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基于PIC单片机的汽车空调控制器设计0万能磨刀机

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2022年11月09日

基于PIC单片机的汽车空调控制器设计

基于PIC单片机的汽车空调控制器设计摘要：本问介绍了一款基于PIC16F917的汽车空调控制器的软件和硬件设计。该控制器具有操作简单，显示界面良好，抗干扰性强等特点。

随着汽车工业和微电了技术的发展，汽车空调的应用已越来越普及，而人们对车内驾乘环境舒适度的要求也在逐步提高。传统于动空调控制器由人通过旋钮开关来进行操作，控制效果不佳，舒适件差，且因为控制过于简单，降低了汽车的动力件，提高了能源的损耗。而自动卒调控制器采用了智能控制，加入了各种传感器，无需人工干预就能够自动调节车内温度到设定温度，不仅增加了乘坐人员的舒适件，而且极大提高了空调系统的使用效率，汽车空调系统的自动控制便成为今后发展的一个方向。1、控制器的基本原理该系统电路主要由按键、车内、车外、蒸发器温度采集、鼓风机驱动、压缩机继电器控制、LCD显叫示新风风门驱动、温度混合风门驱动、模式风门驱动等电路和单片机组成。

系统可以工作在自动控制或者于动控制模式下。在自动控制模式下，系统实时检测车内、车外温度，当车内温度与用户设定的温度不一致时，限制器通过驱动相应的执行机构，得到相应的送风温度，鼓风机风量的人小、送风的方向以及风的来源，从而最终使车内温度和设定温度趋近一致。在手动控制模式下，用户可以通过按键控制空调系统各个执行机构，自己调节车内温度。为了提供一个友好的人机界而，系统使用了液晶显示屏来显示空调系统各部分的状态信息。2、系统硬件设计（1）主控芯片选用目前市而上的8位单片机种类繁多。PIC单片机产品型号多，可以满足各种应用需求，产品的性价比高；采用哈佛总线结构、精简指令集(RISC)技术，运行速度快；开发环境优越，具有在系统可编程( ISP)功能，芯片实时性好；I／O端口驱动负载能力较强，能直接驱动LED、光耦等，片内集成了上电复位电路、I／O引脚上拉电路、看门狗定时器，使外围电路简洁；功耗和睡眠模式下的耗电较低；自带的看门狗定时器，能有效防止因电源电压波动、电磁干扰、软硬件故障等原凶造成的程序失控导致的死机现象，增强系统抗干抗能力；引脚上具有二极管钳位保护电路，避免内部电路遭受静电和瞬变高压的破坏。由于本设计需要有AD转换、PWM脉宽调制、定时中断、LCD驱动等功能，故选用PTC16F917作为空调控制器的微控制器。该款单片机功耗低，包含8路10位分辨率A／D转换通道，2路捕捉／比较／PWM模块，2个8位定时／计数器，1个1 6位定时／计数器，1个看门狗定时器等。该单片机集成的液晶显示驱动模块，最多能够驱动96像素。该款单片机资源丰富，能够实现系统的功能要求。（2）电源模块设计由于汽车内安装有各种电器设备，各电器设备经常会互相影响，因此设计一个抗干扰能力好，稳定可靠的电源系统非常关键。本系统采用了CS8361芯片作为DC／DC转换芯片，该芯片具有高精度双电源、低静态电流、使能和复位模式等特点，同时具有过热火断、短路、60V抛负载等保护，两路输出电流分别为250mA和100mA，完全满足木系统的功耗要求。为了降低干扰，在芯片的输入端和输出端加了电容进行滤波处理。此外，为了防止供电电源的瞬态高压干扰，在芯片的电源输入端还使用了一个瞬变二极管。（3）温度采集电路本系统需要采集车内温度、车位温度和蒸发器温度。由于单片机具有A／D电路，因此不需要增加额外芯片就可以实现电压采集，不仅降低了系统成本，而且增加了系统的可靠性。采集电路采用了一个高精度的电阻和热敏式电阻温度传感器分压而成，为了提高抗干扰能力，在输入单片机的A／D口前增加RCπ型滤波电路。（4）按键输入模块按键是人机交互的接口，用户通过按键发出请求以控制空调系统的运行方式。由于按键数量较多，而单片机iI/O口有限，故采用并行输入串行输出的芯片74HCl65将所有的按键信息送入单片机。（5)风机控制单片机通过R02口输出周期固定、占空比变化的脉宽调制信号，经过RC积分电路转换成电压信号，再经过运算放大电路，最终作为鼓风机驱动元件FET的输入电压信号，改变输入FET的电压大小，就可以改变鼓风机风量的大小。为了防止电源电压的波动造成风机风量的改变，本系统引入了闭环控制，通过调整驱动FET电压的大小使得鼓风机两端电压值处于设定的目标值，这种控制方式取得了不错的效果。(6)温度混合风门的控制系统根据车内温度与设定温度之差，通过调节混合风门的开度，从而调节冷、热风的比例，实现出风温度的调节。混合风门机构是由一个直流电机来带动的。系统采用了TLE4208芯片进行驱动。单片机根据键盘输入设定温度或自动控制计算得出的目标温度，输出电压幅度为+5 V的信号到芯片TLE4208的工Nl和IN2脚，通过该芯片的功率放人及电压的转换由OUTl和OUT2控制混合风门执行器；执行器电机的运动将拉动执行器内部的电位计(PBR)，通过PBR将执行器的位置以电压的形式反馈给单片机的A／D端口，由此形成了给定和反馈的实时采样的闭环执行器位置控制系统。TLE4208具有过压、欠压火断，负载短路、过热等保护，该芯片额定驱动电流可达800mA，可以满足执行器的需要。

(7)模式风门执行器的控制模式风门的位置选择一般包括：吹头(vent)、吹头吹脚(B／L)、吹脚(foot)、吹脚除霜(e／D)、除霜(DEF)五个位置。模式风门执行器电机转动时，其内部一个动触头也同步转动，当动触头位于不同位置时，接通电机内的不同位置开火。系统通过读取位置开火的信号，获取当前电机所处的位置。系统在驱动电机时，通过实时读取位置开火信号，来确定电机是否到达制定位置。模式风门执行器的驱动电路与温度风门执行器驱动电路类似，不再详述。(8)压缩机继电器驱动系统选用BSP452驱动压缩机继电器，该芯片具有过流、过压、过热、电源反极性、静电放电(ESD)等诸多保护，对感性负载产生的反向电压具有箝位功能。该芯片的额定驱动电流为700mA，可以满足继电器工作的需要。为了防．1 1：压缩机继电器断电时产生的瞬间反向电压串入电路对单片机造成干扰，在BSP452的输出端反向并联一个续流二极管来吸收反向电压，以抑制在负载切断时所产生的电压毛刺。(9)新风风门执行器的控制新风风门一般有内循环、20％新鲜空气、外循环三个位置，每个位置对应有一个位置开关。由于本系统中新风门电机都在一个方向上转动，没有正反转的要求，因此控制比较简单。系统选用BSP452作为电子开火来驱动新风风门执行器，其该控制电路如图7所示。当电机转动到位时，电路断开，电机停转，不产生电流损耗。(1 0) LCD显示为了显示空调系统当前的工作状态，系统使用LCD来显示。单片机本身集成了液晶显示驱动模块产生时序控制来驱动LCD。由于需要显示的图标比较多，系统采用了l／4复用，1／3偏置类型。LCD的时钟源使用的是系统时钟。3系统软件设计本系统采用C语言编写程序，软件可读性强，便于调试与维护升级，并且有利于较复杂控制算法的实现。根据系统的控制功能，程序主要包括初始化、按键检测、温度检测、自动控制计算、风量控制、各种风门控制、压缩机控制等。系统开机后首先进行系统的初始化，对单片机I／o端口、液晶显示模块、A／D模块、定时器模块等进行设置。接着系统开始检测电门锁电源是否开启，如果没有开启，系统不工作，为了降低系统功耗，让系统进入睡眠状态，通过看门狗唤醒后，再去检测当前电门锁电源是否开启。当系统检测到电门锁电源开启后，系统就进入止常工作状态。此时，系统首先扫描按键，再去检测车内、车外、蒸发器温度。然后系统判断是否处于自动控制状态，如果处于自动控制则根据车内、车外和设定温度的值进行计算，得出空调系统各执行机构相应的控制目标值。如果系统不处于自动控制，则不需要进行计算，各执行机构的控制目标值由用户通过按键设置。接着系统进行显示处理，在LCD上显示当前空调系统的信息，如车内温度、吹风位置、风量大小等等。最后，系统根据所设定的目标值来控制压缩机的开火，驱动混合风门、模式风门、新风风门到相应的位置。为了增加系统工作的稳定性和可靠性，系统中使用了单片机集成的看门狗定时器来监视单片机的运行状态，在主程序中插入喂狗指令来清除看门狗，一旦系统程序跑飞，兀法清零看门狗，看门狗溢出，产生复位信号，使单片机复位，从而使系统回到正常状态。本控制器采用PIC单片机控制，电路结构简单，人机界面友好，功能强。由于在硬件和软件方而采用了多种抗干扰措施，系统工作稳定，靠性高。随着汽车电子的进一步发展，智能空调控制器的应用将会越来越广泛。