一种实用的车载空调控制器设计

一种实用的车载空调控制器设计

同济大学超大规模集成电路研究所 张玉平

随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，外出旅行正逐渐成为一种时尚。汽车作为一种便捷的交通工具已是人们的首选，舒适的乘车环境，如适宜的车内温度、清新的空气应是长途汽车的必备条件。所以，开发一款经济实用的车载空调控制器就成为一种需求。本文采用ＤＣ／ＤＣ转换芯片ＭＣ３４０６３ＡＰ１为系统供电，以微控制器Ａｔｍｅｇａ８为系

统核心，辅以简单模糊控制技术以及按键选择、ＬＥＤ数码管显示，并使整个控制系统具有电源欠压、过压，温度传感器短路、断路等保护功能。

主要功能指标

汽车空调控制系统的主要功能如下。

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　多种工作模式：自动、制冷、化霜、通风。

●

　多档风速设定：自动风、低速风、

中速风、高速风。

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　具有故障运行处理功能。●

　面板按键操作。●

　适配多类型显示接口。

控制器基本原理

汽车空调控制系统框图如图１所示。系统由按键扫描、电压检测、温度

检测、风机控制、压缩机控制、ＬＥＤ数码管显示、蜂鸣器报警电路和单片机组成。

单片机工作的主要原理为：扫描键盘，当制冷键按下，同时无故障报警时系统将ＡＤＣ采样的车内温度与预先设定的制冷温度比较，如车内温度高于设

定温度则打开冷凝风机、压缩机制冷；当车内温度低于设定温度２℃时关闭压缩机、冷凝风机，若此时强制冷键按下，

系统将忽略预设温度直接启动制冷。其中单片机ＰＢ０、ＰＢ１口输出高低信号控制ＭＯＳ管的开关，进而控制风机和压缩机的起停；ＰＣ０口采样输入电压并与系

统默认值进行比较，以确定电压是否正常；ＰＣ２口采样化霜温度用以确定化霜操作；ＰＣ３口采样车内温度，将计算的结果输出至ＬＥＤ数码管显示。

系统硬件设计

１　主控芯片简介

Ａｔｍｅｇａ８单片机具有８Ｋｂ的在线编程Ｆｌａｓｈ程序存储器、５１２字节ＥＥＰＲＯＭ、１Ｋｂ　ＳＲＡＭ、３２个通用工

作寄存器、２３个通用Ｉ／Ｏ口、３个带比较模式灵活的定时器／计数器、１８＋２个内外中断源、１个可编程的ＳＵＡＲＴ接口、１个Ｉ２Ｃ总线接口、４通道的１０位ＡＤＣ、２通道８位ＡＤＣ、可编程的看门狗定时器、１个ＳＰＩ接口和５种可通过软件选择的节电模式。

２　电源部分

系统供电电路如图２所示，ＤＣ／ＤＣ转换芯片采用ＭＣ３４０６３，该芯片具有集成基准电压、振荡器同步和输入电压

图１　汽车空调控制系统框图

图２　系统供电部分

范围宽等特点，其输出电压可表示为Ｖｏｕｔ＝１．２５（１＋Ｒ３９／Ｒ４０），输出电流可达５００ｍＡ，完全满足本系统的功耗要求。为了降低干扰，芯片的输入端和输出端加了电容Ｃ１０、Ｃ１２、Ｃ１３进行滤波处理。

３　电压及温度检测电路

如图３所示，电压、温度检测采用单片机内部专用ＡＤＣ采样通道，不增加额外芯片有利于降低系统成本。ＡＤＣ基准电压等同单片机工作电压５Ｖ，系统输入电压经Ｒ３、Ｒ８分压简单滤波后送入ＰＣ０（ＡＤＣ０），此端口根据分压比连续采样２１次，然后将每次所得值相加即可还原系统输入电压；ＲＴ１、ＲＴ２为负温度系数传感器，当温度上升或下降时其阻值随之减小或增大，相应ＡＤＣ端口将多次采样的电压值进行数值平均滤波并与已知的电压／温度区间比较，得出实时温度。

４　键盘和显示电路

如图４所示，由于单片机Ｉ／Ｏ口有限，键盘和显示电路采用了端口复用，３

位８段ＬＥＤ数码管驱动增加了ＳＮ７４１６４串入并出芯片进一步缓解端口有限的压力。其中键盘有７个按键，　分别为开关机、制冷／通风、强制冷、设定、上增、下减，可以进行温度设置和新风时间设置等。ＬＥＤ数码管可以显示当前车内温度、系统预设温度、输入电压等，当蜂鸣器报警时能显示故障代码为维修调试

提供了方便。

５　输出控制电路

风机、压缩机输出控制电路如图５所示，单片机输出控制信号经ＵＬＡ２００３反向后驱动晶体管Ｑ２，Ｑ２的集电极再连接压缩机的起停开关继电器的控制输入端，当继电器由闭合转为断开时，二极管Ｄ１０为继电器线圈续流。为有效的控制晶体管的导通和关闭，系统增加了高输入电压、高灌电流的ＵＬＮ２００３Ａ驱动芯片。其内部采用达林顿输入电压最

高达５０Ｖ，　灌电流最大５００ｍＡ。

软件设计

程序设计可分为两大部分：主程序和中断服务程序。

主程序包括定时器、ＡＤＣ模块初始化、键盘显示处理、蜂鸣器报警等。主程序初始化后，系统根据ＡＤＣ转化结果依次判断输入电压是否正常、温度传感

图３　电压及温度检测电路

图４　键盘和显示电路

（下转第８３页）

应用设计：汽车电子

ＥＰＣ

式ＬＣＤ，显示格式为１２８点（列）×６４点（行），具有多功能指令，容易使用，可实时的显示时钟、距离和报警提示信息，方便直观。

系统软件设计

软件采用模块化设计，程序由主程序、测距子程序和键盘显示子程序、时钟显示子程序等多个模块组成，调试过程中对其中每个功能模块和子程序逐一调试，在每个子程序都完成指定的功能后，再进行综合调试。系统的软件流程如图８所示。

超声波发射电路发出超声波的同时计数器开始计数，当遇到障碍物反馈信号到超声波接收器接收，经ＣＸ２０１０６接收电路处理后，产生一个低脉冲，该信号传送给单片机产生中断，调用测距子程序，计算出测量距离，调用显示子程序，根据不同的测量数值在液晶上显示

距离和报警。当距离大于２ｍ，显示“安全”和测量距离，继续测量；当距离小于１ｍ时，显示“危险”和测量距离，由Ｐ１．２位驱动蜂鸣器报警；当距离小于２ｍ且大于１ｍ时，显示“注意”和测量距离。为增强抗干扰能力，系统连续发射超声波测量三次，从中剔除最大最小值，取中间值计算出精确的距离。这样

每秒可测约三个数据，仍然可以满足实时性要求。

结语

该倒车雷达采用了高性能的ＭＳＰ４３０Ｆ２２７４单片机，并充分利用了其

片上资源使得系统功能丰富，使用的外围芯片减少，系统可靠性得到提高。该倒车雷达应用于汽车中，当驾驶员倒车时，从液晶显示屏上一目了然便知道障碍物离车的距离，克服了后视镜小，视野窄的缺点，消除了倒车造成的事故隐患。

图７　倒车雷达键盘显示电路图

图８　系统软件流程图

器是否有短路断路现象发生，如有上述情况发生系统将切断一切输出同时给出故障代码，否则显示室内温度。然后扫描键盘，根据键值进行相应的操作，如风量高中低的切换、制冷开／关、强制

图５　输出控制电路

冷的选择、制冷温度设定和新风送风时间设定等。

中断服务程序包括定时器Ｔ０、Ｔ１中断服务程序。定时器Ｔ０定时时间为１ｍｓ，设变量ａ，每次进入中断子程序如

故障标志位有效则ａ增加１，在ａ小于５０前开蜂鸣器；当ａ大于５０时关蜂鸣器同时ａ清零，这样处理以区别按键铃声。定时器Ｔ１定时时间为１ｓ，主要用于压缩机、冷凝风机间的延时，也就是连续两次压缩机开启的时间间隔不能少于６ｓ，

压缩机关闭后延时３ｓ关冷凝风机。

结束语

本控制器采用Ａｔｍｅｇａ８单片机控制，电路结构简单、性能稳定、功能强、可靠性高、成本较低。实际应用证明，该控制器抗干扰能力强，能在低温和高温地区长久稳定工作，由于采用的是Ｆｌａｓｈ工艺的单片机，方便在线升级，可用于经济型轿车、豪华客车、大型卡车的等汽车空调的控制。

ＥＰＣ

（上接第８０页）