智能车内温度监测系统设计

李大琳

（吉林大学珠海学院，广东　珠海　519041）

智能车内温度监测系统设计

李大琳

（吉林大学珠海学院，广东珠海519041）

摘要：本系统通过“半导体集成温度传感器+智能控制器+显示器+数字电位器（可选）”方案，实现汽车驾驶室内温度检测和自动控制，通过“最佳体感温度上下限告警+温度控制”来保证驾乘人员不会因为空调过冷或过热造成身体不适。本系统可以独立于汽车其他设备工作，是对目前市场上没有自动空调的中低端汽车空调系统的补充。控制准确、可靠性高、成本低廉。

关键字：汽车空调；温度控制；独立工作

目前市场上的中低端家用轿车采用的空调方案大都还是手动空调，即驾乘人员根据车内外的温差和自己的体感温度通过档位开关控制空调工作功率，由于人体感知的原因，这种方式有相当的滞后性，通常是感觉到热了就把空调开大，而感觉到冷了才关小空调。尤其在夏天，很容易因为空调过冷造成驾乘者身体不适，甚至空调病、感冒等严重后果。

而对于中低预算的购车者来说，为了一个自动空调而增加过万元的购车成本，并不是最好的选择。本设计刚好为有这种需求的汽车用户提供了一个准确可靠、成本低廉的解决方案。

1　方案简介

下图为智能车内温度监测系统方案框图。对本系统方案简要介绍如下：

（1）系统核心为MCU，目前笔者在测试阶段采用的是深圳宏晶公司的STC89C52，它采用Intel8051架构，并且在此基础上进行扩展，稳定性极高。成本低廉，批量购买可以达到2RMB/片；体积小，PQFP封装只有13.45mm*13.45mm；具有掉电模式和睡眠模式，掉电模式下，电流＜0.1uA。这些都是一个优秀温度控制系统的基础。

（2）温度采集采用DS180B20温度传感器，它采用Dallas公司单总线协议，温度测试精度可以达到0.5℃，测量范围-55℃～+125℃。完全满足汽车使用环境需求。

（3）输入和显示分别采用机械按键设置显示格式和温度告警上下限，使用1602液晶显示器显示当前温度。

（4）为了达到降低设备功耗的目标，系统采用HC-SR501人体红外传感器来唤醒MCU和显示器，当车内没有人时，1602关闭，MCU进入掉电模式；当HC-SR501检测到车内有人进入时，唤醒MCU和1602，实时显示车内温度。

（5）当车内温度达到预设的温度上限或下限时，系统将通过蜂鸣器发出告警。提示驾乘者及时调整空调。系统默认的温度区间为26℃-28℃，这是自然环境中，人体体感温度比较舒适的温度范围。

（6）以上模块可以实现对车内温度的检测，由于系统功率很小，可以直接使用干电池供电，从而实现不依赖汽车独立工作。

（7）为了实现对车内温度的自动控制，从而实现自动控制空调的效果，本系统预留了接口，与DS3908相连，DS3908为数字电位器，可以通过MCU编程控制，可以用它作为汽车空调的档位控制开关，工作时将汽车里本来的空调开关断路，将DS3908接入汽车空调电路，根据DS18B20采集的车内温度控制DS3908档位，从而控制汽车压缩机和鼓风机的工作电流，实现温度自动控制。但是此时，本系统将不能独立工作，系统的可靠性直接影响汽车空调系统可靠性，并且在实际安装时需要修改汽车电路，因此DS3908作为可选模块，根据用户需求决定是否安装。

2　具体实现

（1）硬件系统：本系统设计的主要硬件及其功能应在上面章节中说明。为了不占用车内空间，使用PQFP封装和1602，系统的PCB板整体面积只有150mm*30mm。设备厚度15mm，跟一般汽车里的香水盒差不多。

正常工作状态下，系统功耗不超过2mA。

由于89C52中集成了看门口电路，系统采用看门口保证系统的稳定工作，当系统挂死，看门狗自动复位，复位后从E2PROM中读取配置，继续工作，无需用户重新设计。

（2）软件系统：STC89C52提供了8K Flash和512B RAM，因此本系统全部使用C语言来开发。使用模块化设计思想，即提高了系统开发效率，又保证了系统的稳定性和后续可复用程度。

1）由于DS18B20和DS3908都采用了Dallas的单总线结构，需要专门代码解析单总线上的数据，但同时这些代码相对独立，可以提炼出独立的接口供控制程序调用，因此，在软件设计时，首先针对这两个设备写了独立的驱动文件，包括.C和.h文件，调用设备时，只要包含驱动的.h就可以。

2）1602是目前普遍使用的液晶显示器，笔者直接复用了自己之前在其他产品上写过的驱动程序，极大提高了系统开发效率。

3）HC-SR501传感器在程序设计上非常简单，基本不用为它专门写代码，接入电路后，如果在检测范围内发现有人，就会在输出引脚上输出低电平，把这个信号接入MCU的外部中断，就可以唤醒系统。

4）最后程序的大部分代码和设计都集中在主程序设计上。下图为主程序框图：

3　总结

本系统为解决中低端家用轿车内没有温度检测和控制系统的问题，采用了当前嵌入式设计系统领域中的主流硬件，以可靠、准确、稳定、高性价比为目标进行设计。目前笔者已经通过了系统的全部测试，并在自己的家用车中正常使用。该系统最大特色是采用了MCU作为核心，有接口扩展能力，可以与汽车空调系统甚至ECU进行通信。具有很强的推广和实用意义。

参考文献：

［1]程晓锦，徐秀花，李业丽.单片机C语言程序设计实训100例——基于8051+Proteus仿真（第2版）［M].清华大学出版社.

［2]潘伟荣.汽车自动空调技术［M].华南理工大学出版社.

作者简介：李大琳，2008年获得硕士学位，机械电子工程专业，无损检测与故障诊断专业。2008年-2010年，在华为公司上海研究所从事软件工程师工作，2010年-2013年，在华为公司西欧分布任产品经理、解决方案专家。2013年-至今，吉林大学机械与汽车工程系教师，主要从事机械电子方向教学和嵌入式、机电一体化相关技术研究。