时器T0、T1中断服务程序，定时器T0定时时间为1ms，设变量a，每次进入中断子程序如故障标志位有效则a增加1，在a小于50前开蜂鸣器；当a大于50时关蜂鸣器同时a清零，这样处理用于区别按键铃声，定时器T1定时时间为1s，主要用于压缩机、冷凝风机间的延时，也就是连续两次压缩机开启的时间间隔不能少于6s，压缩机关闭后延时3s关冷凝风机。图64车载空调工作原理当压缩机作工作时，其会吸入从蒸发器出来的低温低压的气态制冷剂，经压缩制冷剂的温度和压力升高，并被送入冷凝器，在冷凝器内，高温高压的气态制冷剂把热量传递给经过冷凝器的车外空气而液化，变成液体。液态制冷剂流经节流装置时，温度和压力降低，并进入蒸发器，在蒸发器内，相应的低温低压的液态制冷剂吸收经过蒸发器的车内空气的热量而蒸发变成气体，气体又被压缩机吸入进行下一轮的循环，这样，通过制冷剂在系统内的循环，不断吸收车内空气的热量并排到车外空气中，使车内空气的温度逐渐下降。 5车载空调工作过程空调分为热和冷，热风是风扇吹过小水箱，冷风的所有空调工作原理是一样的，都是利用冷媒质的汽化吸热量汽车的也不例外，通过发动机带动空调压缩机把液化的冷媒压缩成液态液态在汽化吸热。压缩机=冷凝器=干燥瓶=膨胀阀=蒸发箱=压缩机气变液 液 液 液变气 气 气变液低压变高雅 高 高 高变低 低 低变高制冷剂在系统里不断循环流动，每一循环都包括四个过程：压缩过程、冷凝过程、节流过程、蒸发过程。 5.1压缩过程 压缩机压缩的是空调内的制冷剂，是由压缩机控制的，在发动机正常工况下，压缩的流量不会受发动机的影响，也就是说这时，是稳定的发动机在低速时转速低。此时要是再额外加一个消耗发动机的组件，将会影响到发动机的怠速，严重时还会使发动机熄火和车辆起步困难，为了能保持车载空调系统的正常工作，又能让发动怠速正常，主要有两种解决方式，其中一种是加大相应的喷油量，提高发动机怠速转速，从而满足车载空调工作时压缩机的运转，这时车载空调就会起到降温作用，（建议在停车或怠速的时候，还是打开车窗，有利于空气更新和燃油的经济性）另一种是重卡，如大型的客车，会另外添加一个燃烧室，以便起到不影响发动机低速行驶时的动力，高速时，一般也就是在高速公路上，发动机转速越高，输出的转矩就会越小，此时如果添加一个外阻力（压缩机），速度不够，当压缩机工作时，吸入从蒸发器出来的低压低温气态制冷剂，经过压缩后变成高压高温气态制冷剂，并排入冷凝器。 5.2冷凝过程 在冷凝器中，制冷剂的主要功能是与车外空气进行热交换，由于制冷剂的温度比车外的温度高，所以高压高温的气态制冷剂就会放出热量，并把释放的热量通过冷凝器传递给流经冷凝器的车外空气，而自身冷凝变成高压高温的液态制冷剂，并流经到节流装置。1) 按程序操作启动汽车空调系统之后，压缩机就会在发动机的带动下开始工作，驱使制冷剂(R134a，一种环保型制冷剂，不会破坏臭氧层、无毒性、无刺激、不燃烧、无腐蚀性)在密封的空调系统中进行流动循环，压缩机将气态制冷剂压缩变成高温高压的制冷剂气体后在排出压缩机。2) 高温高压制冷剂气体流经管路流入相应的冷凝器后，在冷凝器内散热、降温,冷凝成高温高压的液态制冷剂再进行流出。3) 高温高压液态制冷剂进入干燥储液器内需经管路，经过干燥、过滤后再流进膨胀阀。4) 高温高压液态制冷剂经膨胀阀节流，状态会产生急剧的变化，变成低温低压的液态制冷剂。5) 低温低压液态制冷剂立即会进入蒸发器内，在蒸发器内自动吸收流过发器的空气热量，以便降低温度出冷风，产生冷剂吸收了热量而蒸发变成低压的气态制冷剂。6) 低温低压的气态制冷剂经管路被压缩机吸入，进行压缩，然后进入下一个循环环节，只要压缩机连续工作，制冷剂就会在车载空调系统中进行连续循环，产生制冷效果；压缩机如果停止工作，空调系统内制冷剂就会随之停止流动，不会产生制冷效果。 5.3节流过程 在节流装置，液态的高压高温制冷剂就会变成液态的低压低温制冷剂，并随之进入蒸发器，制热过程如下：当汽车的发动机水温度变化时候汽车的发动机的水泵就会把水泵进入到暖风水箱水箱中的水通过鼓风机与车内的空气进行冷热的交换，冷系统的工作过程如下：工作中的压缩机，压缩机就会吸入从蒸发器出来的气态的低温低压制冷剂，经压缩后，制冷剂的温度和压力就会提高，并被送入冷凝器中。在冷凝器内，气态的高温高压制冷剂就会把热量传递给流经冷凝器的车外空气而变成液化成为液体，液态制冷剂流过节流装置时，温度和压力就会降低，并流入蒸发器，在蒸发器内，液态的低温低压制冷剂吸收流经蒸发器的车内空气的热量而会蒸发变为气体，气体又将会被压缩机吸入再进行下一轮循环。这样，通过制冷剂在系统内不断的进行循环，不断吸收车内的空气中热量并排放到车外，使车内的空气温度逐渐下降，从制冷系统工作的过程来看，我们可以清楚的看出：制冷剂在系统里会不断的循环流动，每一循环包括四个过程：压缩过程、冷凝过程、节流过程、蒸发过程。5.4蒸发过程 在蒸发器中，制冷剂会与车内的气体进行热交换，由于制冷剂的温度比车内气体低，液态的低压低温制冷剂吸收经过蒸发器的车内的空气热量，而自身蒸发变成气态的低压低温制冷剂蒸发器就是一个热交换器，高压的液态冷媒经过膨胀阀流入蒸发器，因为膨胀阀的雾化作用，会使液态的冷媒成为雾状，雾状的冷媒会在低压的条件下变为气态状。在转变的过程中会吸热，因此此时蒸发器是凉的，风通过后就成为凉风，达到了制冷的目的，蒸发箱是空调系统中最重要的部分，它的内部有34A的热交换器和冷却液的热交换器，当鼓风机吹出来的风流过134A的热交换器时车载空调就会吹出冷风 当风流经冷却液热交换器时车就会吹热风。蒸发器：翅片、肋片组装焊接检测最终组装冷凝器：翅片组装焊接检测最终组装冷凝器，蒸发器中的冷媒经过压缩机的循环，冷媒在冷凝器中会从高温高压的状态转变成成低温低压的状态，同时会释放出热量，冷凝器就是用来散热的，低温低压的冷媒在蒸发器中会带走热量使车内环境温度降低，产生凉风。6结束语本控制器采用Atmega8单片机控制，电路结构简单、性能稳定、功能强、可靠性高、成本较低。实际应用证明，该控制器抗干扰能力强，能在低温和高温地区长久稳定工作，由于采用的是Flash工艺的单片机，方便在线升级，可用于经济型轿车、豪华客车、大型卡车的等汽车空调的控制。参考文献：1宾鸿赞，王润孝 先进制造技术 北京：高等教育出版社 2006.012陈桂友，柴远斌 单片机应用技术 北京：机械工业出版社 2008.083孙靖民，梁迎春 机械优化设计 北京：机械工业出版社 2006.124秦曾煌 电工学 北京：高等教育出版社 2009.06 待添加的隐藏文字内容25秦曾煌 电子学 北京：高等教育出版社 2009.066濮良贵，纪名刚，陈国定，吴立言 机械设计 北京：高等教育出版社 2006.057郑堤，唐可洪 机电一体化设计基础 北京：机械工业出版社 1997.078叶邦彦，陈统坚 机械工程英语 北京：机械工业出版社 2005.109姜继海，宋锦春，高常识 液压与气压传动 北京：高等教育出版社 2009.0510侯力 机电一体化系统设计 北京：高等教育出版社 1997.0811Spotts M F Design of Machine Elenments 1971.02 12Amstead B H Manufacturing Processes 1987.0613The Universal Encyclopedia of Machines 1974.0314ValliereD.Computer Aided Designing Manufacturing.Prentice Hall 1990.0515Tannock J D T.Automating Quality Systems.Chapman&Hall 1992.07A practical controller design for vehicle air conditioning Abstract :With the development of modern industry, the development of social economy and the continuous improvement of people's living standard, Traveling is gradually becoming a kind of fashion, The automobile as a convenient means of transportation is the preferred, Warm and comfortable traveling environment, As for the temperature inside the car, The fresh air should be the coach and self-drive necessary conditions, Therefore, the development of an economical and practical vehicle air conditioner controller becomes an urgent demand, This paper uses the DC / DC conversion chip MC34063AP1 for power supply system, The micro controller Atmega8 core for the system, supplemented by a simple fuzzy control technology as well as the selection button, LED digital tube display, and the whole control system has a power supply voltage, Over voltage, temperature sensor short circuit, open circuit and protection function.Key words: vehicle air conditioning，control system，single chip microcomputer谢 辞在这里非常感谢这次学校能给予我这样一次难得的机会，让我能够独立自主地完成一个这样一个课题，并在让我完成这个过程当中，给予我们各种帮助与方便，让我们在即将离校的最后一段时间里，能够更的多学习一些实践性的应用知识，增加了我们的实践操作和动手应用能力，提高了自我独立思考的能力。再一次向对我的母校及各位老师表示感谢，再次要感谢和我一起作毕业设计的各位同学，在大学生活即将接近尾声的时候，我们用行动验证了团结就是力量，圆满地完成了这个富有挑战性的课题。在与他们的合作切磋中，让我不仅学到了新的专业知识，更让我深刻认识到团结和友谊的真谛。虽然毕业在即,我们各自心中通过这次实习更加的增进了友谊,心中更加多了一份不舍,使我们更加珍惜这段晚来的友谊。在老师和同学们的帮助下，我的专业知识得到了进一步的提高，在整个设计过程中我也体会到了坚持的重要性，对待任何困难都要有坚持不懈的心理和斗志，才能在学习的过程中取得更多的知识和经验。 知识是人类进步的阶梯，而传授知识的各位老师则是我们登上阶梯的领路人。没有各位老师的辛勤教育，便不会有我们今天的累累果实。在这里，我要感谢那些曾经孜孜不倦传授我们知识的各位恩师，衷心祝愿你们桃李满天下。