基于單片機的公交車溫控系統設計

袁 娜

(唐山學院 智能與信息工程學院，河北 唐山 063000)

0 引言

隨著城市空氣污染現象加重，霧霾天氣頻繁出現，公交車作為環保出行的公共交通工具，被廣泛使用，而且為了提高乘車舒適性，城市空調公交車普及率不斷提高。空調公交車車內的冷熱舒適性不僅直接影響乘客的乘車感受，而且影響乘客的身體健康[1]。有關規定指出，每年的6月1日至9月30日和12月1日至次年3月1日期間，以及在此期間外車廂內溫度高于28 ℃或者低于12 ℃時，公交車空調設施開啟，以保持一個溫度舒適的乘車環境。但在實際調查中發現，大多數公交車車廂內夏季溫度過低，而冬季溫度過高，車廂內外溫差過大，造成乘客乘車的不舒適感，使本來是為了提高乘客的舒適性而增加的制冷制熱系統，則成了很多人拒絕乘坐公交車的緣由。

目前新能源公交車——氣電混合型公交汽車在城市交通上大量使用，它節氣率高，更加環保，同時克服了純電動公交單次充電續航里程短的問題。但是此車制冷制熱系統并沒有相應地得到升級，還不能較好地滿足乘客對溫度舒適度的要求。有學者曾對純電動公交車內送風系統的速度場和溫度場進行過分析[2]，但針對目前廣泛使用的天然氣公交車或氣電混合型公交車溫度控制系統的研究還很不足。

本文針對上述情況，進行基于單片機的公交車溫控系統設計，以便從功能上更大程度地滿足乘客對空調公交車溫度舒適性的要求。

1 系統硬件設計

1.1 系統硬件的總體設計

車內溫度會隨著室外溫度、車內乘客數量的變化而變化，單一給定的溫度控制系統不能很好地保障乘客乘車的舒適度。本設計是以STC89C52單片機作為系統核心，應用溫度傳感器DS18B20測量公交車內的溫度，選擇LCD1602型液晶顯示器進行溫度顯示。在車廂內部設置多個按鍵，乘客通過按鍵的方式提出升溫或降溫需求。當乘客按下鍵盤后，單片機啟動計數功能對3 min內的升溫、降溫需求進行統計，同時判斷溫度調整的度數，從而滿足乘客的需求。系統硬件的總體設計框圖如圖1所示。

圖1 系統硬件的總體設計框圖

1.2 系統的原理圖

用5組按鍵開關模擬車廂溫度控制器，每組中2個按鍵分別代表升溫和降溫。一旦有按鍵被按下，單片機每隔3 min對按鍵情況進行一次數據統計，根據統計結果，系統執行升溫或降溫控制程序。考慮到車廂內乘客流動性大，且溫度調節過程的滯后性，每次調節的度量選擇為2 ℃，且在1 h內溫度改變量不超過6 ℃。

系統硬件原理圖如圖2所示。當升溫按鍵按下次數大于降溫按鍵按下次數時，單片機3.4引腳輸出高電平，Q1三極管導通，RL1繼電器接通，連接車內制熱功能的輸入端，系統開始加熱升溫。本設計用加熱片模擬車內加熱功能，加熱片接通5 V電源開始加熱。當升溫按鍵次數小于降溫按鍵次數時，系統執行降溫控制程序，單片機3.5引腳輸出高電平，Q2三極管導通，RL2繼電器接通。本設計用小風扇模擬車廂內制冷功能，此時風扇接通5 V電源開始制冷。

圖2 硬件原理圖

2 系統軟件設計

2.1 主程序流程

本設計的軟件流程圖如圖3所示。其運行流程是：打開開關通電后，系統進行初始化，延時處理后溫度傳感器進行溫度采集，并將采集的溫度值傳輸給液晶顯示屏顯示當前溫度，系統判斷按鍵模塊是否有按鍵按下，無按鍵操作則傳感器繼續工作；如果有按鍵操作，則單片機以3 min為采樣周期采集按鍵按下的次數，然后計算是否需要改變溫度，并判斷溫度調節的度數，從而控制繼電器工作實現升降溫功能。

圖3 主程序流程圖

2.2 溫度采集

本設計采用DS18B20型溫度傳感器來檢測車內溫度，它具有耗電低、體積小、不易被干擾、容易與微處理器相匹配等優點[3]，而且還可以把不同溫度轉化成相對應的數字信號。放置傳感器的位置會影響測量的準確性，本設計僅用1個傳感器模擬采集車內溫度，但在實際中可以在車廂多個位置放置，以便更全面地反映車內溫度情況。DS18B20對外界溫度進行采集并將采集到的信號通過數字信號的方式經P3.7口傳給單片機。

2.3 液晶顯示模塊

本設計選擇LCD1602作為顯示模塊。它具有16×2個字符的顯示容量，不僅可以顯示當前溫度，還可以顯示開關控制量的參數和繼電器的工作狀態[4]。LCD1602工作電壓為4.5 V至5.5 V，當電壓達不到額定工作電壓時，顯示器則不能工作。LCD1602在工作電壓5 V時的電流為2 mA，為了達到顯示器額定電壓，本設計增加了交流直接變壓器將220 V電壓變為5 V，以保證顯示模塊的正常工作。

3 系統實現的功能

溫度采集并顯示。通過溫度傳感器DS18B20和液晶顯示器LCD1602將公交車內的溫度顯示出來。

溫度控制按鍵信息采集。單片機每隔3 min判斷一次是否有按鍵按下，如果沒有按鍵按下，則繼續進行采集測溫；如果有按鍵按下，則判斷是升溫處理還是降溫處理。

溫度調節。設定一次溫度的改變值為2 ℃，當單片機判斷出需要升/降溫時，開啟繼電器使其工作，完成升溫或降溫的操作，直到溫度達到改變量的要求。

溫度保持相對恒定。溫度調節完成后，再進行下一次采集控制，且限定條件為1 h內溫度的改變量不超過6 ℃。為了避免連續調溫或有人惡意改變溫度，系統的夏季空調設置溫度不低于16 ℃，冬季空調設置溫度不高于30 ℃。

4 結論

基于單片機的公交車溫控系統，旨在改善空調公交車內乘客的溫感舒適度而又不增加公交車司機的工作量。通過在車內前、中、后部位安裝溫度控制按鍵鍵盤，讓乘客自己決定車廂內的溫度。

經過多次軟件和硬件的調試后，通過模擬實驗可知，所設計的基于單片機的公交車溫控系統實現了對溫度的檢測采集和顯示，經過單片機處理按鍵數據后，能夠自動完成升溫和降溫功能。因此，此溫控系統可以在空調公交車中進行推廣應用。

另外，在實際中公交車進站、出站時車門打開乘客上下車，車內溫度變化會比較明顯，此時的溫度測量和按鍵統計會造成溫度調節的不準確性，因此，此弊端在今后的設計中仍需進一步改進。