嚴光

【摘 要】隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展以及各種高新技術(shù)的不斷提高，人們的生活變得越來越便利，汽車作為高科技的產(chǎn)物，由于其的便利好用性受到了全世界人們的喜愛。而隨著人們生活水平的不斷提高，人們對汽車的要求也在不斷提高。汽車，除了作為人們的交通工具以外，還要為人們出行提供一個舒適的環(huán)境。汽車空調(diào)系統(tǒng)作為汽車重要的組成部分，對汽車內(nèi)部環(huán)境的舒適度具有很大的決定性作用，因此它的性能受到人們廣泛關(guān)注。在此，本文將對基于單片機的汽車空調(diào)控制系統(tǒng)的設計進行淺析。

【關(guān)鍵詞】汽車空調(diào)；控制系統(tǒng)；單片機；設計

人民生活水平普遍提高，汽車作為主要的交通工具，已經(jīng)走進了千家萬戶。汽車空調(diào)系統(tǒng)可以對汽車內(nèi)的溫度、濕度、風速以及清潔度進行調(diào)節(jié)與控制，從而決定車內(nèi)舒適度。隨著人們對汽車舒適度要求提高，汽車空調(diào)控制系統(tǒng)的設計也受到汽車生產(chǎn)廠家的重視。但是我國在汽車空調(diào)控制系統(tǒng)設計方面還遠遠落后于發(fā)達國家，因此在進行生產(chǎn)時常常需要引進外來技術(shù)，但是卻得不到其核心技術(shù)，面對這樣的現(xiàn)狀，我國加強對該技術(shù)的研究勢在必行。

1 汽車空調(diào)技術(shù)簡述

1.1 汽車空調(diào)技術(shù)發(fā)展概述

汽車空調(diào)技術(shù)最早發(fā)展于國外，美國在20世紀30年代便開始該技術(shù)的研究，經(jīng)過30多年的發(fā)展，使得該技術(shù)日益成熟，從僅僅可以進行取暖，到僅僅可以進行制冷，以及后來的冷暖一體化、自動控制甚至現(xiàn)在的微處理器控制，發(fā)展地越來越完善。與美國相比，我國汽車空調(diào)技術(shù)起步甚晚，我國于20世紀60年代才開始汽車空調(diào)技術(shù)的研究，70年代以后才逐漸應用于汽車中，發(fā)展比較緩慢，直到引進國外技術(shù)后，我國該技術(shù)才迅速發(fā)展起來，并產(chǎn)生了一些具有代表性的汽車空調(diào)生產(chǎn)廠家。但是，我國在汽車空調(diào)技術(shù)方面還存在很多不足，遠遠落后許多發(fā)達國家，需要相關(guān)人員不斷研究改進?？偟膩碚f，目前全球汽車空調(diào)技術(shù)正朝著以下幾個方向發(fā)展，即日趨自動化、舒適化、高效化、經(jīng)濟化以及環(huán)?；?。

1.2 汽車空調(diào)系統(tǒng)工作原理

汽車空調(diào)系統(tǒng)有采暖和制冷的作用，可以使得汽車內(nèi)保持舒適的溫度，更高級的空調(diào)系統(tǒng)還有清潔空氣的作用。汽車空調(diào)系統(tǒng)主要是由采暖系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)兩大部分組成，下面將分別進行詳細的介紹。整個采暖系統(tǒng)由采暖加熱器、熱水閥、鼓風機等組成。其中，加熱器將熱交換而產(chǎn)生的高溫氣體通過鼓風機送入汽車內(nèi)，達到提高車內(nèi)溫度的目的；熱水閥具有加熱升溫通道和高溫制冷劑的作用，可以對汽車內(nèi)的溫度進行調(diào)節(jié)；鼓風機則主要起到將熱空氣送進車內(nèi)的作用。制冷系統(tǒng)是由壓縮機、冷凝器、節(jié)流裝置、儲液干燥器、蒸發(fā)器及相應的連接管組成，且整個制冷過程由壓縮過程、散熱過程、節(jié)流過程和吸熱過程組成。其中，壓縮過程是將制冷氣體壓縮成高壓高溫氣體排出壓縮機；散熱過程是將壓縮成高壓高溫的制冷氣體進行冷凝，形成液體，這個過程是放熱過程；節(jié)流過程就是將通過膨脹器的高溫高壓制冷劑的溫度和壓力變小，最終使其以霧狀的形式排出；吸熱過程就是使制冷劑被蒸發(fā)器蒸發(fā)為氣體，最后進入壓縮機，這個過程是吸熱過程。

2 汽車空調(diào)系統(tǒng)控制系統(tǒng)設計

2.1 模糊控制系統(tǒng)

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，經(jīng)典的控制理論已經(jīng)不能滿足控制系統(tǒng)的要求，因此模糊控制系統(tǒng)應運而生。模糊控制系統(tǒng)是以模糊數(shù)學為依據(jù)，以人們多年的經(jīng)驗總結(jié)為指導而形成的，它具有以下特點：一是，其決定條件具有確定性和定量性；二是，不需要對研究的對象建立準確具體的模型用于研究；三是，該系統(tǒng)的實行依賴于人們的經(jīng)驗和行為規(guī)則；四是，該系統(tǒng)離不開計算機技術(shù)的支持。與傳統(tǒng)的控制器相比，模糊控制系統(tǒng)應用的控制器是模糊控制器，除此之外，其輸入接口、執(zhí)行機、被控對象以及測量裝置都與傳統(tǒng)的控制器相同。其中，模糊控制器是模糊控制系統(tǒng)中最重要的一部分，它的功能有模糊化接口、數(shù)據(jù)庫、規(guī)則庫、推理機和反模糊化等。

2.2 模糊控制器設計

在此以風機轉(zhuǎn)速的控制為例，對其模糊控制器的設計進行簡單的介紹。風機轉(zhuǎn)速的模糊控制主要有以下內(nèi)容：一是，溫度誤差的模糊控制，根據(jù)人體對溫度的感知能力，設定適宜的溫度誤差，該誤差范圍作為模糊論域；二是，溫度誤差變化率的模糊化，結(jié)合實際經(jīng)驗取模糊論域來對溫度變化快慢進行調(diào)節(jié)；三是，風機轉(zhuǎn)速的模糊化，分為從0到5的六個檔位，則[0，5]為其模糊論域，0為最低的風檔，5為最高的檔；四是，模糊控制規(guī)則，即一切設定參數(shù)都要根據(jù)實際得到的經(jīng)驗規(guī)則來進行。

2.3 系統(tǒng)仿真以及模糊控制算法的實現(xiàn)

系統(tǒng)仿真是指針對既定的設置參數(shù)，采用模糊控制系統(tǒng)，使汽車內(nèi)的溫度、濕度等可以在短時間內(nèi)達到設定值并保持在一定的范圍內(nèi)，這種仿真系統(tǒng)對精密度的要求不高。模糊控制算法的實現(xiàn)，則是在單片機的基礎上進行，通常采用的是8位單片機。模糊控制算法是應用模糊推力理論，從輸入的精確量中求出相應的精確控制值，常見的又查表法、關(guān)系矩陣法、函數(shù)法等。

3 汽車空調(diào)系統(tǒng)的硬件及其軟件設計

3.1 硬件設計

汽車空調(diào)系統(tǒng)離不開各硬件支持：第一，汽車空調(diào)系統(tǒng)硬件系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集、控制器、執(zhí)行機構(gòu)、人機交互四部分；第二，單片機的選擇，采用8片單片機即可，常見的有AVR？單；第三，對電源電路的設計，要保證電壓的穩(wěn)定性及其供電量；第四，溫度采集器，根據(jù)熱敏電阻的性質(zhì)進行工作；第五，繼電控制電路，主要對一些重要的開關(guān)起控制作用；第六，風機轉(zhuǎn)速控制電路，對風機轉(zhuǎn)速進行控制，采用脈寬調(diào)制的方法進行控制；第七，混合風門開度控制電路，該電路通直流電進行工作；此外，還有顯示電路、鍵盤電路等。

3.2 軟件設計

汽車控制系統(tǒng)的軟件部分主要包括主程序設計、溫度采集子程序、按鍵掃描子程序、風機轉(zhuǎn)速控制子程序、溫度顯示子程序等組成。其中，主程序為整個控制系統(tǒng)的核心，用于支配其他子程序；溫度采集子程序則是經(jīng)系統(tǒng)讀出的溫度發(fā)送至顯示器；按鍵掃描子程序采用編程掃描方式，確認按鍵是否正確；風機轉(zhuǎn)速控制子程序通過脈沖信號改變風機兩端電壓值，控制風機轉(zhuǎn)速；溫度顯示子程序顯示汽車內(nèi)的設定溫度和實際溫度。

3.3 抗干擾措施

汽車在行駛的過程中，加速、剎車等操作以及一些突發(fā)的狀況都會對空調(diào)控制系統(tǒng)的原件產(chǎn)生干擾。硬件抗干擾措施有：采用電解電容濾波、原件的位置和電線的布置要合理、相互有關(guān)的原件盡可能的布置在一起、布置線路時要避免90度折線，以免線路損壞等。軟件抗干擾措施有冗余技術(shù)和設置軟件陷阱等。

3.4 系統(tǒng)測試

在汽車的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)都設計完成之后，還要對系統(tǒng)進行測試。系統(tǒng)測試是十分必要的一部分，通過系統(tǒng)測試發(fā)現(xiàn)設計中存在的不足并及時解決存在的問題，提高空調(diào)系統(tǒng)的安全性，這一過程需要試驗平臺的支持。

4 結(jié)語

隨著人們對汽車舒適度要求的提高，汽車空調(diào)系統(tǒng)的性能受到廣泛關(guān)注。本文圍繞空調(diào)模糊控制系統(tǒng)、模糊控制系統(tǒng)設計、系統(tǒng)仿真以及模糊算法的實現(xiàn)對基于單片機的空調(diào)控制系統(tǒng)設計進行了系統(tǒng)的介紹，其次又對空調(diào)控制系統(tǒng)的硬件設計以及軟件設計等進行了介紹，以便相關(guān)人員參考。此外，通過對國內(nèi)外汽車空調(diào)技術(shù)的研究和比較可知，我國汽車空調(diào)技術(shù)還處于落后狀態(tài)，仍需要相關(guān)技術(shù)人員不斷去研究、去創(chuàng)新。

【參考文獻】

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[責任編輯：劉帥]