浅析基于单片机的汽车空调控制系统的设计

严光

【摘 要】随着社会经济的不断发展以及各种高新技术的不断提高，人们的生活变得越来越便利，汽车作为高科技的产物，由于其的便利好用性受到了全世界人们的喜爱。而随着人们生活水平的不断提高，人们对汽车的要求也在不断提高。汽车，除了作为人们的交通工具以外，还要为人们出行提供一个舒适的环境。汽车空调系统作为汽车重要的组成部分，对汽车内部环境的舒适度具有很大的决定性作用，因此它的性能受到人们广泛关注。在此，本文将对基于单片机的汽车空调控制系统的设计进行浅析。

【关键词】汽车空调；控制系统；单片机；设计

人民生活水平普遍提高，汽车作为主要的交通工具，已经走进了千家万户。汽车空调系统可以对汽车内的温度、湿度、风速以及清洁度进行调节与控制，从而决定车内舒适度。随着人们对汽车舒适度要求提高，汽车空调控制系统的设计也受到汽车生产厂家的重视。但是我国在汽车空调控制系统设计方面还远远落后于发达国家，因此在进行生产时常常需要引进外来技术，但是却得不到其核心技术，面对这样的现状，我国加强对该技术的研究势在必行。

1 汽车空调技术简述

1.1 汽车空调技术发展概述

汽车空调技术最早发展于国外，美国在20世纪30年代便开始该技术的研究，经过30多年的发展，使得该技术日益成熟，从仅仅可以进行取暖，到仅仅可以进行制冷，以及后来的冷暖一体化、自动控制甚至现在的微处理器控制，发展地越来越完善。与美国相比，我国汽车空调技术起步甚晚，我国于20世纪60年代才开始汽车空调技术的研究，70年代以后才逐渐应用于汽车中，发展比较缓慢，直到引进国外技术后，我国该技术才迅速发展起来，并产生了一些具有代表性的汽车空调生产厂家。但是，我国在汽车空调技术方面还存在很多不足，远远落后许多发达国家，需要相关人员不断研究改进。总的来说，目前全球汽车空调技术正朝着以下几个方向发展，即日趋自动化、舒适化、高效化、经济化以及环保化等。

1.2 汽车空调系统工作原理

汽车空调系统有采暖和制冷的作用，可以使得汽车内保持舒适的温度，更高级的空调系统还有清洁空气的作用。汽车空调系统主要是由采暖系统和制冷系统两大部分组成，下面将分别进行详细的介绍。整个采暖系统由采暖加热器、热水阀、鼓风机等组成。其中，加热器将热交换而产生的高温气体通过鼓风机送入汽车内，达到提高车内温度的目的；热水阀具有加热升温通道和高温制冷剂的作用，可以对汽车内的温度进行调节；鼓风机则主要起到将热空气送进车内的作用。制冷系统是由压缩机、冷凝器、节流装置、储液干燥器、蒸发器及相应的连接管组成，且整个制冷过程由压缩过程、散热过程、节流过程和吸热过程组成。其中，压缩过程是将制冷气体压缩成高压高温气体排出压缩机；散热过程是将压缩成高压高温的制冷气体进行冷凝，形成液体，这个过程是放热过程；节流过程就是将通过膨胀器的高温高压制冷剂的温度和压力变小，最终使其以雾状的形式排出；吸热过程就是使制冷剂被蒸发器蒸发为气体，最后进入压缩机，这个过程是吸热过程。

2 汽车空调系统控制系统设计

2.1 模糊控制系统

随着技术的不断发展，经典的控制理论已经不能满足控制系统的要求，因此模糊控制系统应运而生。模糊控制系统是以模糊数学为依据，以人们多年的经验总结为指导而形成的，它具有以下特点：一是，其决定条件具有确定性和定量性；二是，不需要对研究的对象建立准确具体的模型用于研究；三是，该系统的实行依赖于人们的经验和行为规则；四是，该系统离不开计算机技术的支持。与传统的控制器相比，模糊控制系统应用的控制器是模糊控制器，除此之外，其输入接口、执行机、被控对象以及测量装置都与传统的控制器相同。其中，模糊控制器是模糊控制系统中最重要的一部分，它的功能有模糊化接口、数据库、规则库、推理机和反模糊化等。

2.2 模糊控制器设计

在此以风机转速的控制为例，对其模糊控制器的设计进行简单的介绍。风机转速的模糊控制主要有以下内容：一是，温度误差的模糊控制，根据人体对温度的感知能力，设定适宜的温度误差，该误差范围作为模糊论域；二是，温度误差变化率的模糊化，结合实际经验取模糊论域来对温度变化快慢进行调节；三是，风机转速的模糊化，分为从0到5的六个档位，则[0，5]为其模糊论域，0为最低的风档，5为最高的档；四是，模糊控制规则，即一切设定参数都要根据实际得到的经验规则来进行。

2.3 系统仿真以及模糊控制算法的实现

系统仿真是指针对既定的设置参数，采用模糊控制系统，使汽车内的温度、湿度等可以在短时间内达到设定值并保持在一定的范围内，这种仿真系统对精密度的要求不高。模糊控制算法的实现，则是在单片机的基础上进行，通常采用的是8位单片机。模糊控制算法是应用模糊推力理论，从输入的精确量中求出相应的精确控制值，常见的又查表法、关系矩阵法、函数法等。

3 汽车空调系统的硬件及其软件设计

3.1 硬件设计

汽车空调系统离不开各硬件支持：第一，汽车空调系统硬件系统主要包括数据采集、控制器、执行机构、人机交互四部分；第二，单片机的选择，采用8片单片机即可，常见的有AVR？单；第三，对电源电路的设计，要保证电压的稳定性及其供电量；第四，温度采集器，根据热敏电阻的性质进行工作；第五，继电控制电路，主要对一些重要的开关起控制作用；第六，风机转速控制电路，对风机转速进行控制，采用脉宽调制的方法进行控制；第七，混合风门开度控制电路，该电路通直流电进行工作；此外，还有显示电路、键盘电路等。

3.2 软件设计

汽车控制系统的软件部分主要包括主程序设计、温度采集子程序、按键扫描子程序、风机转速控制子程序、温度显示子程序等组成。其中，主程序为整个控制系统的核心，用于支配其他子程序；温度采集子程序则是经系统读出的温度发送至显示器；按键扫描子程序采用编程扫描方式，确认按键是否正确；风机转速控制子程序通过脉冲信号改变风机两端电压值，控制风机转速；温度显示子程序显示汽车内的设定温度和实际温度。

3.3 抗干扰措施

汽车在行驶的过程中，加速、刹车等操作以及一些突发的状况都会对空调控制系统的原件产生干扰。硬件抗干扰措施有：采用电解电容滤波、原件的位置和电线的布置要合理、相互有关的原件尽可能的布置在一起、布置线路时要避免90度折线，以免线路损坏等。软件抗干扰措施有冗余技术和设置软件陷阱等。

3.4 系统测试

在汽车的硬件系统和软件系统都设计完成之后，还要对系统进行测试。系统测试是十分必要的一部分，通过系统测试发现设计中存在的不足并及时解决存在的问题，提高空调系统的安全性，这一过程需要试验平台的支持。

4 结语

随着人们对汽车舒适度要求的提高，汽车空调系统的性能受到广泛关注。本文围绕空调模糊控制系统、模糊控制系统设计、系统仿真以及模糊算法的实现对基于单片机的空调控制系统设计进行了系统的介绍，其次又对空调控制系统的硬件设计以及软件设计等进行了介绍，以便相关人员参考。此外，通过对国内外汽车空调技术的研究和比较可知，我国汽车空调技术还处于落后状态，仍需要相关技术人员不断去研究、去创新。

【参考文献】

[1]张蕾.汽车空调[M].北京：机械工业出版社，2006，2.

[2]梁荣光.现代汽车空调技术[M].广州：华南理工大学出版社，2003，9.

[3]汤兵勇，路林吉，王文杰.模糊控制理论与应用[M].北京：清华大学技术出版社，2002，8.

[责任编辑：刘帅]