摘 要： 設(shè)計(jì)了一種新型汽車空調(diào)節(jié)能控制器。通過檢測(cè)汽車行駛時(shí)的不同車況，準(zhǔn)確有效地控制汽車空調(diào)器壓縮機(jī)的接通或斷開，可以相對(duì)提升汽車的加速功率，把汽車減速時(shí)耗掉的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成空調(diào)器的制冷能。與傳統(tǒng)汽車空調(diào)控制器相比，達(dá)到了節(jié)能改良目的。
關(guān)鍵詞： 汽車空調(diào)；ADXL202加速度傳感器；DS18B20集成溫度傳感器；STC12C5410AD單片機(jī)；A/D轉(zhuǎn)換
安全、節(jié)能、環(huán)保和智能已經(jīng)成為汽車發(fā)展四個(gè)永恒的主題[1]。空調(diào)器已成為汽車不可缺少的裝置，然而汽車發(fā)動(dòng)機(jī)作為空調(diào)器的主要原動(dòng)力，在行駛中空調(diào)器工作的同時(shí)必然消耗汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的部分功率，因而增加了發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷，顯然對(duì)汽車的加速、油耗性能有影響。當(dāng)空調(diào)器的消耗功率相對(duì)于汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)的有效輸出功率較大時(shí)，空調(diào)器使用中對(duì)汽車的加速性能就有比較顯著的影響[2]。當(dāng)汽車處于長(zhǎng)時(shí)間爬坡而且坡度較大時(shí)，有經(jīng)驗(yàn)的駕駛員往往先把空調(diào)器關(guān)掉以減輕發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷。
傳統(tǒng)中低檔次汽車空調(diào)器的溫度控制方法是依靠簡(jiǎn)單的檢測(cè)蒸發(fā)器的溫度以控制壓縮機(jī)的起、停來達(dá)到控制車室溫度的目的。由于汽車行駛過程中車室冷空氣流失或者經(jīng)常性地停車無法避免車門頻繁打開造成冷能量損失，有可能存在設(shè)定控制蒸發(fā)器的目標(biāo)值溫度已經(jīng)達(dá)到時(shí)，而車室的溫度設(shè)定目標(biāo)值仍未達(dá)到的現(xiàn)象。此時(shí)壓縮機(jī)終因蒸發(fā)器的控制溫度已達(dá)到而停止工作，因而出現(xiàn)制冷效果不理想的弊端。相反的情況，當(dāng)蒸發(fā)器的控制目標(biāo)值溫度值沒有達(dá)到，而車室的溫度設(shè)定目標(biāo)值已經(jīng)達(dá)到，又會(huì)出現(xiàn)制冷過度的現(xiàn)象。而每當(dāng)出現(xiàn)這種情況時(shí)，只有通過人工調(diào)整設(shè)定溫度予以補(bǔ)償來達(dá)到控制溫度的目的[3]。
為改善汽車空調(diào)器的溫度控制方法，增加一個(gè)加速度傳感器和車室溫度傳感器時(shí)刻監(jiān)控汽車的運(yùn)行狀態(tài)、車室溫度及蒸發(fā)器溫度。三者統(tǒng)一協(xié)調(diào)實(shí)時(shí)地控制壓縮機(jī)起停。實(shí)踐證明此方法可行，可以節(jié)能、改善汽車加速性能。
1 硬件設(shè)計(jì)
1.1 ADXL202加速度傳感器
ADXL202是一種低成本、低功耗、功能完善的雙軸加速度傳感器[4]，既能測(cè)動(dòng)態(tài)加速度，又能測(cè)靜態(tài)加速度，利用傳感器的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性可以準(zhǔn)確測(cè)量出汽車行駛中的各種狀態(tài)：水平加速、爬坡、下坡等，依據(jù)汽車的行使?fàn)顟B(tài)更能準(zhǔn)確發(fā)出控制操作�？梢暂敵鰯�(shù)字信號(hào)，其脈寬占空比與兩根傳感器感應(yīng)軸各自所承受的加速度成正比。這些信號(hào)可以直接傳輸給單片機(jī)，而不需A/D轉(zhuǎn)換或附加其他電路。通過調(diào)節(jié)外接電阻RSET使輸出信號(hào)脈沖周期設(shè)定在0.5～10ms范圍內(nèi),在0g加速度時(shí)的輸出占空比為50％。如果需要與加速度成正比的模擬電壓信號(hào)，則可從XFILT和YFILT引腳輸出。
ADXL202采用QC-14封裝，引腳排列如圖1所示，它有兩個(gè)電源端(VDD)和兩個(gè)接地端(COM)，VTP為測(cè)試端，供廠家測(cè)試芯片用。ST為自檢端，可進(jìn)行功能自檢，T端接電阻RSET，用于設(shè)定輸出脈沖的周期。XFILT、YFILT端分別接X通道、Y通道的濾波電容CX、CY。XOUT、YOUT依此為X通道、Y通道的占空比輸出端，NC為空置腳。
設(shè)輸出信號(hào)的周期為T，其高電平持續(xù)時(shí)間為T1，占空比為D，利用下式求出被測(cè)加速度值(g=9.8m/s2)：
其中，R=125MΩ，T的單位為s。利用單片機(jī)定時(shí)計(jì)數(shù)器可分別測(cè)出T1、T的值，進(jìn)而求出加速度的值。
1.2 基于DS18B20的溫度傳感器
DS18B20是美國DALLS公司最新推出的傳感器，用來檢測(cè)車室溫度，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
(1)采用DALLS公司獨(dú)特的“單線”總線技術(shù)，通過串行通訊接口（I/O）直接輸出被測(cè)溫度，適合各種單片機(jī)或系統(tǒng)機(jī)型。
(2)測(cè)溫范圍是-55℃～+125℃，在-10℃～+85℃范圍內(nèi)，可確保測(cè)量誤差不超過±0.5℃。
(3)溫度分辨率可編程。DS18B20的數(shù)字溫度輸出有9、10、11、和12位二進(jìn)制表示，未編程時(shí)默認(rèn)精度為12位，通過對(duì)便箋式RAM中CONFIG寄存器的可編程溫度分辨率位R0、R1進(jìn)行編程，可設(shè)定不同的溫度分辨率及最大轉(zhuǎn)換時(shí)間，如表1所示。
在芯片出廠時(shí)R1和R0均被配置為“1”，即工作在12位模式下。當(dāng)DS18B20接收到溫度轉(zhuǎn)換命令（44H）后，開始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16位帶符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存在便箋RAM的第0、1字節(jié)。在執(zhí)行讀便箋RAM命令后，可將這兩個(gè)字節(jié)的溫度值通過單線總線傳送給CPU，高字節(jié)中的符號(hào)代表溫度值為正還是為負(fù)。
以12位轉(zhuǎn)化為例，其中，高5位為擴(kuò)展符號(hào)位，如果測(cè)得的溫度大于0，這5位為0，只要將測(cè)得的溫度乘以0.0625即可得到實(shí)際溫度；如果小于0，這5位為1，測(cè)到的溫度值需要取反加一后再乘以0.0625即可得到實(shí)際溫度。
(3)內(nèi)含64位經(jīng)過激光修正的只讀存儲(chǔ)器ROM，扣除8位產(chǎn)品系列號(hào)和8位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼CRC后，產(chǎn)品序列號(hào)占48位。出廠前就作為DS18B20唯一的產(chǎn)品序號(hào)存入其ROM中。在構(gòu)成大型溫度控制系統(tǒng)時(shí)，允許在單線總線上掛接多個(gè)DS18B20。
(4)內(nèi)含寄生電源。該器件既可由單線總線供電，也可選用外部+3.3V～+5V電源(允許電壓范圍是+3.0V～+5.5V)，進(jìn)行溫度/數(shù)字轉(zhuǎn)換時(shí)的工作電流約為1mA，待機(jī)電流僅為0.75μA，典型功耗為+3.3mW～+5mW。
(5)具有電源反接保護(hù)電路。當(dāng)電源電壓的極性接反時(shí)，能保護(hù)DS18B20不會(huì)因發(fā)熱而燒壞，但此時(shí)芯片無法工作。
DS18B20引腳排列如圖2所示。1腳為接地端，2腳為數(shù)據(jù)輸入/輸出端(即單線總線),它屬于漏極開路輸出,外接上拉電阻后常態(tài)下呈高電平。3腳接電源（VDD），不用時(shí)需接地。
