一种汽车空调制冷自动控制系统.docx
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一种汽车空调制冷自动控制系统
一种汽车空调制冷自动控制系统
姓名
学号
所在学院电气与电子工程学院
专业班级
指导教师刘建平
日期
毕业设计（论文）任务书
学院
电气与电子工程学院
指导教师
刘建平
职称
副教授
学生姓名
专业班级
学号
设计题目
汽车空调制冷自动控制系统
设
计
内
容
目
标
和
要
求
（设计内容目标和要求、设计进度等）
设计目标：
通过温度传感器对汽车空调制冷系统进行自动控制。
设计要求：
当温度高于25℃时空调系统自动接通进行制冷，同时显示温度；当温度低于20℃时空调系统自动断电停止工作，同时显示温度；在整个空调系统工作时，要保证蒸发器处不会产生结冰现象，以使整个空调系统能安全、正常地工作。
设计进度：
1.根据题目要求的性能指标，通过查阅有关资料，确定系统设计方案，并设计其硬件电路图。
2.画出电路原理图，分析主要模块的功能，完成系统软件的设计，对系统进行相关的调试。
3.完成毕业设计。
指导教师签名：
年月日
基层教学单位审核
学院
审核
此表由指导教师填写学院审核
毕业设计（论文）学生开题报告
课题名称
汽车空调制冷自动控制系统
课题来源
真题
课题类型
AX
指导教师
刘建平
学生姓名
学号
专业班级
本课题的研究现状、研究目的及意义
随着汽车技术的日新月异，用户对汽车的易用性和舒适性提出了更高的要求，汽车空调作为汽车部件的重要组成部分，其性能好坏直接影响了整车的档次和用户的舒适性，限于目前大部分汽车空调的控制系统都采用的是低精度的模拟器件，控制精度不高，自动化程度低，给人们的使用和维护带来了诸多不便，也严重影响了用户的舒适性。
伴随着微型计算机及相关领域的发展，基于单片机的嵌入式系统在控制领域扮演着重要的角色，本课题研究目的就是利用单片机配合数字化温湿度传感器对汽车内温度和湿度进行实时监测（显示），控制压缩机的工作实现汽车空调制冷系统的自动控制，满足人们对汽车空调的易用性和舒适性要求。
通过单片机对汽车空调控制系统进行自动控制，可以使控制系统简化，提高系统控制精度和汽车空调系统的可维护性，易用性，满足用户对易用性和舒适性的要求，而且通过本课题也可以使我对以单片机为控制核心的控制系统有更多的了解，为以后其他领域实现单片机自动控制打下坚实的基础。
课题类型：
（1）A—工程实践型；B—理论研究型；C—科研装置研制型；D—计算机软件型；
E—综合应用型
（2）X—真实课题；Y—模拟课题；
（1）、
（2）均要填，如AY、BX等。
本课题的研究内容
1.温湿度的实时显示。
利用数字化集成温湿度传感器DHT90对汽车内温湿度实时检测，并将数据传输给8位单片机AT89S52，单片机通过数据处理将当前温度和湿度送往液晶显示器LCM1602显示，完成温湿度的实时显示，并同时送往压缩机以控制压缩机的工作状态。
2.温度的自动控制。
当汽车内温度高于设置温度时空调系统自动接通制冷，低于设置温度时自动断电停止工作，单片机通过当前温度与设定温度值的比较来驱动压缩机工作。
3.蒸发器除霜。
通过数字温度传感器DS18B20监测蒸发器温度，当温度低于0℃时，停止压缩机的运转以防止蒸发器凝霜。
4.车内温度值的设定。
通过外部按键可以实现对车内温度上限制进行设定，并保存。
5.数字滤波。
通过数字滤波算法对采集的温度和湿度进行处理，适应汽车复杂电磁环境。
本课题研究的实施方案、进度安排
实施方案：
以单片机为控制核心，数字温度和湿度传感器为测量元件，利用温湿度传感器DHT90采集车内温度和湿度，通过单片机AT89S52进行数据处理送往LCM1602显示，当车内温度高于设定值时启动压缩机，温度低于设定值时关闭压缩机，其间配合温度传感器DS18B20实时监测蒸发器温度，防止蒸发器结霜，用户还可以对车内温度进行设定，达到对汽车空调制冷的自动控制。
进度安排：
1.对课题相关资料进行整理研究（2010.1）。
2.绘制系统电路原理图和制板（2010.2）。
3.编写源程序并结合开发板作适当的仿真（2010.3）。
4.编写报告论文（2010.4）。
已查阅的主要参考文献
[1]崔选盟.汽车空调结构、原理与维修[M].北京：
北京大学出版社，2005.
[2]袁秀玲.制冷与空调原理[M].西安：
西安交通大学出版社，2001.
[3]彦启森.制冷技术及其应用[M].北京：
中国建筑工业出版社，2006.
[4]郭丽红，吴海涛.基于Atmega16的汽车空调系统设计与实现[J].长春理工大学学报（自然科学版），2007（3）.
[5]郭丽红，芮雄丽，涂平华.基于Atmega16的商用车辆空调系统设计[J].南京工程学院学报（自然科学版），2007（3）.
[6]扈宏毅，游龙翔.DS1821在汽车空调制冷控制中的应用[J].计算机应用，2002（4）.
[7]王克才，柴立刚.北京切诺基汽车空调控制系统介绍[J].汽车应用，1995
（1）.
指导教师意见
指导教师签名：
年月日
毕业设计（论文）学生申请答辩表
课题名称
汽车空调制冷自动控制系统
指导教师（职称）
刘建平（副教授）
申请理由
学分修满，申请答辩
学生所在学院
电气与电子工程学院
专业班级
学号
学生签名：
日期：
毕业设计（论文）指导教师评审表
序号
评分项目（理工科、管理类）
评分项目（文科）
满分
评分
1
工作量
外文翻译
15
2
文献阅读与外文翻译
文献阅读与文献综述
10
3
技术水平与实际能力
创新能力与学术水平
25
4
研究成果基础理论与专业知识
论证能力
25
5
文字表达
文字表达
10
6
学习态度与规范要求
学习态度与规范要求
15
是否同意参加答辩：
总分
评
语
指导教师签名：
另附《毕业设计（论文）指导记录册》年月日
毕业设计（论文）评阅人评审表
学生姓名
专业班级
学号
设计（论文）题目
汽车空调制冷自动控制系统
评阅人
评阅人职称
序号
评分项目（理工科、管理类）
评分项目（文科）
满分
评分
1
工作量
外文翻译
15
2
文献阅读与外文翻译
文献阅读与文献综述
10
3
技术水平与实际能力
创新能力与学术水平
25
4
研究成果基础理论与专业知识
论证能力
25
5
文字表达
文字表达
10
6
学习态度与规范要求
学习态度与规范要求
15
总分
评
语
评阅人签名：
年月日
毕业设计（论文）答辩表
学生姓名
专业班级
学号
设计（论文）题目
汽车空调制冷自动控制系统
序号
评审项目
指标
满分
评分
1
报告内容
思路清新；语言表达准确，概念清楚，论点正确；实验方法科学，分析归纳合理；结论有应用价值。
40
2
报告过程
准备工作充分,时间符合要求。
10
3
创新
对前人工作有改进或突破，或有独特见解。
10
4
答辩
回答问题有理论依据，基本概念清楚。
主要问题回答准确，深入。
40
总分
答辩组
评语
答辩组组长（签字）：
年月日
答辩
委员会意见
答辩委员会负责人（签字）：
年月日
毕业设计（论文）成绩评定总表
学生姓名：
专业班级：
毕业设计（论文）题目：
汽车空调制冷自动控制系统
成绩类别
成绩评定
Ⅰ指导教师评定成绩
Ⅱ评阅人评定成绩
Ⅲ答辩组评定成绩
总评成绩
Ⅰ×40%+Ⅱ×20%+Ⅲ×40%
评定等级
注：
成绩评定由指导教师、评阅教师和答辩组分别给分（以百分记），最后按“优（90--100）”、“良（80--89）”、“中（70--79）”、“及格（60--69）”、“不及格（60以下）”评定等级。
其中，
指导教师评定成绩占40%，评阅人评定成绩占20%，答辩组评定成绩占40%。
摘要
随着现代汽车空调技术的发展，传统的采用低精度模拟器件对空调进行控制已无法满足人们对乘车舒适性的要求，空调控制系统急需改造，本课题提供了一种以8位单片机为控制核心的汽车空调制冷自动控制系统。
本文针对了人们对汽车空调舒适性的要求，采用高精度的数字温湿度传感器作为测量元件，以8位单片机为控制核心，并实时监测、显示当前车内温度和湿度，通过对压缩机工作状态的控制达到对汽车空调的自动控制功能，另外还可以人为设置车内温度值。
本文还阐述了汽车空调制冷自动控制系统的组成和原理，并完成了系统的总体硬件设计和软件系统的编写，最后结合单片机开发板对系统程序模块作了相应的仿真和调试。
关键词：
汽车空调控制单片机传感器
Abstract
Alongwiththedevelopmentofmodernautomobileair-conditioningtechnology,traditionaluselowaccuracyofairconditioningcontrolsimulatorthingalreadycan'tsatisfytherequirementofdrivecomfort,airconditioningcontrolsystemneedsreform.Thisarticleprovidesan8bitMCUascontrolcoreofautomobileair-conditioningautomaticcontrolsystem.
Basedonthepeopleofautomotiveairconditionercomfortrequirements,thissystemusingthedigitaltemperatureandhumiditysensorsashigh-precisionmeasurementdevices,with8bitmicrocontrollerascontrolcoreandreal-timemonitoring,displaythecurrentinteriortemperatureandhumidity,throughtothecompressorandthecontrolofelectricevaporatorofautomotiveairconditioningautomaticcontrolfunction,youalsocansettemperatureinside.Thisarticlealsoexpoundsautomotiveairconditioningandrefrigerationautomaticcontrolsystem,andthecompositionandprincipleoftheoverallsystemwascompletedthedesignofhardwareandsoftwaresystem,finallysingle-chipcomputerprogrammodulesfordevelopingwantsthecorrespondingsimulationandtesting.
Keywords：
automotiveairconditioningcontrolsignal-chipmicrocomputersensor
1绪论
1.1课题来源及产生背景
随着人们生活水平的提高，汽车的消费量也在与日俱增，人们在购买汽车的同时对汽车的舒适性提出了更高的要求，空调作为汽车的重要部件，它的好坏直接影响到整车的性能和舒适度。
目前汽车空调控制系统主要还是采用低精度的模拟器件和机械构件来完成，这种控制方式控制精度低，执行效果差，可靠性不强，针对这一状况本文提出了一种基于单片机的汽车空调控制方案。
基于单片机的控制方案具有控制速度快，可靠性强，功耗低，体积小等优势已被应用到生活中的各个领域，得到用户的广泛认可。
现今，基于单片机的控制系统已发展的相当成熟，因此，本文采用单片机控制系统对汽车空调系统进行控制。
1.2课题研究目的和意义
本课题为了满足人们在乘车时对汽车空调舒适性要求，采用单片机为核心的控制方案，以实现对现有汽车空调控制系统进行改进，使汽车空调控制系统更加可靠，自动化程度更高，提高人们乘车舒适性。
随着汽车消费群体对汽车舒适性要求越来越高，传统汽车空调控制系统已无法满足人们对舒适性的需求，对现有设备进行改造和改进迫在眉睫，对该课题研究可以提高乘车舒适性，满足人们对乘车舒适性和美观性的要求。
目前汽车空调控制系统在国内有很广阔的发展空间，并因此带来巨大的经济效益，对该课题的研究还是很有意义的。
1.3国内外的研究现状
国外汽车空调控制系统技术较为发达，他们多采用MCU为控制芯片，运用多传感器技术，自动控制车内温度、湿度、空气流速和阳光照射。
通过各类传感器的数据采集和MCU的数据处理，系统能够很好的调节出风温度，控制冷凝器风扇速度，并且能够对车内空气质量进行控制，为用户提供一个良好的环境，提高了乘车的舒适性和空调设备的自动化程度。
相比而言，国内的技术水平要落后的多，据有关数据表明，国内市场上的汽车空调控制系统80％以上采用的是手动控制和半电子的汽车空调控制系统，以控制器为核心的汽车空调控制系统在市场上不足20％。
目前除少数几家汽车空调生产厂商采用国外先进技术，大部分还停留在采用模拟器件对汽车空调进行控制，整体设计和制造水平低于国外。
目前，汽车空调控制系统正向着小型节能化，舒适，自动化方向发展。
1.4课题研究内容和主要工作
本课题主要研究以下内容：
1.温湿度的实时显示。
利用数字化集成温湿度传感器对汽车内温湿度实时检测，并将数据传输给单片机，单片机通过数据处理将当前温度和湿度送往液晶显示器显示，完成温湿度的实时显示。
2.温度的自动控制。
当汽车内温度高于设置温度时空调系统自动接通制冷，低于设置温度时自动断电停止工作，单片机通过当前温度与设定温度值的比较来驱动压缩机工作。
3.蒸发器除霜。
通过数字温度传感器DS18B20监测蒸发器温度，当温度低于0℃时，控制压缩机的运转以防止蒸发器凝霜。
4.车内温度值的设定。
通过外部按键可以对车内温度上限进行设定，并保存设定值，避免反复设定温度值。
5.数字滤波。
通过数字滤波算法对采集的温度和湿度进行处理，适应汽车复杂电磁环境。
本设计主要作了如下工作：
1.对汽车空调制冷控制系统的控制原理作了阐述。
2.对汽车空调控制系统的硬件电路和软件部分进行了设计。
3.对系统的硬件和软件作了相应的调试和仿真。
2汽车空调制冷系统概述
2.1汽车空调制冷系统结构及其组成
1.汽车空调制冷系统结构
汽车空调制冷系统主要由压缩机、冷凝器、膨胀阀及蒸发器组成（简称汽车空调四大件），另外还有一个比较重要的组成部件就是贮液干燥过滤器。
汽车空调制冷系统结构图及其系统布置图如图2-1，图2-2。
图2-1汽车空调制冷系统结构
图2-2汽车空调系统布置图
1-送风机2-加热器软管3-高压液体管路4-贮液器5-冷凝器6-高压气体管路7-电磁离合器8-压缩机9-消声器10-低压气体11-膨胀阀12-蒸发器
2.主要设备简介
压缩机：
压缩机是整个汽车空调制冷系统的动力源，它促使制冷剂在系统内循环流动。
另外压缩机还可以提高制冷剂的压力，促使制冷剂在冷凝器中液化放热。
蒸发器：
低温低压液态制冷剂通过蒸发器的管壁和翅片吸收周围空气的热量，然后沸腾汽化，从而使蒸发器表面温度降低。
冷凝器：
高温高压气体制冷剂通过管壁和翅片放出热量给周围空气，从而使制冷剂变成低温低压液态制冷剂。
膨胀阀：
为了使制冷剂在蒸发器内更容易地蒸发，膨胀阀将从冷凝器出来的高压制冷剂进行减压处理，变成低压容易蒸发的雾状制冷剂。
贮液干燥过滤器：
贮液干燥过滤器主要作用是吸收系统中的水分防止系统中的水分在膨胀阀处结冰，造成“冰阻”现象影响制冷系统的正常工作。
2.2汽车空调制冷系统工作原理
汽车空调制冷系统工作原理如下：
发动机带动压缩机运转，将蒸发器送来的低温低压的制冷剂蒸汽吸入压缩机内进行压缩后，变成高温高压的气体（R12系统约70℃，1500～1700kPa），送给冷凝器使气态制冷剂液化并放出热量（R12系统温度降到50℃左右），成为中温中压的液体，冷凝器处装有风扇以提高制冷剂液化及散热效果。
从冷凝器出来的液态制冷剂经膨胀阀时从其小孔喷出成为低压雾状制冷剂并进入蒸发器，在蒸发器内由于容积变大压力降低，制冷剂汽化，由液态变成气态，同时需要大量的吸热，这时用鼓风机使车厢内的热空气流过蒸发器，经热交换后变成冷空气进入车厢，降低车内温度。
从蒸发器出来的气态制冷剂又进入压缩机，重新进行新一轮的制冷循环，从此周而复始，不断地将车厢内的热量转移到周围的环境中去，达到降低汽车内温度的目的。
系统工作原理图如图1-3（注：
图中数值是制冷剂为R12时的数值）。
图2-3汽车空调制冷系统工作原理图
本课题主要研究的是针对汽车空调制冷系统的蒸发器和压缩机进行控制，以实现汽车内温度的自动控制和防止蒸发器结冰影响制冷系统的正常工作，达到对汽车空调制冷系统的自动控制。
3系统总体设计
3.1系统实现功能
本系统要实现的功能如下：
1.车内温湿度的实时显示。
系统要时刻采集车内温度和湿度，并通过显示器显示出来。
2.车内温度的自动控制。
当车内温度高于设定值时，调节压缩机的工作，使温度控制在设定值。
3.对蒸发器温度的控制。
当蒸发器温度低于0℃时，蒸发器会结冰，这将严重影响空调的制冷效果，必须防止蒸发器结冰。
4.车内温度值的设定。
通过按键可以自主设定车内温度值。
5.系统的抗干扰性能。
要使控制系统适合汽车电磁环境，防止干扰。
3.2系统的设计原则
由于汽车空调工作环境的特殊性，空调控制系统工作在一个复杂的电磁环境中，在设计时必须遵循以下原则：
1.可靠性。
这是任何系统都必须保证的原则，根据系统环境要求，在设计系统时通过硬件或软件上的设计，使系统尽量不受外界干扰或减少干扰。
可靠性设计方法很多，常用的有在电源加滤波电容，屏蔽设计，增加看门狗电路；软件上采用数字滤波等都能起到一定的效果。
2.响应快速性。
由于本系统是一个温度系统，惯性比较大，要求系统必须能快速的响应，以达到控制要求。
3.控制准确性。
系统要根据当前温度值准确的控制压缩机和冷凝器的工作状态，避免出现控制失调。
4.可维护性。
要求系统设计尽量简单，采用少的元器件，实现较多的功能，避免元器件太多给维护和维修带来不便。
3.3系统性能指标
该系统要实现的性能指标如下：
1.车内温度误差为±1℃，湿度误差为±5％。
2.蒸发器表面低于0℃不结冰。
3.能手动设置车内温度值。
4.能够实时显示车内温度和湿度。
3.4系统方案论证
对汽车空调制冷系统进行自动控制的方案很多，这里主要考虑以下两种。
方案1：
采用模拟传感器对蒸发器温度和车内温湿度进行采集，将采集的数据经过A/D转换器转换成数字信号，送往单片机处理，采用七段LED显示器作为显示器显示车内温度和湿度，通过按键可以设置车内温度值并保存，控制蒸发器电机和压缩机电机实现空调系统的自动控制。
系统方框图如图3-1。
该方案采用温湿度采集精度取决于传感器和A/D转换器分辨率，采集精度不高，采用七段LED显示器，需要占用过多的I/O口，可能会涉及系统扩展。
图3-1方案1系统方框图
方案2：
方案2采用集成数字传感器对数据进行采集处理，通过相应的总线送入单片机进行处理，采用LCD显示器显示车内温度和湿度，通过按键可以设置车内温度并保存，通过对蒸发器电机和压缩机电机的控制实现汽车空调系统的自动控制。
方案2系统方框图如图3-2。
该方案采用数字温湿度传感器，具有采集精度高，系统互连简单，采用LCD显示器作为系统显示器，显示内容多，采用的I/O口线少，可免去系统扩展。
图3-2方案2系统方框图
综合考虑，本课题选用方案2作为设计方案。
4系统的硬件设计
4.1系统硬件组成
系统硬件结构图如图4-1。
系统主要由单片机最小系统，蒸发器温度采集模块，车内温湿度采集模块，显示模块，键盘处理及存储模块，蒸发器电机与压缩机电机控制模块构成。
图4-1系统硬件结构图
蒸发器表面温度采集使用集成温度传感器DS18B20，采用集成数字温湿度传感器DHT90作为车内温度与湿度采集模块，显示器采用液晶显示器LCM1602，使用E2PROM对用户设置值进行保存。
4.2系统工作原理
本系统采用8位单片机AT89S52为控制核心，通过集成数字温湿度传感器DHT90对车内温度与湿度采集，送往单片机进行数据处理，单片机将处理的数据送往显示器LCM1602显示。
当车内温度高于用户设定值时，单片机控制压缩机运行，汽车空调制冷开始，其间温度传感器DS18B20实时检测蒸发器表面温度，若温度低于0℃，则控制压缩机停止运行，当温度恢复为0℃以上时，再继续工作，在此期间LCM1602仍显示车内温度与湿度值。
用户可以通过键盘设定车内温度值，并可以通过E2PROM保存用户设置，数据掉电不丢失，避免用户反复设置，为了提高系统实时性，键盘设定是采用中断处理方式，不占用系统扫描时间。
4.3系统设计原理图
系统设计原理图见附录1。
4.4系统功能模块分析与设计
4.4.1数据采集模块
数据采集模块分两部分：
蒸发器温度采集模块和车内温湿度采集模块。
下面分别对它们进行介绍。
1.蒸发器温度采集模块
本课题采用的是集成温度传感器DS18B20实现对蒸发器温度的采集工作，它采用一线制接口（1-Wire总线），与单片机互联非常简单，蒸发器温度采集模块如图4-2。
图4-2蒸发器温度采集模块
2.车内温湿度采集模块
车内温湿度采集模块采用的是集成温湿度传感器DHT90，它采用的是两线制接口，与单片机连接非常简单，车内温度采集模块如图4-3。
图4-3车内温湿度采集模块
4.4.2显示模块
本课题采用LCM1602作为显示器，控制芯片为HD44780，LCM1602自带常用的西文字母字库，这些西文字母与标准ASICII相同，使用非常方便。
其采用8位数据线与单片机相连，本系统还为LCM1602设计了对比度调节电路，显示模块如图4-4。
图4-4显示模块
4.4.3键盘处理模块
键盘采用独立键盘，并设置了“SET”，“＋”，“－”，“RET”键，键盘采用中断处理方式，提高了系统的实时性，键盘处理模块如图4-5（其中S1为“SET”键，S2为“＋”键，S3为“－”键，S4为“RET”键）。
图4-5键盘处理模块
4.4.4蒸发器与压缩机控制模块
蒸发器与压缩机控
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