紅外遙控功能在車載空調控制器中的應用

董亞楠，許欽濤，張克廷，黃正旺

（豫新汽車熱管理科技有限公司，河南 新鄉 453049）

近年來，人們生活理念發生了巨大的轉變，促進了公路物流貨車、房車、乘用車等以前發展緩慢的行業，現正在高速發展，其產量以幾何倍數增長。而現今車輛使用的空調控制器一般采用輕觸按鍵、電位器、編碼開關、機械開關等傳統的人機交換方式，來實現乘員對空調系統的操作控制。但是傳統的空調操作方式對于車輛乘員的行駛過程中的安全性和便利性具有較大影響。鑒于此，本文將紅外遙控功能應用于車載空調控制器系統中，解決現有的車載空調控制器操作方式所存在的安全隱患和操作便利性較差的問題。

1 方案設計

1.1 紅外接收模塊的功能

根據空調控制系統和空調控制器使用工況的要求，紅外接收模塊應具有以下功能：①具有較強抗干擾性能；②可以使用手機APP紅外遙控功能和空調通用控制器進行控制；③可以實現蒸發風量調節，制冷、制熱模式切換，設定溫度和定時開、關機。

1.2 器件的選擇

1）主控芯片 選擇ATMEL公司生產的ATMEGA32AAU，MCU作為系統控制節點和操作節點的中心處理器，其具有以下特點：①ATMEGA32A-AU具有32 KB系統內可編程Flash的高性能，低功耗8位微控制器，2.7～5.5 V寬電壓工作，2 KB字節EEPROM，2 KB字節SRAM，32個通用I／O口線，32×8通用工作寄存器+外設控制寄存器，16 MHz時可達16 MIPS吞吐量，用于邊界掃描的JTAG接口，支持片內調試與編程。②3個具有比較模式的靈活的定時器／計數器，片內／外中斷，1路可編程串行USART。③8路10位具有可選差分輸入級可編程增益的ADC，具有片內振蕩器的可編程看門狗定時器，一個SPI串行端口。ATMEGA32A-AU微處理器MCU負責了整個空調控制系統的控制程序的控制和輸入輸出［1］。

2）紅外接收芯片 選擇EVERLIGHT公司生產的IRM-3638T芯片作為紅外接收芯片，其具有以下特點：①接收頻率38～56 kHz，抗干擾能力強；②接收距離：L0°（0度角）=14m，L45°（45度角）=6 m，能抵擋環境干擾光線；③消耗電流：0.8～1 mA，功耗極低；④光檢測器和前置放大器在同一包裝、PCM頻率內置過濾器。

2 設計實現

2.1 硬件部分

本文設計的紅外接收電路由IRM-3638T和其必要的外圍電路組成，IRM-3638T內部集成了光檢測、運算放大和濾波電路，可以簡化硬件電路的設計提高其抗干擾能力，其硬件電路如圖1所示。其中R1為MCU輸入端口限流電阻防止損壞MCU，R2為上拉電阻防止沒有紅外信號輸入時MCU誤動作，R3為輸入限流電阻用于保護IRM-3638T防止其損壞，并與C1、C2組成RC濾波電路提高抗干擾能力，C1、C2為濾波電容提高系統抗干擾能力［2］。

圖1 紅外接收原理圖

2.2 軟件部分

2.2.1 紅外編碼形式

本文選用的紅外遙控器和手機APP紅外遙控功能是符合NEC標準，載波頻率為38 kHz的紅外光進行控制，其是由起始碼+空調狀態碼組成。起始碼和空調狀態碼的編碼形式如圖2、圖3、圖4所示，其中起始碼由9 ms低電平+4.5 ms高電平組成，空調狀態碼1由0.6 ms高電平+0.6 ms低電平組成，空調狀態碼0由0.6 ms高電平+1.6 ms低電平組成［3］。

圖3 紅外狀態碼1編碼形式圖

圖4 紅外狀態碼0編碼形式圖

2.2.2 紅外編碼狀態編碼形式

本文根據常用空調系統的需求，設置了制冷、制熱模式，開關機，蒸發風速調節，設定溫度設置，定時開、關機設置，其編碼順序形式圖如圖5所示。

圖5 紅外狀態碼編碼順序形式圖

其中各個編碼的二進制形式如下：①模式標志：制冷100，制熱001；②開、關機：開機1，關機0；③蒸發風速調節：低速10，中速01，高速11；④設定溫度設置：16℃至30℃0000-1111；⑤定時開、關機設置：0～24小時00000000-00110010。

2.2.3 MCU輸入捕捉模式軟件設計

本文使用ATMEGA32A-AU單片機中T1定時器的ICP1（輸入捕捉）功能來進行紅外信號的采集、計算，MCU的輸入捕捉單元可用來捕獲外部事件，并為其賦予時間標記以說明此時間的發生時刻，時間標記可用來計算頻率、占空比及信號。其輸入捕捉單元的方框圖如圖6所示。根據方框圖所示，當ICP引腳電平發生并且這個電平變化為邊沿檢測器所證實，輸入捕捉即被激發：16位的TCNT1數據被拷貝到輸入捕捉寄存器 ICR1，同時輸入捕捉標志位ICF1置位。即當每一次ICP1輸入信號由高變低時，TCNT1的計數值都會再次同步復制到 ICR1中。將兩次連續的ICR1數據記錄下來，那么兩次ICR1的差值乘上已知的計數器計數脈沖的周期就是輸入信號一個周期的時間［4］。

圖6 MCU輸入捕捉方框圖

根據上述原理本文紅外信號周期的計算公式為：（ICPV2－ICPV1）×1÷（MCU系統時鐘÷分頻數），但是如果ICPV2＜ICPV1，其計算公式為：（65536－ICPV1+ICPV2）×1÷（MCU系統時鐘÷分頻數）。其中ICPV1為上次記錄的計數脈沖，ICPV2為本次記錄的計數脈沖，分頻數是用于調整計數周期防止T1定時器溢出。其T1定時器初始化C語言程序圖和程序流程圖如圖7、圖8所示。

圖7 T1定時器輸入捕捉初始化C程序圖［5］

3 功能測試

紅外遙控功能在車載空調控制器上功能測試，選用的是卡車純電動頂置空調控制器，其控制器局部硬件圖如圖9所示。紅外遙控功能的測試采用手機APP遙控軟件進行測試，軟件如圖10所示。通過實際測試達到了預期的設計，使用手機APP遙控軟件能夠正常控制空調的各個功能。

圖8 紅外接收程序流程圖［6］

圖9 控制器局部硬件圖

圖10 手機APP遙控軟件圖

4 結語

本文將紅外遙控功能引進車載空調控制器系統中，改變了車載空調一成不變的控制模式，使得車載空調的操作更加人性化、便利，同時也提高了乘員在行駛過程中的安全系數，對以后的車載空調控制器的開發、優化具有指導意義。