衣你所行—太阳能多功能智能充电车衣

段宗和，施旸，何静杰，刘鑫，赵玉荣，钟玲玲，姚玲

（安徽新华学院，安徽合肥，230088）

0 引言

新能源汽车发展迅猛，但电池续航问题却愈加突出，就拿冬季来说，冬季的极寒天气对于电池的续航里程的衰减还是比较大的，而续航作为衡量新能源汽车性能指标之一。除此之外我国汽车使用量成指数上升的趋势，室内停车场的匮乏，导致很多车主被迫将车停放在室外。室外停车带来了诸多问题，如灰尘会弄脏汽车，夏季汽车在高温下暴晒，影响驾驶员操作的舒适性，冬季掉落到汽车上的雨雪冰雹也会损坏汽车，同时室外停车也极易被其他车刮伤，因此设计新型汽车车衣意义重大。

1 系统工作原理

■1.1 功能要求

(1)自带蓄电池充电功能，太阳能板时刻吸收太阳光能，依靠自然能源为新能源汽车与装置提供电能，解决新能源汽车供电不方便需要找充电桩的问题，也缓解城市供电的压力；

(2)该装置可以实时感应外界温湿度，根据温湿度的变化自动展开、收缩车衣，从而避免汽车受到损坏，车主即使在外地也不用担心车辆受损；

(3)蓝牙模式下，车主可以根据蓝牙系统，通过手机端自行控制车衣的开合，避免恶劣天气下还需要用户暴露在外面进行操作更方便快捷；

(4)极端天气下，车里的环境会影响到驾驶体验，这款装置在温度较高时，除了可以遮蔽阳光还可以开启风扇自行散热，避免车辆里的物品因温度过高而受损；温度较低时，车衣可自动加热升温，消除车顶的积雪及保护发动机避免因温度过低无法启动。

■1.2 设计方案

智能车衣系统以STC89C52单片机作为核心控制模块，与蓝牙模块、温度传感器模块、雨滴传感器模块、LCD1602液晶显示模块和太阳能板相结合，完成对车衣的精确控制。太阳能板转化能量供给给各个模块，通过温度传感器实时采集外界大气温度，并由液晶显示，以便随时直观方便的掌握车衣周围的外界大气温度状况；同时系统还可以通过雨滴传感器模块感应湿度，达到设定值时则会自动启动装置。系统设计了两种控制方式，手机APP蓝牙控制与自动感应启动控制。用户可根据实际需求进行选择。智能车衣装置系统框图如图1所示。

图1 系统方案图

2 系统硬件设计

■2.1 单片机最小系统

单片机总控制电路如图2所示。单片机最小系统，指将所需的最少元件放于构成类似微型计算机系统的芯片中，并且能够让单片机正常工作的系统。

图2 单片机最小系统

时钟电路：时钟电路，实际上类似于单片机最小系统内的一个计时电路，也是一个有输入、输出，并利用两个30pF的电容C1、C2加一个12MHz的石英晶体Y1组成的并联谐振回路。无论单片机想要执行任何一种操作，都必须接受它的控制，工作才能够顺利正常的进行。时钟电路作为整个系统的定时元件。

复位电路：为了保证系统工作的可靠性，实现系统能够随时复位的功能，添加了按键复位功能的复位电路。

■2.2 蓝牙模块

HC-06蓝牙模块是一款性能高的主从一体的蓝牙串口模块，其兼容性很强，有蓝牙功能的上位机或手机等智能终端都可以配对。该模块支持的波特率范围为4800-1382400，可以兼容3.3/5V的单片机系统，无需了解复杂的蓝牙底层协议，使用非常灵活方便。蓝牙电路如图3所示。

图3 蓝牙模块系统电路

■2.3 温湿度传感器

DHT11和DS18B20的研发用于检测大气温度、大气湿度并且该设备是属于功耗较低且已经校准的数字信号传输的温湿度传感器，精确湿度±5%，温度±2%，湿度测量范围20-90%RH，温度测量范围0-50℃。该传感器的结构由电阻式感受适度的器件、NTC测量温度的器件和一个8位单片机组成。传感器使用4针单排引脚封装，因此DHT11和DS18B20具有体积小、功耗低、精度高等优势适合在各类严苛的条件下使用。温湿度电路如图4所示。

图4 温度（左）、湿度（右）控制电路

■2.4 LCD1602液晶显示屏

LCD1602液晶显示器的每个点在接收到信号就一直保持色彩和亮度，恒定发光所以其显示质量高。数字式的液晶显示更易于单片机使用，操作简便。液晶显示利用液晶的物理特性，通过电压对显示区域控制，区别于传统显示器具有体积小、重量轻的优势。相对而言液晶显示器功耗主要在于内部电极和驱动IC上，所以耗电量比其他显示器低很多。液晶显示如图5所示。

图5 LCD1602电路图

■2.5 步进电机

如图6所示，步进电机的运行主要利用了ULN2003芯片来进行驱动控制，该芯片电路有7个单元，是达林顿阵列驱动，为一个七路反相器电路，包含两个电平输入端，两个电平输出端。在运行时，依靠单片机给出的高低电平指令来控制驱动，从而实现电机的正反转运动，以便控制车衣的自如收放。

图6 ULN2003驱动步进电机电路

3 系统软件设计

根据功能要求，综合硬件电路模块，得到了如图7所示的主程序流程图。系统进行初始化，传感器模块开始采集实时的温度、湿度数据，直接进入自动模式。装置实时检测外界温度和雨量，如若处于自动模式，则检测到温度大于30℃或检测到有雨滴时，车衣装置则会启动从而保护车辆，若温度降低至30度和没有雨滴时装置则会自动关闭，然后继续循环检测。

图7 主程序流程图

蓝牙模式下，车主可以用手机的蓝牙系统与装置相互连接，当开启按键按下时，电路中的小电机正转，车衣打开。当关闭按键按下时，电机反转，车衣关闭。整个装置的运行由太阳能板吸收太阳能作为辅助电池从而提供能量，以便于整个装置及车辆的正常运行。

4 实物展示

运行过程中太阳能板随时随地吸收太阳能为装置提供能量，整个装置有两种模式，分为自动模式和蓝牙模式。在自动模式下，雨滴传感器模块感应检测是否有雨滴或者当外界大气温湿度超过该设定值时，装置就会自动开启，低于设定值或没有雨滴时，装置则会自动关闭；而在蓝牙模式即手动模式下，车主也可以通过蓝牙来控制装置的启动，可以随时控制该车衣装置，具体实物如图8所示。

图8 实物图