基于单片机的汽车空调智能温控系统

陈运强（广东省机械高级技工学校，510450）



基于单片机的汽车空调智能温控系统

陈运强
（广东省机械高级技工学校，510450）

摘要：现代汽车工业发展迅速，人们对汽车的性能要求越来越高，但是汽车的价格却越来越低。特别是在汽车空调方面，要求自动、恒温、智能化，还要求制造成本尽量低廉。本文设计出一种基于单片机的汽车空调智能温控系统：该系统由单片机作为主控单元，控制温度传感器对汽车进行温度采集，将采集到的温度样本传输给单片机，单片机进行数据分析后再发出增大减小汽车空调制冷制热量的指令。

关键词：单片机；汽车空调；温度传感器；智能化；指令

据报导，目前中国已经进入了汽车时代，每十个家庭就有三个家庭拥有汽车。而这些经济型汽车最主要的特点之一就是制造成本低，价格实惠。与此同时，人们对汽车舒适性的要求却越来越高，而汽车空调的性能好坏在一定程度上影响了汽车的舒适性，其制造成本的高低影响着汽车的制造成本。

为了提高汽车的舒适性，降低汽车的生产成本，本文设计出一种基于单片机的汽车空调智能温控系统。该系统通过温度传感器采集汽车车厢内温度数据，温度传感器通过总线与单片机通信，单片机根据温度传感器传输的温度数据对整个车厢的温度经进智能控制。该设计线路简单，成本低，便于总线扩展和维护，具有很好的应用价值。

1 系统硬件分析

系统采用单片机STC89C52和温度传感器DS18B20为核心，两者采用单总线方式连接。目前常用的单片机与外设之间经行数据传输的串行总线主要有I2C，SPI和SCI总线。其中I2C总线以同步串行二线方式经行通信（一条时钟线，一条数据线）， SPI总线则以同步串行三线方式进行通信（一条时钟线，一条数据输入线，一条数据输出线），而SCR总线是以异步方式进行通信（一条数据输入线，一条数据输出线）。这些总线至少需要两条或两条以上的信号线，而DS18B20使用的单总线技术与上述总线不同，它采用单条信号线，既可以传输时钟，又可传输数据，而且数据传输是双向的，因而这种总线技术具有线路简单，硬件开销少，成本低廉，便于总线拓展和维护等优点。单总线适用于单主机系统，能够控制一个或多个从机设备。

主机可以是微控制器，从机可以是单总线器件，他们之间的数据交换只通过一条信号线。当只有一个从机设备时，系统可按单节点系统操作；当有多个从机设备时，系统则按多节点系统操作。设备（主机或从机）通过一个漏极开路或三态端口连接至该数据线，以允许设备在不发送数据时能够释放总线，而让其他设备使用总线。单总线通常要求外接一个约为5kΩ的上拉电阻。单片机和DS18B20的连接非常简单，单片机只需要一个IO口就可以控制DS18B20。这个图的接法是单片机与一个DS18B20通信，如果要控制多个DS18B20进行温度采集，只要将所有DS18B20的IO口全部连接到一起。在具体操作时，通过读取每个DS18B20内部芯片的序列号来识别。

2 工作原理分析

单片机通过程序处理和温度传感器进行通讯，从而读取其中的温度，当温度超出所要求的温度范围后，通过程序处理实现单片机对温控电路的控制，当温度达到要求的范围之后停止温控电路的工作，从而实现恒温控制。

控制DS18B20的指令：

①33H—读ROM。读DS18B20温度传感器ROM中的编码（即64位地址）。

②55H—匹配ROM。发出此命令之后，接着发出64位ROM编码，访问单总线上与该编码相对应的DS18B20并使之做出响应，为下一步对该DS18B20的读写做准备。

③FOH—搜索ROM。用于确定挂接在同一总线上DS18B20的个数，识别64位ROM地址，为操作各器件做好准备。

④CCH—跳过ROM。忽略64位ROM地址，直接向18B20发温度变换命令，适用于一个从机工作。

⑤ECH—告警搜索指令。执行后只有温度超过设定值上限或下限的芯片才做出响应。

当主机需要对众多在线DS18B20中的某一个进行操作时，首先应将主机逐个与DS18B20挂接，读出其序列号；然后再将所有的DS18B20挂接到总线上，单片机发出匹配ROM命令（55H），紧接着主机提供的64位序列（包括该DS18B20的48位序列号）之后的操作就是针对该DS18B20的。

如果主机只对一个DS18B20经行操作，就不需要读取ROM编码以及匹配ROM编码了，只要用跳过ROM（CCH）命令，就可经行如下温度转换和读取操作。

①44H—温度转换。启动DS18B20经行温度转换，12位转换时最长为750ms。结果存入内部字节的RAM中。

②BEH—读暂存器。读内部RAM中9字节的温度数据。

③4EH—写暂存器。发出向内部RAM的第2、3字节写上、下限温度数据命令，紧跟该命令之后，是传送两字节的数据。

④48H—复制暂存器。将RAM中第2、3字节的内容复制到E2PROM中。

⑤B8H—重调E2PROM。将E2PROM中内容恢复到RAM中的第3、4字节。

⑥B4H—读供电方式。读DS18B20的供电模式。寄生供电时，DS18B20发送0；外界电源供电时，DS18B20发送1。

DS18B20在出厂时默认配置为12位，其中最高位为符号位，即温度值共11位，单片机在读取数据时，一次会读2字节共16位，读完后将低11位的二进制数转化为十进制数后再乘以0.0625便为所测的实际温度值。另外，还需要判断温度的正负。前5个数字为符号位，这5位同时变化，我们只需要判断11位。前5位为1时，读取的温度为负值，且测到的数值需要取反加1再乘以0.0625才可得到实际温度值。前5位为0时，读取的温度为正值，且温度为正值时，将测得的数值乘以0.0625即可得到实际温度值。

3 工作时序图分析

图1为时序图中各总线状态

图1 时序图中各总线状态

（1）初始化（时序图见图2）

图2 初始化时序图

①先将数据线置高电平1。

②延时（尽可能短一些）。

③数据线拉到低电平0。

④延时750μs

⑤数据线拉到高电平1。

⑥延时等待。如果初始化成功则在15~60ms内产生一个由DS18B20返回的低电平0，据该状态可以确定它的存在。

⑦若CPU读到数据线上的低电平0后，还要经行延时，其延时的时间从发出高电平算起（第5步的时间算起）最少要480μs。

⑧将数据线再次拉到高电平1后结束。

（2）DS18B20写数据（时序图见图3）

图3 写数据时序图

①数据线先置于低电平0.

②延时确定的时间为15μs。

③按从低位到高位的顺序发送数据（一次只发送一位）。

④延时时间为45μs。

⑤将数据线拉到高电平1。

⑥重复1~5步骤，直到发送完整个字节。

⑦最后将数据线拉高到1。

（3）DS18B20读数据

①将数据线拉高到1。

②延时2μs。

③将数据线拉高到1。

④延时6μs。

⑤将数据线拉高到1。

⑥延时4μs。

⑦读数据线的状态得到一个状态位，并经行数据处理。⑧延时30μs。

⑨重复1~7步骤，直到读取完一个字节。

4 总结

随着电子技术，特别是随着大规模集成电路的产生而出现的微型计算机技术的飞速发展，人类的生活发生了根本性的改变。现代汽车普及率越来越高，人们对汽车的品质、性能、舒适性等方面要求也是越来越高。与此同时，汽车价格却越来越低。而单片机的出现则是给现代汽车电控领域的发展带来了一次新的技术革命。单片机以其体积小、重量轻、抗干扰能力强、对环境要求不高、高可靠性、高性价比、开发较为容易的优势在汽车电控领域方面得到了很广泛的应用。本系统经过调试试验证明，其各项功能完成良好，恒温效果明显，硬件性能稳定可靠，寿命长，而且配件便宜，安装布线少，维护方便，成本低。而这些优点正好与现代汽车的发展方向不谋而合，所以该系统在中、低端汽车的应用上具有较高的应用价值。

参考文献

［1］王振红，张常年。综合电子设计与实践［D］.清华大学出版社，2005..

［2］求是科技.单片机典型模块设计实例导航.北京：人民邮电出版社，2004.

Automotive air conditioning intelligent temperature control system based on MCU

Chen Yunqiang
（Guangdong Machinery Technician College，510450）

Abstract：The rapid development of modern automobile industry，the performance requirements for motor vehicles is more and more high，but the price of the car is more and more low.Especially in the automotive air conditioning，automatic constant temperature，and intelligent，also requires the manufacturing cost as lower as possible.In this paper，the design of the a single-chip automotive air conditioning intelligent temperature control system based on：the system by single chip microcomputer as main control unit，control temperature sensors to collect the temperature of automobile，the collected sample temperature transmission to the microcontroller， microcontroller data analysis to send increase educed instruction of automotive air conditioningof heat.

Keywords：single chip microcomputer；automobile air conditioning；temperature sensor；intelligent；instruction