基于89C51单片机控制的汽车空调制冷系统.docx
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基于89C51单片机控制的汽车空调制冷系统
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毕业设计（论文）
基于89C51单片机控制的汽车空调制冷系统
89C51MICROCONTROLLERBASEDCONTROLOFCARAIRCONDITIONINGSYSTEMS
摘要
现在汽车的技术发展的很快,但控制的时候精度都不是很高，更加谈不上自动化的控制了，如果空调出现问题了维修起来是非常不方便了，这就让我们的用户在使用的时候舒适感大大的下降了。
因此，空调控制系统急需改造。
这个系统主要研究的就是将空调的舒适性提高，我们使用的传感器是精度很高的数字温湿度，这个控制系统的核心就是89C51很及时的对汽车当下的温度还是湿度进行测量还有显示，然后经过汽车的压缩机进行控制，让汽车空调能够自动化的进行控制，当然它也可以手动控制我们汽车里面的温度。
我们这篇论文主要描述的是在压缩机的控制下让汽车里面的空调系统能够实现自动化。
关键词89C51单片机；空调制冷；硬件设计；软件设计
Abstract
Nowfasttechnologicaldevelopmentofthecar,mostofourautomotiveairconditioningsystemsareusedinrelativelylowprecisionanalogcomponents,precisiontimecontrolisnotveryhigh,nottomentionautomationcontrol,andifthereisaproblemofairconditioningmaintenanceisveryinconvenient,whichallowsouruserstousethetimetocomfortgreatlydeclined.Therefore,airconditioningcontrolsysteminurgentneedofrenovation.
Thissystemismainlyresearchistoimprovethecomfortofairconditioning,sensorweuseisahighprecisiondigitaltemperatureandhumiditycontrolsystemisthecoreofthe89C51isverytimelymomentforautomotivetemperatureorhumiditymeasurementsalsoshow,thenAfterthecarcompressorcontrol,letthecarairconditioningcanbecontrolledautomation,ofcourse,itcanalsomanuallycontrolthetemperatureinsideourcar.Wedescribeinthispaperismainlyunderthecontrolofthecompressortogetthecarinsidetheair-conditioningsystemcanbeautomated.
Throughthisdesign,theuniversityisintheconsolidationofknowledge,yetsolidfoundationthemselvesintothecommunity.
Keywords89C51microcontroller;airconditioningandrefrigeration;hardwaredesign;softwaredesign
1绪论
1本课题研究的背景
从第一辆汽车生产出来到现在我们现在，汽车的发展已经有了一百多年，汽车内部的装置怎么进行改进，怎么进行创新，怎么让驾驶人还有乘坐人在车里面感觉的更加舒适现在是研究发展的重要方向。
从温度控制系统的发展来看，现在国外的很多汽车公司已经开始将以单片机为核心的温控系统作为重点的研发对象，这种系统的硬件一点都不复杂，软件使用的时候也很多，可以更快的将系统实现自动化并且功能也有很多，不管是在运行的时候还是调试的时候都是非常简单的，而且制造的成本没有多高，这样我们就可以将老的设备进行淘汰了，就能够受到消费者的欢迎了。
再加上最近这一段时间，单片机自身的功能也是在变强大的，成本却是在下降的，所以以单片机为核心的温控系统将来的市场前景越来越广。
汽车上面自动有了可以加热的空调以后，我们驾驶人在汽车里的舒适性就大大的改变了，现在人们的生活水平高了，有汽车的家庭也越来越多了，所以汽车的舒适性也越来越受到人们的控制，汽车里面的空调也是汽车是否舒适的一个衡量的标准，一直以来，手动控制的空调会让汽车里面的温度让人不是很舒服，对于能耗也达不到节省的要求，另外一边，人在驾驶过程中还要分神去调节空调，对于驾驶安全非常不利，所以我们要把汽车的控制实现自动化是非常有必要的[1]。
2本课题研究的目的及意义
我们国家现在很多价格不高的汽车的空调控制都是手动控制的，如果说我们可以把空调的风门改成感测汽车里面温度的大小，然后自动调节温度高低的系统，这样我们的驾驶员在开车的时候就会方便了很多，更为该车在市场竞争中增添了砝码。
还有很多因素会影响汽车里面的温度，手动的空调不能调整到一个舒适的状态，比方说车里面有多少人，外面日照强度是什么样，车子的速度是多少，还有风大不大，这些都会影响汽车里面的温度，所以现在要将手动空调开发成自动化的空调，国外发达国家的汽车上面有的已经装了全自动轿车的空调系统，国外的这个系统已经将专利申请下来了，这样可以对这些技术进行保护，所以我们国家要研发自己国家的全自动空调系统，这样才能真正掌握核心的技术，才可以更有力地提升我国汽车工业整体水平[2]。
3国内外汽车空调制冷技术的研究现状
现在国外发达国家汽车空调的全自动化的系统是非常先进的，他们采用的控制芯片是MCU，使用的多种的传感技术，可以自行的感受汽车里面的温度，还有湿度，风速，光照，然后将温度调整到让人舒适的温度。
这样驾驶人在车里面的感觉到非常舒服。
跟国外的先进技术相比，我们国家的技术就差很多了，根据一些数据我们知道，现在我们国家在市场上销售的汽车，里面的空调控制系统大部分都是手动控制或者是半自动的，全自动空调控制系统在我们国家都达不到两成，现在我们国家只有几家生产汽车空调的工厂将国外的先进技术引进到我们国家，但是绝大多数的生产厂家还是只是使用的是模拟器件来控制汽车的空调，整体上来说，汽车空调无论是从设计上来说还是制造上来说都跟国外有很大的差距[2]。
现在，我们国家的汽车空调系统发展的方向是小型化，节能型，舒适，自动化。
4国内外汽车空调制冷技术的发展趋势
我国现在汽车空调制冷的压缩机大部分都是容积型的，就是说制冷的液体在压缩机里面被压缩，从而提高制冷剂的压力。
根据压缩机内压缩腔容积的变化，压缩机被分成两大类，一个是往复活塞型的还有一种是选转型的[2]。
往复活塞式压缩机的主要作用，是在汽缸里的活塞进行往复运动，将制冷剂的气体进行压缩，这种压缩机又可以分成«SkipRecordIf...»，这个里面径向活塞式还可以进行分类，一中是«SkipRecordIf...»原来是在空调压缩机上面进行使用的，因为这种压缩机它的内部结构比较松，工作的时候惯性是比较大的，转动的时候速度不高这些缺点，现在在汽车上面已经不使用了，最多在大客车上面使用。
我们小轿车用的最多的压缩机是摇板式和斜盘式的，这两种压缩机相同的是他们的汽缸都是顺着轴的方向上进行的布置并且在主轴的上面都有一个斜板跟轴形成一个角度，活塞连杆因为滚动摩擦的带动跟斜板连接，主轴旋转时活塞做往复运动，所以这种压缩机的内部结构是非常紧凑的，形成的惯性力是非常小的。
活塞式的压缩机里面必须要有吸气阀门还有排气阀门，这样的话压缩机里面就肯定会有空下来的地方，所以对于内部容积的使用率就降低了，所以这种压缩机就慢慢被旋转式的取代了[2]。
旋转式压缩机进行分类的话有可以分成«SkipRecordIf...»式和涡旋式几种，这些压缩机共同的地方在于压缩机里面的运动都是旋转运动而不是往复的运动，压缩机在工作的时候都是当方向的，所以压缩机上面都没有了吸气阀门，对于压缩机内部的容积使用率大大的提高了，特别是涡旋式的压缩机连排气阀门都没有了，所以吸气排气的时候都不间断，而且气流的脉动都不大，运转的时候非常稳定，对于内部的容积使用的效率比别的旋转式压缩机高出百分之十，别的旋转方式的压缩机有«SkipRecordIf...»都在汽车空调上进行了使用，也有了一定的好的地方，但是使用的厂家不是很多，所以生产的量都不是很多，所以制造时候的成本都是很高的，后期进行改进的时候不是很树立，特别是现在出现了涡旋压缩机让这些压缩机没有什么提升空间了。
冷凝器的发展趋势冷凝器是空调里最主要的换热零部件，空调吸热还有压缩机工作产生的热量都是要靠着冷凝器把这些热气散发到外面去。
纵观冷凝器的发展，现在我们使用的已经是第三代了，第一代的冷凝器是管片式的，它内部的结构是铜管穿着铝翅片；第二代的冷凝器是管带式的，是将铝管压扁然后再完成蛇形，然后再在这个铝管的中间将铝翅片焊接上去，因为第二代的压缩机都是铝制品，所以冷凝器在散热的时候效果更加的好，而且重量还降低了；现在我们使用的冷凝器，通常也就是平行流结构的冷凝器，这种结构基于管带式的基础上改进，再缩小铝扁管的水力半径，强化制冷剂侧的传«SkipRecordIf...»因为制冷剂从气态变成液态之后，体积会缩小，这样散热性能就更好。
在设计冷凝器的时候厚度就可以更薄，工作的时候受到的风阻就小了很多，重量也小了很多。
现在我们使用的冷凝器从技术上来说已经是非常高了，但是从结构上来说突破不了，现在我们要对这种冷凝器进行改造的话，重点我们应该放在怎么分配制冷剂的通道。
蒸发器的发展趋势蒸发器在空调系统里是重要的换热器，我们对于换热器的要求就是体积要很小，重量很轻。
蒸发器与冷凝器的发展历程一样，都经历了是三代，蒸发器前两代也都是管片式和管带式的，第三代则是板翅式的。
第三代蒸发器的换热密度非常高，可以提供整个汽车空调系统的需求，所以在很短的时间里面蒸发器也不会有太大的改变。
节流结构的发展趋势节流结构主要是用来把中温高压的制冷剂降低压力成为了低温低压的制冷剂，这在某一种程度上也可以对于制冷剂的流量进行调节。
我们在汽车的空调上面原来还用过节流的装置，有节流孔管还有热力膨胀阀，这两者里面节流孔管只有节流作用不能对流量进行调节，所以机械能消耗的就比较多，投入的成本就比较大，原来多是在美国的一些豪车上面使用，但是因为现在能源的枯竭，所以在后期研发生产的新的车型里面很少使用了，大部分都是用的热力膨胀阀。
热力膨胀阀发以蒸发器出口的过热度为信号，按给出的信号自己对制冷剂的流量进行调节，所以这个自动调节器实际上是信号源，调节器还有执行器一体的。
我们把热力膨胀阀又可以分成«SkipRecordIf...»。
这些里面，H型膨胀阀因为在安装的时候方便，工作时候很稳定，在对过热度进行监测的时候基本没有误差，现在市场上大部分都是这个产品。
热力膨胀阀也有不足的地方：
我们在对流量进行调节的时候过热度已经很高了，控制系统的时候稳定性非常不好：
在调节的时候范围不大，在蒸发温度跟我们设计的数值相差的比较大的时候，我们进行控制的精确度会很差：
蒸发器上面的出口也要有过热度。
所以我们就知道节流装置的研发的空间还是不小的。
现在电脑技术的普及，我们将电子技术和膨胀阀接合在一起的电子膨胀阀可能成为未来的发展趋势。
汽车空调控制系统的发展趋势要保证汽车空调系统正常工作，这样我们汽车里面才能有一个舒适的环境，所以汽车空调需要一个完整进行控制的系统。
我们国内的空调控制系统，很多都是使用温控还有继电器真空怠速提升器等，对系统进行控制的时候精确度是很低的，而且有的参数是控制不到的，比方说驾驶室的温度，所以我们要手动将空调打开。
但是现在微控制技术还有传感器都在飞速发展，我们国家一些高档的汽车空调系统已经使用了微电脑的控制。
这种控制使得汽车内部环境的舒适度会提高，实现了温度控制的自动化。
这种系统都有感受光照的传感器，还有车子内、外温度的传感器，制冷剂的传感器等等很多的信号的这种微电机的执行器，所以成本跟传统的空调系统相比是高出很多的。
微电脑对汽车空调进行控制可以分成两种。
开始研究的时候，我们使用的是经典的控制理论，所谓经典控制理论就是要把整个汽车所受到的热负荷的精确数学模型和空调系统的数学模型都给出来，进行开发时工作量是非常大的，我们对于每一个车型都要经过很多次的实验，如果汽车的状况发生了改变，那么我们原来给的模型就没有办法使用了，对于汽车内部控制的效果马上就没有那么好了。
为了把之前这些问题解决掉，我们改变了研究方向，研究以模糊控制理论为基础的控制系统，这种系统是不需要建立模型就可以进行控制的。
因为外控式变排量压缩机和电子膨胀阀都在空调系统内使用，所以我们在用微电脑对控制系统进行控制的时候，精确度就提高了很多。
我们现在尽量不使用R134a，使用一些新型的制冷剂，但是我们还要继续开发还有研究一种新型的制冷剂要不破坏大气层，还不会造成地球温室效应，从根源上解决环保问题。
正在研究的制冷系统大致分为以下几个方向：
利用发动机冷却系统余热的吸收式制冷系统，利用发动机排气余热的金属氢化物吸附制冷；超临界循环的CO2制冷系统。
这些技术现在都有一些关键的技术问题需要去攻克，这个里面CO2超临界循环式发展前景非常好，日«SkipRecordIf...»电动轿«SkipRecordIf...»，我们国家现在也开始对这种空调系统开始进行探索了[2][3]。
5本课题研究的主要内容
1）、实时显示温湿度。
我们使用数字化的集成温湿度传感器进行及时监控汽车内部的温湿度，然后把这些监测出来的数据传送给单片机，单片机再根据这些数据把这些数据传递到液晶显示器上面进行显示，这样就可以对温度还是湿度进行及时的显示了。
2）、温度的自动控制。
一旦我们汽车里面的温度比我们空调系统里面设置的温度高的时候，空调系统就受到了制冷的通知，空调就进行制冷了，假如汽车里面的温度比空调设置的温度还要低的时候，这个时候就会自动失电，空调就无法工作，单片机就是将实际温度和设定的温度进行比较，然后驱动压缩机进行工作。
3）、蒸发器除霜。
温度传感器DS18B20监测蒸发器的温度，在我们的温度比零度还小的时候，我们要控制住压缩机的运转，这样蒸发器就不凝霜了。
4）、车内温度值的设定。
我们经过外部的按键来设定汽车里面的温度的上限，要将这个温度保存下来，这样我们就能够避免重复的进行设定。
5）、数字滤波。
我们对收集到的车内的温度还有湿度进行处理的时候使用的是数字滤波算法。
本设计主要作了如下工作：
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2汽车空调制冷系统概述
2.1汽车空调制冷系统的组成
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6汽车空调制冷系统的维护及故障诊断
6.1汽车空调制冷系统的维护
1、保持冷凝器和蒸发器的清洁。
这两个装置的清洁度跟他们换热的情况关系很大，所以我们要经常对机器进行检查，看这些装置的表面有没有脏东西，散热片有没有弯过来或者是被堵起来。
假如说装置的表面有脏东西了，我们应该及时的进行清理，清理的时候要用压缩空气或者是压力水进行清洗，这样才能让我们的装置可以很好的进行散热。
以防散热状况不好冷凝的压力很高，温度也很高，这个时候就会出现不制冷或者是制冷效果不好的情况。
在清洗冷凝器的时候，不能碰到散热片，更加不能把制冷管道弄坏或者弄伤。
2、要确保出风口，进风口的地方过滤器是干净的。
送入车厢内的空气都要经过空气进口过滤器的过滤，如果滤网堵塞会使风量减少。
所以要常常检查一下过滤器上面有没有脏东西，有没有堵住过滤器，这样才能保证进风的量很足。
所以我们正常来说每周都要检查一下过滤器，假如发现被堵住了，我们要将蒸发器打开来，把过滤网卸下来进行清理。
3、要看机器里面的制冷剂是不是足够。
可以启动空调的时候小一点，看窗子上面是不是有气泡，假如说窗户上面有气泡就是说制冷剂不够，这个时候我们要及时的进行补充。
4、要有规律的对压缩机的皮带进行检查，看没有损坏，还有松紧程度。
皮带如果说太紧的话，就容易被磨损，轴承就容易坏。
皮带如果太松的话，转动的速度就会慢下来，这样制冷的效果就不是很好，有的时候还会有奇怪的声音发出来。
一旦我们发现皮带太松或者太紧的话就要赶紧调整，假如检查的时候看到皮带有缺口或者是有坏的地方我们应该及时的换掉。
还有，我们新装上去的皮带在用了36到48个小时会长一点，所以这个时候我们应该再把皮带进行调整。
5、在不经常用空调的季节，我们应该半个月就开空调一次，这样我们可以将制冷剂在整个系统里面进行一次循环，可以有效的防止系统的管路里面的每个密封的胶圈，压缩机的轴的封口等等因为太干燥造成了系统的密封性不好，或者是制冷剂漏出来，让压缩机，膨胀阀还有其余的零部件都工作一下，不至于生锈。
但是，我们在进行这个养护的时候，外部的环境要在四度以上，不然，外面太冷的话会导致机器的损坏。
6、我们要对制冷系统的接头还有连接的地方，还有小的螺栓，螺钉等等经常进行检查，看看跟周围的零部件连接的地方有没有磨损，系统的传动装置工作是不是正常，胶管有没有老化，隔震胶垫有没有坏或者掉落。
7、因为有的辅助的发动机的供油系统是单独的，所以我们还要注意观察邮箱的油的情况，当然我们还要观察发动机的水温，水位，还有油压这些情况，假如有缺少，要及时的进行补充。
8、检查电路连接导线，插头是否有损坏和松动现象。
9、使用空调的时候要注意观察有没有不正常的声音，或者是奇怪的味道，假如有就应该停止使用，并送到维修的地方进行修理。
6.2汽车空调制冷系统的故障诊断
我们在对系统进行检查还有判断是否有问题的时候，主要步骤有四步，分别是听、摸、看、测，然后我们要经过分析找到故障在哪里。
1、“听”，听取用户反映，听空调运行中是否有异响或噪声。
2、“摸”，空调工作一段时间以后，要用手来摸一下感受一下压缩机外面的机身还有排气的地方温度是否正常。
3、“看”，对于制冷系统各个连接的地方有没有损坏或者是被压扁，接头是不是紧靠，有没有漏油，看一下管道里面，储存液体的干燥器，还有膨胀阀有没有结霜或者是结露，观察制冷剂的流动有没有什么不正常的地方，看一下散热片有没有脏东西，看一下空气过滤网有没有杂物。
4、“测”，借助于压力表等仪表期，在出现问题的地方进行测量，然后才能够找到出现问题的原因。
综合前面我们看到的情况，我们就可以差不多知道故障是什么，然后进行维修。
结论
经过我们论文里面的设计，空调的制冷系统的控制更加的简单，在提高控制精确度的时候，对于系统的维护也很简单，这就满足了我们的用户对于操作简单还有舒适性的要求，为将来在别的领域单片机实现自动化提供了基础。
在整个系统开发过程中主要完成了如下内容：
1、通过汽车制冷系统技术相关资料的查看，掌握了控制的原理及相关的知识点，为本次是设计打下扎实的基础。
2、通过参考同类产品完成了控制系统的选择、分析与确定。
3、设计好了系统硬件部分。
根据系统功能要求性能和指标，绘制了系统电路图。
4、完成了系统软件部分的设计。
在完成系统的硬件电路的设计的基础上，分析了软件的功能，调试设计完了各个板块的功能。
5、完成了系统的调试，保证系统的正常，可靠运行。
我们这个系统也有不好的地方：
1、我们只是进行理论上的设计，能否在实际的生产活动中得到运用，还需考量。
2、我们在进行硬件部分和零件部分设计的时候，只是依托与书本及课堂上的知识，对其电路及相关的设计时候合理，还需要我们在今后的工作中不断的加以改进。
致谢
参考文献
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附录
附录1方案系统方框图
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附录2制冷系统工作原理图
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附录3系统硬件结构图
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附录4系统软件设计流程图
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附录5系统调试结构图
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附录689C51管脚图
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附录7系统设计原理图
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