汽車空調(diào)制冷自動控制系統(tǒng)中單片機的應(yīng)用

胡侃倫

[摘要]針對汽車空調(diào)系統(tǒng)的制冷自動控制，在簡單介紹汽車空調(diào)系統(tǒng)控制與功能任務(wù)的基礎(chǔ)上，對單片機在控制系統(tǒng)中的具體應(yīng)用進行深入分析，為實際的自動控制系統(tǒng)設(shè)計提供參考。

[關(guān)鍵詞]汽車空調(diào) 空調(diào)制冷 自動控制系統(tǒng) 單片機

一、汽車空調(diào)系統(tǒng)

（一）系統(tǒng)控制

通過對再加熱空氣混合等的利用，能對出風(fēng)溫度進行調(diào)控，經(jīng)蒸發(fā)器傳出的風(fēng)，其中一部分通過風(fēng)門進入加熱器進行加熱，然后和冷風(fēng)混合之后進入到車廂中，以此實現(xiàn)溫度控制目標(biāo)。基于此，通過對風(fēng)門實際開度的有效控制，即可對出風(fēng)溫度予以調(diào)控。另外，對熱水閥實際開度進行改變，也能對出風(fēng)溫度進行調(diào)節(jié)。

通過進風(fēng)來源的改變能改善空氣清潔度及溫濕度。對于風(fēng)道鼓風(fēng)機，其主要作用在于促進空氣流動，而且能起到制冷與輸送暖風(fēng)等作用。其快慢程度對對流散熱速度有直接影響，同時對車中空氣流速也有一定控制作用。

（二）功能任務(wù)

對于汽車空調(diào)系統(tǒng)的制冷控制，其任務(wù)在于對車內(nèi)溫度進行控制，并避免蒸發(fā)器結(jié)霜，確保其維持在允許的范圍之內(nèi)，此即為空調(diào)系統(tǒng)主要任務(wù)。基本原理為：以蒸發(fā)器及傳感器信號為依據(jù)，對壓縮機、鼓風(fēng)機、風(fēng)門、水閥進行控制，實現(xiàn)對車內(nèi)溫度的有效調(diào)節(jié)。

針對輸出傳感器，其在溫度控制時主要為溫度傳感器，用于反映出受控對象實際狀態(tài)。在實際的設(shè)計工作中，一般通過對風(fēng)門角度及轉(zhuǎn)速變化的控制來實現(xiàn)溫度控制目標(biāo)。

二、單片機在控制系統(tǒng)中的具體應(yīng)用

汽車的空調(diào)系統(tǒng)控制裝置核心在將微處理器作為主導(dǎo)的電子線路。

（一）單片機功能

以SPCE061A單片機為例，對其功能作如下介紹：以16位微處理器為內(nèi)核，設(shè)有2K字SRAM及32K字閃存FLASH，能達到控制系統(tǒng)基本要求，無需對程序存儲器進行擴展，支持人機接口的擴展，包括鍵盤與LED，能對車中實際溫度進行準(zhǔn)確的動態(tài)顯示，使用者可以通過鍵盤輸入工作參數(shù)，并選擇適宜的工作模式。

對于外擴存儲器，其主要作用在于對控制表格就用戶輸入的參數(shù)進行存儲，借助SIO擴展串行存儲器，結(jié)合SPR4096芯片，其SCLK與IOBO連接，SDA和IOB1連接。CF0 CF2與高電平相連，調(diào)整至串行接口的工作模式，CF7選擇低電平的FLASH。將熱敏電阻作為溫度傳感器，在車中實際溫度測量中使用。

（二）溫度控制

車中實際溫度控制主要采用模糊方法，由熱敏電阻對車中溫度進行采集，然后和設(shè)定溫度進行對比，得出兩者的誤差，再以誤差大小為依據(jù)確定控制量。對于風(fēng)門控制系統(tǒng)，主要由四部分構(gòu)成，分別為電機、分配器、電路與傳動機構(gòu)。結(jié)合控制量情況，由單片機對電機轉(zhuǎn)動方向及步數(shù)進行計算，采用傳動機構(gòu)對溫度門實際開口進行控制。采用微處理器進行PWM輸出，利用變頻器對供電頻率進行控制，使其運轉(zhuǎn)速度發(fā)生相應(yīng)的變化，如果需求風(fēng)量有所減小，則減慢轉(zhuǎn)速，進入減速控制狀態(tài)，相反，如果需求風(fēng)量增加，則加快轉(zhuǎn)速，進入增速控制狀態(tài)。

（三）數(shù)據(jù)采集單元

系統(tǒng)一般都具有對被測溫度進行實時顯示的要求，基于此，熱敏電阻組成的電路，其輸入和輸出必須為線性關(guān)系。然而，熱敏電阻本身屬于非線性器件，若在測溫限度中，按照線性標(biāo)準(zhǔn)進行處理，則會產(chǎn)生一定誤差。在傳統(tǒng)由單純硬件組成的溫度控制系統(tǒng)當(dāng)中，為實現(xiàn)非線性補償，大多會設(shè)置補償電路，但這樣除了會使電路更加復(fù)雜，其補償效果還不夠理想。這一系統(tǒng)采用單片機，能用專門軟件實現(xiàn)非線性補償，并且過程十分簡單，具有很高的精度，該實現(xiàn)了對電路的合理簡化。

系統(tǒng)溫度實時檢測與變換主要由兩部分組成，分別為LM331和熱敏電阻。其中，對于LM331，其頻率輸出和環(huán)境溫度為線性關(guān)系，可將輸出頻率表示為：

（1）根據(jù)給定參數(shù)可以得出：輸出頻率等于265Hz，根據(jù)特性表能得出不同溫度的u_in，然后對各溫度輸出頻率進行計算，僅需將溫度改變0.5℃時的頻率存儲在表格中，就能大都系統(tǒng)基本要求，最終通過單片機對被測溫度進行動態(tài)顯示。

（四）溫度模糊控制

溫度門的實際開度對車中溫度有直接影響，基于電機控制條件，開口角度能實現(xiàn)微調(diào)，這可為恒溫控制目標(biāo)的實現(xiàn)奠定良好基礎(chǔ)。

對于風(fēng)機轉(zhuǎn)速，其控制與溫度控制是否高效有關(guān)，如果送風(fēng)速度較快，則可使車中實際溫度與設(shè)定值相近。此外，風(fēng)機實際轉(zhuǎn)速還會影響到空調(diào)的舒適度。

在實際的設(shè)計工作中，因測量變量僅為溫度參數(shù)，故可選用單變量二維模糊控制器。將車中的實際溫度和設(shè)定溫度之間的偏差及其變化率作為輸入，將風(fēng)機轉(zhuǎn)速與溫度門實際轉(zhuǎn)角對應(yīng)的總變化量作為輸出。將偏差表示為e，其模糊量化值表示為E，偏差變化率表示為d_e，其模糊量化值表示為E_c，風(fēng)機輸出對應(yīng)的模糊值表示為U₁，溫度門輸出的模糊值表示為U₂。其中，e與d_e都選擇[-6，6]的論域；U₁與U₂都選擇共13個論域，根據(jù)經(jīng)驗選擇隸屬函數(shù)。

模糊控制主要按以下規(guī)則進行：

（1）如果e為負大，且d_e為負大，則U₁為正大，U₂為負大。

（2）如果e為負大，且d_e為負小，則U₁為正中，U₂為負中。

（3）如果e為負小，且d_e為負小，則U₁為正中，U₂為負中。

完成去模糊以后，可得到離線查詢表，采用計算機進行離線計算，將結(jié)果存儲于計算機當(dāng)中。在動態(tài)控制時，通過對查詢表的查找，來得到控制量對應(yīng)的變化值，將其作為被控對象。在送風(fēng)系統(tǒng)中，風(fēng)機與溫度門是兩個不同的調(diào)節(jié)裝置，應(yīng)實現(xiàn)良好匹配，才可以達到理想控制效果。

三、結(jié)束語

綜上所述，上述空調(diào)系統(tǒng)僅針對制冷，基于車中實際溫度發(fā)生的變化，通過風(fēng)機轉(zhuǎn)速與溫度門實際開度的控制來實現(xiàn)。事實上，制冷是一個十分復(fù)雜的過程，如果要保證車中溫度維持在設(shè)定水平，應(yīng)有多種傳感器與控制機構(gòu)來進行。