单片机的一体式直流车载空调控制器的设计【字数：12061】
摘 要随着社会的进步和经济的不断发展，物流行业逐渐兴起，物流货车也逐渐扩大使用。而物流货车车载空调，是调节车内温度的重要部分，是保证舒适驾驶环境的重要手段。本设计以STM32F103系列单片机为控制核心，通过温度传感器来采集温度并通过A/D转换输送到单片机，经过调节后，得到相应的输出电压，来控制无刷直流电机的转速，以达到调节温度的作用。本设计主要研究的内容如下（1）通过温度传感器检测内环境温度、外环境温度、内出风口温度、吸气温度、排气温度以及盘管温度，经过A/D转换模块传输到单片机；（2）将内环境温度与输入的设置温度进行做差处理，不同的差值对应不同的电机转速，并通过调节PWM波的占空比来控制电机转速；（3）当制冷系统正常运行时，如果排气温度过高，需要强制降低电机转速，待排气温度正常后，可以继续进行转速调节。
目 录
1．绪论 1
1.1 课题的背景和意义 1
1.2 发展现状及研究概况 2
1.3 本文的主要工作和内容安排 3
2．系统的总体设计 4
2.1 系统的结构框图 4
2.2 系统的工作流程 5
2.3 方案选择 6
2.3.1 STM32F103的特点 6
2.3.2 电机的选型 6
2.3.3 温度传感器的选型 7
2.3.4 节流装置的选型 8
2.3.5 PC817简介 8
3．制冷系统的硬件设计 9
3.1 STM32F103最小系统的设计 9
3.1.1 STM32F103单片机简介 9
3.1.2 STM32F103最小系统 9
3.2系统的设计 9
3.2.1电源模块设计 9
3.2.2 温度检测模块设计 11
3.2.3 电机驱动电路设计 12
3.2.4 温度显示模块设计 13
3.2.5 按键输入模块设计 14
4．制冷系统的软件设计 15
4.1 编程软件的简介 15
4.2系统初始化的软件设计 15
4.3 温度检测模块软件设计 17
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
4.4电机调速的软件设计 18
5．运行结果及分析 22
5.1 系统运行 22
5.2 结果分析 24
6．总结与展望 25
6.1 总结 25
6.2 对环境及社会可持续发展的影响 25
参考文献 27
致谢 28
附录一 29
附录二 30
1．绪论
1.1 课题的背景和意义
随着经济的不断发展，人们的生活水平显著提高，对于生活质量的要求也在不断提高，这激起了物流行业的兴起，物流货车逐渐开始广泛应用。而合适的车内温度，可以使人身心舒适，减少疲劳，让人们在驾驶汽车的同时，适当的减少疲劳程度，提供舒适的驾驶和乘坐环境，也充分有利于安全驾驶。车载空调制冷系统已然成为汽车不可或缺的一部分。本课题设计的就是物流货车所装载的基于单片机的一体式直流空调控制器。
从驱动方式来看，车载空调可以大致分为两种：独立式与非独立式。顾名思义，独立式车载空调，采用一个独立的电机来驱动空调压缩机的运转，因此，独立式车载空调往往有强大而稳定的制冷能力，且制冷能力不受到汽车发动机的影响。但同时，因为额外加装了一台电机，占用了较大的空间并增加了汽车的重量，使汽车的能耗也大大提高，因此几乎只在一些大型车辆上才会采用独立式车载空调来保证制冷能力。而非独立式车载空调依靠汽车发动机驱动空调压缩机运转，这种驱动方式的优点主要是减少了占用空间和汽车重量，易于维护。但由于发动机部分动力消耗在驱动空调压缩机上，导致汽车性能会有所影响；同时，因为汽车车速的改变，空调压缩机的制冷效率也会收到影响，在汽车发动机运作高峰时，空调压缩机明显效率较低，故稳定性较差，这种驱动方式的车载空调主要就用于家用汽车上。物流货车作为运送货物的载具，对发动机性能有较高的要求，不允许同时驱动制冷系统的压缩机，以免影响汽车功率，且货车相对于家用汽车来说，可用空间尚且足够，故为独立式空调，独立的驱动电机采用车载蓄电池供电，既保证了货车行驶的功率，又保证了制冷系统的稳定。
车载空调的电机选用，也一直随着科技发展不断改变。之前甚至现在市面上的车，部分还是使用有刷直流电机，有刷直流电机采用电刷换向器进行换向，虽然具有调速性能好、运行效率高等诸多优点，但同时它也存在许多缺点：成本高、寿命短，维护困难且噪声较大。发展至今，在车载空调电机的选用上，有刷直流电机逐渐被无刷直流电机所替代。无刷直流电机通过霍尔传感器把转子位置反馈回控制电路，使其能够得到电机相位换向的准确时间。由于无刷直流电机没有电刷，故也没有相关接口，因此更加干净，维护也更加方便，噪声也相比小了许多，寿命更长。同时，无刷直流电机还具有重量轻、体积小等优点，这对于车载空调本就不太大的可占用空间来说，无疑是异常关键。因此，选用无刷直流电机作为车载空调的电机，不仅具有理论意义，还具有相当的现实意义。同时，因车载空调安装在汽车上时，可能会有颠簸等状况，需要考虑其防震的能力。
车载空调系统的核心是单片机控制系统。单片机于1971年诞生，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段，早期的SCM单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8051，此后在8051上发展出了MCS51系列MCU系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，随着20世纪90年代消费电子产品的发展，MCU技术得到了极大的改进和提高。INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，使32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位并且进入主流市场。单片机的存储器ROM和RAM是严格区分的，ROM是程序存储器，只存放程序、固定常数和数据表格，而RAM则称作数据存储器，用作工作区并存放用户数据；单片机采用面向控制的指令系统；单片机的I/O口通常是多功能的；单片机的外部扩展能力强；单片机体积小，成本低，运用灵活，易于产品化；单片机面向控制，能有针对性地解决从简单到复杂的各类控制任务，因而能获得最佳的性能价格比；抗干扰能力强，适用温度范围宽；可以方便地实现多机和分布式控制，大大提高了整个系统的效率以及可靠性。种种优点都体现出了单片机强大的能力：小巧、成本低、功能多、节能、工作范围广、可靠性高等。因此，研究单片机控制的车载空调制冷系统有重大的现实意义。
目 录
1．绪论 1
1.1 课题的背景和意义 1
1.2 发展现状及研究概况 2
1.3 本文的主要工作和内容安排 3
2．系统的总体设计 4
2.1 系统的结构框图 4
2.2 系统的工作流程 5
2.3 方案选择 6
2.3.1 STM32F103的特点 6
2.3.2 电机的选型 6
2.3.3 温度传感器的选型 7
2.3.4 节流装置的选型 8
2.3.5 PC817简介 8
3．制冷系统的硬件设计 9
3.1 STM32F103最小系统的设计 9
3.1.1 STM32F103单片机简介 9
3.1.2 STM32F103最小系统 9
3.2系统的设计 9
3.2.1电源模块设计 9
3.2.2 温度检测模块设计 11
3.2.3 电机驱动电路设计 12
3.2.4 温度显示模块设计 13
3.2.5 按键输入模块设计 14
4．制冷系统的软件设计 15
4.1 编程软件的简介 15
4.2系统初始化的软件设计 15
4.3 温度检测模块软件设计 17
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
4.4电机调速的软件设计 18
5．运行结果及分析 22
5.1 系统运行 22
5.2 结果分析 24
6．总结与展望 25
6.1 总结 25
6.2 对环境及社会可持续发展的影响 25
参考文献 27
致谢 28
附录一 29
附录二 30
1．绪论
1.1 课题的背景和意义
随着经济的不断发展，人们的生活水平显著提高，对于生活质量的要求也在不断提高，这激起了物流行业的兴起，物流货车逐渐开始广泛应用。而合适的车内温度，可以使人身心舒适，减少疲劳，让人们在驾驶汽车的同时，适当的减少疲劳程度，提供舒适的驾驶和乘坐环境，也充分有利于安全驾驶。车载空调制冷系统已然成为汽车不可或缺的一部分。本课题设计的就是物流货车所装载的基于单片机的一体式直流空调控制器。
从驱动方式来看，车载空调可以大致分为两种：独立式与非独立式。顾名思义，独立式车载空调，采用一个独立的电机来驱动空调压缩机的运转，因此，独立式车载空调往往有强大而稳定的制冷能力，且制冷能力不受到汽车发动机的影响。但同时，因为额外加装了一台电机，占用了较大的空间并增加了汽车的重量，使汽车的能耗也大大提高，因此几乎只在一些大型车辆上才会采用独立式车载空调来保证制冷能力。而非独立式车载空调依靠汽车发动机驱动空调压缩机运转，这种驱动方式的优点主要是减少了占用空间和汽车重量，易于维护。但由于发动机部分动力消耗在驱动空调压缩机上，导致汽车性能会有所影响；同时，因为汽车车速的改变，空调压缩机的制冷效率也会收到影响，在汽车发动机运作高峰时，空调压缩机明显效率较低，故稳定性较差，这种驱动方式的车载空调主要就用于家用汽车上。物流货车作为运送货物的载具，对发动机性能有较高的要求，不允许同时驱动制冷系统的压缩机，以免影响汽车功率，且货车相对于家用汽车来说，可用空间尚且足够，故为独立式空调，独立的驱动电机采用车载蓄电池供电，既保证了货车行驶的功率，又保证了制冷系统的稳定。
车载空调的电机选用，也一直随着科技发展不断改变。之前甚至现在市面上的车，部分还是使用有刷直流电机，有刷直流电机采用电刷换向器进行换向，虽然具有调速性能好、运行效率高等诸多优点，但同时它也存在许多缺点：成本高、寿命短，维护困难且噪声较大。发展至今，在车载空调电机的选用上，有刷直流电机逐渐被无刷直流电机所替代。无刷直流电机通过霍尔传感器把转子位置反馈回控制电路，使其能够得到电机相位换向的准确时间。由于无刷直流电机没有电刷，故也没有相关接口，因此更加干净，维护也更加方便，噪声也相比小了许多，寿命更长。同时，无刷直流电机还具有重量轻、体积小等优点，这对于车载空调本就不太大的可占用空间来说，无疑是异常关键。因此，选用无刷直流电机作为车载空调的电机，不仅具有理论意义，还具有相当的现实意义。同时，因车载空调安装在汽车上时，可能会有颠簸等状况，需要考虑其防震的能力。
车载空调系统的核心是单片机控制系统。单片机于1971年诞生，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段，早期的SCM单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8051，此后在8051上发展出了MCS51系列MCU系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，随着20世纪90年代消费电子产品的发展，MCU技术得到了极大的改进和提高。INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，使32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位并且进入主流市场。单片机的存储器ROM和RAM是严格区分的，ROM是程序存储器，只存放程序、固定常数和数据表格，而RAM则称作数据存储器，用作工作区并存放用户数据；单片机采用面向控制的指令系统；单片机的I/O口通常是多功能的；单片机的外部扩展能力强；单片机体积小，成本低，运用灵活，易于产品化；单片机面向控制，能有针对性地解决从简单到复杂的各类控制任务，因而能获得最佳的性能价格比；抗干扰能力强，适用温度范围宽；可以方便地实现多机和分布式控制，大大提高了整个系统的效率以及可靠性。种种优点都体现出了单片机强大的能力：小巧、成本低、功能多、节能、工作范围广、可靠性高等。因此，研究单片机控制的车载空调制冷系统有重大的现实意义。
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