隨著汽車行業的蓬勃發展，汽車為人們的出行提供了極大的便捷，逐漸成為人們生活不可或缺的一部分。汽車空調作為衡量汽車舒適性的重要指標，其控制系統的開發對于汽車市場的拓展有著至關重要的作用。相比于家用空調，汽車空調受環境影響大，同外界的熱交換量大，因此制冷和采暖的能力要求比家用空調高，使其所需負荷大。要求環境溫度在-20~60℃范圍內，相對濕度為45%~90%。對耐腐蝕性、耐振動性也有一定要求。

　　1系統控制原理

　　基于STC12C5A60S2單片機的汽車空調控制系統可以實現如下功能：制冷/采暖溫度調節、內/外循環風模式轉換、除霜、風力調節、風向模式變換、自動調節。圖1為控制系統結構框圖。車內溫度傳感器用于溫度采樣，風機可實現風量大小的調節，伺服電機用于實現模式的轉換。電磁閥的控制包括熱水閥、冷/熱風門、內外循環風門、除霜模式轉換門幾個部分。熱水閥的開閉可實現采暖功能，當需要采暖時，打開熱水閥，使熱水流過熱交換器加熱空氣，同時，鼓風機工作，將暖風送入車廂內。

　　2系統硬件設計

　　汽車空調控制系統硬件主要包括如下幾個部分：電源電路、風機轉速控制電路、伺服電機驅動電路、液晶顯示屏及按鍵電路、電磁閥控制電路和溫度傳感器數據采集等。

　　2.1 STCI2CSA60S2單片機簡介

　　STCI2CSA60S2單片機是宏晶科技生產的單時鐘/機器周期的單片機，具有高速、低功耗、超強抗干擾的特點，速度比傳統的8051單片機要快8~12倍。該單片機工作電壓為5V，有44個通用I/O口，片上集成1280字節的RAM，共4個16位定時器，3個時鐘輸出口，7路外部中斷I/O口，內部集成MAX810專用復位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉換，主要針對電機控制、強干擾等場合。

　　2.2執行器控制

　　2.2.1風機轉速控制

　　圖2為風機驅動電路，這是一個1/4橋MOS管驅動電路。在接通時，可以將MOS管的Ugs維持在10 V以圖1控制系統結構框圖圖2風機驅動電路《汽車電器》2014年第6期上，使得MOS管的阻值可以降到最低，而損耗比8.5 V時降低10%左右，讓電路可以長時間工作在0~100%占空比下而不發熱。C5的作用主要有兩點：第一，吸收干擾并且降低開通速度，但關斷速度基本維持不變，這是減小門級高頻震蕩同時也作為同步續流驅動的安全措施之一;第二，降低開通速度，降低dv/dt，減少耦合到對管門級上的電壓，可避免極端情況下對管的誤開啟（極端情況指大功率電機缺相、突然卡死等）。R4用于限流，防止開通速度過快，造成Uds振鈴進而Uds超壓擊穿。利用STC12C5A60S2單片機的硬件PWM功能，在不占用單片機軟件資源的情況下，從P1.3輸出不同占空比的PWM波形，通過驅動電路，控制電機兩端的平均積分電壓，達到調節電機轉速的目的。PWM波頻率為30 kHz，超出人耳聽覺范圍，可以起到有效減小噪聲的作用。

　　2.2.2伺服電機轉向控制

　　伺服電機電路中采用L293芯片。L293采用16引腳DIP封裝，其內部集成了雙極型H-橋電路，將2個H-橋電路集成到1片芯片上，可以同時控制2個電機。L293每個電機有3個控制信號：EN12、IN1、IN2，其中，EN12為使能信號，IN1、IN2為電機轉動方向控制信號。IN1、IN2可以用來設置電機轉動方向，在使能信號為1（高電平）的情況下，當其輸入信號分別為1（高電平）、0（低電平）時，電機正轉，反之，電機反轉。使能信號可以用于脈寬調整，將PWM連接至EN12引腳，通過調整PWM的占空比可以調整電機的轉速。圖3為伺服電機工作電路圖。1，2EN為使能信號輸入端，對應EN12;1 A、2 A為方向信號輸入端，對應IN1、IN2，分別同單片機兩個I/O口相接;1Y、2Y為信號輸出端。

　　2.3溫度數據采集

　　為了進行溫度信號的測量及反饋調節，該系統中采用型號為DS1820的溫度傳感器。傳感器有3個引腳，分別為GND、DQ、VDD。DQ為單線應用的數據輸入/輸出引腳，信息經過該單線接口送入和送出。讀寫和完成溫度變換所需電源可由數據線本身提供，不再需要外部電源。DS1820通過門開通期間內低溫度系數振蕩器經歷的適中周期個數來測量溫度，其中，門開通期由高溫度系數振蕩器決定。DQ引腳同單片機自帶的A/D轉換I/O口P1.1連接，為了保證傳感器在其有效變換期內有足夠的電流驅動，在該I/O口上使用MOS管使其上拉至電源。

　　3系統軟件設計

　　汽車空調控制軟件部分采用C語言開發，Kei1C51軟件進行編譯。當汽車起動時，ECU上電，讀入上次斷電前存入EEPROM的空調狀態信息，初始化控制器到上次關機前狀態。顯示面板上的開關按鍵可以啟動空調，乘客根據需要設定溫度、風力、模式等

　　3.1主程序流程圖

　　圖4為本文控制系統主程序流程。其中，執行器控制模塊分別包括風機、伺服電機、電磁閥、壓縮機幾個部分的控制。系統為5級風量控制，上電后，屏幕初始化，空調開關按鍵按下后，風機開始工作，風量初始設定為1級。根據按鍵設定信號，執行器模塊工作，同時開始數據采樣，直到采樣值滿足設定要求。

　　3.2模式控制子程序

　　系統中出風模式以及除霜模式通過控制伺服電機轉過的角度及其轉向來實現。模式控制流程如圖5所示。由于采樣的設定為每一個設定的時間步長進行一次采樣，電機的轉動不能很精確地達到設定的位圖3伺服電機工作電路圖圖4主程序控制流程圖5模式控制流程置，因此需要設定一個Δ值，使電機在±Δ范圍內能停轉。同時，Δ能夠允許電機輸出的電壓在一定范圍內波動，從而起到抗干擾的作用。

　　4應用現狀

　　該系統已形成第一代樣品（圖6），并在浙江麗水地區某汽車空調生產企業進行了試驗，在模擬小型家用轎車工況下進行了試運行，工作過程穩定，溫度控制準確，達到了設計的預期效果。STC12C5A60S2單片機在汽車諸多部位得到實際應用，如：車輛報站系統、倒車雷達系統、自動跟蹤系統、汽車車燈控制系統、電動車充電系統等部位有相關的實際應用。下一步將對本控制系統進一步優化改進，對空調控制面板外觀進行美化，形成初期產品，并投入生產，預計將取得良好的經濟效益和社會效益，對該產品的國產化作出了貢獻。隨著汽車工業的蓬勃發展，本研究對汽車空調智能化的推進將產生積極影響。

　　5小結

　　試驗表明，基于STC12C5A60S2單片機的汽車空調控制系統，當供電電壓在9~16 V范圍內波動時，控制系統的主要電氣性能正常，控制器顯示精度在1℃以內，各風門的位置度控制在±1.5°，實現了對車內溫度較為穩定的控制，能達到精度控制要求，具有實際應用價值，能為乘客提供一個舒適的乘車環境。