隨著汽車行業(yè)的蓬勃發(fā)展，汽車為人們的出行提供了極大的便捷，逐漸成為人們生活不可或缺的一部分。汽車空調(diào)作為衡量汽車舒適性的重要指標，其控制系統(tǒng)的開發(fā)對于汽車市場的拓展有著至關(guān)重要的作用。相比于家用空調(diào)，汽車空調(diào)受環(huán)境影響大，同外界的熱交換量大，因此制冷和采暖的能力要求比家用空調(diào)高，使其所需負荷大。要求環(huán)境溫度在-20~60℃范圍內(nèi)，相對濕度為45%~90%。對耐腐蝕性、耐振動性也有一定要求。

　　1系統(tǒng)控制原理

　　基于STC12C5A60S2單片機的汽車空調(diào)控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)如下功能：制冷/采暖溫度調(diào)節(jié)、內(nèi)/外循環(huán)風模式轉(zhuǎn)換、除霜、風力調(diào)節(jié)、風向模式變換、自動調(diào)節(jié)。圖1為控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。車內(nèi)溫度傳感器用于溫度采樣，風機可實現(xiàn)風量大小的調(diào)節(jié)，伺服電機用于實現(xiàn)模式的轉(zhuǎn)換。電磁閥的控制包括熱水閥、冷/熱風門、內(nèi)外循環(huán)風門、除霜模式轉(zhuǎn)換門幾個部分。熱水閥的開閉可實現(xiàn)采暖功能，當需要采暖時，打開熱水閥，使熱水流過熱交換器加熱空氣，同時，鼓風機工作，將暖風送入車廂內(nèi)。

　　2系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　汽車空調(diào)控制系統(tǒng)硬件主要包括如下幾個部分：電源電路、風機轉(zhuǎn)速控制電路、伺服電機驅(qū)動電路、液晶顯示屏及按鍵電路、電磁閥控制電路和溫度傳感器數(shù)據(jù)采集等。

　　2.1 STCI2CSA60S2單片機簡介

　　STCI2CSA60S2單片機是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘/機器周期的單片機，具有高速、低功耗、超強抗干擾的特點，速度比傳統(tǒng)的8051單片機要快8~12倍。該單片機工作電壓為5V，有44個通用I/O口，片上集成1280字節(jié)的RAM，共4個16位定時器，3個時鐘輸出口，7路外部中斷I/O口，內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換，主要針對電機控制、強干擾等場合。

　　2.2執(zhí)行器控制

　　2.2.1風機轉(zhuǎn)速控制

　　圖2為風機驅(qū)動電路，這是一個1/4橋MOS管驅(qū)動電路。在接通時，可以將MOS管的Ugs維持在10 V以圖1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖圖2風機驅(qū)動電路《汽車電器》2014年第6期上，使得MOS管的阻值可以降到最低，而損耗比8.5 V時降低10%左右，讓電路可以長時間工作在0~100%占空比下而不發(fā)熱。C5的作用主要有兩點：第一，吸收干擾并且降低開通速度，但關(guān)斷速度基本維持不變，這是減小門級高頻震蕩同時也作為同步續(xù)流驅(qū)動的安全措施之一;第二，降低開通速度，降低dv/dt，減少耦合到對管門級上的電壓，可避免極端情況下對管的誤開啟（極端情況指大功率電機缺相、突然卡死等）。R4用于限流，防止開通速度過快，造成Uds振鈴進而Uds超壓擊穿。利用STC12C5A60S2單片機的硬件PWM功能，在不占用單片機軟件資源的情況下，從P1.3輸出不同占空比的PWM波形，通過驅(qū)動電路，控制電機兩端的平均積分電壓，達到調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速的目的。PWM波頻率為30 kHz，超出人耳聽覺范圍，可以起到有效減小噪聲的作用。

　　2.2.2伺服電機轉(zhuǎn)向控制

　　伺服電機電路中采用L293芯片。L293采用16引腳DIP封裝，其內(nèi)部集成了雙極型H-橋電路，將2個H-橋電路集成到1片芯片上，可以同時控制2個電機。L293每個電機有3個控制信號：EN12、IN1、IN2，其中，EN12為使能信號，IN1、IN2為電機轉(zhuǎn)動方向控制信號。IN1、IN2可以用來設(shè)置電機轉(zhuǎn)動方向，在使能信號為1（高電平）的情況下，當其輸入信號分別為1（高電平）、0（低電平）時，電機正轉(zhuǎn)，反之，電機反轉(zhuǎn)。使能信號可以用于脈寬調(diào)整，將PWM連接至EN12引腳，通過調(diào)整PWM的占空比可以調(diào)整電機的轉(zhuǎn)速。圖3為伺服電機工作電路圖。1，2EN為使能信號輸入端，對應(yīng)EN12;1 A、2 A為方向信號輸入端，對應(yīng)IN1、IN2，分別同單片機兩個I/O口相接;1Y、2Y為信號輸出端。

　　2.3溫度數(shù)據(jù)采集

　　為了進行溫度信號的測量及反饋調(diào)節(jié)，該系統(tǒng)中采用型號為DS1820的溫度傳感器。傳感器有3個引腳，分別為GND、DQ、VDD。DQ為單線應(yīng)用的數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳，信息經(jīng)過該單線接口送入和送出。讀寫和完成溫度變換所需電源可由數(shù)據(jù)線本身提供，不再需要外部電源。DS1820通過門開通期間內(nèi)低溫度系數(shù)振蕩器經(jīng)歷的適中周期個數(shù)來測量溫度，其中，門開通期由高溫度系數(shù)振蕩器決定。DQ引腳同單片機自帶的A/D轉(zhuǎn)換I/O口P1.1連接，為了保證傳感器在其有效變換期內(nèi)有足夠的電流驅(qū)動，在該I/O口上使用MOS管使其上拉至電源。

　　3系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　汽車空調(diào)控制軟件部分采用C語言開發(fā)，Kei1C51軟件進行編譯。當汽車起動時，ECU上電，讀入上次斷電前存入EEPROM的空調(diào)狀態(tài)信息，初始化控制器到上次關(guān)機前狀態(tài)。顯示面板上的開關(guān)按鍵可以啟動空調(diào)，乘客根據(jù)需要設(shè)定溫度、風力、模式等

　　3.1主程序流程圖

　　圖4為本文控制系統(tǒng)主程序流程。其中，執(zhí)行器控制模塊分別包括風機、伺服電機、電磁閥、壓縮機幾個部分的控制。系統(tǒng)為5級風量控制，上電后，屏幕初始化，空調(diào)開關(guān)按鍵按下后，風機開始工作，風量初始設(shè)定為1級。根據(jù)按鍵設(shè)定信號，執(zhí)行器模塊工作，同時開始數(shù)據(jù)采樣，直到采樣值滿足設(shè)定要求。

　　3.2模式控制子程序

　　系統(tǒng)中出風模式以及除霜模式通過控制伺服電機轉(zhuǎn)過的角度及其轉(zhuǎn)向來實現(xiàn)。模式控制流程如圖5所示。由于采樣的設(shè)定為每一個設(shè)定的時間步長進行一次采樣，電機的轉(zhuǎn)動不能很精確地達到設(shè)定的位圖3伺服電機工作電路圖圖4主程序控制流程圖5模式控制流程置，因此需要設(shè)定一個Δ值，使電機在±Δ范圍內(nèi)能停轉(zhuǎn)。同時，Δ能夠允許電機輸出的電壓在一定范圍內(nèi)波動，從而起到抗干擾的作用。

　　4應(yīng)用現(xiàn)狀

　　該系統(tǒng)已形成第一代樣品（圖6），并在浙江麗水地區(qū)某汽車空調(diào)生產(chǎn)企業(yè)進行了試驗，在模擬小型家用轎車工況下進行了試運行，工作過程穩(wěn)定，溫度控制準確，達到了設(shè)計的預(yù)期效果。STC12C5A60S2單片機在汽車諸多部位得到實際應(yīng)用，如：車輛報站系統(tǒng)、倒車雷達系統(tǒng)、自動跟蹤系統(tǒng)、汽車車燈控制系統(tǒng)、電動車充電系統(tǒng)等部位有相關(guān)的實際應(yīng)用。下一步將對本控制系統(tǒng)進一步優(yōu)化改進，對空調(diào)控制面板外觀進行美化，形成初期產(chǎn)品，并投入生產(chǎn)，預(yù)計將取得良好的經(jīng)濟效益和社會效益，對該產(chǎn)品的國產(chǎn)化作出了貢獻。隨著汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展，本研究對汽車空調(diào)智能化的推進將產(chǎn)生積極影響。

　　5小結(jié)

　　試驗表明，基于STC12C5A60S2單片機的汽車空調(diào)控制系統(tǒng)，當供電電壓在9~16 V范圍內(nèi)波動時，控制系統(tǒng)的主要電氣性能正常，控制器顯示精度在1℃以內(nèi)，各風門的位置度控制在±1.5°，實現(xiàn)了對車內(nèi)溫度較為穩(wěn)定的控制，能達到精度控制要求，具有實際應(yīng)用價值，能為乘客提供一個舒適的乘車環(huán)境。