基于单片机的汽车智能空气调节系统设计1

王越，陆天智

（广州市公用事业技师学院城市建设装备制造产业系，广东 广州 510000）

基于单片机的汽车智能空气调节系统设计1

王越，陆天智

（广州市公用事业技师学院城市建设装备制造产业系，广东 广州 510000）

针对实现汽车内外空气循环及保证车内空气质量的需求，以单片机作为微处理器主控芯片，采用传感器测定空气主要污染物成分并控制车内外空气循环，设计了一种汽车智能空气调节系统。该系统实现对车内外空气主要污染物参数的对比显示、控制、报警等。通过测定和对比车内外空气，综合利用空气内外循环装置、车窗和天窗的开合控制，自动调取最优的换气程度方案。具有操作简便、自动化程度高和价格低廉的优势，有效提高驾乘安全性和舒适度。实验结果表明：系统运行稳定、可靠。

空气质量；单片机；调节；自动化

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2016.10.047

CLC NO.: TP272 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)10-147-03

引言

随着大气环境日益恶化，空间相对密闭的汽车等交通工具成为人们出行越来越多地选择。但是，车内空间相对密闭并不能保证空气环境的安全舒适。车内外空气交换过少的情况下，容易形成车内缺氧、一氧化碳中毒等危及乘车人健康甚至生命的危险环境，而车内外空气交换过多的情况下，又容易将大气空间内的悬浮细颗粒物（如PM2.5）、汽车尾气等臭气带入车内，影响乘车环境的健康度和舒适度。目前车辆空气循环功能均为手动调节，人体对空气质量的感知具有滞后性及不可靠性，依靠乘车人自体感知来进行操控的空气循环功能必然不能满足人们日益增强的空气环境改善需求，汽车空气环境智能调节系统的设计与开发，实现车内空气环境的自动调节与治理，是汽车技术完善的重要趋势。

空气流动和循环调节是目前空气治理的主要方法，智能控制系统则是实现自动调节空气流动和循环功能的核心系统。本文使用STC12C5A60S2单片机作为智能控制系统的核心技术，通过单片机编程和配套传感设备的系统设计，对汽车内外空气环境的主要化学成分进行对比，从而自动调节车内空气质量，对改善乘车环境有着重要作用。

1、系统总体构成

本设计以单片机作为微处理器主控芯片，通过一氧化碳传感器、氧气传感器、空气清洁度传感器测定车内外空气质量，并进行对比，自动调取最优的换气程度方案，通过对空气内外循环装置、车窗和天窗的开合进行控制，实现车内空气质量的提高。系统原理图如图1所示。

2、智能控制硬件配置和实现设计

该系统选用STC12C5A60S2单片机为微处理器，由STC12C5A60S2负责控制，STC12C5A60S2单片机内部集成了12位的AD转换器，从而节省了许多I/O口。一氧化碳传感器选用MQ-7传感器，空气清洁度传感器选用了MQ-135，氧传感器选用KE-25。系统控制电路选用了四路继电器模块为控制汽车天窗和车窗、汽车内外循环系统。LCD显示采用1602液晶芯片，LCD主要显示各个传感器收集到的数据。

2.1 系统主控制模块

本设计采用STC12C5A60S2单片机作为主控制模块，在汽车智能空气调节系统采用空气成分传感调节方案后，空气传感信号经STC12C5A60S2的I/O输入处理后，用于空气内外循环装置、车窗和天窗的开启程度控制决策，由P0口输出电机控制信号。

2.2 空气传感模块

空气传感模块对相关空气成分信号的采集是汽车智能空气调节系统的基础。本设计采用一氧化碳传感器、氧气传感器、空气清洁度传感器，检测的空气主要成分包括一氧化碳、氧气、氨气、PM2.5等。

本系统一氧化碳传感器MQ-7气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)，采用高低温循环检测方式，低温检测一氧化碳，高温清洗吸附的杂散气体，传感器的电导率随气体浓度增加而增大，使用电路可将电导率的变化转换为相对应的输出信号。MQ-7气体传感器对一氧化碳的灵敏度高，这种传感器可检测多种含一氧化碳的气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。

本系统臭气传感器MQ135气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡 (SnO2)。当传感器所处环境 中存在污染气体时，传感器的电导率随空气中污染气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导 率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。 MQ135传感器对氨气、硫化物、苯系蒸汽的灵敏度高，对烟雾和其它有害的监测也很理想。这种传感器 可检测多种有害气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。

本系统中氧传感器KE-25气体传感器是由铅阳极、镀金阴极及特定的酸液组成。氧分子通过不渗水的树脂薄膜进入电化学电池在金电极发生还原反应。在两电极间的电流同被测混合气中的氧气浓度成正比。输出电压信号由所接的电阻两端电压通过温度补偿后获得，输出电压的变化就表示氧气浓度。

2.3 空气调节系统控制电路

表1 控制电路运行规则

空气调节系统控制电路是实现空气调节功能的关键。本设计的空气调节系统控制电路由天窗控制电路、汽车空气交换控制电路、汽车车窗控制电路和报警电路组成。汽车空气交换控制电路控制汽车内外循环系统，作为车内外空气质量差别不大时的微调控制；天窗和车窗控制电路控制汽车天窗和车窗，作为需要大幅度通风时的调节控制；报警电路作为当有毒气体浓度超过正常浓度时的警报控制。

3、智能控制软件设计

本设计的主程序为，单片机上电后进行各类硬件的初始化，然后对各类传感器进行信号采集，接着对采集回来的信号用有效的算法进行滤波，避免误操作或漏操作，然后对计算出来的结果进行判断，根据判断结果作出相应的响应动作。当车内一氧化碳浓度高于车外时，执行开天窗、开车窗、开外循环操作，并当车内一氧化碳浓度不适宜人类生存时自动报警；当车外空气清洁度低于车内时，执行关天窗、关车窗、开内循环操作；当车内氧传感器检测到氧气低于正常值时，执行开天窗、开车窗、开外循环操作；系统还设有手动调节开闭车窗、天窗的功能，以避免在大雨等特殊天气中，系统自动开启外循环时，对车内设备造成的损害。主程序流程图如图3所示。

4、结论

本文系统设计是基于单片机和传感器原理， 以STC12 C5A60S2单片机为主控芯片， 采用一氧化碳传感器、氧气传感器、空气清洁度传感器作为传感模块， 通过软件编程制作了一整套结构完整， 功能模块化， 反应较为灵敏的汽车智能空气调节系统。 经过对该汽车智能空气调节系统的空气检测调节实验， 实验结果证明该系统能够很好的按照预期完成空气智能调节， 并且能够反应灵敏，调节到位，效果良好，运行稳定性较好。

[1] 胡寿松主编.自动控制原理[M].北京:科学出版社.6版.2013.

[2] 林立,张俊亮.单片机原理及应用——基于Proteus和Keil C[M].北京：电子工业出版社.3版.2014.

[3] 李舜酩,沈峘,毛建国,辛江慧,缪小东.智能车辆发展及其关键技术研究现状[J].传感器与微系统,2009,28(1):1-9.

[4] 彭春华,刘建业,刘岳峰,晏磊,郑江华.车辆检测传感器综述[J].传感器与微系统,2007,26(6):4-11.

Design of intelligent air-conditioning system of vehicles based on single-chip microcomputer

Wang Yue, Lu Tianzhi
( Faculty of Urban Construction Equipment Manufacturing Industry, Guangzhou Public Utility Technician College, Guangdong Guangzhou 510000 )

Aiming at the update of air circulation of vehicle to ensure the in-car air quality, the intelligent air-conditioning system of vehicle is designed, using single-chip microcomputer as main control chip, sensors to measure and display the key air pollutants, and to control the air circulation devices. Some functions are realized such as to compare and control the key air pollutants in and outside the vehicle, and switch the alarm, by integrated dispatching the air circulation device, windows and sunroof. The system has user-friendly control, high automatic degree and low price, improving the safety and comfort level in vehicle. The experimental result shows that this system runs well, and has better value of practicality and popularization.

air quality; single-chip microcomputer; adjustment; automatic

TP272

A

1671-7988(2016)10-147-03

王越（1981-），男，工程硕士，高技讲师，就职于广州市公用事业技师学院研究方向为制冷与自动控制技术。