1.3 基于采用負(fù)溫度系數(shù)（NTC）的溫度傳感器
蒸發(fā)器溫度的測(cè)量傳感器采用原車(chē)的具有負(fù)溫度系數(shù)（NTC）的傳感器，其溫度范圍較寬，溫度和電阻值的變化曲線接近線性，有利于溫度的測(cè)量。
溫度測(cè)量電路采用簡(jiǎn)單的電阻串聯(lián)分壓式，如圖3所示。
系統(tǒng)裝置中Rt的標(biāo)稱(chēng)阻值為1.5kΩ，實(shí)測(cè)0℃時(shí)的電阻值為4.65kΩ，本系統(tǒng)蒸發(fā)器溫度控制在3℃～5℃之間，電阻Rt值在4.36kΩ～3.62kΩ之間變化。圖中R1和R2不能太大，否則經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)量變化不大會(huì)影響測(cè)量的分辨率；R1和R2也不能太小，否則會(huì)使流過(guò)Rt的電流增大，造成Rt本身功耗增大而影響測(cè)量精度。系統(tǒng)裝置中R1取10kΩ小型金屬膜電阻，R2選取1kΩ的精密可調(diào)電位器，用于溫度的調(diào)零整定。
1.4 基于模塊MAX 7219的顯示電路
MAX7219模塊用來(lái)實(shí)時(shí)顯示加速度、溫度（10ms刷新一次）和溫度設(shè)定值顯示。MAX7219是8位串行共陰數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描驅(qū)動(dòng)電路，其峰值電流可達(dá)40mA，最高串行掃描速率為10MHz，典型掃描速率為1.3MHz，僅使用單片機(jī)3個(gè)I/O口，即可完成對(duì)8位LED數(shù)碼的顯示控制和驅(qū)動(dòng)。線路簡(jiǎn)單，控制方便，外圍電路僅需要一個(gè)電阻設(shè)定峰值段電流，同時(shí)可以通過(guò)軟件設(shè)定其顯示亮度；還可以通過(guò)級(jí)聯(lián)，完成對(duì)多于8位的數(shù)碼管的控制顯示。值得一提的是，當(dāng)工作于關(guān)閉（SHUTDOWN）方式時(shí)，不僅單片機(jī)仍可以對(duì)其傳輸數(shù)據(jù)和修改控制方式，而且芯片耗電僅為150μA。
圖4是MAX7219的應(yīng)用電路。LOAD端是片選端，低電平有效，上升沿鎖存接收的最后16位串行數(shù)據(jù)。CLK端是串行時(shí)鐘輸入端。DIN端是串行數(shù)據(jù)輸入端(高位先入)，在時(shí)鐘脈沖上升沿后數(shù)據(jù)有效，下降沿后無(wú)效，因此一個(gè)時(shí)鐘脈沖對(duì)應(yīng)一位二進(jìn)制數(shù)據(jù)。Dout端是串行數(shù)據(jù)輸出端，用于級(jí)聯(lián)輸出。ISET端是峰值段電流設(shè)定端，外接上拉電阻。Sega～Segdp端是段輸出，接各數(shù)碼管的a～dp段。dig0～dig7是位輸出線。
1.5 基于STC12C5410AD的主電路設(shè)計(jì)
總體硬件框圖如圖5所示。主電路的設(shè)計(jì)主要是以STC12C5410AD為控制核心的處理器及其輔助電路的設(shè)計(jì)，其中包括ADXL202加速度傳感器、DS18B20線性數(shù)字溫度傳感器、NTC熱敏電阻傳感器、基于MAX7219串行數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)接口電路的設(shè)計(jì)。在STC12C5410AD的內(nèi)部中具有10KB的Flash程序存儲(chǔ)器，512B的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和2KB的E2PROM用戶(hù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，8路10位精度可編程A/D轉(zhuǎn)換電路，內(nèi)部復(fù)位監(jiān)視電路和看門(mén)狗電路。從實(shí)際設(shè)計(jì)要求出發(fā)，充分利用其內(nèi)部的硬件電路，可以簡(jiǎn)化電路的復(fù)雜程度，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。其外圍接口輔助電路的設(shè)計(jì)，有以下幾點(diǎn)需要注意。
(1)利用單片機(jī)的定時(shí)器、中斷功能，單片機(jī)INT0、INT1工作于外部下降沿觸發(fā)中斷狀態(tài)，T0、T1分別定時(shí)，從而測(cè)出加速度傳感器輸出的脈寬值，再經(jīng)過(guò)單片機(jī)計(jì)算得到加速度的瞬時(shí)采樣值。硬件連接如圖6所示。
(2)蒸發(fā)器溫度的測(cè)量使用原車(chē)NTC負(fù)溫特性的熱敏電阻，使用單片機(jī)8路擴(kuò)展功能中的1路A/D轉(zhuǎn)換端口，依據(jù)硬件設(shè)計(jì)安排，選P1.7作為A/D轉(zhuǎn)換端口。因?yàn)檎舭l(fā)器溫度的控制僅在3℃～5℃比較小的范圍內(nèi)，溫度和電壓的變化接近線性。本系統(tǒng)采用10位精度A/D轉(zhuǎn)換編程，因此，在沒(méi)有采取溫度補(bǔ)償措施下仍能準(zhǔn)確測(cè)出蒸發(fā)器的實(shí)際溫度，滿(mǎn)足系統(tǒng)控制要求。
(3)利用單片機(jī)內(nèi)部Flash數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器掉電記憶功能，把設(shè)定的控制溫度保存，避免單片機(jī)掉電時(shí)數(shù)據(jù)丟失。
(4)啟用單片機(jī)內(nèi)部看門(mén)狗功能，提高系統(tǒng)的軟件抗干擾能力。
(5)MAX7219的引腳18(Isei)為硬件亮度調(diào)節(jié)控制端，用于設(shè)定段電流峰值，通過(guò)在＋VCC和該引腳間接一電阻實(shí)現(xiàn)。一般參考資料均描述為10kΩ左右，但在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，此電阻選30kΩ左右比較妥當(dāng)，既可以保證顯示亮度，同時(shí)又可以保證顯示的可靠性，否則會(huì)出現(xiàn)無(wú)法正常顯示的問(wèn)題。據(jù)估計(jì)，其原因是在10kΩ條件下，段電流過(guò)大，導(dǎo)致上電復(fù)位期間系統(tǒng)電流過(guò)大，從而引起系統(tǒng)電壓跌落，使系統(tǒng)復(fù)位而引起工作失常。
(6)STC12C5410AD的工作電壓為3.4V～5.5V。本系統(tǒng)單片機(jī)、傳感器、輔助電路工作電壓均為＋5V。驅(qū)動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)電磁離合器的執(zhí)行器件選取10A/12VDC的直流繼電器，實(shí)際壓縮機(jī)電磁離合器的工作電流僅3A～5A左右，因此繼電器完全滿(mǎn)足系統(tǒng)控制輸出負(fù)荷，主電源取自原車(chē)的12V蓄電池電源，一路直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行繼電器控制壓縮機(jī)電磁離合器的接通與斷開(kāi)，另一路經(jīng)穩(wěn)壓濾波后供給單片機(jī)、外圍輔助和接口電路。因?yàn)樵谄?chē)上的干擾源比較嚴(yán)重，為確保系統(tǒng)穩(wěn)定可靠工作，電源須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格穩(wěn)壓和濾波處理。電源前端串接一高頻扼流電感L，目的是阻礙汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)火花塞產(chǎn)生的電磁脈沖進(jìn)入電源影響系統(tǒng)工作，＋12V電源經(jīng)高頻扼流電感L后，經(jīng)過(guò)C2、C3組成的低頻和高頻濾波，再經(jīng)三端穩(wěn)壓器件（LM7805）穩(wěn)壓輸出＋5V穩(wěn)壓電源，經(jīng)C4、C5低通和高通濾波后供給系統(tǒng)工作電源，如圖7所示。
2 軟件設(shè)計(jì)
2.1 主程序與STC12C5410AD的初始化
由于目前流行的絕大多數(shù)仿真器均不支持STC類(lèi)增強(qiáng)型內(nèi)核為8051的單片機(jī)的仿真，因此對(duì)基于STC12C5410AD開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序進(jìn)行匯編(或編譯)時(shí)，必須首先對(duì)STC12C5410AD的特殊功能寄存器(SFR)進(jìn)行定義，否則無(wú)法生成所需的機(jī)器代碼。從這個(gè)意義上說(shuō)，這也是STC12C5410AD的初始化工作之一。由于無(wú)法仿真調(diào)試，程序的調(diào)試過(guò)程只能通過(guò)把應(yīng)用程序下載到單片機(jī)應(yīng)用板上演示方能實(shí)現(xiàn)。因此程序的調(diào)試工作是個(gè)反復(fù)而耗費(fèi)時(shí)間的過(guò)程，需要編程者有足夠的耐心。軟件流程圖如圖8所示，并作以下幾點(diǎn)說(shuō)明：
(1)具備4位數(shù)碼管溫度、加速度動(dòng)態(tài)刷新顯示，包括符號(hào)位和小數(shù)點(diǎn)位。
(2)設(shè)定控制溫度有斷電記憶功能。
(3)空調(diào)器壓縮機(jī)運(yùn)行或停止受控于車(chē)室溫度和汽車(chē)的運(yùn)行狀態(tài)。
該控制過(guò)程是：把一段時(shí)間內(nèi)采樣的加速度代數(shù)值相加，加速度的代數(shù)和就反映汽車(chē)行駛的狀態(tài)。如果加速度的代數(shù)和等于零則代表汽車(chē)處在停止或勻速運(yùn)行狀態(tài)，大于零則代表汽車(chē)處于爬坡或加速的前進(jìn)狀態(tài)，小于零則代表汽車(chē)處于減速或下坡的運(yùn)行狀態(tài)。人為設(shè)定一個(gè)大于零的加速度控制目標(biāo)值，控制目標(biāo)值可通過(guò)外部多路開(kāi)關(guān)來(lái)選擇。假如此時(shí)駕駛室溫度未達(dá)到設(shè)定溫度目標(biāo)控制值，壓縮機(jī)還在工作中，如果汽車(chē)正處于加速狀態(tài)并且此時(shí)單片機(jī)檢測(cè)到的加速度代數(shù)和已經(jīng)大于或等于設(shè)定的目標(biāo)控制值，則延時(shí)斷開(kāi)壓縮機(jī)。延時(shí)時(shí)間由加速度代數(shù)和與設(shè)定的加速度控制目標(biāo)值比較的大小數(shù)值量級(jí)決定，數(shù)值量大，延時(shí)時(shí)間短，反之則長(zhǎng)。
(4)人工選擇設(shè)定車(chē)室控制溫度，由外部鍵控選擇，加速度啟控值由外部多路開(kāi)關(guān)選擇。
(5)啟用單片機(jī)內(nèi)部看門(mén)狗功能。
2.2 系統(tǒng)軟件的規(guī)劃
系統(tǒng)程序主要包括以下功能模塊：
(1)DS18B20溫度傳感器接口模塊，分為初始化子程序、寫(xiě)入子程序及讀取子程序等部分。
(2)基于MAX7219的顯示模塊，分為MAX7219的初始化子程序、寫(xiě)入子程序及顯示子程序部分。
(3)加速度傳感器測(cè)量模塊，分為ADXL202的加速度數(shù)據(jù)處理子程序、加速度平均值子程序。
(4)蒸發(fā)器溫度測(cè)量模塊。
(5)設(shè)定的溫度數(shù)據(jù)讀、寫(xiě)Flash數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器模塊。
(6)按鍵設(shè)置和控制輸出模塊
以上程序比較復(fù)雜，限于篇幅，在此不再贅述。
單片機(jī)控制空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)裝置目前已在深圳某公司生產(chǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，系統(tǒng)運(yùn)行可靠穩(wěn)定，且具備節(jié)能及相對(duì)提升汽車(chē)加速性能的效果，同時(shí)還增加了汽車(chē)加速度和溫度實(shí)時(shí)顯示功能。雖然此裝置節(jié)油效果不是很明顯(實(shí)測(cè)根據(jù)改良車(chē)型不同節(jié)油效率在2～10％之間)，然而該裝置通過(guò)適時(shí)巧妙地控制空調(diào)壓縮機(jī)的接通或斷開(kāi)，能夠相對(duì)提升汽車(chē)加速性能。
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