一種基于單片機的實用車載空調(diào)控制器的設計

隨著社會經(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、清新的空氣應是長途汽車的必備條件。所以，開發(fā)一款經(jīng)濟實用的車載空調(diào)控制器就成為一種需求。本文采用DC/DC轉換芯片MC34063AP1為系統(tǒng)供電，以微控制器Atmega8為系統(tǒng)核心，輔以簡單模糊控制技術以及按鍵選擇、LED數(shù)碼管顯示，并使整個控制系統(tǒng)具有電源欠壓、過壓，溫度傳感器短路、斷路等保護功能。

主要功能指標

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、制冷、化霜、通風。
● 多檔風速設定：自動風、低速風、中速風、高速風。
● 具有故障運行處理功能。
● 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、溫度檢測、風機控制、壓縮機控制、LED數(shù)碼管顯示、蜂鳴器報警電路和單片機組成。

圖1 汽車空調(diào)控制系統(tǒng)框圖

單片機工作的主要原理為：掃描鍵盤，當制冷鍵按下，同時無故障報警時系統(tǒng)將ADC采樣的車內(nèi)溫度與預先設定的制冷溫度比較，如車內(nèi)溫度高于設定溫度則打開冷凝風機、壓縮機制冷；當車內(nèi)溫度低于設定溫度2℃時關閉壓縮機、冷凝風機，若此時強制冷鍵按下，系統(tǒng)將忽略預設溫度直接啟動制冷。其中單片機PB0、PB1口輸出高低信號控制MOS管的開關，進而控制風機和壓縮機的起停；PC0口采樣輸入電壓并與系統(tǒng)默認值進行比較，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，將計算的結果輸出至LED數(shù)碼管顯示。

系統(tǒng)硬件設計

1 主控芯片簡介
Atmega8單片機具有8Kb的在線編程Flash程序存儲器、512字節(jié)EEPROM、1Kb SRAM、32個通用工作寄存器、23個通用I/O口、3個帶比較模式靈活的定時器/計數(shù)器、18＋2個內(nèi)外中斷源、1個可編程的SUART接口、1個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器、1個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，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(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基準電壓等同單片機工作電壓5V，系統(tǒng)輸入電壓經(jīng)R3、R8分壓簡單濾波后送入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為負溫度系數(shù)傳感器，當溫度上升或下降時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，得出實時溫度。

4 鍵盤和顯示電路

如圖4所示，由于單片機I/O口有限，鍵盤和顯示電路采用了端口復用，3位8段LED數(shù)碼管驅動增加了SN74164串入并出芯片進一步緩解端口有限的壓力。其中鍵盤有7個按鍵， 分別為開關機、制冷/通風、強制冷、設定、上增、下減，可以進行溫度設置和新風時間設置等。LED數(shù)碼管可以顯示當前車內(nèi)溫度、系統(tǒng)預設溫度、輸入電壓等，當蜂鳴器報警時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反向后驅動晶體管Q2，Q2的集電極再連接壓縮機的起停開關繼電器的控制輸入端，當繼電器由閉合轉為斷開時，二極管D10為繼電器線圈續(xù)流。為有效的控制晶體管的導通和關閉，系統(tǒng)增加了高輸入電壓、高灌電流的ULN2003A驅動芯片。其內(nèi)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：主程序和中斷服務程序。

主程序包括定時器、ADC模塊初始化、鍵盤顯示處理、蜂鳴器報警等。主程序初始化后，系統(tǒng)根據(jù)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(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)鍵值進行相應的操作，如風量高中低的切換、制冷開/關、強制冷的選擇、制冷溫度設定和新風送風時間設定等。

圖5 輸出控制電路

中斷服務程序包括定時器T0、T1中斷服務程序。定時器T0定時時間為1ms，設變量a，每次進入中斷子程序如故障標志位有效則a增加1，在a小于50前開蜂鳴器；當a大于50時關蜂鳴器同時a清零，這樣處理以區(qū)別按鍵鈴聲。定時器T1定時時間為1s，主要用于壓縮機、冷凝風機間的延時，也就是連續(xù)兩次壓縮機開啟的時間間隔不能少于6s，壓縮機關閉后延時3s關冷凝風機。

結束語

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