基于單片機(jī)的汽車空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1

1緒論1.1課題背景及意義汽車空調(diào)作為一種舒適性空調(diào)，不僅是人民生活水平提高的標(biāo)志，也是提高汽車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力的重要手段。隨著科學(xué)技術(shù)的開展和人民生活水平的提高，人們對(duì)汽車空調(diào)的溫度控制性能提出了更高的要求。國(guó)外一些大汽車公司的高檔汽車上紛紛裝有全自動(dòng)的空調(diào)系統(tǒng)，而國(guó)內(nèi)大局部高檔汽車的空調(diào)控制器是進(jìn)口的，目前還沒有自主開發(fā)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的汽車空調(diào)自動(dòng)控制器?？傮w來(lái)看，我國(guó)目前汽車空調(diào)系統(tǒng)的電子化程度較低，大多數(shù)仍采用手動(dòng)控制或簡(jiǎn)單的位式控制。手動(dòng)控制一方面會(huì)出現(xiàn)車內(nèi)溫度與乘員舒適要求相差很大，不能滿足舒適性和節(jié)能性的要求；另一方面容易分散駕駛員的注意力，降低行車的平安性。手動(dòng)控制己成為汽車空調(diào)進(jìn)一步開展的瓶頸問題。而國(guó)外一些高檔汽車上已經(jīng)配有全自動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)，并且對(duì)這些先進(jìn)的技術(shù)率先申請(qǐng)了專利，對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)進(jìn)行了保護(hù)，因此無(wú)法破解其核心技術(shù)，這樣就形成了引進(jìn)-落后-再引進(jìn)-落后的惡性循環(huán)，嚴(yán)重阻礙了我國(guó)汽車工業(yè)的開展。隨著我國(guó)參加WTO和全球貿(mào)易大市場(chǎng)的形成，國(guó)外先進(jìn)的汽車空調(diào)控制技術(shù)對(duì)國(guó)內(nèi)汽車工業(yè)造成很大的沖擊和壓力，汽車工業(yè)又面臨著新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。我們只有自主開發(fā)適合我國(guó)交通、氣候的汽車空調(diào)全自動(dòng)控制器，形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)，制訂出汽車空調(diào)控制器的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，才能提高我國(guó)汽車工業(yè)整體水平，否那么就會(huì)在競(jìng)爭(zhēng)中失敗，因而加緊汽車空調(diào)全自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究勢(shì)在必行。目前，我國(guó)汽車保有量己超過(guò)1200萬(wàn)輛，汽車年產(chǎn)量約110萬(wàn)輛，汽車空調(diào)市場(chǎng)有著廣闊前景。而現(xiàn)在進(jìn)口汽車空調(diào)控制器的價(jià)格較高，而實(shí)際的生產(chǎn)本錢較低，隨著人民生活水平的提高和汽車工業(yè)的開展，全自動(dòng)控制的空調(diào)汽車由于具有較好的舒適性和節(jié)能性以及方便駕駛員操作等優(yōu)點(diǎn)將會(huì)越來(lái)越受到人們喜愛，因而我們必須不失時(shí)機(jī)地抓住這個(gè)機(jī)遇，自主開發(fā)研制先進(jìn)的汽車空調(diào)控制系統(tǒng)，不僅會(huì)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益，而且對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)，汽車工業(yè)的開展都具有促進(jìn)作用。在對(duì)全合一空氣混合型的汽車空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)研的根底上，通過(guò)模糊控制策略和軟硬件系統(tǒng)的研究，設(shè)計(jì)出汽車空調(diào)全自動(dòng)控制系統(tǒng)中的核心局部智能溫控系統(tǒng)。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和分析我國(guó)現(xiàn)有主要汽車空調(diào)生產(chǎn)廠家多家，其中絕大局部是引進(jìn)國(guó)外技術(shù)生產(chǎn)線和生產(chǎn)設(shè)備，還有些是中外合資企業(yè)，國(guó)內(nèi)汽車空調(diào)技術(shù)的研究和開發(fā)特別在自動(dòng)控制方面與國(guó)外的差距很大，由于沒有掌握核心技術(shù)，導(dǎo)致產(chǎn)品缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，難以滿足整車企業(yè)的系統(tǒng)化、模塊化采購(gòu)。另外在溫度控制方法方面，學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)為模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等理論適用于描述非線性系統(tǒng)。對(duì)模糊理論與傳統(tǒng)控制理論的關(guān)系學(xué)術(shù)界進(jìn)行了很多的討論[1]。1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀國(guó)外一些大汽車公司的汽車空調(diào)系統(tǒng)代表了全自動(dòng)空調(diào)的最高水平。目前，美國(guó)，歐洲，日本等汽車工業(yè)興旺國(guó)家的汽車公司已經(jīng)相繼開發(fā)出各自的自動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)[1]。通用汽車公司某型汽車車身計(jì)算機(jī)模塊(BCM)控制的空調(diào)系統(tǒng)是較典型自動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)。高模塊監(jiān)視高壓管路、低壓管路的溫度以及蓄壓罐的壓力發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫等信號(hào)。如果系統(tǒng)不在設(shè)定的范圍內(nèi)工作，BCM將壓縮機(jī)電磁離合器脫離。該系統(tǒng)用一個(gè)雙向電動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)混合風(fēng)門開度，并用5個(gè)操縱機(jī)構(gòu)分別控制各個(gè)模式風(fēng)門和加熱器熱水閥，還用功率模塊控制鼓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。根據(jù)駕駛員輸入的溫度、車室內(nèi)外溫度及制冷劑低壓管路溫度，BCM計(jì)算出氣流分送模式，鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速及混合風(fēng)門開度，然后進(jìn)行相應(yīng)的控制[2]。而克萊斯勒公司的某些汽車空調(diào)還以占空比的方式對(duì)壓縮機(jī)離合器進(jìn)行控制。日本豐田某型汽車自動(dòng)空調(diào)監(jiān)測(cè)車內(nèi)外溫度、蒸發(fā)器溫度、冷卻水水箱溫度以及陽(yáng)光輻射強(qiáng)度、壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速等參量，通過(guò)控制壓縮機(jī)磁吸、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和溫度混合風(fēng)門、新風(fēng)風(fēng)門和模式風(fēng)門的伺服電機(jī)，進(jìn)行車室溫度調(diào)節(jié)。自動(dòng)功能下該空調(diào)ECU(電子控制單元)首先計(jì)算送風(fēng)溫度，并根據(jù)送風(fēng)溫度控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、混合風(fēng)門開度、壓縮機(jī)啟停及送風(fēng)模式[2]。模糊控制在國(guó)外開展非常迅速，在IEEE上有關(guān)于模糊系統(tǒng)的?？?，而且定期舉行模糊系統(tǒng)協(xié)會(huì)國(guó)際會(huì)議。在歐美、日本等地，模糊控制理論迅速應(yīng)用到了商業(yè)產(chǎn)品中去，其中就包括日本把模糊控制成功應(yīng)用到地鐵和各種家電產(chǎn)品的實(shí)例[2]?，F(xiàn)在在國(guó)外的模糊控制理論研究根本上在每個(gè)領(lǐng)域上都取得了成功，當(dāng)中包括工業(yè)溫度控制，大型空調(diào)系統(tǒng)控制和電冰箱溫度等。在多輸入輸出非線性系統(tǒng)領(lǐng)域取得了驕人的成功，突破了傳統(tǒng)控制方法的局限[2]。1.2.2國(guó)內(nèi)研究狀況從市場(chǎng)占有情況看，由于目前大多數(shù)汽車空調(diào)生產(chǎn)未上規(guī)模，加上總類繁多，國(guó)內(nèi)汽車空調(diào)銷售市場(chǎng)僅為幾家所壟斷。比擬而言，國(guó)內(nèi)的汽車空調(diào)控制要稍遜一些。廣州標(biāo)致汽車空調(diào)的電子控制系統(tǒng)根據(jù)車內(nèi)溫度、環(huán)境溫度、蒸發(fā)器溫度、送風(fēng)溫度及人為設(shè)定值、通過(guò)控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、壓縮機(jī)離合器開合及熱水閥大小來(lái)進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。奧迪100汽車的空調(diào)系統(tǒng)模式風(fēng)門是手控的，鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由繼電器控制，壓縮機(jī)離合根據(jù)蒸發(fā)器溫度控制。奧拓汽車空調(diào)就更為簡(jiǎn)單，沒有舒適性控制用的傳感器，對(duì)室溫靠人為控制。另外一些形式的汽車空調(diào)還未產(chǎn)品化。有人認(rèn)為光線的入射角會(huì)對(duì)熱負(fù)荷影響很大，而對(duì)此制定了一套相適應(yīng)的控制策略。也有這種研究如何通過(guò)計(jì)算確定送風(fēng)量、送風(fēng)溫度的分布是很不均勻的，并且均勻分布的溫度場(chǎng)也會(huì)由于人的舒適感不同而產(chǎn)生舒適性差異。對(duì)此有人研究針對(duì)前排、后排車座的雙蒸發(fā)器運(yùn)行情況，并進(jìn)行相應(yīng)的控制。還有人針對(duì)司機(jī)和乘客的個(gè)體舒適性用不同出口進(jìn)行控制。通過(guò)控制壓縮機(jī)啟停來(lái)控制車廂內(nèi)溫度也需進(jìn)行相應(yīng)的控制才能到達(dá)更優(yōu)。國(guó)內(nèi)80年代就參加到模糊控制領(lǐng)域的研究討論當(dāng)中，到了90年代和最近幾年，己經(jīng)在模糊控制等智能控制領(lǐng)域得到了較成熟的開展。在理論研究方面國(guó)內(nèi)研究涉及了基于傳統(tǒng)PID的模糊控制，基于神經(jīng)模糊網(wǎng)絡(luò)模糊控制和時(shí)空混沌的自適應(yīng)模糊控制等?？梢哉f(shuō)國(guó)內(nèi)的理論研究已經(jīng)朝縱深開展，理論體系也比擬完善[4]。而在實(shí)踐應(yīng)用領(lǐng)域，模糊控制在近幾年幾乎涉及到各個(gè)重、輕工業(yè)領(lǐng)域。在空調(diào)制冷系統(tǒng)，溫度控制系統(tǒng)和各種家庭小電器中都可以看見用模糊控制方法實(shí)現(xiàn)優(yōu)化處理的應(yīng)用文章[5]。國(guó)內(nèi)汽車空調(diào)生產(chǎn)企業(yè)如何利用電子技術(shù)提升傳統(tǒng)空調(diào)產(chǎn)品的技術(shù)含量走上專業(yè)化、規(guī)?；?jīng)營(yíng)之路，將成為我國(guó)未來(lái)幾年汽車空調(diào)業(yè)迫切需要解決的問題。1.3汽車空調(diào)的特點(diǎn)及其控制系統(tǒng)的難點(diǎn)與一般建筑空調(diào)相比，汽車空調(diào)有其特殊性。首先，汽車是個(gè)移動(dòng)物體，外界氣候條件變化大，車外熱負(fù)荷變化大，以至于難以確定標(biāo)準(zhǔn)的車外設(shè)計(jì)參數(shù)。其次，由于汽車車室內(nèi)乘員密度大，人體熱量大，要求的制冷能力大，汽車開啟空調(diào)與乘員進(jìn)入車內(nèi)往往是同一時(shí)刻，乘客要求一進(jìn)入車室，在很短的時(shí)間內(nèi)就享受到空調(diào)效果；而汽車車身在開空調(diào)之前的蓄熱量是很大的。這幾種因素導(dǎo)致汽車空調(diào)所要求的負(fù)荷大，要求降溫(或升溫)迅速。因此，汽車空調(diào)機(jī)組的制冷(或采暖)能力應(yīng)該比房間空調(diào)大的多。另外，汽車是高速移動(dòng)的物體，與外界對(duì)流熱交換量大，而且車身隔熱困難，玻璃門窗所占面積又大，車室內(nèi)得熱量(或失熱量)大。如果汽車長(zhǎng)時(shí)間直接暴露在太陽(yáng)下(或風(fēng)雪下)，進(jìn)入車室的熱負(fù)荷(或冷負(fù)荷)比一般房間要大得多。夏季汽車長(zhǎng)時(shí)間停在烈日下，車內(nèi)溫度會(huì)上升到50℃以上。汽車的使用環(huán)境非常嚴(yán)酷，這些環(huán)境因素往往造成汽車電子裝置的性能惡化，甚至不能完成規(guī)定的功能或損壞，出現(xiàn)可靠性故障。因此與一般控制系統(tǒng)相比，汽車空調(diào)控制系統(tǒng)也有其特殊要求[2]。首先，要滿足溫度環(huán)境的要求。汽車外部的環(huán)境溫度最高為50℃，最低為-40℃，但汽車內(nèi)的工作環(huán)境卻因部件的位置不同而相差極大。其次，要滿足振動(dòng)沖擊環(huán)境要求，汽車零部件必須承受由不良路面引起的較大的振動(dòng)和沖擊。還有，要滿足電氣環(huán)境要求。汽車電源波動(dòng)和瞬時(shí)過(guò)電壓等將形成較壞的電氣環(huán)境。1.4課題的提出與研究?jī)?nèi)容本課題的研究是針對(duì)我國(guó)現(xiàn)有高檔汽車上裝置的自動(dòng)空調(diào)控制系統(tǒng)根本上依賴進(jìn)口，國(guó)產(chǎn)化自動(dòng)控制系統(tǒng)在汽車系統(tǒng)中的應(yīng)用性研究較少，迫切需要對(duì)汽車空調(diào)控制器實(shí)現(xiàn)電子自動(dòng)化、國(guó)產(chǎn)化為目標(biāo)而產(chǎn)生的。因此，本課題的研究?jī)?nèi)容為：1)通過(guò)對(duì)汽車空調(diào)工作原理和空調(diào)總成的結(jié)構(gòu)分析，設(shè)計(jì)了以AT89C52為核心的單片機(jī)控制系統(tǒng)，并對(duì)控制器硬件電路局部做了設(shè)計(jì)。2)建立實(shí)現(xiàn)模糊控制算法的控制系統(tǒng)[6]。闡述了如何實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車空調(diào)系統(tǒng)的自動(dòng)化模糊控制。3)溫度的檢測(cè)采用高精度的集成溫度傳感器AD590實(shí)現(xiàn)。4)編程過(guò)程中，采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，對(duì)各個(gè)子模塊分別進(jìn)行編程、調(diào)試，再按控制要求將它們連接起來(lái)，進(jìn)行調(diào)試、分析。2汽車空調(diào)系統(tǒng)工作原理2.1汽車空調(diào)系統(tǒng)根本工作原理汽車空調(diào)根本功能是通過(guò)人為的方法使車廂的溫度降低和升高，到達(dá)使人體感到舒適的溫度環(huán)境。高級(jí)汽車空調(diào)還包括對(duì)車廂內(nèi)空氣凈化、控制二氧化碳含量和控制空氣濕度等高級(jí)功能。一般汽車空調(diào)系統(tǒng)都可以分為采暖系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)兩局部[7]。制冷系統(tǒng)主要由壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥和蒸發(fā)器組成。其制冷原理是利用液態(tài)制冷劑吸熱產(chǎn)生冷效應(yīng)。首先，低壓(低溫)液態(tài)制冷劑進(jìn)入用來(lái)冷卻車內(nèi)空氣的蒸發(fā)器，制冷劑加熱在定壓下氣化。由于制冷劑在管內(nèi)氣化時(shí)的溫度低于管外空氣的溫度，因此能自動(dòng)地吸取車內(nèi)空氣中的熱量，使空氣溫度降低，產(chǎn)生冷效應(yīng)。然后，氣化了的制冷劑通過(guò)壓縮機(jī)壓縮，變成高于車外空氣的高溫高壓氣體。這時(shí)，制冷劑通過(guò)在冷凝器將熱量釋放到車外，制冷劑放熱就變成了高壓液態(tài)冷凝劑。最后，經(jīng)過(guò)節(jié)流閥，恢復(fù)到低壓(低溫)液態(tài)。所以，當(dāng)空調(diào)要進(jìn)行制冷時(shí)，必須開啟壓縮機(jī)使制冷劑循環(huán)，從而降低車內(nèi)溫度。采暖系統(tǒng)是由暖風(fēng)散熱器、暖水閥和風(fēng)機(jī)組成。由于汽車行駛時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生大量熱量，一般小型汽車空調(diào)都采用發(fā)動(dòng)機(jī)余熱采暖。發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水通過(guò)暖水閥流入暖風(fēng)散熱器，從而升高通過(guò)暖風(fēng)散熱器的空氣。所以，當(dāng)空調(diào)要進(jìn)行加熱時(shí),必須開啟暖水閥。2.2汽車空調(diào)的總成結(jié)構(gòu)[8]。2車內(nèi)進(jìn)風(fēng)2車內(nèi)進(jìn)風(fēng)1車外進(jìn)風(fēng)3內(nèi)外循環(huán)風(fēng)門4鼓風(fēng)機(jī)5混合風(fēng)門6制冷蒸發(fā)器9除霜風(fēng)口10下吹風(fēng)口7暖風(fēng)散熱器11前吹風(fēng)口8風(fēng)向風(fēng)門圖2.1全合一型汽車空調(diào)結(jié)構(gòu)內(nèi)外循環(huán)風(fēng)門由內(nèi)外循環(huán)電磁閥控制，當(dāng)內(nèi)外循環(huán)電磁閥閉合時(shí)，汽車空調(diào)處于內(nèi)循環(huán)狀態(tài)，這個(gè)時(shí)候只有車內(nèi)回風(fēng)能夠進(jìn)入空調(diào)風(fēng)道。反之，當(dāng)內(nèi)外循環(huán)電磁閥開時(shí)，空調(diào)處于外循環(huán)狀態(tài)，這個(gè)時(shí)候不僅僅車內(nèi)回風(fēng)能夠進(jìn)入空調(diào)風(fēng)道，車外空氣也進(jìn)入空調(diào)風(fēng)道，也就制冷(加熱)處理前空氣是車內(nèi)回風(fēng)和車外新鮮空氣的混合氣體。鼓風(fēng)機(jī)由鼓風(fēng)機(jī)調(diào)速電路控制，其作用是推動(dòng)空氣在空調(diào)風(fēng)道里流動(dòng)，在全和一型空調(diào)中，它同時(shí)也起了是制冷蒸發(fā)器風(fēng)扇和暖風(fēng)散熱器風(fēng)扇的作用。制冷蒸發(fā)器連接制冷壓縮機(jī)，壓縮抓由壓縮機(jī)電磁閥控制。當(dāng)壓縮機(jī)電磁閥吸合，壓縮機(jī)開始工作，蒸發(fā)器就能從流過(guò)的空氣中吸取熱量，從而使空氣降溫?；旌巷L(fēng)門開度由混合風(fēng)門電機(jī)控制?；旌巷L(fēng)門負(fù)責(zé)控制空氣經(jīng)過(guò)蒸發(fā)器和暖風(fēng)散熱器的量，也就是控制經(jīng)過(guò)兩種處理空氣的混合程度。暖風(fēng)散熱器由暖水電池閥控制，當(dāng)暖水電磁閥吸合，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水流過(guò)暖風(fēng)散熱器，這樣就可以通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)余熱進(jìn)行熱交換，將經(jīng)過(guò)散熱器的空氣加熱?；旌巷L(fēng)門開度由混合風(fēng)門電機(jī)控制?；旌巷L(fēng)門負(fù)責(zé)控制空氣經(jīng)過(guò)蒸發(fā)器和暖風(fēng)散熱器的量，也就是控制經(jīng)過(guò)兩種處理空氣的混合程度。風(fēng)向風(fēng)門由風(fēng)向風(fēng)門電機(jī)控制。風(fēng)向風(fēng)門可以控制空調(diào)出風(fēng)口的出風(fēng)方式，也就是控制經(jīng)過(guò)處理的空氣從除霜風(fēng)口、下吹風(fēng)口和前吹風(fēng)口吹出。綜上所述，整個(gè)汽車空調(diào)控制系統(tǒng)可以通過(guò)六個(gè)受控裝置來(lái)控制，它們分別是內(nèi)外循環(huán)電磁閥、鼓風(fēng)機(jī)電路，混合風(fēng)門電機(jī)、壓縮機(jī)電磁閥、暖水電磁閥和風(fēng)向風(fēng)門電機(jī)。全合一空氣混合型的汽車空調(diào)系統(tǒng)，其類型是制冷與加熱使用一套溫度控制系統(tǒng)，通過(guò)混合風(fēng)門的開度來(lái)調(diào)節(jié)冷熱空氣的混合。混合風(fēng)門是全合一空氣混合型汽車空調(diào)系統(tǒng)最重要的溫度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，起作用是將一定量空氣按不同比例分配后分別流經(jīng)制冷蒸發(fā)器和暖風(fēng)散熱器，然后再混合，從而調(diào)節(jié)出風(fēng)溫度。因此，將對(duì)混合風(fēng)門的開度調(diào)節(jié)作為汽車空調(diào)溫度調(diào)節(jié)的主要手段。3車室溫度模糊控制的研究自動(dòng)控制包括傳統(tǒng)的控制技術(shù)和智能控制技術(shù)，智能控制是控制理論開展的高級(jí)階段。由于人體舒適感的模糊性和汽車空調(diào)系統(tǒng)的復(fù)雜性，人們難于建立關(guān)于汽車空調(diào)自動(dòng)控制的控制目標(biāo)和控制對(duì)象精確的數(shù)學(xué)模型。這樣，以精確數(shù)學(xué)模型為必要條件的傳統(tǒng)控制理論應(yīng)用于汽車空調(diào)系統(tǒng)存在許多不能解決的問題。而模糊控制作為一種最廣泛應(yīng)用智能的控制技術(shù)之一，具有不需要知道控制目標(biāo)和對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，適于具有大滯后和非線性時(shí)變系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)而被人們廣泛關(guān)注[9]。3.1模糊控制理論根底模糊控制系統(tǒng)根本原理在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，有經(jīng)驗(yàn)的操作人員，雖然不懂被控對(duì)象或被控過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，卻能憑借經(jīng)驗(yàn)采取相應(yīng)的決策，很好地完成控制過(guò)程。這里人的經(jīng)驗(yàn)可以用一系列的具有模糊性的語(yǔ)言來(lái)表達(dá)，這就是模糊條件語(yǔ)句。再用模糊推理對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)輸入狀態(tài)觀測(cè)量進(jìn)行處理，那么可產(chǎn)生相應(yīng)的控制決策，這就是模糊控制[9]。最根本的模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。從圖中可以看出，它和傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)沒有多大區(qū)別，只是用模糊控制器取代傳統(tǒng)的數(shù)字控制器。在模糊控制系統(tǒng)中，模糊控制器的作用在于通過(guò)電子計(jì)算機(jī)，根據(jù)精確量轉(zhuǎn)化而來(lái)的模糊輸入信息，按照語(yǔ)言控制規(guī)那么進(jìn)行模糊推理，給出模糊輸出判決，將其轉(zhuǎn)化為精確量，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制作用[10]。給定輸入R輸出Y給定輸入R輸出Y控制u偏差e+=被控對(duì)象模糊控制器+=被控對(duì)象模糊控制器--圖3.1模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖一般說(shuō)來(lái)，模糊控制器有三個(gè)主要的功能模塊。1)模糊化。將變量的實(shí)際變化范圍化分成假設(shè)干等級(jí)，這些等級(jí)的全體成為變量的論域。在這個(gè)論域上定義相應(yīng)的語(yǔ)言變量值。將實(shí)際變化范圍內(nèi)的輸入值轉(zhuǎn)換成論域范圍內(nèi)的有關(guān)等級(jí)值的過(guò)程稱為模糊化過(guò)程。2)模糊控制推理及控制規(guī)那么。模糊控制器的控制規(guī)那么是基于手動(dòng)控制策略，手動(dòng)控過(guò)程一般是通過(guò)對(duì)被控對(duì)象的一些觀測(cè)，操作者再根據(jù)己有的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)知識(shí)，進(jìn)行綜合分析并做出控制決策，調(diào)整加到被控對(duì)象的控制作用，從而使系統(tǒng)到達(dá)預(yù)期的目標(biāo)?？梢圆捎梦C(jī)完成這個(gè)任務(wù)，從而代替人的手動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)所謂的模糊自動(dòng)控制。利用語(yǔ)言歸納手動(dòng)控制策略的過(guò)程，實(shí)際上就是建立模糊控制器的控制規(guī)那么的過(guò)程。也就是說(shuō)，這些手動(dòng)控制規(guī)那么的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)就成了模糊控制規(guī)那么，并用模糊條件語(yǔ)句來(lái)表述。3)精確化。模糊控制器的推理結(jié)果是模糊量，由于模糊量是一個(gè)模糊子集，而實(shí)際被控對(duì)象所需的控制信號(hào)是精確值，所以模糊控制器的推理輸出是不能直接用作實(shí)際控制的，為了從推理結(jié)果中取得用于控制的精確量，需要對(duì)模糊推理結(jié)果進(jìn)行一定的處理。對(duì)模糊量進(jìn)行處理，求取一個(gè)能恰當(dāng)?shù)姆从衬：康木_值的過(guò)程稱為精確化。有時(shí)也稱為反模糊化，也稱之為模糊決策或模糊判決。模糊量的精確化有很多方法，其中較常用的主要有以下幾種：最大隸屬度法、中位數(shù)法和面積重心法。模糊控制的特點(diǎn)模糊控制不用建立數(shù)學(xué)模型，模糊控制獲得巨大成功的主要原因在于它具有如下一些突出特點(diǎn)：l)適用于不易獲得精確數(shù)學(xué)模型的被控對(duì)象，其結(jié)構(gòu)參數(shù)不很清楚或難以求得，只根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的輸入輸出結(jié)果數(shù)據(jù)，參考現(xiàn)場(chǎng)操作人員的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，就可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。2)模糊控制是一種語(yǔ)言變量控制器，其控制規(guī)那么只用語(yǔ)言變量的形式定性的表達(dá)，構(gòu)成了被控對(duì)象的模糊模型。3)模糊控制實(shí)際上是一種非線性控制，附屬于智能控制的范疇。該系統(tǒng)尤其適用于非線性，時(shí)變，滯后系統(tǒng)的控制。4)抗干擾能力強(qiáng)，響應(yīng)速度快，并對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的變化有較強(qiáng)的魯棒性。正因?yàn)槟：刂朴羞@么多優(yōu)于現(xiàn)代控制的特點(diǎn)，本課題中溫度的控制在系統(tǒng)處于過(guò)渡過(guò)程時(shí)采用了模糊控制技術(shù)，汽車空調(diào)溫度控制系統(tǒng)的控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)是混合風(fēng)門，控制目標(biāo)是使車內(nèi)溫度到達(dá)設(shè)定的溫度[11]。3.2模糊控制器的設(shè)計(jì)3.2.1模糊控制器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模糊控制器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是指確定模糊控制器的輸入變量和輸出變量[5]。從理論上講，模糊控制器的維數(shù)越高，即輸入變量個(gè)數(shù)越多，控制越精細(xì)。但維數(shù)過(guò)高，模糊控制規(guī)那么變得過(guò)于復(fù)雜，控制算法實(shí)現(xiàn)相當(dāng)困難。所以本系統(tǒng)中選用兩維模糊控制器[11]。由于溫度偏差變化率即能反映外界環(huán)境對(duì)溫度的影響，同時(shí)也反映車廂內(nèi)人員的狀態(tài)和變動(dòng)情況，又考慮到系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，裝置的實(shí)施等因素，所以選定溫度的偏差及溫度偏差變化率為模糊控制器的輸入變。輸入變量為溫度偏差e和偏差變化率e。，輸出變量為控制量u，即混合風(fēng)門的開度，風(fēng)門開度越大，經(jīng)過(guò)加熱器的風(fēng)就越多，溫度就上升得越快。3.2.2精確量的模糊化精確量模糊化就是把物理量的精確值轉(zhuǎn)換成語(yǔ)言變量值。在以人的經(jīng)驗(yàn)為根底的模糊控制中，一般將模糊控制器的輸入輸出變量的狀態(tài)劃分為“正大、正中、正小、零、負(fù)小、負(fù)中、負(fù)大〞七個(gè)檔次來(lái)描述，分別用英文字母PL，PM，PS，0，NS，NM，NL表示之。對(duì)于系統(tǒng)偏差，描述其狀態(tài)時(shí)，還常把“零〞分為“正零〞和“負(fù)零〞，分別用P0，N0表示之。在汽車空調(diào)智能溫控系統(tǒng)中，溫度偏差為溫度設(shè)定值和溫度測(cè)量值之差。我國(guó)南北溫差大，同地冬夏溫差也十分大，在一個(gè)典型的溫帶海洋性氣候的沿海城市，一年氣溫將在-10℃～30℃之間徘徊。而按照醫(yī)學(xué)研究結(jié)果，人感受的最正確環(huán)境溫度為24±1℃。本文把溫度設(shè)定值的范圍定為15℃到28℃，定義溫度偏差e的論域?yàn)閇20，20]，溫度偏差變化率ec的論域?yàn)閇4，4]，風(fēng)門電機(jī)的輸出量u的論域?yàn)閇0%，100%](0%表示最大制冷，100%表示最大采暖)。對(duì)e，ec和u的模糊狀態(tài)E，EC和U的整數(shù)論域分別定義如下:E和EC的論域?yàn)?{-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4}U的論域?yàn)?{-5，-4，-3，-2，-l，0，l，2，3，4，5}因此，量化因子Ke=4/20=0.2，Kec=4/4=l，Ku=l/10=0.1。下面把物理量的精確值轉(zhuǎn)換成語(yǔ)言變量值，一般對(duì)語(yǔ)言變量分5到10檔，整數(shù)論域?yàn)闄n級(jí)數(shù)的1.5到2倍。如果檔級(jí)過(guò)少，語(yǔ)言變量值過(guò)于粗糙，對(duì)控制的質(zhì)量有不良影響。如果檔級(jí)過(guò)多，那么語(yǔ)言變量過(guò)細(xì)，關(guān)系矩陣過(guò)大，占用內(nèi)存太多。針對(duì)汽車空調(diào)溫度控制模糊控制器，將E，EC和U的模糊語(yǔ)言定義如下:E和EC的模糊集均為:{NB，NS，ZE，PS，PB}；U的模糊集為:{NB，NM，NS，NO，PO，PS，PM，PB}。隸屬度函數(shù)的建立有一定的原那么，模糊控制過(guò)程對(duì)于語(yǔ)言變量值的隸屬度函數(shù)形狀并不敏感，只是對(duì)隸屬度函數(shù)的范圍有一定的敏感，所以在控制中選用三角形或梯形的隸屬函數(shù)是較為適宜的，因?yàn)橛欣谟?jì)算隸屬度。3.2.3模糊控制規(guī)那么確實(shí)定本系統(tǒng)采用IFAiandBithenCi為模糊控制規(guī)那么，其中Ai為溫差E的模糊子集，Bi為溫差變化率EC的模糊子集，Ci為風(fēng)門開度增量U的模糊子集[12]。根據(jù)車廂溫度變化的參數(shù)特點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)及專家的知識(shí)理論，總結(jié)出表3.1所示的模糊控制規(guī)那么表。表3.1模糊控制規(guī)那么表ECCEECCENBNS0PSPB

NBNBNMNS00NSNMNM00PS0NSNS0PS

PMPSNSOPMPB

PBPB0PSPMPBPB建立模糊控制規(guī)那么的根本思想:當(dāng)誤差大或較大時(shí)，選擇控制量以盡快消除誤差為主，而當(dāng)誤差較小時(shí)，選擇控制量要注意防止超調(diào)，以系統(tǒng)的穩(wěn)定性為主要出發(fā)點(diǎn)。以誤差為正大時(shí)，誤差變化為正大為例，這時(shí)誤差有增大的趨勢(shì)，為盡快消除己有的正大誤差并抑制誤差變大，所以控制量取正大，即使風(fēng)門開度到達(dá)最大，增加通過(guò)加熱器的風(fēng)量。3.2.4模糊量的精確化為了對(duì)被控對(duì)象施加精確的控制，還需要將模糊量U轉(zhuǎn)換為精確量u，即對(duì)模糊量進(jìn)行清晰化處理。模糊量的精確化也就是求取模糊控制表。求取模糊控制表必須把輸入的所有情況都考慮到，求取模糊控制表必須把輸入的所有情況都考慮到，下面以系統(tǒng)輸入偏差E的論域值為1，偏差變化率EC的論域值為2為例來(lái)介紹怎樣確定模糊輸出量U。偏差E為1，偏差變化率EC為2時(shí)，對(duì)于偏差量有:μZE(1)=0.2,μPS〔1〕=0.4，其余模糊集的隸屬度都為0。對(duì)于輸入的偏差變化率，有μPS〔2〕=1，其余的模糊集的隸屬度都為0。根據(jù)ZEE和PSEC在模糊狀態(tài)控制表里可查得U=PM，同理，由PSE和PSEC可查出U=PB，即對(duì)于當(dāng)前輸入值，有兩條控制規(guī)那么是有效的:IFE=ZEandEC=PSthenU=PMIFE=PSandEC=PSThenU=PB由以上控制規(guī)那么，再根據(jù)L.A.Zadeh的模糊推理算法，得出實(shí)現(xiàn)模糊推理過(guò)程如下:首先取第一條規(guī)那么中兩個(gè)前件的隸屬度的最小值，對(duì)后件的模糊集求截集，對(duì)于該控制規(guī)那么求得的控制量的模糊截集有:μPM然后再取第二條規(guī)那么兩個(gè)前件的隸屬度的最小值，對(duì)其后件的模糊集求截集，對(duì)于第二條規(guī)那么所求得的控制量的模糊截集有:μPM最后，把對(duì)應(yīng)于當(dāng)前輸入值的所有有效規(guī)那么推理所得的控制量的模糊截集相“并〞，得到當(dāng)前輸出控制量的模糊集,再按重心法原那么，對(duì)輸出模糊量進(jìn)行模糊判決，求出控制量u為:u=[μ(1)×1+μ(2)×2+μ(3)×3+μ(3)×3+μ(3)×3]/[μ(1)+μ(2)+μ(3)+μ(4)+μ(5)]=(l×0+2×0.2+3×0.2+4×0.4+5×0.4)/(0+0.2+0.2+0.4+0.4)≈4由此可知，當(dāng)輸入e=1，ec=2時(shí)求得的控制量u的論域值為4，按以上方法，對(duì)論域x，y中的全部元素的所有組合計(jì)算出相應(yīng)的以論域z元素表示的控制量變化值，并寫成矩陣(u)。由該矩陣構(gòu)成的相應(yīng)的表格即模糊控制器的控制表。見表3.2。表3.2模糊控制器的控制表CECECEC-4-3-2-101234-4-5-4-3-2-10001-3-4-3-3-2-10011-2-3-3-3-201112-1-2-2-2-2011230-2-1-1-1122231-1-1-10132332100014334300012434440112344454硬件電路設(shè)計(jì)4.1汽車全自動(dòng)空調(diào)控制器硬件4.1.1工作原理汽車全自動(dòng)空調(diào)控制器實(shí)際上就是根據(jù)人們對(duì)空調(diào)控制器的設(shè)定值，控制汽車空調(diào)系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)，使車廂內(nèi)空調(diào)環(huán)境到達(dá)設(shè)定目標(biāo)的電子控制設(shè)備。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車空調(diào)各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制控制，必須要對(duì)車內(nèi)環(huán)境狀況做出監(jiān)控。一般是采用安裝在車內(nèi)不同位置的各種傳感器經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再傳到微處理進(jìn)行檢測(cè)和決策。微處理根據(jù)檢測(cè)的數(shù)據(jù)和溫度設(shè)定值進(jìn)行決策處理后，通過(guò)各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)模塊實(shí)現(xiàn)空調(diào)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的改變，從而最終實(shí)現(xiàn)對(duì)車內(nèi)環(huán)境的改變[7]。4.1.2硬件組成汽車全自動(dòng)空調(diào)控制器的核心局部，是由微處理器為核心的電子線路系統(tǒng)。包括主機(jī)和I/O接口設(shè)備。主機(jī)包括中央處理器，主機(jī)依靠I/O接口設(shè)備來(lái)輸入信息(鍵盤、傳感器信號(hào))，輸出指令控制命令、顯示等[8]。微處理器并行I/O口擴(kuò)展芯片微處理器并行I/O口擴(kuò)展芯片鍵盤顯示器溫度傳感器A/D處理系統(tǒng)監(jiān)控及系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器串行通訊接口電路環(huán)形脈沖分配器驅(qū)動(dòng)放大器變壓整流穩(wěn)壓混合風(fēng)門步進(jìn)電機(jī)圖4.1全自動(dòng)空調(diào)控制器硬件組成圖4.1的中心框CPU是中央控制處理單元，它根據(jù)程序儲(chǔ)存器中存儲(chǔ)的程序，一步步執(zhí)行程序所規(guī)定的工作。這些工作包括:1)各種數(shù)學(xué)運(yùn)算和邏輯分析判斷。運(yùn)算分析的原始數(shù)據(jù)可從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中讀出，運(yùn)算分析的中間結(jié)果和最終結(jié)果都可以存放在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中。2)從輸入接口中讀出經(jīng)過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換后的各種傳感器的輸入信號(hào)，并將這些信號(hào)以數(shù)字的形式存放于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中。傳感器可以有模擬量、開關(guān)量等多種方式的輸出信號(hào)，輸入接口將這些信號(hào)都可以轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，隨時(shí)供CPU讀出。3)根據(jù)控制要求和存儲(chǔ)于數(shù)字存儲(chǔ)器中的分析計(jì)算結(jié)果，將對(duì)執(zhí)行器的操作命令送到輸出接口，輸出接口根據(jù)所連接的執(zhí)行器的種類將這些輸出命令轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的信號(hào)形式，使執(zhí)行器執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。4)讀取鍵盤狀態(tài)，得到使用者的鍵盤操作狀態(tài)，對(duì)它進(jìn)行分析處理。根據(jù)程序要求或使用者的鍵入命令將相應(yīng)的數(shù)據(jù)送到顯示單元。5)從通訊接口讀入數(shù)據(jù)并將其存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中。根據(jù)程序要求，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的有關(guān)數(shù)據(jù)送至通訊接口，實(shí)現(xiàn)通訊。4.2單片機(jī)簡(jiǎn)介本系統(tǒng)選用ATMEL公司的AT89系列單片機(jī)中的AT89C52，AT89C52單片機(jī)是一種新型的低功耗、高性能且內(nèi)含SK字節(jié)閃電存儲(chǔ)器(FlashMemory)的8位CMOS微控制器，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系列和引腳完全兼容。有超強(qiáng)的加密功能，其片內(nèi)閃電存儲(chǔ)器的編程與擦除完全用電實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)不易揮發(fā)，編程/擦除速度快。AT89C52芯片內(nèi)部有6個(gè)中斷源:兩個(gè)外部中斷INT0和INT1，三個(gè)定時(shí)器中斷〔定時(shí)器0，1，2)和一個(gè)串行口中斷。在本系統(tǒng)中涉及到AT89C52芯片的中斷源有五個(gè):分別是外部中斷INT1，定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0、T1和T2以及串行口中斷。下面就這五個(gè)中斷源介紹如下:1)關(guān)于外部中斷的激活方式分為兩種:一種是電平激活，另一種是邊緣激活。這兩種方式可以靠TCON存放器中的中斷方式IT1和IT0來(lái)控制。假設(shè)ITX=O(X為0或1)，那么采用電平激活方式；假設(shè)ITX=l，那么采用邊緣激活方式。本測(cè)控系統(tǒng)采用電平激活方式，也即是IT1=O,一旦IT1引腳的采樣值為低電平，那么TCON存放器中的中斷請(qǐng)求標(biāo)志IE1被置1，以請(qǐng)求中斷。2)關(guān)于定時(shí)/計(jì)數(shù)器AT89C52有三個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0、T1和T2。他們都可以分別為定時(shí)器或計(jì)數(shù)器使用。選擇定時(shí)器工作方式時(shí)，計(jì)數(shù)輸入信號(hào)是內(nèi)部時(shí)鐘，每隔一個(gè)機(jī)器周期使存放器的值增加1。每個(gè)機(jī)器周期等于12個(gè)振蕩器周期，故計(jì)數(shù)速率為振蕩器頻率的1/12。當(dāng)采用12MHz的晶振時(shí)，計(jì)數(shù)速率為1MHz。對(duì)于定時(shí)器T0和Tl，通過(guò)存放器TMOD、TCON來(lái)控制和選擇定時(shí)/計(jì)數(shù)器的功能和操作模式。這些存放器的內(nèi)容靠軟件設(shè)置，系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，存放器的所有位都被清零。而T2的工作是靠對(duì)TZCON存放器進(jìn)行軟件設(shè)置而定義的。本系統(tǒng)采用定時(shí)T0來(lái)計(jì)算車廂溫度采集的時(shí)間間隔，設(shè)置為工作方式1，即16位計(jì)數(shù)定時(shí)方式；定時(shí)Tl作波特率發(fā)生器使用，選擇在工作方式2，即8位自動(dòng)加載方式；定時(shí)器T2用于確定混合風(fēng)門步進(jìn)電機(jī)輸入脈沖的頻率，設(shè)置位16位常數(shù)自動(dòng)重裝入的工作方式。4.3溫度信號(hào)采集電路的設(shè)計(jì)4.3.1溫度傳感器的選擇溫度傳感器的功能是進(jìn)行溫度信號(hào)的測(cè)量，在本文中采用集成溫度傳感器AD590[13]。AD590是美國(guó)ANALOGDEVCIE公司生產(chǎn)的專用集成溫度傳感器，屬于電流輸出型傳感器。在一定溫度范圍內(nèi)，它相當(dāng)于一個(gè)高阻抗恒流源，其電流溫度靈敏度為1μA/K。它不易受接觸電阻、引線電阻、電壓噪聲等的干擾。此外，它還具有體積小、測(cè)溫精度高、線性度好和互換性強(qiáng)等特點(diǎn)。它與大多數(shù)其它形式的溫度傳感器相比，不存在線性化問題。與熱電阻傳感器相比不需要設(shè)計(jì)輸入電橋和微弱信號(hào)放大器，與熱電偶相比不需要進(jìn)行冷端補(bǔ)償，而且它是以高阻抗恒流源形式輸出，傳輸線上的壓降不影響輸出電流值，可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸。因此，它具有使用方便，抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，特別適用于較遠(yuǎn)距離的溫度巡回檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。其主要技術(shù)指標(biāo)為:1)測(cè)溫范圍:-55℃～150℃2)電流輸出:1μA/K3)電源電壓:4～30v(直流)℃5)重復(fù)性:±℃6)輸出阻抗:約為10MΩ7)長(zhǎng)期漂移:±℃/月4.3.2溫度傳感器采樣放大電路溫度傳感器采集的溫度信號(hào)是模擬信號(hào)，需要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。某些結(jié)型半導(dǎo)體器件，例如二極管和三極管對(duì)溫度呈現(xiàn)出敏感性，因而可用作溫度敏感元件，因此可以利用這個(gè)特性，從它的輸出電量的大小直接換算，而得到絕對(duì)溫度值。AD590便是根據(jù)此原理制造的一種半導(dǎo)體集成溫度傳感器。單片機(jī)的ADC0809芯片就是進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的擴(kuò)展芯片，它可以進(jìn)行8路模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換。但是ADCO809的輸入信號(hào)是電壓值，電壓范圍是OV～5V，而AD590采集的溫度信號(hào)是電流信號(hào)，電流的量值是微安級(jí)，所以AD590傳感器采集的溫度信號(hào)還不能直接輸入到單片機(jī)中，需要進(jìn)行電流/電壓的轉(zhuǎn)換，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，并且對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行放大。以適應(yīng)ADC0809芯片的輸入要求。因此，本文采用10KΩ電阻與AD59O串聯(lián)對(duì)傳感器進(jìn)行電壓取樣。在電阻上得到與絕對(duì)溫度成正比的電壓輸出Vo(1mV/K)。當(dāng)溫度變化時(shí)，AD59O會(huì)產(chǎn)生變化的電流，而且AD590的輸出是與絕對(duì)溫度(K)成正比的，其在0℃時(shí)輸出電流為273.2uA，為了使AD590的輸出與攝氏溫度(℃)成比例關(guān)系[14]，作如下處理。經(jīng)OPA1將電流轉(zhuǎn)換成電壓，再由OPA2做零位調(diào)整，最后由OPA3反向放大10倍。放大電路如圖4.2。第一個(gè)步驟:先調(diào)AD59O的可變電阻器VR1。如以0℃為參考值，那么應(yīng)使電壓輸出為2.73V；第二個(gè)步驟:調(diào)整VR2，使0℃時(shí)OPAZ的輸出為2.73-2.73=OV(反相，零位調(diào)整)；第三個(gè)步驟:調(diào)VR3，使此時(shí)OPA3放大10倍。圖4.2采樣放大電路另外，出于經(jīng)濟(jì)性和數(shù)據(jù)采集特點(diǎn)的考慮，本文決定采用多路開關(guān)來(lái)對(duì)8路傳感器信號(hào)進(jìn)行分時(shí)采集，這樣可以使8路信號(hào)共用一個(gè)放大器，而又不影響電路的特性。模擬開關(guān)CD4051的選通地址A0～A2單片機(jī)的控制。就完成了從溫度電流信號(hào)到A/D轉(zhuǎn)換器標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換。4.3.3模數(shù)轉(zhuǎn)換電路前面已談到AD590及其測(cè)量調(diào)理電路如何實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)的輸出，該電壓信號(hào)為模擬量，而計(jì)算機(jī)只能接收數(shù)字量，為了溫度信號(hào)的引入，必須進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。在本文中將利用AT89C52單片機(jī)和ADCO809模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片以及其他外圍器件來(lái)構(gòu)建A/D轉(zhuǎn)換模塊[7]。1)ADC0809主要特性。ADC0809是采用CMOS工藝制造的雙列直插式單片8位A/D轉(zhuǎn)換器。分辨率8位，精度7位，帶8個(gè)模擬量輸入通道，有通道地址譯碼鎖存器，輸出帶三態(tài)數(shù)據(jù)鎖存器。啟動(dòng)信號(hào)為脈沖啟動(dòng)方式，ADC08O9內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路，故CLK時(shí)鐘需由外部輸入。每通道的轉(zhuǎn)換需66到73個(gè)時(shí)鐘脈沖，大約100到110us。工作溫度范圍為-40℃到+85℃。功耗為15mW，輸入電壓范圍為0到5V，單一+5V電源供電。在ALE=l周期期間，模擬量的輸入地址(A，B，C)存入地址鎖存器；在ALE=O時(shí)，地址鎖存。輸入啟動(dòng)信號(hào)START的上升沿復(fù)位ADC08O9，它的下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換。EOC為輸出的轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，正在轉(zhuǎn)換時(shí)為0，轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)為1。OE為輸出允許控制端，在轉(zhuǎn)換完成后用來(lái)翻開輸出三態(tài)門，以便從ADC0809輸出這次轉(zhuǎn)換結(jié)果。2)AT89C52和ADCO809芯片的接口電路a.模數(shù)轉(zhuǎn)換接口電路該模數(shù)轉(zhuǎn)換電路模擬量輸入通道INO處為溫度傳感器的電信號(hào)輸入口，那么對(duì)應(yīng)地址線A，B，C都為0。經(jīng)過(guò)ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換完成后，轉(zhuǎn)換的數(shù)字量經(jīng)數(shù)據(jù)輸出線D7～D0直接與單片機(jī)的P0口相連。b.ADC0809的模擬通道選擇信號(hào)A，B，C分別接P2.4、P2.5和P2.6，而地址鎖存允許信號(hào)ALE由P2.7控制，那么模擬通道INO的地址為OFFFH。溫度信號(hào)經(jīng)過(guò)ADC0809轉(zhuǎn)換以后，實(shí)際上是把O～5V范圍內(nèi)變化的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為0～255范圍變化的數(shù)字量，分辨率為22mV左右，即數(shù)字量從一變化到二時(shí)，表示電壓上升22mV。A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字量數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理，而數(shù)據(jù)傳送的關(guān)鍵問題是如何確認(rèn)A/D轉(zhuǎn)換的完成，因?yàn)橹挥写_認(rèn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成后，才能進(jìn)行傳送。為此可采用下述3種方式:定時(shí)傳送方式:對(duì)于一種A/D轉(zhuǎn)換器來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)換時(shí)間作為一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是己知的和固定的。可據(jù)此設(shè)計(jì)一個(gè)延時(shí)子程序，轉(zhuǎn)換啟動(dòng)后即調(diào)用這個(gè)延時(shí)子程序，延遲時(shí)間一到，轉(zhuǎn)換肯定己經(jīng)完成了，接著就可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。查詢方式：A/D轉(zhuǎn)換芯片有說(shuō)明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查詢方式，測(cè)試EOC的狀態(tài)，即可確知傳換是否完成，并接著進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。中斷方式：把說(shuō)明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)(EOC)作為中斷請(qǐng)求信號(hào)，以中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。在本文中采用查詢方式，EOC通過(guò)三態(tài)輸出門接到單片機(jī)的上P2.0。EOC的轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)由P2.0控制與數(shù)據(jù)總線的P0.0相連。在查詢方式下，EOC的查詢地址為OFEFFH。4.4人機(jī)接口的設(shè)計(jì)一LED顯示和鍵盤LED顯示和簡(jiǎn)易鍵盤是汽車空調(diào)智能溫控系統(tǒng)的人機(jī)接口，車廂內(nèi)的測(cè)量溫度和設(shè)定溫度由LED顯示,通過(guò)鍵盤，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的“軟關(guān)機(jī)〞和恢復(fù)“正常運(yùn)行狀態(tài)〞，可以切換“自動(dòng)〞和“手動(dòng)〞工作模式。在“自動(dòng)模式〞下能夠通過(guò)輸入溫度設(shè)定值，實(shí)現(xiàn)車廂溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)；而在“手動(dòng)模式〞下可以直接改變混合風(fēng)的開度，實(shí)現(xiàn)車廂溫度的人工調(diào)節(jié)。用8255擴(kuò)展并行I/O接口構(gòu)成的鍵盤和四位七段LED顯示器接口電路。另外，接在P1.2上的指示燈L0工作于混合風(fēng)門的手動(dòng)控制的模式下，當(dāng)其發(fā)光時(shí)，表示風(fēng)門處于最大開度位置。4.4.18255和A589C52的硬件連接8255是一種可編程的并行I/O接口芯片，其內(nèi)部含有三個(gè)8位數(shù)據(jù)端口A、B、C，都可以選擇作為輸入或輸出。有A組和B組兩組控制電路，A組控制電路控制端口A和端口C的上半局部(PC7～PC4)；B組控制電路控制端口B和端口C的下半局部(PC3～PC0)。8255中的三個(gè)端口以及內(nèi)部的一個(gè)控制存放器，由A1、A0來(lái)加以選擇。另外，8255有三種工作方式:根本輸入/輸出方式(方式0)，這種方式下，A、B、C端口任何一個(gè)都可以作簡(jiǎn)單的輸入/輸出操作，不需要應(yīng)答聯(lián)絡(luò)信號(hào)；輸入/輸出方式(方式l)，端口A、B、C借助于C口一些引腳選通或應(yīng)答或聯(lián)絡(luò)信號(hào)；帶選通的雙向總線輸入/輸出方式(方式2)，此方式只適用A口，由PC3～PC7提供選通、聯(lián)絡(luò)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)總線數(shù)據(jù)的規(guī)化傳送。為了簡(jiǎn)化接口，且不必引入反應(yīng)閉環(huán)控制，故本文采用方式0工作。在此，單片機(jī)的P0口線既作地址線使用又作為數(shù)據(jù)線使用，具有雙重功能，因此需采用復(fù)用技術(shù)，對(duì)地址和數(shù)據(jù)進(jìn)行別離，為此在構(gòu)造地址總線時(shí)要增加一個(gè)8位鎖存器，本文采用的地址鎖存器是74LS373。首先由鎖存器暫存并為系統(tǒng)提供低8位地址，其后P0線就作為數(shù)據(jù)線使用。即AT89C52的P0口輸出的低8位地址增加74LS373后再與8255的AD0～AD7相接，地址鎖存用ALE在74LS373鎖存。其中，8255的端經(jīng)鎖存器接P0.7，A1、AO經(jīng)鎖存器接P0.1和P0.0。當(dāng)P2.7為低電平時(shí)，訪問8255的I/O口[8]。4.4.2LED顯示器1)LED的動(dòng)態(tài)顯示本文中控制系統(tǒng)的顯示器采用四位七段LED顯示器[7]，其中前兩位用于顯示溫度設(shè)定值，后兩位用于顯示溫度測(cè)量值。另外，LED顯示有動(dòng)態(tài)顯示和靜態(tài)顯示兩種顯示方式，其中靜態(tài)顯示方式的編程較容易，但占用口線資源較多。在本論文的設(shè)計(jì)中，四位七段LED顯示器采用動(dòng)態(tài)顯示方式。段選線接8255的PA口，位選線接8255PB口的PB0～PB3。由于各位的段選線并聯(lián)，段選碼的輸出對(duì)各位來(lái)說(shuō)都是相同的，在同一時(shí)刻，如果各位的位選線都處于選通狀態(tài)的話，四位LED將顯示同樣的字符；如果采用掃描顯示方式，在某一時(shí)刻，只讓某一位的位選線處于選通狀態(tài)，其他各位處于關(guān)閉狀態(tài)，同時(shí)在段選線上輸出該位要顯示的字符的字型碼，這樣在此時(shí)四位LED中只有選通的那一位顯示出字符，而其他三位是熄滅的。同樣在下一時(shí)刻只讓下一位處于選通狀態(tài)，其他的處于關(guān)閉狀態(tài)，同時(shí)段選線輸出該位要顯示字符的字型碼，在這一時(shí)刻只有選通的位有輸出。如此循環(huán)下去，就可以使各位顯示出要顯示的字符，雖然這些字符不是同時(shí)出現(xiàn)，但由于人的視覺留現(xiàn)象，只要各位的顯示間隔足夠短，那么會(huì)造成同時(shí)顯示的假象。2)LED顯示的驅(qū)動(dòng)技術(shù)LED顯示器的驅(qū)動(dòng)是一個(gè)重要的問題，驅(qū)動(dòng)能力不夠，顯示亮度就低，驅(qū)動(dòng)器長(zhǎng)期在超負(fù)荷下運(yùn)行那么容易損壞。對(duì)于靜態(tài)顯示,LED的驅(qū)動(dòng)較為簡(jiǎn)單，只要驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)能力與顯示的工作電流相匹配即可，而且只須考慮段的驅(qū)動(dòng)。動(dòng)態(tài)顯示那么不然，由于一位數(shù)據(jù)的顯示由段和位選信號(hào)共同完成的，必須同時(shí)考慮段和位的驅(qū)動(dòng)，段的驅(qū)動(dòng)能力決定了位的驅(qū)動(dòng)能力:當(dāng)段驅(qū)動(dòng)能力確定后，要考慮極端的情況，即該位中各個(gè)段全部點(diǎn)亮，那么位的驅(qū)動(dòng)電流為各段驅(qū)動(dòng)電流之和。選擇晶體三極管C9013為驅(qū)動(dòng)器，各個(gè)三極管工作于開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)段、位選通時(shí)，C9013的飽和壓降約為0.3V，LED的壓降近似為1.5V，取限流電阻60Ω，那么段的峰值電流為:(5－0.3－1.5－0.5)/60≈50mA，因顯示器為四位LED顯示，所以平均電流為50/4＝12.5mA，顯示器為七段，故位驅(qū)動(dòng)電流為50×7=350mA，滿足七段LED顯示的要求。4.4.3鍵盤工作原理簡(jiǎn)易鍵盤中的“UP〞鍵、“DOWN〞鍵和“AUTO〞鍵跨接在8255相應(yīng)的PC0～PC2線上，此時(shí)，8255的PC口為輸入。同時(shí)，3個(gè)按鍵的行線通過(guò)一個(gè)與門接到CUP的外部中斷引腳上，當(dāng)鍵盤上沒有鍵閉合時(shí)，列線都輸出高電平，引腳也為高電平。一旦鍵盤上有鍵閉合，引腳就變?yōu)榈碗娖?，向CUP發(fā)出中斷請(qǐng)求。再用軟件查詢的方法判別是否真的有鍵按下和確定是哪個(gè)鍵被按下。另外，系統(tǒng)的軟開關(guān)按鍵“ON/OFF〞鍵接AT89C52的P1.3引腳，按鍵在沒有閉合時(shí)，P1.3引腳處于高電平，該按鍵采用掃描查詢的工作方式，當(dāng)檢測(cè)到氏輸入為低電平時(shí)，系統(tǒng)會(huì)在“正常運(yùn)行模式〞和“軟關(guān)機(jī)模式〞之間切換。4.5串行存儲(chǔ)及系統(tǒng)監(jiān)控電路的設(shè)計(jì)4.5.1監(jiān)控芯片X25045功能介紹為提高單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力，采用帶看門狗定時(shí)器、帶上電復(fù)位和電源電壓監(jiān)控的電路成為一種趨勢(shì)。另外，在單片機(jī)系統(tǒng)中常常需要在線進(jìn)行某些參數(shù)的設(shè)置和修改，且掉電后數(shù)據(jù)保持不變，往往會(huì)用到串行EERPOM。Xicor公司生產(chǎn)的X25045芯片將看門狗定時(shí)器、上電復(fù)位、電源電壓監(jiān)控和串行EEPROM集成在一片8只引腳的芯片內(nèi)，與單片機(jī)的接口非常簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)硬件，提高了可靠性，降低了本錢和功耗，是組成單片機(jī)系統(tǒng)的理想器件之一[15]。1)功能簡(jiǎn)介看門狗X25045的看門狗定時(shí)器對(duì)單片機(jī)提供獨(dú)立的保護(hù)系統(tǒng)。該定時(shí)器共有20Oms、600ms、1.4s三種定時(shí)時(shí)間，可由用戶編程選擇。在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)，假設(shè)單片機(jī)沒有訪問X25045(即表示系統(tǒng)出現(xiàn)故障)，看門狗將輸出RESET信號(hào)，將其RESET輸出端置為高電平。延時(shí)約200ms后，RESTE端由高電平變?yōu)榈碗娖?，將單片機(jī)復(fù)位。電壓監(jiān)控上電時(shí)，電源電壓高于4.5V后，經(jīng)過(guò)約200ms的穩(wěn)定時(shí)間RESET信號(hào)由高電平變?yōu)榈碗娖?；掉電時(shí)，電源電壓低于4.5V時(shí)，RESTE信號(hào)立即變?yōu)楦唠娖街敝岭娫措妷夯謴?fù)穩(wěn)定為止。這樣就保證了單片機(jī)可靠復(fù)位以及電源電壓不穩(wěn)定時(shí)，單片機(jī)不會(huì)出現(xiàn)死機(jī)和誤動(dòng)作。X25045片內(nèi)帶64字節(jié)串行EEPROM，每個(gè)字節(jié)可擦寫10萬(wàn)次以上，數(shù)據(jù)可保存100年以上，具有可編程塊鎖定功能，用三總線串行1/0接口便可進(jìn)行讀寫操作2)工作原理X25045內(nèi)部有一個(gè)8位的指令存放器，單片機(jī)通過(guò)對(duì)指令存放器寫命令實(shí)現(xiàn)對(duì)X25045的操作。指令、地址和數(shù)據(jù)均以高位在前的方式串行傳送，EEPROM讀(READ)、寫(WRITE)命令中的第三位是EEPROM地址的高位A8，用于選擇器件的上半部或下半部。另外，X25045有一個(gè)8位的狀態(tài)存放器，它由RDSR和WRSR命令進(jìn)行讀寫WIP位為寫EEPROM忙位，是只讀位。WIP為“0〞,表示沒有進(jìn)行EEPROM寫操作，可以寫EEPROM操作，WIP為“1〞，表示正在進(jìn)行EEPROM寫操作，此時(shí)不能向EEPROM寫數(shù)據(jù)。WIP位由WRNE指令設(shè)定為1:在執(zhí)行WRDI操作，上電時(shí)，字節(jié)、頁(yè)或狀態(tài)存放器寫周期完成后，WIP腳變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，WPI復(fù)位為0。WEL是寫使能存放器狀態(tài)位，是只讀位。WEL由WREN指令置為1，由WRDI指令復(fù)位為0。當(dāng)WEL被復(fù)位為0時(shí)，EEPROM寫操作被禁止。BL0、BL1是EEPROM塊保護(hù)的地址選擇位。一旦某塊地址的內(nèi)容被保護(hù)，該塊的內(nèi)容就只能讀，不能寫新數(shù)據(jù)。WD0、WDI為看門狗定時(shí)器定時(shí)時(shí)間設(shè)定位。4.5.2X25045與單片機(jī)AT89C52的接口電路圖4.2是X25045與AT89C52的接口電路。Pl.7、Pl.6、P1.5、Pl.4分別接X25045的串行輸入、串行時(shí)鐘輸入、片選、串行輸出端，經(jīng)2K電阻接Vcc，按鍵S起手動(dòng)復(fù)位作用。圖4.2X25045與AT89C52的接口電路4.6混合風(fēng)門步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)根據(jù)PMM8713與SI-7300A組合的步進(jìn)電機(jī)的功率驅(qū)動(dòng)電路，設(shè)計(jì)出混合風(fēng)門四相步進(jìn)電機(jī)的功率驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。PMM8713采取單脈沖輸入、1-2相勵(lì)磁方式，DP控制端為SI-7300A的輸入電流I。調(diào)節(jié)端，可懸空或接高電平，接高電平時(shí)可適當(dāng)提高SI-7300A的輸出電流，在本應(yīng)用系統(tǒng)中懸空使用。PMM8713的時(shí)鐘脈沖輸入信號(hào)和旋轉(zhuǎn)方向控制信號(hào)由AT89C52的Pl.0和P1.1輸出，系統(tǒng)采用四相混合式步進(jìn)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電壓為直流24V[16]。4.6.1SI-73001功率驅(qū)動(dòng)原理SI-73001采用PWM恒流斬波的驅(qū)動(dòng)方式，是高性能步進(jìn)電機(jī)集成功率放大器，為單極性四相驅(qū)動(dòng)，能獲得很高的性能指標(biāo).步進(jìn)電機(jī)使用較高電壓電源，可使繞組電流幾乎階躍地上升到預(yù)定值，流過(guò)Rs的檢測(cè)電流去控制斬波控制電路關(guān)斷，繞組電路在續(xù)流回路(回路L、T2、Rs、Dl)中續(xù)流并下降，當(dāng)電流下降規(guī)定時(shí)間后(到達(dá)某一電流值)由脈沖電路產(chǎn)生脈沖至斬波控制電路使T，接通，如此反復(fù)控制，由T1反復(fù)開關(guān)繞組電流，進(jìn)行斬波控制，使電流平均值趨向于維持恒定。外接穩(wěn)壓二極管D1、D3用作鉗位保護(hù)和內(nèi)部集成續(xù)流回路(需外接檢測(cè)電阻Rs)以保護(hù)T1免受因T1的開關(guān)動(dòng)作引起的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)造成的尖峰電壓損害。4.6.2PMM8713的特點(diǎn)及其管教功能PMM8713是步進(jìn)電機(jī)脈沖分配器，采用DIP16封裝，適用于控制三相或四相步進(jìn)電機(jī)?？刂迫嗷蛩南嗖竭M(jìn)電機(jī)時(shí)，可以擇3種勵(lì)磁方式，每相最小灌入與拉出電流為20mA，滿足后級(jí)功率放大器的輸出要求，PMM8713在其所有輸入端子上內(nèi)嵌有施密特電路，噪聲容限大。由時(shí)鐘選通設(shè)定步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)脈沖的輸入方法。脈沖輸入方法有雙脈沖輸入法和單脈沖輸入法兩種。雙脈沖輸入法，CU、CD分別控制步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)脈沖；而單脈沖輸入法，CK脈沖輸入，正反轉(zhuǎn)方向由C/D的電位上下決定；鼓勵(lì)方式控制決定選擇何種勵(lì)磁方式(1相勵(lì)磁、2相勵(lì)磁、1-2相勵(lì)磁3種勵(lì)磁方式之一)，本文采用1-2相勵(lì)磁方式，故EA和EB都接高電平；鼓勵(lì)方式判斷用于檢測(cè)可逆環(huán)形計(jì)數(shù)產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)在選定的勵(lì)磁方式下的各項(xiàng)通斷的時(shí)序邏輯信號(hào)。PWM8713管腳功能如表4.1所示。表4.1PMM8713管腳功能管腳號(hào)符號(hào)功能1CU正轉(zhuǎn)時(shí)鐘輸入2CD反轉(zhuǎn)時(shí)鐘輸入3CK時(shí)鐘脈沖輸入4Ｃ/旋轉(zhuǎn)方向切換，0-反轉(zhuǎn)，1-正轉(zhuǎn)5EA勵(lì)磁模式切換00—2相；01、10—1相；11—1-2相6EB7ΦC3、4相切換0-3相；1-4相8Ess地9R復(fù)位14Em勵(lì)磁檢測(cè)15CO輸入脈沖檢測(cè)16VDD電源+4V～18V4.7串行通訊接口的設(shè)計(jì)串行口通訊是計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的重要方式，在工程中有著廣泛的應(yīng)用。本文采用普通PC機(jī)作為上位機(jī)，在VB平臺(tái)上開發(fā)空調(diào)車廂溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的熱力學(xué)模型，通過(guò)串口通訊的方式與單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，以測(cè)試本文研究設(shè)計(jì)的汽車空調(diào)智能溫度控制器的實(shí)際工作性能[17]。4.7.1串行數(shù)據(jù)通信概述1)串行數(shù)據(jù)傳送的特點(diǎn)數(shù)據(jù)傳送按位順序進(jìn)行，最少只需一根傳輸線即可完成，本錢低但速度慢。計(jì)算機(jī)與遠(yuǎn)程終端或終端與終端之間的數(shù)據(jù)傳送通常都采用串行方式。另外，串行數(shù)據(jù)傳送分為異步傳送和同步傳送兩種方式，本文使用異步傳送方式。2)異步串行通信異步串行數(shù)據(jù)通信是以字符為單位，即一次傳送一個(gè)字符。異步數(shù)據(jù)發(fā)送器先送出一個(gè)起始位，緊跟著具有一定格式的串行數(shù)據(jù)位和停止位。異步數(shù)據(jù)接收器首先接收起始位，同步它的時(shí)鐘，使之接近于發(fā)送器的頻率，然后使用同步時(shí)鐘接收位數(shù)據(jù)串。在接收過(guò)程中，接收時(shí)鐘與發(fā)送時(shí)鐘的匹配會(huì)有偏差，但這種偏差不會(huì)影響短時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)串接收的正確性。停止位通常被接收器用來(lái)判別接收過(guò)程中的某些錯(cuò)誤，例如串行數(shù)據(jù)的字節(jié)邊界錯(cuò)等。異步串行通信的字符包括起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位、停止位。從起始位到停止位結(jié)束的全部?jī)?nèi)容稱為一幀，它是一個(gè)字符的完整的通信格式。異步通信數(shù)據(jù)傳輸中，微機(jī)與其他設(shè)備之間必須有兩項(xiàng)規(guī)定:字符格式，即字符的編碼形式，奇偶校驗(yàn)形式，以及起始位和停止位的規(guī)定；波特率，即數(shù)據(jù)傳送速率的規(guī)定，用每秒傳送格式位的數(shù)目表示。3)RS-232總線RS-232被定義為一種在低速率串行通信中增加通信距離的單端標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)除包括物理指標(biāo)外，還包括說(shuō)明按位串行傳送的電氣標(biāo)準(zhǔn)。a.RS-232C電氣特性和數(shù)據(jù)傳送格式在電氣性能方面，RS-2320使用負(fù)邏輯。邏輯“1〞電平是在-5V到-15V范圍內(nèi)，邏輯“0〞電平+5V到+15V范圍內(nèi)。它要求RS-232C接收器必須能識(shí)別低到+3V的信號(hào)作為邏輯“0〞，識(shí)別高到-3V的信號(hào)作為邏輯“l(fā)〞，即有2V的噪聲容限。RS-232以位串行傳輸數(shù)據(jù)的格式，這是微機(jī)系統(tǒng)中最通用的格式。7位ASCⅡ碼數(shù)據(jù)的連續(xù)傳送由最低有效數(shù)字位開始，以奇偶校驗(yàn)位結(jié)束。b.RS-232C接口引腳的使用異步傳輸只要9只引腳就夠了，如果要采用同步那么需要25只引腳。在本文中采用9針的串行端口DB9，并使用一種有效而最簡(jiǎn)單的接法，僅僅用到DB9串口三只引腳就可以完成數(shù)據(jù)的收發(fā)，其中2腳RXD為數(shù)據(jù)接收腳，3腳TXD為數(shù)據(jù)發(fā)送腳，5腳GND為接地端。4.5.2單片機(jī)與PC機(jī)的串行接口及電路微機(jī)串口通常采用RS232電平，而單片機(jī)串口是TTL電平，二者不兼容。所以，接口必須做電平轉(zhuǎn)換處理。本文采用的是MAXMI公司的MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片。單片機(jī)串行口的TXD，RXD和GND經(jīng)電平轉(zhuǎn)換分別與微機(jī)的RXD，TXD和GS相連。MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片的第9，10引腳分別接單片機(jī)的10和11引腳。DB9串口的第2，3引腳分別接MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片的7，8引腳。通過(guò)MAX232的TTL電平和RS232的輸入/輸出端口，自動(dòng)地調(diào)節(jié)了單片機(jī)串口的TTL電平信號(hào)和RS232的串行通信信號(hào)的電平匹配[15]。4.5.3串行通訊的工作方式和波特率設(shè)置為了保證上位機(jī)與下位機(jī)的正常通信，單片機(jī)的波特率與PC機(jī)串口的波特率要相等，并且傳輸速率越低，傳送的誤碼越少。在本文中，由于對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高，故采用低波特率來(lái)減小誤碼率，本文采用的波特率為1200bit/s。單片機(jī)的串行工作方式有四種，本文采用串行工作方式l。即以10位為一幀的異步串行通信方式，共包括1個(gè)起始位，8個(gè)數(shù)據(jù)位和1個(gè)停止位。數(shù)據(jù)發(fā)送是由一條寫發(fā)送存放器(SBUF)的指令開始，隨后在串行口由硬件自動(dòng)參加起位和停止位，構(gòu)成一個(gè)完整的幀格式，然后在移位脈沖的作用下，由TDX端串行輸出。一個(gè)字符幀發(fā)送完后，使TXD輸出線維持在“l(fā)〞狀態(tài)下，并將串行控制存放器SCON的TI位置“1〞，通知CPU可以接著發(fā)送下一個(gè)字符。接收數(shù)據(jù)時(shí)，SCON的允許接收位RNE位應(yīng)處于允許接收狀態(tài)(REN=1)。在此前提下，串行口采樣RXD端，當(dāng)采樣到從“1〞向“0〞的狀態(tài)跳變時(shí)，就認(rèn)定是接收到起始位。隨后在移位脈沖的控制下，把接收到的數(shù)據(jù)位移入接收存放器中。直到停止位到來(lái)之后置位接收中斷標(biāo)志位RI，通知CUP從SBUF取走接收到的一個(gè)字符。5汽車空調(diào)智能溫控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)硬件電路設(shè)計(jì)完成之后，系統(tǒng)的主要功能將依賴于軟件程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)系統(tǒng)能否正?？煽康毓ぷ鳎擞布暮侠碓O(shè)計(jì)外，與功能完善的軟件設(shè)計(jì)是分不開的。5.1系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)概述由于匯編程序占用空間小，執(zhí)行效率高，而且具有可直接操作硬件資源和實(shí)時(shí)性強(qiáng)等特點(diǎn)，故在本次設(shè)計(jì)中，采用MCS-51匯編語(yǔ)言進(jìn)行程序編寫。本系統(tǒng)采用的是8位單片機(jī)AT89C52，其程序存儲(chǔ)器也只有8K，為了更充分地使用單片機(jī)的有限空間，在開發(fā)該系統(tǒng)軟件時(shí)使用中斷模式作為整個(gè)軟件的主線。汽車空調(diào)智能溫控系統(tǒng)的軟件程序是由主程序、外部中斷效勞程序、串行中斷效勞程序和定時(shí)器中斷效勞程序等組成。5.2系統(tǒng)軟件的工作模式汽車空調(diào)智能溫控系統(tǒng)的工作模式分為“正常運(yùn)行模式〞、“軟關(guān)機(jī)模式〞、“手動(dòng)控制模式〞和“自動(dòng)控制模式〞。系統(tǒng)上電時(shí)，軟件進(jìn)入上電自檢狀態(tài)，這時(shí)系統(tǒng)會(huì)首先從X25045讀入上次斷電前存入EEPROM的系統(tǒng)狀態(tài)信息，初始化各個(gè)中斷并恢復(fù)空調(diào)控制器到上次關(guān)機(jī)前狀態(tài)。經(jīng)過(guò)上電初始化，智能溫控系統(tǒng)會(huì)恢復(fù)到上次關(guān)機(jī)前的“正常運(yùn)行模式〞。此時(shí)，通過(guò)溫度調(diào)節(jié)按鍵可以設(shè)定需要的溫度值，溫度傳感器定時(shí)檢測(cè)車廂溫度，顯示器顯示溫度設(shè)定值和溫度測(cè)量值，混合風(fēng)門的開度會(huì)根據(jù)溫差和溫差變化自動(dòng)調(diào)節(jié)，溫控系統(tǒng)能夠與PC機(jī)通過(guò)串口通訊交換數(shù)據(jù)。按一下“ON/OFF〞鍵，可使溫控系統(tǒng)進(jìn)入“軟關(guān)機(jī)模式〞。此時(shí)，系統(tǒng)不能再進(jìn)行溫度檢測(cè)、溫度設(shè)定和串行通訊，顯示器熄滅，混合風(fēng)門步進(jìn)電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)，系統(tǒng)在關(guān)機(jī)前自動(dòng)把溫控系統(tǒng)的狀態(tài)信息(如混合風(fēng)門的開度位置，自動(dòng)控制模式下的溫度設(shè)定值或手動(dòng)控制模式下的風(fēng)門檔位值)保存到X25045的EEPROM中。如果再按一下“N0/OFF〞鍵，系統(tǒng)將恢復(fù)到“正常運(yùn)行模式〞。當(dāng)處于“手動(dòng)控制模式〞時(shí)，可以直接調(diào)節(jié)混合風(fēng)門開度檔位(由全制冷到全加熱分為5檔)。當(dāng)處于“自動(dòng)控制模式〞時(shí)，智能溫控系統(tǒng)根據(jù)溫度設(shè)定值與測(cè)量值的偏差自動(dòng)調(diào)節(jié)混合風(fēng)門的開度，使車廂溫度能滿足乘客期望的舒適度要求。5.3系統(tǒng)軟件的模塊化編程本控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用模塊化形式編寫，模塊化編程是一種軟件設(shè)計(jì)方法，各模塊程序分別編寫，編譯和調(diào)試，最后把各模塊一起連接/定位。模塊化編程具有以下優(yōu)點(diǎn):l)開發(fā)周期短；2)當(dāng)同類的需求較多時(shí)，可以把程序放入庫(kù)中以備以后使用；3)有利于軟件的可示化；4)有利于軟硬件的聯(lián)調(diào)；5)使得要解決的問題與待定模塊別離，很容易找到出錯(cuò)的模塊，大大簡(jiǎn)化了調(diào)試。根據(jù)智能溫度控制器的功能需要，整個(gè)系統(tǒng)大概可以分為6個(gè)功能模塊，包括主程序模塊、按鍵掃描處理子程序模塊、FUZZY控制系統(tǒng)算法子程序模塊、溫度信號(hào)采集子程序模塊、模糊控制子程序模塊、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制子程序模塊[18]。5.3.1主程序模塊主程序模塊的內(nèi)容包括系統(tǒng)初始化，溫度設(shè)定值與測(cè)量值的顯示，正常工作模式與軟關(guān)機(jī)模式的切換，X25045的EEPROM讀寫等。其中系統(tǒng)初始化的對(duì)象包括堆棧指針SP的初值，風(fēng)門步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)步數(shù)△u(k)的初值，X25045的狀態(tài)存放器，8255的狀態(tài)存放器及控制存放器，各個(gè)定時(shí)器的工作方式及定時(shí)常數(shù)，串行工作方式和波特率等。下面分別給出主程序模塊流程圖和其中的顯示程序流程圖。主程序流程圖如圖5.1所示，其中F0用于存放LED顯示器的開關(guān)狀態(tài)。系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化從X25045的EEPROM中調(diào)入保存的數(shù)據(jù)顯示溫度測(cè)量值y(k)和溫度設(shè)定值r(k)復(fù)位看門狗ON/OFF鍵按下？串行通訊子程序改變F0狀態(tài)F0=1?關(guān)閉顯示關(guān)閉中斷允許總控制位EA開顯示開中斷允許總控制位EA保存數(shù)據(jù)到X25045的EEPROM從X25045的EEPROM中調(diào)入保存的數(shù)據(jù)接收到握手信號(hào)？YNNYNY開始圖5.1主程序流程圖顯示程序包含在主程序中，采用軟件定時(shí)動(dòng)態(tài)掃描方法，每隔1毫秒刷新一位LED顯示。系統(tǒng)的顯示內(nèi)容包括兩位溫度設(shè)定值和兩位溫度測(cè)量值，流程圖如圖5.2所示。根據(jù)硬件原理圖的設(shè)計(jì)，LED顯示器采用8255的PA口作為段選碼，PB0和PB1是溫度設(shè)定值的十位和個(gè)位的位選碼，PB2和PB3是溫度測(cè)量值的十位和個(gè)位的位選碼。8255的DO～D7接AT89C52的PO口，AO、Al經(jīng)74LS373接P0.0和P0.1，CS經(jīng)74LS373接P0.7。所以8255的地址編碼為:命令狀態(tài)口--FF7FH，AP口--FF7CH，BP口--FF7DH，PC口--FF7EH。設(shè)定8255的PA口和PB口為輸出口，PC口為輸入口，故命令控制字為89H。采用動(dòng)態(tài)顯示方式，即某一時(shí)刻只讓某一位處于選通狀態(tài)，同時(shí)在段選線上輸出要顯示的字形碼。8255初始化8255初始化置段、位選碼初值位選碼送PB口查段選碼表段選碼送PA口延時(shí)1ms指向下一指示單元元各位顯示完畢？NY返回返回圖5.2顯示程序流程圖5.3.2按鍵掃描處理子程序模塊1)按鍵掃描程序按鍵掃描程序的功能包括以下3個(gè)方面的內(nèi)容:a.判別鍵盤上有無(wú)鍵閉合。判別方法為外部中斷申請(qǐng)輸入端，有沒有向CPU發(fā)送中斷請(qǐng)求。假設(shè)有，進(jìn)入中斷效勞子程序，即鍵盤上有鍵處于閉合狀態(tài)。b.去除鍵的機(jī)械抖動(dòng)。掃描鍵盤中斷效勞程序里除了要識(shí)別閉合鍵的鍵號(hào)外，還要排除鍵抖動(dòng)引起的誤操作，以及防止對(duì)同一個(gè)鍵的一次閉合作多重處理的錯(cuò)誤。按鍵消抖措施分硬件和軟件兩種，本系統(tǒng)采用軟件消抖措施，方法為判別到鍵盤上有鍵閉合后，延遲10ms，再判別鍵盤的狀態(tài)，假設(shè)仍然有鍵閉合，那么認(rèn)為鍵盤上有一個(gè)鍵處于穩(wěn)定的閉合狀態(tài)，否那么就認(rèn)為是鍵的抖動(dòng)。c.判別閉合鍵的鍵號(hào)