基于單片機的汽車智能空氣調節系統設計1

王越，陸天智

（廣州市公用事業技師學院城市建設裝備制造產業系，廣東 廣州 510000）

基于單片機的汽車智能空氣調節系統設計1

王越，陸天智

（廣州市公用事業技師學院城市建設裝備制造產業系，廣東 廣州 510000）

針對實現汽車內外空氣循環及保證車內空氣質量的需求，以單片機作為微處理器主控芯片，采用傳感器測定空氣主要污染物成分并控制車內外空氣循環，設計了一種汽車智能空氣調節系統。該系統實現對車內外空氣主要污染物參數的對比顯示、控制、報警等。通過測定和對比車內外空氣，綜合利用空氣內外循環裝置、車窗和天窗的開合控制，自動調取最優的換氣程度方案。具有操作簡便、自動化程度高和價格低廉的優勢，有效提高駕乘安全性和舒適度。實驗結果表明：系統運行穩定、可靠。

空氣質量；單片機；調節；自動化

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

隨著大氣環境日益惡化，空間相對密閉的汽車等交通工具成為人們出行越來越多地選擇。但是，車內空間相對密閉并不能保證空氣環境的安全舒適。車內外空氣交換過少的情況下，容易形成車內缺氧、一氧化碳中毒等危及乘車人健康甚至生命的危險環境，而車內外空氣交換過多的情況下，又容易將大氣空間內的懸浮細顆粒物（如PM2.5）、汽車尾氣等臭氣帶入車內，影響乘車環境的健康度和舒適度。目前車輛空氣循環功能均為手動調節，人體對空氣質量的感知具有滯后性及不可靠性，依靠乘車人自體感知來進行操控的空氣循環功能必然不能滿足人們日益增強的空氣環境改善需求，汽車空氣環境智能調節系統的設計與開發，實現車內空氣環境的自動調節與治理，是汽車技術完善的重要趨勢。

空氣流動和循環調節是目前空氣治理的主要方法，智能控制系統則是實現自動調節空氣流動和循環功能的核心系統。本文使用STC12C5A60S2單片機作為智能控制系統的核心技術，通過單片機編程和配套傳感設備的系統設計，對汽車內外空氣環境的主要化學成分進行對比，從而自動調節車內空氣質量，對改善乘車環境有著重要作用。

1、系統總體構成

本設計以單片機作為微處理器主控芯片，通過一氧化碳傳感器、氧氣傳感器、空氣清潔度傳感器測定車內外空氣質量，并進行對比，自動調取最優的換氣程度方案，通過對空氣內外循環裝置、車窗和天窗的開合進行控制，實現車內空氣質量的提高。系統原理圖如圖1所示。

2、智能控制硬件配置和實現設計

該系統選用STC12C5A60S2單片機為微處理器，由STC12C5A60S2負責控制，STC12C5A60S2單片機內部集成了12位的AD轉換器，從而節省了許多I/O口。一氧化碳傳感器選用MQ-7傳感器，空氣清潔度傳感器選用了MQ-135，氧傳感器選用KE-25。系統控制電路選用了四路繼電器模塊為控制汽車天窗和車窗、汽車內外循環系統。LCD顯示采用1602液晶芯片，LCD主要顯示各個傳感器收集到的數據。

2.1 系統主控制模塊

本設計采用STC12C5A60S2單片機作為主控制模塊，在汽車智能空氣調節系統采用空氣成分傳感調節方案后，空氣傳感信號經STC12C5A60S2的I/O輸入處理后，用于空氣內外循環裝置、車窗和天窗的開啟程度控制決策，由P0口輸出電機控制信號。

2.2 空氣傳感模塊

空氣傳感模塊對相關空氣成分信號的采集是汽車智能空氣調節系統的基礎。本設計采用一氧化碳傳感器、氧氣傳感器、空氣清潔度傳感器，檢測的空氣主要成分包括一氧化碳、氧氣、氨氣、PM2.5等。

本系統一氧化碳傳感器MQ-7氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導率較低的二氧化錫(SnO2)，采用高低溫循環檢測方式，低溫檢測一氧化碳，高溫清洗吸附的雜散氣體，傳感器的電導率隨氣體濃度增加而增大，使用電路可將電導率的變化轉換為相對應的輸出信號。MQ-7氣體傳感器對一氧化碳的靈敏度高，這種傳感器可檢測多種含一氧化碳的氣體，是一款適合多種應用的低成本傳感器。

本系統臭氣傳感器MQ135氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導率較低的二氧化錫 (SnO2)。當傳感器所處環境 中存在污染氣體時，傳感器的電導率隨空氣中污染氣體濃度的增加而增大。使用簡單的電路即可將電導 率的變化轉換為與該氣體濃度相對應的輸出信號。 MQ135傳感器對氨氣、硫化物、苯系蒸汽的靈敏度高，對煙霧和其它有害的監測也很理想。這種傳感器 可檢測多種有害氣體，是一款適合多種應用的低成本傳感器。

本系統中氧傳感器KE-25氣體傳感器是由鉛陽極、鍍金陰極及特定的酸液組成。氧分子通過不滲水的樹脂薄膜進入電化學電池在金電極發生還原反應。在兩電極間的電流同被測混合氣中的氧氣濃度成正比。輸出電壓信號由所接的電阻兩端電壓通過溫度補償后獲得，輸出電壓的變化就表示氧氣濃度。

2.3 空氣調節系統控制電路

表1 控制電路運行規則

空氣調節系統控制電路是實現空氣調節功能的關鍵。本設計的空氣調節系統控制電路由天窗控制電路、汽車空氣交換控制電路、汽車車窗控制電路和報警電路組成。汽車空氣交換控制電路控制汽車內外循環系統，作為車內外空氣質量差別不大時的微調控制；天窗和車窗控制電路控制汽車天窗和車窗，作為需要大幅度通風時的調節控制；報警電路作為當有毒氣體濃度超過正常濃度時的警報控制。

3、智能控制軟件設計

本設計的主程序為，單片機上電后進行各類硬件的初始化，然后對各類傳感器進行信號采集，接著對采集回來的信號用有效的算法進行濾波，避免誤操作或漏操作，然后對計算出來的結果進行判斷，根據判斷結果作出相應的響應動作。當車內一氧化碳濃度高于車外時，執行開天窗、開車窗、開外循環操作，并當車內一氧化碳濃度不適宜人類生存時自動報警；當車外空氣清潔度低于車內時，執行關天窗、關車窗、開內循環操作；當車內氧傳感器檢測到氧氣低于正常值時，執行開天窗、開車窗、開外循環操作；系統還設有手動調節開閉車窗、天窗的功能，以避免在大雨等特殊天氣中，系統自動開啟外循環時，對車內設備造成的損害。主程序流程圖如圖3所示。

4、結論

本文系統設計是基于單片機和傳感器原理， 以STC12 C5A60S2單片機為主控芯片， 采用一氧化碳傳感器、氧氣傳感器、空氣清潔度傳感器作為傳感模塊， 通過軟件編程制作了一整套結構完整， 功能模塊化， 反應較為靈敏的汽車智能空氣調節系統。 經過對該汽車智能空氣調節系統的空氣檢測調節實驗， 實驗結果證明該系統能夠很好的按照預期完成空氣智能調節， 并且能夠反應靈敏，調節到位，效果良好，運行穩定性較好。

[1] 胡壽松主編.自動控制原理[M].北京:科學出版社.6版.2013.

[2] 林立,張俊亮.單片機原理及應用——基于Proteus和Keil C[M].北京：電子工業出版社.3版.2014.

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[4] 彭春華,劉建業,劉岳峰,晏磊,鄭江華.車輛檢測傳感器綜述[J].傳感器與微系統,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，工程碩士，高技講師，就職于廣州市公用事業技師學院研究方向為制冷與自動控制技術。