1、 本 科 畢 業 設 計 第 41 頁 共 42 頁1 緒論1.1 課題背景及意義隨著汽車工業的快速發展和人們對生括質量要求的不斷提高，汽車的普及率大大地提高了，用戶對當代汽車提出了操作簡便、舒適性駕駛的要求。汽車空調作為汽車的重要功能部件之一，已成為改善乘座舒適性的重要手段?？梢詫噧瓤諝獾臏囟?、濕度、清潔度、風速、通風等進行自動調節。汽車空調主要對駕乘空間的溫度進行控制，個別高檔轎車增加了對濕度的控制。不但可以調節汽車內的溫度，并且可以隨時對車內的有害性氣體含量進行控制，預防中毒和有害氣體對駕乘人員健康的影響。汽車行業競爭市場的手段包括對空調系統的改進。國外主要的汽車公司紛紛給自己的高檔汽

2、車裝上全自動的空調系統，而國內大部分是將進口的空調系統裝給自己的高檔汽車，目前還沒有具有自主知識產權的汽車空調自動控制器。總體來看，目前我國汽車空調系統的電子化程度較低，大多數仍采用手動控制或簡單的位式控制1。手動控制一方面會出現車內溫度不容易滿足乘客所需的最佳條件，不能滿足舒適性和節能性的要求；另一方面容易分散駕駛員的注意力，降低行車的安全性。手動控制己成為汽車空調進一步發展的瓶頸問題。單片機技術在汽車空調控制系統領域的使用，提高了汽車的檔次，同時也方便了用戶的使用，增加了舒適度。汽車空調采用的大都是任務單一、響應速度較慢的普通單片機控制，在溫度測量上是將溫度值的模擬信號先采樣再進行ad轉換

3、。例如新一代的環保型汽車和其它低排放車輛，由于本身動力系統遠低于傳統車輛，能夠提給空調系統的動力極為有限。綜上可見擁有一套節能高效、性能可靠的空調系統對開拓市場有著至關重要的作用1。本課題是對全合一空氣混合型的汽車空調系統進行調研的基礎上，通過控制策略仿真和軟硬件系統模擬試驗的手段，對汽車空調智能控制方法進行研究，并設計出汽車空調全自動控制系統中的核心部分智能溫控系統1.2 國內外發展狀況國內汽車空調系統已發展多年,但整體設計和制造水平低于國外。80年代末90年代初，國內汽車空調才開始發展。近年來隨著管理信息系統的逐漸普及，國內廠家開始嘗試將適合企業發展的信息管理系統分批次的引進進來。例如引進

4、的產品數據管理系統ipmpdm的上海德爾福汽車空調系統有限公司，并且用此系統對管理產品設計信息和工藝信息進行統一的管理，形成技術先進的工程信息數據庫，通過計算機網絡與erp系統的管理信息數據庫進行資源共享和有效的信息交換，最終使公司cims的總體規劃標準得以實現，并將公司帶入的信息化的時代。但是，國內汽車空調發展時代晚，存在差、散、亂、的3種格局。國內汽車空調廠家的設計力量較差，技術水平落后。就國內主要幾家汽車空調廠而言，仍處于仿制國外空調系統的階段。雖然國內廠家也引進了ug，catia等三維造型軟件，但不能達到軟件的最佳利用率，設計人員基本上對蒸發器、暖風機和鼓風機沒有全新的認識及開發能力。

5、我國汽車空調行業起步較晚，汽車空調主要依賴ckd組裝。隨著汽車工業迅速發展，市場對高性能的汽車空調需求量日趨增長。由于大多數企業技術水平不能滿足生產需求，所以不少企業陸續從國外引進先進技術和成套生產設備，也有很多地方開始引進外資，在汽車空調項目上進行合作2。隨著國內汽車市場的飛速發展,要積極推進汽車空調的國產化進程,與國內各大高等學校進行合作,鼓勵國內設計人員獨立進行研究,以盡快掌握蒸發器、鼓風機和暖風機的全新開發技術3。自從第一輛汽車由戴姆勒制造出以來，汽車的開發已有了110年的歷史。由于當時簡單的汽車設計，夏天熱得汗流滿面，冬天凍得手腳發木，給人們帶來了諸多的不便。自從汽車加熱裝置和汽車空

6、調設備研制出來后,人們就可乘坐裝有空調的汽車了。在美國人們最早享受到了這些設備，比如早在上世紀30年，根據用戶的要求就可以給汽車安裝加熱裝置。而歐洲在1950年才生產出第一輛安裝加熱裝置的汽車。這臺帶有電子新鮮空氣送風機的加熱裝置是由貝洱公司作為附加裝置提供的。從1963年開始，德國的卡車制造公司也在自己的貨車上安裝了加熱裝置和送風裝置。1953年，美國把蒸發器安裝在行李箱裝，這是第一次作為空調系統進行生產，后來在儀表板內把蒸發器和通風管道結合在一起。在30多年的發展過歷程中汽車空調也經歷了眾多改變。自從1971年加熱裝置和空調裝置集成一體的裝置（暖風器芯和蒸發器安裝在同一殼體內并利用同一個溫

7、度分配管道）首次問世。1981年，第一臺左右分開控制的空調出現，駕駛員和乘客均可根據自身對溫度的感覺來調節氣溫。1986年，研制出了左右分開控制的空調裝置。1994年又開發出了左右分開調控空氣量的空調。如果仍然遵循溫度單獨調控原理，也可以把后排與前排乘客分開各自調控自己需要的溫度。到現在為止，把第二個空調裝置安裝在后排，可實現所說的這種四區空調裝置4。1.3 汽車空調的特點及其控制系統的難點與建筑內的空調相比，汽車空調有著極大的區別。首先，汽車在外界是不停移動的，外界環境氣候多變，車外溫度變化極大，以至于車外設計參數沒有一個確定值。其次，由于汽車載客量大，人體產生熱量多，車內空間小，因此要求汽

8、車空調制冷能力強，汽車乘員進入車內的同時往往會打開空調，并且要求在很短的時間內就享受到空調效果；而汽車在開啟空調時車內的溫度過大，這幾種因素導致汽車空調有著極大的工作負荷，使車內溫度能迅速滿足乘客的需求。因此，汽車空調機組的工作負荷應該比建筑內的空調大的多5。另外，汽車是高速行駛的，與外界環境接觸時間長，而且車身隔熱困難，門窗所占汽車比例又大，車內溫度變化頻繁。如果汽車長時間暴露在太陽直射下(或風雪下)，進入車內的熱負荷(或冷負荷)比一般室內的要大得多。夏天汽車在烈日下長時間的停放，一般車內溫度會上升到50以上6。汽車所在的外界環境十分的惡劣，這些環境因素往往又會造成汽車電子裝置的性能惡化，甚

9、至不能達到規定的工作效果，出現某些故障。因此與一般的空調控制系統相比，汽車空調控制系統也有其特殊要求7。首先，要承受住外界溫度和濕度的考驗。汽車外部的環境溫度最高為50，最低為-40，但汽車內各零部件卻有著各自不同的最佳工作溫度。其次，要承受振動沖擊環境的要求，在不良路面上行駛時，汽車各零部件必須承受住較大的振動和沖擊力。要滿足電氣環境要求，汽車電源波動和瞬時過電壓等將形成較壞的電氣環境8。 1.4 課題的提出與研究內容隨著國內汽車行業的高速發展，汽車空調越來越受到汽車制造商的重視。汽車空調作為提高汽車乘坐舒適性的一種重要手段已被廣大汽車制造者及用戶認可，完善的汽車空調系統可以對車內空氣的溫度

10、、濕度、清潔度、風速、通風等進行自動調節，提高了乘坐舒適度，減少疲勞，為安全駕駛提供基本保證。以單片機為控制核心構成的汽車空調控制系統，其硬件簡單，軟件豐富，性能優良，運行調試方便且成本低。要求如下：· 了解汽車空調的基本工作原理· 汽車空調車內溫度調節過程的分析· 單片機及其它設備的選型，系統硬件設計· 系統軟件設計2 汽車空調系統工作原理 2.1 汽車空調系統基本工作原理汽車空調制冷工作原理：從蒸發器流出的低壓、低溫的制冷劑蒸汽，經壓縮機壓縮后，成為高壓、 氣體，然后進入冷凝器。在汽車空調調節器中，均采用容積式壓縮機。經壓縮機排出的高溫制冷劑氣體進入

11、冷凝器內，與外部的冷卻介質進行熱交換，其自身放出熱量，發生相變，最終成為液態制冷劑流出冷凝器。膨脹閥對制冷劑節流降壓，在降壓的同時使制冷劑降溫。制冷劑在流經膨脹閥時一部分液體成為氣體。膨脹閥還起到控制制冷劑流量的作用，以保持冷凝器中制冷劑壓力高于蒸發器內制冷劑壓力。蒸發器是輸出冷量的設備。節流后的制冷劑液體流經蒸發器時，吸收車室內空氣的熱量，液體氣化吸熱，從而達到制冷的目的，獲得降溫的效果。制冷劑經蒸發器后已變成低溫低壓氣態，再經壓縮機壓縮，進入下一個循環，實現連續制冷9。2.2 汽車空調的總成結構整個汽車空調控制系統可以通過六個受控裝置來控制，它們分別是內外循環電磁閥、鼓風機調速電路、混合風

12、門電機、壓縮機電磁閥、暖水電磁閥和風向風門電機10。汽車空調系統總成是采用冷暖完全合一型，其風道系統如圖2.1所示。2車內進風1車外進風3內外循環風門 4鼓風機5混合風門6制冷蒸發器9除霜風口10下吹風口7暖風散熱器11前吹風口8風向風門圖2.1 全合一型汽車空調結構3 車室溫度模糊控制的研究汽車空調的應用隨著汽車工業和微電子技術的發展已越來越受到歡迎, 以及人們對汽車空調設備和系統的性能要求也越來越高。一方面, 要求汽車空調設備和系統有卓越的技術性能和控制性能, 以滿足乘客對車內環境的要求; 另一方面, 由于汽車空調的性能增加，自身的消耗也逐步增加, 因而汽車空調系統的節能效果也尤為重要。為

13、了達到這兩方面的要求，我們從模糊控制方面進行研究。從人腦識別和判斷的特點中，發明了模糊控制, 在計算機中進行運算, 讓部分自然語言能夠代替算法語言直接用程序運算。經過這個程序的多次運算, 就可能達到預期的目標, 完成以前比較復雜的控制效果11。3.1 模糊控制理論基礎汽車在某些情況下（例如，石油和天然氣的混合、缸內燃燒等過程）的控制中想找到準確的模型是很難的, 就算找出模型, 也應該會因模型過于復雜難以對其實施控制。在模糊控制運行過程中是不需要預先知道精確數學模型。適于模糊運算的模糊量轉化成由各種儀器測量出的精確量是在模糊控制過程中產生的,將運算結果中的模糊量加以運算并轉換為精確量是為了對各執

14、行器進行具體的操作控制。模糊量和精確量之間相互轉化的過程一直存在模糊控制中。例如控制車速的快與慢,客觀上車速是一個確定量, 但人對車的速度判斷卻帶有模糊性質。因此, 一定要用模糊語言確定模糊控制規則:例如： “車速略快”或“車速比較快”或“車速很快”或“車速很慢”或“車速較慢”或“車速比略慢”或“車速適當”等,“那么”應怎么樣控制。常常要分成幾個等級來處理模糊控制問題, 即若干級的精確量范圍由模糊量轉換過來是處理相關問題的方法之一。對車速是“快”還是“慢”的問題，, 運用模糊統計的方法得出車速“高”或“低”的程度是個模糊量,它是根據不同人的感覺、經驗以及不同的測試結果推理出來的。然后再求出其相

15、對的函數和相對的函數曲線, 根據相對的函數做出的模糊數學模型來實現模糊控制11。在控制過程中條件語句經常成組出現, 假如兩個傳感器信號分別由a、b表示, 某控制變量要用y表示,則如下所示:條件1: 若a 小且b 小, 則y 小;條件2: 若a 小且b 大, 則y 大;條件3: 若a 大且b 很大, 則轉入語句n (n 為另一控制過程)。條件4: 若a 大且b 大, 則y 略微減小;這些條件語句組成了多套控制策略, 如圖3.1所示。如果決策第一次落在目標集合s 上, 觀測后第二次的決策輸出落在子集g上, 而g在s 內, 并且兩個值比較接近, 則稱結果相對上一次更精細,為使控制自動達到優化的目的要

16、重復此過程。觀察1觀察2模糊化運算1決策控制2模糊化運算2決策控制1sg圖3.1 模糊控制的多套控制策略示意圖3.1.1 模糊控制器的分類一般說來, 模糊控制器的功能模塊主要有3個功能:(1) 模糊推理：它由大前提、小前提和結論3部分組成。大前提也是規則庫的一種，是由多個多維模糊條件語句構成的; 小前提是由一個模糊的判斷句組成的事實。模糊變換推出新的模糊命題作為結論的過程以已知的規則庫和輸入變量為依據的，這種過程稱為模糊推理。(2) 清晰化：用作控制的數字值由模糊推理后得到的模糊集轉換來的過程稱之為清晰化。與傳統的控制相比, 模糊控制具有以下的優點:a 該系統適用于非線性、時變、滯后系統的控制

17、，適用于不易獲取精確數學模型的控制對象,。b 模糊控制是語言變量的一種控制器, 其控制規則的表達只能是語言變量, 被控對象的模糊模型由語言變量構成。系統模型用傳遞函數來描述的是經典控制， 用狀態方程來描述的是現代控制。 (3) 模糊化:相應模糊語言變量值由模糊控制器輸出量的確定值的轉化過程稱為模糊化, 相應語言變量值均由對應的確定值來定義3.2 模糊控制器的設計3.2.1 模糊控制器的結構設計與建筑內的普通空調系統相比, 汽車空調會面臨車門啟閉次數多、車內載客量大、車外氣溫和太陽輻射變化大等問題。因此, 汽車空調控制過程必須對這些因素充分考慮。汽車空調模糊控制框圖如圖3.2所示。x:溫差 計算

18、模糊量運算負荷模糊控制規則隸屬度計算圖3.2汽車空調模糊控制框圖+ x室溫具體實現步驟如(1) 以人體舒適度為基礎，根據車內反映溫度，車外對氣流、輻射等溫度傳感器以及車內的溫度傳感器測出的溫度及濕度傳感器測出的濕度, , 對車內設定的溫度進行模糊修正。(2) 根據車內實測空氣溫度與上述修正后的設定溫度進行對比, 用模糊控制規則計算出輸出結果。(3) 根據車外溫度和車內載客量對控制輸出進行熱負荷模糊修正。(4) 根據車門開閉因素, 對控制輸出結果進行修正, 完成控制過程3.2.2 精確量的模糊化把物理量的精確值轉換成語言變量值的過程稱為精確量的模糊化。在以以前實驗的經驗為基礎的模糊控制中，一般將

19、模糊控制器的輸入輸出變量的狀態劃分為“正大、正中、正小、零、負小、負中、負大”七個檔次來描述，分別用英文字母pl，pm，ps，0，ns，nm，nl表示之。對于系統偏差，描述其狀態時，還常把“零”分為“正零”和“負零”，分別用p0，n0表示之。在汽車空調智能溫控系統中，溫度設定值和溫度測量值之差稱作溫度偏差。我國南北溫差大，同一地方的冬夏兩季溫差也十分大，在一個沿海城市，它具有典型的溫帶海洋性氣候，全年的溫度將在-1030之間徘徊。按照醫學研究結果表明， 24±1是人體感受的最佳溫度。本文把15到28設定為規定的溫度范圍，20，20是定義溫度偏差e的范圍，4，4 是溫度偏差變化率ec的

20、范圍，0%，100%為風門電機的輸出量u的范圍(0%表示最大制冷，100%表示最大采暖)。對e，ec和u的模糊狀態e，ec和u的整數范圍分別定義如下:e和ec的范圍為:-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4u的范圍為:-5，-4，-3，-2，-l，0，l，2，3，4，5綜上所述，量化因子ke=4/20=0.2，kec=4/4=l，ku=l/10=0.1。物理量的精確值轉換成語言變量值的步驟如下： 5到10檔是語言變量的一般分法，檔級數的1.5到2倍被稱為整數論域。檔級越少，語言變量值越粗糙，對控制質量的影響越惡劣。檔級越多，語言變量越細，關系矩陣越大，占用內存比例越大。，u，e和ec的模糊

21、語言定義是根據汽車空調溫度控制模糊控制器來區分開的:u的模糊集為:nb，nm，ns，no，po，ps，pm，pb。e和ec的模糊集均為:nb，ns，ze，ps，pb；從模糊控制過程對于語言變量值的隸屬度函數形狀沒有緊密的聯系上可以體現出隸屬函數有著一種特殊性，只是與隸屬度函數的范圍有一定的聯系，三角形或梯形的隸屬函數在控制中有利于計算隸屬度，是隸屬函數控制過程有著緊密的關系。3.2.3 模糊控制規則的確定將if ai and bi then ci作為本文空調系統模糊控制規則，其中溫差以ai代替，模糊子集以e代替，模糊子集ec的溫差變化率以bi代替，風門開度增量u的模糊子集以ci代替?？偰：刂?/p>

22、規則表的數據是以現場實際操作經驗參數特點和車廂溫度變化及專家的知識理論為參考依據。如表3.3所示：表3.3 模糊控制規則表eccenbns0 ps pb  nbnbnmns00nsnmnm00ps 0nsns 0 ps pmpsnsopmpb pbpb0pspmpbpb模糊控制規則建立的基本步驟:當誤差較大或大時，選擇的控制量應該以盡快消除誤差為主，而當誤差較小時，選擇控制量應該以注意防止超調和系統的穩定性為主。當誤差較大時，誤差變化正在變大，這時誤差有增大的趨勢，為盡快消除己有的較大誤差并抑制誤差變大的趨勢，所以取最大的控制量，即得到最大的風門角度，使通過加熱器

23、的風量增大。3.2.4 模糊量的精確化為了使控制更加精確，精確量u還需由模糊量u轉化而成，即對模糊量進行清晰化處理。求取模糊控制表也就是模糊量的精確化。把輸入的所有情況都考慮到是求取模糊控制表的前提，下面以系統輸入論域值為1的偏差e，論域值為2的偏差變化率ec，為例來介紹模糊輸出量u是怎樣確定的。以偏差e為1，偏差變化率ec為2時，可以推導出偏差量有:ze(1)=0.2,ps（1）=0.4，其它模糊集的隸屬度都為0。當ps（2）=1，相對于輸入的偏差變化率可以導出其余的模糊集的隸屬度為0。在模糊狀態控制表里可查得u=pm是以zee和psec為根據的，同理，以pse和psec可查出u=pb，有兩

24、條控制規則相對于當前輸入值是有效的:if e=ze and ec=ps then u=pmif e=ps and ec=ps then u=pb由l.a.zadeh的模糊推理算法，再根據以上控制規則得出模糊推理過程如下:首先取兩個前件的隸屬度的最小值以第一條規則為基礎，對后件的模糊集求截集，求得與該控制規則相符的控制量的模糊截集有:pm(1,2)=min(0.2，1)=0.2接著再取兩個前件的隸屬度的最小值以第二條規則為基礎，對其后件的模糊集求截集，所求的控制量與第二條規則相符的模糊截集有:pm(l,2)=min(0.4，l)=0.4最后將所有符合有效規則的當前輸入值進行推理所得的控制量的模糊

25、截集相加，得到,按重心法原則對當前輸出控制量的模糊集進行模糊判決，求出控制量u:u=(1)×1+(2)×2+(3)×3+(3)×3+(3)×3/ (1)+ (2)+ (3)+ (4)+ (5)=(l×0+2×0.2+3×0.2+4×0.4+5×0.4)/(0+0.2+0.2+0.4+0.4)=3.84由此可知，當輸入e=1，ec=2時求得的控制量u的論域值為4，按以上方法，論域z元素表示的控制量變化值是以論域x,y中的元素所有組合計算出來的，并根據以上元素寫成矩陣(u)。該矩陣構成的相應的表格即

26、模糊控制器的控制表。見表3.4。表3.4 模糊控制器的控制表cece-4-3-2-10 12 3 4-4-5-4-3-2-10001-3-4-3-3-2-10011-2-3-3-3-201112-1-2-2-2-2011230-2-1-1-1122231-1-1-10132332100014334300012434440112344454 硬件電路設計4.1 汽車全自動空調控制器硬件4.1.1 工作原理汽車空調控制系統對所需要的控制參數進行采集主要通過安裝在車內不同位置的各種傳感器，經過ad由模擬量轉換成數字量，然后微處理器以檢測的數據和設定值為依據進行決策處理后，以控制汽車空調系統內風機、壓

27、縮機、混合風門的驅動模塊的方式來改變各個控制對象的狀態，從而汽車室內溫度的調節得以實現12。4.1.2 硬件組成空調控制系統由傳感器，鍵盤，風門電機等組成，硬件框圖如4.1。單片機車內溫度傳感器車外溫度傳感器蒸發器溫度傳感器統內風門電機混合風門電機水閥電機壓縮機風機電源鍵盤/顯示驅動放大器驅動器lcd鍵盤圖4.1 控制系統硬件框圖4.2 單片機簡介at89c51是一種帶4k字節flash存儲器的低電壓、高性能cmos8位微處理器vcc：供電電壓gnd：接地。p0口：之所以po口每腳可吸收8ttl門電流，是因為具有一個8位漏極開路雙向i/o口，。當1被定義為高阻輸入的前提必須是第一次輸入po口的

28、管腳，。po被定義為數據/地址的第8位，使其能夠用于外部程序數據存儲器。po外部必須被拉高是因為po口在flas編程時作為原碼輸入口，po當flash進行校驗時輸出原碼。p1口：p1口是一個8位雙向i/o口內部提供上拉電阻，p1口緩沖器能接受輸出4ttl門電流。當1被寫入p1口管腳后，用作輸入時被內部上拉為高電平，當輸出電流時p1口由于內部上拉的緣故造成外部下拉為低電平。p1口作為第8位地址是在flash編程和校驗時。p2口:p2口為一個8位雙向i/o口內部上拉電阻，p2口緩沖器可接收輸出4個ttl門電流，當1被寫入p2口管腳后，作為輸入時其管腳被內部上拉電阻拉高，當作為輸入時，由于內部上拉的

29、緣故，p2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。p2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數據存儲器進行存取時，p2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時，p2口輸出其特殊功能寄存器的內容。p2口在flash編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號13當p3口寫入“1”后，它們用作輸入的原因是被內部上拉為高電平。作為輸入，p3口輸出電流（ill）是由于內部上拉為高電平而是外部下拉為低電平。rst：復位輸入，保持rst腳的高電平保持兩個機器周期時間是器件被振蕩器復位的關鍵因素。ale/prog：當訪問外部存儲器時，用于鎖存地址的地位字節是地址鎖

30、存允許的輸出電平形成的。在flash編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ale端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數據存儲器時，將跳過一個ale脈沖。如想禁止ap3口：p3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向i/o口，可接收輸出4個ttl門電le的輸出可在sfr8eh地址上置0。此時， ale只有在執行movx，movc指令是ale才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執行狀態ale禁止，置位無效。/psen：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/

31、psen有效。但在訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的/psen信號將不出現。/ea/vpp：當/ea保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000h-ffffh），不管是否有內部程序存儲器。/ea將內部鎖定為reset的條件是是加密為1。內部程序存儲器是當/ea端保持高電平時。此引腳也用于施加12v編程電源（vpp）的前提是在flash編程期間。xtal1：反向振蕩放大器及內部時鐘工作電路的輸入。xtal2：輸出由反向振蕩器產生。4.3 溫度信號采集電路的設計4.3.1 溫度傳感器的選擇溫度檢測采用電阻式傳感器，電阻式傳感器是把位移、力、壓力、加速度、扭矩等非電物理量轉換為電阻值變化的傳感器

32、。由電阻元件及電刷兩個基本部分組成。電刷相對于電阻元件的運動可以是直線運動、轉動和螺旋運動，因而可以將直線位移或角位移轉換為與其成一定函數關系的電阻或電壓輸出14。4.3.2 溫度傳感器采樣放大電路溫度傳感器采集的溫度信號是模擬信號，需要進行a/d轉換。某些結型半導體器件，例如二極管和三極管對溫度呈現出敏感性，因而可用作溫度敏感元件，因此可以利用這個特性，從它的輸出電量的大小直接換算，而得到絕對溫度值。hn36便是根據此原理制造的一種電阻型傳感器。單片機的adc0809芯片就是用于a/d轉換的擴展芯片，它可以進行8路模擬信號的轉換。但電壓值是adco809的輸入信號，電壓范圍一般在ov5v，而

33、電流信號也就是hn36采集的溫度信號，之所以hn36傳感器采集的溫度信號還不能直接輸入到單片機中，是因為電流的量值是微安級。為了適應adc0809芯片的輸入要求，還需將hn36采集的溫度信號要進行電流/電壓的轉換，將電流信號轉換為電壓信號，并且對電壓信號進行放大。因此，本文設計的電阻型傳感器如圖4.2。lmp7721143k7k143knh3610k10k100k100k 圖4.2 電阻型傳感器4.3.3 模數轉換電路單片機控制adc0809的工作過程：首先通過指令選擇0809的一個模擬輸入通道，當執行movx dptr，a時，單片機的wr信號有效，從而產生一個啟動信號，將脈沖從0809的st

34、art引腳送入，脈沖開始在選中通道進行轉換。當轉換結束后，0809發出代表轉換結束的eoc信號，該信號可反相后作為向單片機發出的中斷請求信號也可以可提供單片機查詢。模數轉換電路如圖4.3。圖4.3 模數轉換電路4.4 人機接口的設計一led顯示和鍵盤4.4.1 led顯示器(1) led靜態顯示方式：led顯示器以靜態顯示方式工作時，所有顯示器的共陰極要連接在一起并與地（或+5v）相連；每位的段碼線（a-dp）分別相連一個8位的鎖存器的輸出端。當各個led的顯示字符一經確定，直到送入另一個字符的段碼為止，相應鎖存器鎖存的段碼輸出將維持不變，這便是稱為靜態顯示的原因。靜態顯示器的亮度都較高的原因

35、也是相同的。(2) led動態顯示方式：在多個led顯示時，通常將所有位的段碼線相應段并聯在一起，為的是簡化硬件電路。段碼線的多路復用由1個8位i/o口控制的，i/o線控制著相應的共陽極或共陰極，從而形成各位的分時選通。4.4.2 鍵盤工作原理在8255相對應的pco-pc2線上連接著簡易鍵盤中的up鍵、down鍵和auto鍵，此時輸入端為8255的pc口。同時cpu的外部中斷引腳int1上通過一個與門與3個按鍵的行線連接到一起當鍵盤上的鍵全部開啟時，列線都輸出高電平，int1引腳也為高電平。一旦閉合任意一個鍵，int1引腳的電平就會變低，cup也會接受到中斷請求。判別是否真的有鍵按下和確定是

36、哪個鍵被按下是用軟件查詢的方法完成的。另外， at89c51的p13引腳接連著系統的軟開關按鍵“on/off”鍵接，按鍵在沒有閉合時，p1.3引腳處的電平將會升高，該按鍵的工作方式將采用掃描查詢，當檢測到低電平為輸入端時，在“軟關機”和“正常運行”之間系統會進行切換。鍵盤顯示電路如圖4.4。圖4.4 鍵盤顯示電路4.5 串行通訊接口的設計4.5.1 串行數據通信概述1) 串行數據傳送的特點數據傳送按位順序進行，完成次過程最少只需一根傳輸線，它的特點是成本低但速度慢。計算機與遠程終端或終端與終端之間的數據傳送通常都采用串行方式。另外，串行數據傳送分為異步傳送和同步傳送兩種方式，本文使用異步傳送方

37、式。2) 異步串行通信異異步串行數據通信是以字符為基本單位，即一次傳送一個字符。具有一定格式的串行數據位和停止位在異步數據發送器送出一個起始位后發出。異步數據接收器首先接收起始位，通過調整時鐘，使發送器的頻率逐步接近于規定值，然后以同步時鐘為基礎接收位數據串。在接收過程中，短時間內的數據串接收的正確性不會因為接收時鐘與發送時鐘的匹配會有偏差而造成影響。接收器用來判別接收過程中的某些錯誤的功能是通過停止位，例如串行數據的字節邊界錯誤等。異步串行通信是一個字符的完整的通信格式，包括起始位、數據位、奇偶校驗位、停止位。從起始位到停止位結束的全部內容稱為一幀。字符格式（即字符的編碼形式，奇偶校驗形式，

38、以及起始位和停止位的規定），波特率（即數據傳送速率的規定，用每秒傳送格式位的數目表示）是異步通信數據傳輸中，微機與其他設備之間必須遵守的兩項規定4.5.2 單片機與pc機的串行接口及電路單片機和微機串口不兼容是因為微機串口通常采用rs232電平而單片機串口是ttl電平。所以，接口必須做電平轉換處理。本文采用的是maxmi公司的max232電平轉換芯片。單片機串行口的txd，rxd和gnd經電平轉換分別與微機的rxd，txd和gs相連。4.5.3 串行通訊的工作方式和波特率設置單片機的波特率與cp機串口的波特率要相等是為了為了保證上位機與下位機的正常通信，傳送的誤碼隨著傳輸速率越低而降低。在本文

39、中，由于環境因素影響不大，故采用低波特率來減小誤碼率，本文采用的波特率為1200bit/s。單片機有四種串行工作方式，本文采用串行工作方式l。即以10位為一幀的異步串行通信方式，共包括1個起始位，1個停止位，8個數據位數據發送是由一條寫發送寄存器(sbuf)的指令開始，隨后在串行口由硬件自動加入起位和停止位，構成一個完整的幀格式，然后在移位脈沖的作用下，由tdx端串行輸出。一個字符幀發送完后，使txd輸出線維持在“l”狀態下，并將串行控制寄存器scon的ti位置“1”，通知cpu可以接著發送下一個字符15。接收數據時，處于允許接收狀態(ren=1)的scon允許接收位rne位。在此前提下，串行

40、口rxd端，當采樣到從“1”向“0”的狀態變化時，就認定是變化到了起始位。隨后在移位脈沖的控制下，把接收到的數據位移入接收寄存器中。cup從sbuf取走接收到的一個字符的前提是接收中斷標志位ri。5 汽車空調溫控系統的軟件設計5.1 系統軟件設計概述根據系統的總體設計，實現信號采集功能、鍵盤控制和顯示功能、實現控制器的輸出、空調系統工作模式選擇功能是汽車空調主要控制器軟件。本系統采用的是8位單片機at89c51，其程序存儲器也只有sk，為了更充分地使用單片機的有限空間，在開發該系統軟件時使用中斷模式作為整個軟件的主線系統軟件使用的是iccavr編譯器，采用結構化的程序設計方法進行編寫，由主程序

41、和中斷服務子程序構成。5.2 系統軟件的工作模式“正常運行模式”、“軟關機模式”、“手動控制模式”和“自動控制模式”是汽車空調智能溫控系統的四種工作模式。系統的自檢狀態會在通電的同時開啟，這時在x25045中系統會首先讀入上一次存入eeprom的斷電前的系統狀態信息，使上次關機前空調控制器的運行狀態得以恢復。上次關機前智能溫控系統的“正常運行模式”會經過通電初始化得到恢復。此時，需要的溫度值可以通過溫度調節按鍵設定，溫度傳感器定時檢測車廂溫度，溫度設定值和溫度測量值通過顯示器顯示出來，根據溫差和溫差變化混合風門的開度會自動調節，溫控系統能夠與pc機通過串口通訊交換數據。當顯示器熄滅，混合風門步

42、進電機停止運轉，系統不能再進行溫度檢測、溫度設定和串行通訊時說明溫控系統進入了軟關機模式，達到這一效果只需按一下“on/off”。系統在關機前會在x25045的eeprom中自動把 (如混合風門的開度范圍，溫度在自動控制模式下的設定值或手動控制模式下的風門檔位值等)溫控系統的狀態信息保存。要想讓系統將恢復到“正常運行模式”只需再按一下“n0/off”鍵?！睍r，混合風門開度檔位當處于手動控制模式下可以直接調節(由全制冷到全加熱分為5檔)。為使車廂溫度能滿足乘客想要的舒適度，智能溫控系統根據溫度設定值與測量值的偏差，需要處在“自動控制模式”對自動調節混合風門的開度進行調節。5.3 系統軟件的模塊化

43、編程模塊化編程是一種軟件設計方法，采用模塊化形式編寫本控制系統的軟件，分別編寫各模塊程序，經過編譯和調試，最后把各模塊一起連接/定位，達到所需的目標。模塊化編程具有以下優點:l) 開發周期短，研究方便；2) 當同類的需求較多時，可以把程序放入庫中以備以后使用；3) 使得要解決的問題與待定模塊分離，有利于軟件的可示化；4) 有利于軟硬件的聯調，很容易找到出錯的模塊，大大簡化了調試；5.3.1 系統主流程模塊使用專門用于計算機嵌入式應用的linux操作系統來設計系統的部分軟件，其大多數都是用c語言編寫的放大的源代碼，匯編語言編寫的只是少量可移植性強的源程序啟動代碼和硬件初始化代碼。之所以嚴格遵守單

44、總線協議來驅動dsl8820，是因為c語言編寫的溫度測試子程序。每次能執行讀寫指令前都必須將dsl8820進行復位。主機要釋放保持480960fs的低電平的數據線，再通過上拉電阻將數據線保持在1560fs，復位操作完成的信號是dsl8820發出存在脈沖。初始化程序(復位程序)、“讀”子程序、“寫”子程三個基本子程序要與dsl8820進行通信才能完成。在測溫、顯示等各個子程序編譯完成后就可以結合硬件來完成系統的功能，系統的主程序流程圖如圖5.1。 開始初始化操作系統創建任務初始化輸出電路測溫子程序顯示子程序初始化顯示電路控制輸出輸出控制子程序結束nyn任務結束？y圖5.1 系統的主流程序圖5.3

45、.2 按鍵掃描處理子程序模塊1) 按鍵掃描程序按按鍵掃描程序的功能分為以下3個方面的內容:a.判別鍵盤上有無閉合：，看cpu有沒有收到中斷請求在外部中斷輸入端int1后。若cpu收到中斷請求，發出信息使int1運行中斷服務子程序，則說明鍵盤上由鍵處于閉合狀態。b. 去除鍵的機械抖動。識別閉合鍵的鍵號和排除鍵抖動引起的誤操作是掃描鍵盤中斷服務程序里的重要部分。本系統采用按鍵消抖措施之一的軟件消抖措施，另一種為硬件消抖措施。方法為鍵盤上有鍵閉合后，延遲10m以后再判別鍵盤的狀態，若仍然有鍵閉合，則認為鍵盤上有一個鍵正在穩定的閉合中，否則就認為是按鍵在抖動16。c.通常鍵盤有編程掃描、定時掃描和中斷

46、掃描三種工作方式。在本設計中，用中斷掃描的方式設計“up”、“down”和“auto”鍵，采用編程掃描的方式設計“on/off”鍵。在硬件接線上，up、down、和auto3個按鍵的行線與cpu的外部中斷引腳int1通過一個與門相連接，當鍵盤上按鍵都開啟式，高電平都會由列線輸出，高電平也在int1引腳上出現。一旦閉合的按鍵出現在鍵盤上，低電平就會從int1引腳輸出，從而導致cpu收到中斷請求。若響應中斷請求，執行中斷服務程序，需要cup開放外部中斷。在中斷服務程序中，首先調用一個10ms的延時程序，鍵盤上各按鍵的狀態是由軟件查詢的方式判別的。按鍵處理程序在按鍵機械抖動的影響消失后要做出相應的調

47、節16。2) 按鍵處理程序：按鍵按下后，相應的功能要與特定的按鍵對應，“auto”是自動/手動切換按鍵，通過auto在系統默認方式下的手動模式的變化，溫度加1鍵是“up”，溫度減1鍵是“odwn”。如圖5.2按鍵掃描子程序流程圖17。外部中斷1響應讀入8255pc口按鍵狀態延時10msup鍵按下？down鍵按下？up鍵子程序down鍵子程序auto鍵子程序中斷返回nnyyyn消除按鍵機械抖動auto鍵按下？圖5.2按鍵掃描子程序流程圖5.3.3 模糊控制子程序模塊程序實現了模糊控制中的控制算法，它包括兩部分:一是離線計算模糊控制查詢表，將模糊控制表存于單片機的程序存儲器中；二是在實時控制過程中

48、，如圖5.3：根據某一時刻單片機的溫度設定值與溫度測量值的偏差值e(k)和溫差變化率ec(k)，經模糊化推理后直接與存儲在單片機表中的數據比較，根據輸出量查出步進電機的運轉步數，精確后用于混合風門的調節。yec(k)=4nnec(k)>4?e(k)<-20?e(k)>20?開始e,ec采樣輸出nyye(k)=-20e(k)=20yec(k)<-4?ne(k)，ec(k)模糊化處理查詢模糊控制表再乘比例因值u(k)ec(k)=-4計算u(k)=u(k)-uc(nu(k)>0?p1.1=0yu(k)存入3ch|u(k)|存入3ch返回圖5.3 模糊控制算法子程序流程圖

49、5.3.4 異步電機控制流程模塊異步電機控制流程如圖5.4所示。定時器t2中斷響應步數u(k)p1.0=1?p1.1=1?uc=25?uc=-25?當前位置u+1改變p1.0狀態步數u(k)-1重裝定時器t2當前位置u-1圖5.4 異步電機控制流程圖ynnnyyny返回結 論本論文經過對車廂空氣溫度調節原理、控制策略、系統軟硬件方案設設計等方面的研究，開發出汽車空調溫控系統。通過對汽車空調系統總成結構以及對汽車空調系統的基本工作原理進行研究和分析，推導設計了以單片機at89c51為核心的汽車空調控制系統，包括溫度檢測電路、風門電機驅動電路等硬件模塊方案，最終設計出總體硬件系統。研究了模糊控制的

50、基本原理，根據汽車空調溫度調節的特點提出模糊控制的控制方法，使各個功能模塊都具有軟件算法和程序。汽車是在外界高速行駛的物體，所處的外界環境變化大，車內溫度往往要在短時間內得到改變，才能滿足乘客的需要。這就需要一個智能的空調控制系統對溫度進行調節。本文設計的方案在運行時大多需要手動，在智能這一方面體現不多。因此控制系統的智能化是本文下一步要研究的問題。致 謝本文從一開始課題的選定，系統設計方案的確立，以及對具體頁面的修改指正，一直到全文的撰寫以及文稿的修改，都是在導師xx老師的悉心指導下完成的。對其中設計思路的引導和論文的審校，更傾注了她大量的精力和心血。特別是在設計過程中，李老師經常能夠一針見

51、血的指出問題所在，讓我從中得到很多的經驗和啟發。在此，特別向李教授表示由衷地感謝和誠摯的敬意此外，在這里我還要感謝我的同學和朋友對我的無私的幫助，沒有他們的幫助，我的畢業設計無法順利地完成。學習的道路是漫長的，這只是我人生的一個階段性的總結，謹以此報答我的父母兄弟姐妹們以及我許許多多的同學。在此，再次向所有幫助過我的人表示衷心的感謝!參考文獻1 j.m.saiz jabardo.w.gonzales mamani1 劉麗.汽車空調制冷的單片機控制系統設計，合肥工業大學學報，2006（10）：126112632 郭麗紅.吳海濤.基于atmegal6的汽車空調系統設計與實現，長春理工大學學報，20

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