汽車空調系統硬件設計范文
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《機電技術雜志》2014年第二期
1硬件電路設計
1.1處理器處理器選用TI公司具有超低功耗特性的功能強大的16位MSP430F149單片機，其集成有120kB的FlashMemory和10kB的RAM；集成了定時器、模擬比較器、多功能串行接口、LCD驅動器、16位ADC、12位DAC、看門狗定時器、I/O端口等模塊；處理器還集成有CAN網絡通信模塊，方便電動汽車空調系統與整車控制系統及車載網絡系統的通信；通過高效率的精簡16位指令結構可以確保任何任務的快速執行，大多數指令可以在一個時鐘周期內完成。時鐘芯片采用的是Philips公司的低功耗實時時鐘芯片PCF8563，它具有1.0~5.5V的大工作電壓范圍，工作電流僅為0.25μA（VCC=3.0V，250C）左右。整個微處理系統性能穩定、可靠性高、超低功耗，具有很強的實用性。
1.2電源設計電源的可靠性和穩定性是影響空調系統控制器穩定工作的重要因素。由于汽車上各種電氣設備很多，各種開關、繼電器等動作頻繁，造成的電干擾很大，記錄儀的工作環境比較惡劣。電動汽車空調系統直接引用車載電源，考慮電源電壓波動比較大，為提高電源效率、增加電源可靠性，先采用寬壓電源模塊DC/DC變換器將車載12~24V直流電變換成5V直流電源，提供給內部電路。本系統采用輸入電壓在（3～40V）的MC34063A單片式DC/DC變換器，該器件內部包括具有溫度補償的基準電源、比較器、可控占空比振蕩器（含有限流電路）、驅動器和大電流輸出開關，完全能保證記錄儀在汽車惡劣的環境下長期穩定工作，電源穩壓部分電路見圖3所示。
1.3復位電路設計在系統中，復位電路主要完成系統的上電復位和系統在運行時用戶的按鍵復位功能。本系統采用較簡單的RC電路，經使用證明，其復位邏輯是可靠的，其中兩級非門電路用于按鈕去抖動和波形整形，通過調整限流電阻和濾波電容的參數，可調整復位狀態的時間。
1.4數據采集
1.4.1A/D信號采樣電路設計系統采用了5路溫度傳感器，分別采樣蒸發器表面溫度、車外溫度、車內溫度、車內濕度及光照強度，還包括1路用戶溫度調節信號輸入A/D采樣電路。MSP430處理器利用傳感器把溫度信號經過12位的模/數轉換模塊（ADC）轉換成數字量，其分辨率為滿刻度的0.0245%，即一個5V滿刻度的12位ADC模塊能夠分辨輸入電壓變化的最小值約為1.2mV，采集精度較高，完全滿足汽車空調系統需要。溫度傳感器采用負溫度系數熱敏電阻和1個高精度電阻分壓即可。另外，在單片機的A/D口串接一個電阻，并接一個到地的濾波電容，增加抗干擾能力。
1.4.2開關信號采集電路設計空調系統開關信號輸入主要包括空調A/C開關、出風口模式選擇、混合風門控制、鼓風機檔位調節等共計13個開關量信號，每一路信號的狀態發生變化時，均需要能夠及時檢測到，為了減輕處理器的頻繁查詢負擔，本系統接入可編程多路開關檢測接口集成電路MC33993。
1.4.3網絡通訊設計空調系統處理器集成了CAN網絡通信模塊，包括CAN網控制器和收發器，通過車載網絡實時與整車控制系統和儀表LCD顯示系統進行通信，故無需擴展外圍電路即可與整車控制系統及儀表顯示實現信息共享。
1.5驅動電路設計
1.5.1電動壓縮機驅動電路設計電動壓縮機通過MSP430的I/O口輸出PWM波的極性，在TLP521-1的輸出端接反相器74HC14后再送給電機驅動芯片L298的使能輸入端ENA來控制電機的轉速。L298的兩個輸出與電機的兩端相連，同時要在電機的兩端連接4個續流二極管，以免在電機反轉和停止時電機內產生強大的沖擊電流燒壞電機。電動壓縮機驅動電路如圖4所示。
1.5.2風門電機驅動電路設計汽車空調混合風門、出風口模式選擇風門，其風門位置都由微型步進電機配一個減速器來控制，使風門克服風阻保持特定位置狀態。步進電機是4相繞組的，每相繞組采用IRF840場效應管控制，其柵極接MSP430單片機的I/O口，由I/O口發出的方波脈沖控制電機每相繞組的通斷，4相步進電機工作在單4拍方式，以ABCD通電換相順序可得步進電機正傳，反之以DCBA反相通電可得步進電機反轉。
1.5.3鼓風機驅動電路設計鼓風機速度調節也由MSP430的I/O口輸出PWM波來控制，當調節風速旋鈕，調速模塊向單片機輸入0~5V的經分壓的模擬信號，單片機通過程序控制PWM輸出來改變風速的大小。
2結束語
綜合以上設計，印制了電路板并形成產品，編寫相應控制程序。在以東南菱帥改裝的純電動汽車上實驗驗證，結果表明，該電動汽車空調系統控制器結構簡單、操縱容易、安全性能好、安裝方便，很好地實現了汽車空調控制器對空調溫度、出風模式選擇、電機調速等的控制，極大改善了乘車環境。
作者：王麟珠蘇慶列單位：福建船政交通職業學院