基于單片機的汽車空調(diào)控制器設(shè)計

王漢斯

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

基于單片機的汽車空調(diào)控制器設(shè)計

王漢斯

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

本文基于單片機系統(tǒng)，設(shè)計了一款空調(diào)控制器，對空調(diào)控制器的原理及開發(fā)方案進(jìn)行分析和說明。該空調(diào)控制器在使用中穩(wěn)定、可靠，可以應(yīng)用在多款車型中。

空調(diào)控制器；單片機；電路

CLC NO.: U463.6 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)06-30-03

前言

汽車空調(diào)系統(tǒng)作為滿足汽車舒適性要求的重要系統(tǒng)，正隨著人們對汽車舒適性要求的不斷提高而改進(jìn)和升級，特別是汽車自動空調(diào)的普及，對空調(diào)控制器的設(shè)計要求也就越來越高。同時為了減少汽車線束量，簡化系統(tǒng)復(fù)雜度，也在空調(diào)控制器中加入了CAN和LIN通信。本文介紹的空調(diào)控制器與發(fā)動機ECU及車身控制器進(jìn)行CAN通信，并通過LIN控制風(fēng)門電機，系統(tǒng)穩(wěn)定，控制精準(zhǔn)，保證車內(nèi)溫度準(zhǔn)確達(dá)到乘員要求。

1、空調(diào)控制器主要功能

本款汽車空調(diào)控制器根據(jù)采集到的溫度信息，結(jié)合壓縮機及鼓風(fēng)機狀態(tài)等信息自動控制風(fēng)門位置，使車內(nèi)溫度快速達(dá)到并穩(wěn)定在乘客設(shè)定的溫度。具體可實現(xiàn)功能有：制冷、制熱、除霜、除霧自動控制功能；調(diào)節(jié)設(shè)定溫度，可設(shè)定范圍為17℃～32℃；7級風(fēng)量控制；最大制冷、最大制熱功能；自檢功能。

2、控制器硬件設(shè)計

2.1 微處理器與CAN總線物理接口

該空調(diào)控制器選用了單片機MB96F693，此款單片機集成CAN控制器，可實現(xiàn)單路CAN通信，支持硬件LIN協(xié)議和PWM診斷功能。

CAN通信是由CAN控制器和CAN收發(fā)器組合實現(xiàn)的，本系統(tǒng)采用一款高速CAN收發(fā)器TJA1042為CAN控制器提供差動發(fā)送和接收功能，傳輸速率可以達(dá)到1Mbit/s。TJA1042具有極低的電磁輻射特性和超強的抗電磁干擾性能，支持可總線喚醒的低功耗模式。

自動空調(diào)控制器通過CAN通信實現(xiàn)與汽車其他電氣部件的通信，將溫度信息、壓縮機請求信號、鼓風(fēng)機狀態(tài)等信息傳遞給發(fā)動機電子控制單元以及其他需要這些信息的部件。控制系統(tǒng)的硬件組成圖如圖1所示。

2.2 電源電路

空調(diào)控制器電源電路在設(shè)計時通過電感的增加防電磁干擾，通過二極管防止反向電源對控制器造成不良影響。蓄電池+12V電源通過電源芯片TLE42744，為微控制器、傳感器等提供+5V電源。V1主要供給MCU，V2做為板內(nèi)其他部件的+5V電源，當(dāng)IGN.2上電，單片機檢測到IC_IGN.2 in有輸入時，IC_V2腳輸出高電平控制三極管導(dǎo)通，從而使得MOS管Q3導(dǎo)通，V2有+5V電壓輸出。當(dāng)IGN.2沒有上電時，V2則無輸出，這樣的設(shè)計可以最大限度地減少靜態(tài)電流。

為避免板外的+5V對地短路，燒壞電路板，因此通過運放對板內(nèi)+5V與板外+5V進(jìn)行隔離處理。

2.3 溫度采集電路

單片機通過溫度采集電路采集車外溫度傳感器、車內(nèi)溫度傳感器、蒸發(fā)器溫度傳感器的模擬量信號，這些信號將參與空調(diào)自動控制，同時車外溫度將在顯示屏上顯示出來。由于單片機本身帶有A/D轉(zhuǎn)換電路，因此不需要額外增加芯片就可以實現(xiàn)電壓的采集。溫度采集電路的原理主要是利用一個高精度電阻和溫度傳感器構(gòu)成分壓電路，并通過電容濾波。

2.4 風(fēng)門電機控制

該系統(tǒng)中模式風(fēng)門、溫度風(fēng)門和內(nèi)外循環(huán)風(fēng)門電機選用的是一種工作電壓為12V，額定功率為2.5W的直流電機，為了減少線束量，風(fēng)門電機通過LIN線與空調(diào)控制器進(jìn)行通信。

本系統(tǒng)中的LIN通信基于LIN1.2協(xié)議，空調(diào)控制器選用TJA1021T作為LIN收發(fā)器，風(fēng)門電機選用TB9056FNG作為伺服電機驅(qū)動器。

2.5 鼓風(fēng)機控制

鼓風(fēng)機采用PWM控制，實現(xiàn)7檔風(fēng)量控制，PWM頻率為（25±1）Hz。為了保證系統(tǒng)運行安全，該系統(tǒng)采用了一個帶有短路保護(hù)和溫度保護(hù)的風(fēng)機控制器，該風(fēng)機控制器主要由帶電子器件和功率MOS管的PCB板和散熱器組成。如果電機的供電線路短路，通過限溫和限流來保護(hù)風(fēng)機控制器。一旦電機的供電線短路，電流就會被限制在“短路電流”值。當(dāng)功耗產(chǎn)生的溫度超過最大散熱器溫度時，風(fēng)機控制器就被斷開關(guān)閉。當(dāng)溫度下降到最大散熱器溫度以下時，風(fēng)機控制器就會被打開。

3、控制器軟件設(shè)計

3.1 接口電路匹配

該系統(tǒng)的軟件主要由主程序、初始化程序、及各功能子程序構(gòu)成，程序設(shè)計采用模塊化的設(shè)計原則，空調(diào)系統(tǒng)中各部件的功能通過單獨的子程序?qū)崿F(xiàn)，主程序采用循環(huán)查詢的方式實現(xiàn)子程序的調(diào)用。

控制器初始化后首先檢測空調(diào)控制器在開啟前是否斷電，如果已完全斷電，則控制器進(jìn)入設(shè)定的初始狀態(tài)：空調(diào)開啟，為自動控制狀態(tài)，溫度設(shè)定為25℃。如果未完全斷電，則進(jìn)行空調(diào)系統(tǒng)狀態(tài)的讀取，空調(diào)恢復(fù)到系統(tǒng)關(guān)閉前的狀態(tài)，風(fēng)量、模式、溫度等均與系統(tǒng)關(guān)閉前相同。

空調(diào)控制器狀態(tài)確定后檢測按鍵、旋鈕是否有狀態(tài)的改變，如改變則執(zhí)行相應(yīng)的功能子程序，再進(jìn)行空調(diào)狀態(tài)的顯示。如按鍵、旋鈕狀態(tài)未改變，則空調(diào)顯示內(nèi)容不變。

4、總結(jié)

該空調(diào)控制器基于單片機進(jìn)行設(shè)計，結(jié)合CAN和LIN的應(yīng)用，最大限度地利用單片機，使空調(diào)控制更為智能化，控制精準(zhǔn)可靠。目前已應(yīng)用在某車型中，設(shè)計能夠達(dá)到使用要求。

[1] 梁仁建.汽車空調(diào)原理與維修.2010,(12)：4-5.

圖3所示的Print_Log也是默認(rèn)打開，并且Log_Save_Path也可設(shè)置路徑。即使在觸摸異?；蛘唢@示異常等不支持人為選擇的情況下，該調(diào)試工具也能夠根據(jù)內(nèi)置配置文件的累計計數(shù)來實現(xiàn)規(guī)律性操作導(dǎo)航產(chǎn)品的調(diào)試開關(guān)和操作模式，并默認(rèn)打印log到當(dāng)前路徑，方便實用，穩(wěn)定性高。

4、結(jié)論

本調(diào)試工具基于穩(wěn)定的系統(tǒng)平臺，并具有方便簡潔的操作界面，同時在工作原理設(shè)計中支持觸摸異常和顯示異常等特殊情況，實際應(yīng)用表明本測試工具操作簡便、節(jié)約成本、提高導(dǎo)航產(chǎn)品研發(fā)和售后的效率，達(dá)到了設(shè)計要求。

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Design of Automotive Air Conditioning Controller Based On MCU

Wang Hansi
（Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601）

The paper states an air conditioning controller which is based on singlechip, principle and development program are analyzed and researched. The function of air conditioning controller is stable and reliable, it can be used in different kinds of cars.

air conditioning; controller; singlechip; circuit

U463.6

A

1671-7988(2015)06-30-03

王漢斯，就職于安徽江淮汽車股份有限公司，助理工程師，從事汽車空調(diào)系統(tǒng)研究和空調(diào)控制器開發(fā)、設(shè)計工作。