汽车空调制冷自动控制系统

毕业设计（论文）题目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（20101）。2绘制系统电路原理图和制板20102。3编写源程序并结合开发板作适当的仿真（20103）。4编写报告论文（20104）。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，20052袁秀玲制冷与空调原理M西安西安交通大学出版社，20013彦启森制冷技术及其应用M北京中国建筑工业出版社，20064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）（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152文献阅读与外文翻译文献阅读与文献综述103技术水平与实际能力创新能力与学术水平254研究成果基础理论与专业知识论证能力255文字表达文字表达106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152文献阅读与外文翻译文献阅读与文献综述103技术水平与实际能力创新能力与学术水平254研究成果基础理论与专业知识论证能力255文字表达文字表达106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。402报告过程准备工作充分,时间符合要求。103创新对前人工作有改进或突破，或有独特见解。104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90100”、“良8089”、“中7079”、“及格6069”、“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。成绩类别成绩评定指导教师评定成绩评阅人评定成绩答辩组评定成绩总评成绩402040评定等级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ABSTRACTALONGWITHTHEDEVELOPMENTOFMODERNAUTOMOBILEAIRCONDITIONINGTECHNOLOGY,TRADITIONALUSELOWACCURACYOFAIRCONDITIONINGCONTROLSIMULATORTHINGALREADYCANTSATISFYTHEREQUIREMENTOFDRIVECOMFORT,AIRCONDITIONINGCONTROLSYSTEMNEEDSREFORMTHISARTICLEPROVIDESAN8BITMCUASCONTROLCOREOFAUTOMOBILEAIRCONDITIONINGAUTOMATICCONTROLSYSTEMBASEDONTHEPEOPLEOFAUTOMOTIVEAIRCONDITIONERCOMFORTREQUIREMENTS,THISSYSTEMUSINGTHEDIGITALTEMPERATUREANDHUMIDITYSENSORSASHIGHPRECISIONMEASUREMENTDEVICES,WITH8BITMICROCONTROLLERASCONTROLCOREANDREALTIMEMONITORING,DISPLAYTHECURRENTINTERIORTEMPERATUREANDHUMIDITY,THROUGHTOTHECOMPRESSORANDTHECONTROLOFELECTRICEVAPORATOROFAUTOMOTIVEAIRCONDITIONINGAUTOMATICCONTROLFUNCTION,YOUALSOCANSETTEMPERATUREINSIDETHISARTICLEALSOEXPOUNDSAUTOMOTIVEAIRCONDITIONINGANDREFRIGERATIONAUTOMATICCONTROLSYSTEM,ANDTHECOMPOSITIONANDPRINCIPLEOFTHEOVERALLSYSTEMWASCOMPLETEDTHEDESIGNOFHARDWAREANDSOFTWARESYSTEM,FINALLYSINGLECHIPCOMPUTERPROGRAMMODULESFORDEVELOPINGWANTSTHECORRESPONDINGSIMULATIONANDTESTINGKEYWORDSAUTOMOTIVEAIRCONDITIONINGCONTROLSIGNALCHIPMICROCOMPUTERSENSOR目录摘要IABSTRACTII目录III1绪论111课题来源及产生背景112课题研究目的和意义113国内外的研究现状114课题研究内容和主要工作22汽车空调制冷系统概述321汽车空调制冷系统结构及其组成322汽车空调制冷系统工作原理43系统总体设计631系统实现功能632系统的设计原则633系统性能指标634系统方案论证74系统的硬件设计941系统硬件组成942系统工作原理943系统设计原理图944系统功能模块分析与设计10441数据采集模块10442显示模块10443键盘处理模块11444蒸发器与压缩机控制模块11445其它模块1245主要器件选型13451单片机AT89S5213452温湿度传感器DHT9014453温度传感器DS18B20155系统软件设计1851开发工具的选择1852系统软件设计流程图1853系统软件功能模块开发206系统调试2661系统调试方法2662系统硬件调试2663系统软件调试27总结28致谢29参考文献30附录131附录2321绪论11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。12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。13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。14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21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21，图22。图21汽车空调制冷系统结构图22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。22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70，15001700KPA），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13（注图中数值是制冷剂为R12时的数值）。图23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31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。32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。33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。34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31。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31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32。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32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41系统硬件组成系统硬件结构图如图41。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41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。42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。43系统设计原理图系统设计原理图见附录1。44系统功能模块分析与设计441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（1WIRE总线），与单片机互联非常简单，蒸发器温度采集模块如图42。123JP4DS18B205VGNDDQ47KR115V图42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43。1234JP2DHT90SCK5VGNDDATA图43车内温湿度采集模块442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44。12345678910111213141516JP1LCM1602DB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7BLA10KR25VRSR/WEVLBLK5V图44显示模块443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45（其中S1为“SET”键，S2为“”键，S3为“”键，S4为“RET”键）。图45键盘处理模块444蒸发器与压缩机控制模块蒸发器与压缩机控制模块采用的是继电器控制方案，通过晶体管驱动继电器工作实现对蒸发器和压缩机的开关控制，蒸发器与压缩机控制模块如图46，图47（FAN1，FAN2为单片机输出控制口）。AB1K224V5VQ1S8550FAN1D21N40072KR9压压压压压K1Q2S85505V24V12JP3FAN2D11N40072KR10压压压压图46蒸发器控制模块图47压缩机控制模块445其它模块其它模块主要有数据存储模块和电源模块。1数据存储模块数据存储模块采用了一块非易失性E2PROMAT24C04保存用户设置，避免了用户反复设置温度的麻烦，它采用标准的I2C总线时序，与单片机连接只需要两根线，使用非常方便，数据存储模块如图48。SDA5SCL6WP7VCC8A01A12A23GND4U2AT24C045VGNDSCLSDA10KR1310KR14VCC图48数据存储模块2电源模块由于系统采用5V电源，需要采用电源转换模块将汽车12/24V电源转换成5V电源，本系统采用了集成稳压芯片LM7805对电压进行转换，并通过滤波网络，保证输出电压的稳定，电源模块如图49。VINVOUTGNDVR1LM7805D31N4007100UFC701UFC412DC101UFC31000UFC65V470R12DS1压12V图49电源模块45主要器件选型451单片机AT89S52本设计采用的控制器是AT89S52，该芯片是由美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内具有8KB的FLASHROM存储器，256B的数据存储器，兼容标准MCS51单片机指令，是性价比比较高的一款微控制芯片，对于本课题不需要非常复杂的数据处理，因此采用了AT89S52单片机。单片机AT89S52主要性能参数1与MCS51产品指令系统完全兼容2内部8KB可重复擦写的在线可编程FLASH存储器3256B的内部数据存储器432个可编程I/O口58个中断源63个16位定时/计数器7全双工UART串行口8双数据指针9内部集成看门狗电路10三级程序加密AT89S52引脚（PDIP40）如图410。图410单片机AT89S52引脚图（PDIP40）单片机的引脚功能简介VCC电源电压引脚GND电源地引脚XTAL1，XTAL2外接晶体引脚RST系统复位引脚INT0外部中断0引脚MOSI编程输入引脚MISO编程输出引脚SCK编程时钟引脚452温湿度传感器DHT90本设计采用的温湿度传感器为DHT90，它其实是SHT10的封装，本文对SHT10的介绍都是针对DHT90的。SHT10是瑞士盛世瑞恩公司生产的一块集成数字温湿度传感器，它应用专利的工业CMOS过程微加工技术（CMOSENS），确保产品具有极高的可靠性R与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电容式聚合体测湿元件和一个能隙式测温元件，并与一个14位的A/D转换器以及串行接口电路在同一块芯片上实现无缝连接。该产品具有品质卓越、超快相应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个SHT10传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校验系数都以程序的形式存储在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。其内部方框图如图411。图411SHT10内部方框图SHT10测湿精度达45，测温精度达05，满足课题要求。其采用两线制串行接口，使系统互连更为简单，可靠。由于SHT10的这些优点，使它广泛应用于暖通空调，汽车，气象站，自动控制等领域。SHT10测量时序SHT10采用的是两线制的串行接口，时序方面部分与I2C接口时序相同，但它与I2C接口并不兼容，它有两个输入输出口SCK和DATA，SCK用于和微处理器通信同步，DATA是数据线，DATA在SCK的下降沿之后改变状态，并仅在SCK时钟上升沿有效，数据传输期间SCK为高电平时，DATA必须保持稳定。SHT10的时序主要有“启动传输”时序（如图412），数据传输时序（如图413），通信复位时序（如图414），应答时序等时序构成。图412启动传输时序图413数据传输时序图414通信复位时序SHT10总体测量时序概览如图415。图415测量时序概览453温度传感器DS18B20本系统采用DS18B20作为蒸发器温度采集端，DS18B20是DALLAS半导体公司（现被MAXIM公司收购）生产的“一线总线”接口的温度传感器，DS18B20测量温度范围为55125，在1085范围内，精度为05，支持3V55V的电压范围，现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合恶劣的现场温度测量，如环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。DS18B20测温原理DS18B20的测温原理是这样的用一个高温度系数的振荡器确定一个门周期，内部计数器在这个门周期内对一个地温度系数的振荡器的脉冲进行计数来得到温度值。计数器被预置到对应55的一个值。如果计数器在门周期结束前到达0，则温度寄存器（同样被预置到55）的值增加，表明所测温度大于55。同时，计数器被复位到一个值，这个值由斜坡式累加器电路确定，斜坡式累加器电路用来补偿感温振荡器的抛物线特性。然后计数器又开始计数直到0，如果门周期仍未结束，将重复这一过程。DS18B20内部方框图如图416。图416DS18B20内部方框图DS18B20测量时序DS18B20总线协议采用的是1WIRE总线协议，主要包括初始化时序（如图417），读写时序（如图418，图419）等。图417初始化时序图418DS18B20写时序图419DS18B20读时序5系统软件设计51开发工具的选择本系统的程序设计采用的是高级语言C语言，之所以采用C语言，是因为C语言有如下优势1C语言简洁，使用灵活方便。2用C语言编写的程序可移植性好。可以将一种单片机上编写的程序，不做修改或作少量修改就可以移植到另一款单片机上。3表达方式灵活，表达能力强。C语言具有丰富的数据结构，可以实现多种运算，另外，C语言书写格式自由，编写程序有较大的灵活性。4可进行结构化程序设计。C语言以函数作为程序设计基本单位，有利于程序的模块化。5可以直接操作计算机硬件。C语言可以进行位操作，可以直接对单片机硬件进行控制。6生成的目标代码质量高。用C语言编写的程序生成的代码效率仅比汇编语言编写的程序低1020。综合考虑选用C语言编写系统的程序代码。目前，针对51单片机的编译器有很多种，KEILC51是其中比较优秀的一种，由它生成的程序代码具有形式简洁，效率极高的优点，本系统的软件设计都是基于KEILC51编译器的。目前它的软件最新版本是KEILUVISION3，它是一个IDE（集成开发环境），集编辑，编译，生成可执行代码于一体的开发环境，使用非常方便。52系统软件设计流程图系统软件设计流程图如附图。开始检测汽车内温度与湿度并显示汽车内温度高于设定值NY启动压缩机和蒸发器电机汽车内温度低于设定值返回至接点1蒸发器表面温度低于0检测蒸发器表面温度关闭压缩机启动压缩机1YNYN温度设置键加1，键减1有键SET键按下此处为外部中断此处可能为空启动，防止蒸发器温度高于0压缩机为关闭状态检测汽车内温度与湿度并显示关闭压缩机和蒸发器电机返回RET键保存用户设定值检测汽车内温度与湿度并显示附图系统软件设计流程图53系统软件功能模块开发本系统的软件设计采用结构化的程序设计方法，分别编写各个功能子模块的程序，并做成头文件的形式，在主函数中直接包含即可。系统模块主要分为DHT90测温测湿模块，DS18B20测温模块，键盘处理模块，LCM1602显示模块，数据存储模块，数字滤波模块构成，下面分别对它们作介绍。1DHT90测温测湿模块DHT90测温测湿模块主要编写了对I/O口的读写程序。写一个字节函数CHARS_WRITE_BYTEUNSIGNEDCHARVALUE/写一个字节函数UNSIGNEDCHARI,ERROR0FORI0X80I0I/2/IFI/写1还是写0SCK1/产生下降沿_NOP_NOP_NOP_/延时5US12MHZ晶体SCK0DATA1/释放数据线SCK1/ERRORDATA/检查应答位SCK0RETURNERROR/返回应答数据读一个字节函数CHARS_READ_BYTEUNSIGNEDCHARACK/若应答位为“1”读一个字节UNSIGNEDCHARI,VAL0DATA1/释放总线FORI0X80I0I/2/SCK1/SCK为“1”，DATA为稳定的数据IFDATAVALVAL|I/读取一个位SCK0DATAACK/若从应答则拉低数据线SCK1/下降沿_NOP_NOP_NOP_/延时5USSCK0DATA1/释放数据线RETURNVAL/返回读取数据2DS18B20测温模块DS18B20测温模块主要编写了读写DS18B20程序。读DS18B20程序UCHARREAD_DS18B20/读DS18B20UCHARI,J,DATFORJ0J1/右移一位DQ1RETURNDAT写DS18B20程序VOIDWRITE_DS18B20UCHARDAT/写DS18B20UCHARI,JFORJ0J1/右移一位DQ13LCM1602显示模块LCM1602显示模块主要编写了显示自建字符函数，根据地址写字符函数。据地址写字符函数VOIDWRITE_CHARUCHARX,UCHARY,UCHARDAT/根据地址写一个字符POSITIONX,YWRITE_DATADAT显示自建字符函数VOIDWRITE_CGRAMUCHARP/写自建字符函数UCHARIWRITE_COMMAND0X40/可根据实际情况修改FORI0I8IWRITE_DATAPP4键盘处理模块VOIDINT0INTERRUPT0USING1INTTEMPWHILERET/此处以进入中断服务程序IFADD0TEMPADDDELAY10/延时去抖IFADDTEMPVALUE/VALUE为全局变量IF（SUBB0）TEMPADDDELAY10IFADDTEMPVALUE5数字滤波模块数字滤波模块采用的是平均值滤波法。FLOATLVBOUCHARNINTI；FLOATSUM,AVERFORI0INISUMAI/数组AN设置为全局变量AVERSUM/N/取平均值RETURNAVER6系统调试61系统调试方法系统完成设计后，并不是立即可以正常工作的，通常要经过反复几次的调试才能达到预期效果，系统软硬件调试的目的是通过控制程序和硬件电路的配合工作，进行一些操作，以验证系统的软、硬件能否完成设计的功能。系统调试包括硬件调试和软件调试。本设计的调试方式采用逐级，分模块的调试方法，即将各个软件功能模块设计后，结合单片机开发板对每个功能子模块进行调试，仿真，直到能达到控制要求，然后再对各个模块进行整合，衔接，最后对整个系统进行综合调试仿真，直至满足系统设计要求。这样做的好处是能够确保每个功能子模块的正常工作，不至于系统整机调试时找不到错误的地方，大大缩减项目开发周期，而且提高了调试效率，系统调试方式结构图如附图。附图系统调试方式结构图62系统硬件调试本系统的硬件调试首先是保证系统各个元件及各个模块之间的连接正确并且接触良好，这是硬件电路系统能够正常工作的前提，接着分别测试各个硬件模块的性能。按照测试性质的不同可分为电压测试和信号测试两种。本系统主要是涉及电源电路，单片机最小系统，压缩机控制电路和冷凝器控制电路的调试。对电源电路主要进行了电压测试。通过测试接入12V（对地电压）电源后集成稳压芯片LM7805工作正常，电压稳定在5V左右，负载接通后电压稍有波动，但波动不大，基本对电路无影响；单片机供电电压为5V，显示器电源电压也稳定在5V，电源电路的测试都在正常范围之内。对单片机最小系统进行了信号测试。单片机引脚ALE输出脉冲电压，证明单片机正常工作，对单片机进行复位，单片机第9引脚输出为高电平，复位电路正常。单片机EA引脚为高电平，使用内部程序存储器。对压缩机和冷凝器控制电路测试做了相关测试，将两电路的晶体管基极接地后，压缩机和冷凝器的继电器都产生了动作，说明压缩机和冷凝器控制电路工作正常。经过对系统各个模块的硬件电路进行测试，系统硬件电路电压，信号满足要求，系统硬件正常工作。63系统软件调试系统的软件调试主要借助单片机开发板和MON51仿真芯片，调试首先验证各个功能子模块和程序流程的正确，进而对整个程序进行系统级调试，找出其中的缺陷，并及时更正，系统软件调试主要分以下步骤1各功能子模块的调试将各个功能子模块程序分别下载到MON51仿真芯片内部，通过KEILUVISION3中的调试环境察看各个I/O口的状态和时序，判断功能子程序是否正常工作，时序是否符合要求，最后将硬件连入单片机开发板，通过LCM1602显示运行效果，这一方式对测试DHT90和AT24C04子程序很奏效。2系统软件流程的调试在这一项调试中主要验证程序的大体流程是否正确，程序某一时刻运行位置是否正确，中断程序是否正常运行，这一过程直接在硬件系统上进行调试的，在调试过程中采用了多种手段，如对中断暂时屏蔽，判断其他模块是否正常运行，屏蔽某几项子程序，程序能否按流程运行，对中断子程序在进入不同功能子模块能否运行都作了相应的调试。3对整个程序的通调通过对整个程序的通调可以判断整个程序模块能否按照程序流程正常的运行，并对软件存在的问题进行修补，改进，这个过程是软件调试的最后阶段，也是关键阶段，程序中存在的问题都是在这个阶段出现的。在此阶段设置了不同的温度值，对系统的有效响应做了测试，并对相关程序作了优化和改进。通过硬件和软件调试，系统基本实现了控制要求，软件和硬件工作正常可靠，系统在测试条件下稳定运行，整个系统的测试和调试阶段还是很成功的。总结汽车空调控制系统在汽车的设计制造中占有举足轻重的地位，本课题采用基于单片机的自动控制完成了汽车制冷自动控制系统的设计，在整个系统开发过程中主要完成了如下内容1对系统电路的设计。根据系统功能要求和性能指标完成了系统电路图的绘制，并对电路的可行性作了严密的论证。2对系统软件的设计。在完成系统硬件电路的设计基础上，分析了软件实现的功能，并完成了软件各个功能模块的设计，最终完成了系统软件的设计。3对系统的调试。结合相应的软硬件开发平台，对系统的软件和硬件分别作了调试，后期对系统软硬件和软件做了相应的优化，保证系统的正常，可靠运行。通过系统的设计，使我了解了基于单片机的系统设计流程和方法，掌握了简单的单片机接口设计，提高了系统开发能力，为以后的单片机控制系统设计打下了坚实的基础。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，20052袁秀玲制冷与空调原理M西安西安交通大学出版社，20013彦启森制冷技术及其应用M北京中国建筑工业出版社，20064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）8张鑫单片机原理及应用M北京电子工业出版社，20059谭浩强C程序设计M北京清华大学出版社，200510周兴华手把手教你学单片机C程序设计M北京北京航空航天大学，200711AT89S52DATASHEET，ATMEL公司，200812SHT1X（SHT10，SHT11，SHT15）DATASHEET，盛世瑞恩公司，2009附录1P10/T21P11/T2EX2P123P134P145P15/MOSI6P16/MISO7P17/SCK8RST9P30/RXD10P31/TXD11P32/INT012P33/INT113P34/T014P35/T115P36/WR16P37/RD17XTAL218XTAL119VSS20P20/A821P21/A922P22/A1023P23/A1124P24/A1225P25/A1326P26/A1427P27/A1528PSEN29ALE/PROG30EA/VPP31P07/AD732P06/AD633P05/AD534P04/AD435P03/AD336P02/AD237P01/AD138P00/AD039VCC40U1AT89S52VINVOUTGNDVR1LM7805D31N4007100UFC701UFC412DC101UFC31000UFC65V5V12345678910K8R112345678910111213141516JP1LCM1602DB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7BLA10KR25VRSR/WE12Y112M30PFC130PFC222UFC582KR4470R35VRST15VRSR/WE1234JP2DHT90SCK5VGNDDATADATASCK470R12DS1AB1K2K124V5VQ1S8550Q2S85505V24V12JP3FAN1FAN2FAN1FAN2123JP4DS18B205VGNDDQDQD21N4007D11N40072KR102KR9压压压压47KR115V10KR55VS1压12VVLBLK5V压压压压压10KR6S210KR7S310KR8S4SDA5SCL6WP7VCC8A01A12A23GND4U2AT24C045VGNDSCLSDASDASCL10KR1310KR14VCC附录2英文原文THENECKLACEGUYDEMAUPASSANTMATHILDELOISELWASONEOFTHOSEPOORGIRLS，PRETTY，CHARMINGANDROMANTIC，WHO，INSPITEOFTHEIRROMANTICDREAMS，AREMARRIEDTOAMEDIOCRITYHERHUSBANDWASACLERKINTHEMINISTRYOFEDUCATIONONEEVENINGHERHUSBANDCAMEHOMEWITHANAIROFTRIUMPH“IHAVESOMETHINGNICEFORYOU，”HESAID，GIVINGHERALARGEENVELOPESHETOREOPENTHEENVELOPE，WHICHCONTAINEDTHEFOLLOWINGPRINTEDCARD“THEMINISTEROFEDUCATIONANDMADAMEGEORGESRAMPONNEAUHAVETHEHONOURTOREQUESTTHECOMPANYOFMONSIEURANDMADAMELOISELATTHEOFFICEOFTHEMINISTRYONMONDAYEVENING，JANUARY18TH”SHEDIDNOTSEEMDELIGHTEDONTHECONTRARY，SHEFLUNGTHEINVITATIONCARDONTHETABLE，ANDSAIDSPITEFULLY“WHATSTHATTOME”“WHY，MYDEAR，ITHOUGHTYOUDBEPLEASEDYOULIKEADANCE，DONTYOUYOUHARDLYEVERGOOUT，ANDTHISISREALLYAGOODCHANCEFORYOUIHADNOENDOFTROUBLETOGETITEVERYONEWANTSIT，YOUKNOWALLTHEOFFICIALSWILLBETHERE，BUTONLYAFEWCLERKSAREINVITED”SHELOOKEDATHIMRUEFULLYANDEXCLAIMED“WHATDOYOUEXPECTMETOWEARATAPARTYLIKETHAT”ITNEVEROCCURREDTOHIMTHATSHEHADNOPRETTYDRESSESNORJEWELSHEREPLIEDHESITATINGLY“WHY，THEDRESSYOUWEARWHENYOUGOTOTHETHEATRELOOKSVERYNICETOME”SHEBURSTINTOTEARSWHYDIDSHEMARRYSUCHADULL，STUPIDFELLOWONLYBECAUSESHEWASBORNINTOAPOORFAMILYOH，CRUELTRICKOFDESTINY“WHATSTHEMATTER”HEASKEDANXIOUSLY“NOTHING，”SHEANSWEREDWITHANEFFORT“ITSONLYTHATIHAVENTASUITABLEDRESS，ANDSOICANTGOTOTHEBALLGIVETHISCARDTOAFRIENDOFYOURSWHOSEWIFEHASABETTERWARDROBETHANI”ITWASAHEARTBREAKINGCONFESSION“COME，MATHILDE，MYDEAREST，”THEDISTRESSEDHUSBANDSAID，“HOWMUCHDOYOUTHINKITWOULDCOSTTOHAVEAPROPERDRESS，SOMETHIN