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我的毕业设计

房车控制器的设计

姓名

指导教师

系（电子信息工程系应用电子技术专业）

摘要：

本文综述了房车风扇系统设计领域的技术现状，在总结各种模式风扇系统设计利弊的基础上，提出了一种基于单片机控制的风扇系统设计，并详细介绍了该系统的原理与构成。

重点论述了以Holtek8位单片机为核心的遥控器及主板的软硬件设计原理，并给出了相应的硬件原理图及软件设计流程。

通过实践运行表明，该系统具有容量大，通信距离远，数据传输准确等优点，有着良好的市场前景。

关键词:

单片机MOS管脉宽可调PWM红外遥控A/D

ABSTRACT：

Thispapersummarizesthecurrenttechnologiesinthedomainofhouse-carfansystem,sumsuptheadvantagesanddisadvantagesofallkindsoffancontrolsystem,putsforwardafancontrolsystembasedonMCU,anddetailstheprincipleandstructureofthesystem.Theprincipleofremote-controlunitandmainboardwhichkeypartisHoltek8bitMCUisespeciallydiscussed,andthehardwareschematicsandsoftwareflowchartsareputnforward.

Itisshowedbypraticalrunningthatthesystemhasthestrongpointsuchasbigcapacity,longdistanceandthereforewillhaveahighaccuracyofdatacommunication,andtherewillbeagoodmarket.

Keywords:

MCUMOStubePulsewidthadjustablePWM

InfraredremoteA/D

第1章绪论

1.1课题背景

 房车，英文全称RecreationalVehicle，简称RV，兼具“房”与“车”两大功能，但其属性还是车，是一种可移动、具有居家必备设施的车种。

房车旅行集“衣、食、住、行”于一身，旅行中不必担心住所、交通、餐饮，房车是实现人们“生活中旅行，旅行中生活”的现代化产品。

在中国，房车工业只有十年的发展历程，相对来说还属于较新的概念，更多是被用于户外探险、商务接待、影视拍摄等特殊领域，使用房车进行旅游休闲的人则很少。

但随着经济收入的增加、生活水平与人们对度假质量要求的提高，相对于前几年，目前中国房车工业呈现出迅猛的发展势头。

目前，中国房车保有量为3000辆，中国房车生产制造厂大约二三十家，产品大都出口欧美国家。

而国内销售只占其中很小的一部分。

伴随着汽车工业的高速发展，大陆地区不但有望成为自产房车的基地，而且在返销欧美方面亦有极大的潜力和基础；从大陆内部的地理格局来看，房车的生产基地有北迁之势，因为从成本结构和产业基础看，北部及西北部工业重镇将势必成为中国大陆的制造业腹地，而房车的服务商则有聚集于沿海和都市经济发展带的趋势。

在此，地区旅游资源是个外生变量，所以符合上述条件的地区还受到本地旅游资源丰富程度的局限，那些具有可进入性、有"版块型"旅游资源、生活成本较高的地区将成为房车服务经营商集聚的首选之地，并可由此进一步发挥"集聚效应"。

中华民族的传统观念在很大程度上制约了房车产业的发展。

“根”性是中国人的一大特征，不赞成游牧，“无根漂泊”、“流浪”历来是中国人们字典中带有怜悯色彩、用于形容悲惨生活的词语。

中国人大都喜欢定居、群居，崇尚保守、安定，不喜欢变化，中国传统文化不鼓励冒险。

相信中国当前的房价与这些有一定联系。

应当说，中国房车要想从"概念"发展到"实体"，还有一段路要走，在这个过程中，要形成健康的盈利模式和有利的格局，专业人员的培养和技术规模的提高是两道躲不过去的坎儿。

1.2房车控制器

1.2.1房车控制器的现状

现在车都有自己的空气流通控制系统，大多数的车都是采用空调系统来进行换气的，汽车空调系统是实现对车厢内空气进行制冷、加热、换气和空气净化的装置。

它可以为乘车人员提供舒适的乘车环境，降低驾驶员的疲劳强度，提高行车安全。

空调装置已成为衡量汽车功能是否齐全的标志之一。

1.2.2房车控制器的不足

汽车的空调压缩机大多都以汽车主机为动力，压缩机的开停由电磁离合器决定，而自动控制电磁离合器工作是以各种温度、压力、转速为感应信号的控制开关。

例如蒸发器表面温度若过低，容易造成表面结霜，影响制冷效果，所以设有温度控制器（恒温器）。

用蒸发器表面温度作为控制信号，控制电磁离合器的离合，若压缩机缸盖温度过高，会造成高压部分因压力异常升高而损坏，所以设有过热开关或压力开关。

如果系统制冷剂缺乏，则可能冷冻油也缺乏。

压缩机若在这种干摩擦情况下运转，容易损坏，因此电磁离合器还接受离压部分的过低压力的开关信号而自动保护压缩机不能起动。

这样的控制系统存在着一定的弊端。

1.2.3房车控制器的发展前景

房车兼有房子与车子的特性，随着人们对生活环境和能源消耗的要求越来越高，必然会对房车内的环境更加的注重。

随着微电子技术的飞速发展MCU在经过这几年不断地研究,发展,历经4位,8位,到现在的16位及32位,甚至64位。

产品的成熟度高,应用范围之广，而且是低成本器件。

所以用MCU设计房车控制系统将有着不可置疑的优势。

如果将该项技术应用到房车控制系统中，无论从实现效果还是从能源消耗方面都有着重要的意义。

在汽车电子产品中，8位和16位MCU是汽车电子领域的主流产品。

由于汽车系统是分布式架构，所以对32位MCU的需求并不像消费电子产品那样强烈。

另外，汽车电子领域对成本非常敏感，8位和16位MCU也会因其独特的成本优势占据车身控制和传感器应用领域。

1.3本课题的任务

（1）针对房车控制的现有模式，提出基于单片机技术的房车控制方案，并对该方案进行可行性分析。

（2）收集有关本课题的全部中英文资料并进行整理，从中找出对本课题的设计有所帮助的内容。

（3）经过调研分析，做出系统的整体规划。

（4）硬件平台的参与设计和学习，包括：

主控芯片选型；了解主控芯片的外围电路，设计硬件原理图；绘制PCB（PrintedCircuitBoard，印刷电路板）电路图；元器件的选型与采购；焊接、测试等。

（5）系统软件的开发和学习，包括：

HT系列单片机、C语言编程的学习与研究。

（6）学会了软硬件相结合的设计方法，并完成了软硬件总体测试；同时还总结了测试结果。

第2章硬件设计

2.1硬件选择

2.1.1微处理器

选择：

选择Holtek公司的单片机用于本次设计。

其中遥控器采用HT46R47单片机及主板采用HT46R48单片机。

分析：

因本课题的设计的系统不仅需要完成人机接口的功能，同时还涉及到数据的串行收发，将收到的数据显示出来，并且把预置数发送出去，所以要选微处理器需考虑成本因素。

因为单片机功能已经很强，所以没必要选择DSP、FPGA等器件，考虑到台湾单片机成本比较低，而且功能也比较强，所以本次设计全部采用台湾合泰公司的8位单片机。

遥控器采用HT46R47以及主板采用HT46R48，HT46R48程序的I/O口比HT46R47多6个I/O口程序空间相同。

2.1.2键盘部分

选择：

由于遥控的按键数目较少，本设计采用独立式按键形式。

键盘采用键盘中断方式。

分析：

常用的键盘接口分为独立式按键接口和矩阵式键盘接口。

1.独立式键盘接口：

独立式按键是指直接用I/O口线组成的单个按键电路。

每个独立式按键单独占有一根I/O口线，每根I/O口线的工作状态不会影响其他I/O口线的工作状态，这是一种简单易懂的按键结构。

各键相互独立，每个按键各接一根输入线，通过检测输入线的电平状态可很容易判断那个键被按下。

此种接口适于键数较少或操作速度较高的场合。

2.行列式（矩阵式）键盘接口：

用于按键数目较多的场合，由行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上。

在按键数目较多的场合，行列式键盘与独立式键盘相比，要节省很多的I/O口线。

矩阵式键盘是在按键数目大于8时被采用的键盘接口。

3.程序扫描方式。

采用键盘中断方式。

由于程序扫描方式需要单片机一直工作，当处理器完成对显示单元的初始化后，就一直在扫描键盘，等待用户进行处理。

所以这种方案不妥当，而采用中断方式就不需要耗费单片机的资源，仅仅在发生中断时才执行相应的操作。

当处理器完成对显示单元的初始化后，处理器就不进行任何操作，一直等待中断发生，然后再处理相应的键盘程序。

2.1.3显示部分

选择：

采用HT1621B单片机作LCD显示控制器驱动LCD显示。

分析：

由于需要对遥控器菜单进行操作，同时还需要显示字符，所以根本不可能用LED数码管显示。

可以采用LCD显示，也可以采用CRT显示方式。

根据风扇遥控器的使用场所，选择LCD显示。

对于CRT显示，显示虽然十分直观，但要完成其相应的显示驱动程序，而且底层驱动程序复杂。

而采用LCD显示方便、简单。

另外，此次毕业设计可以采用HT1621B单片机作LCD显示控制器驱动LCD显示。

2.2电机

2.2.1自举电机

为了实现室内与室外空气的流通，我们需要把窗户打开和关闭，为此我们设计了一个自举电机。

由于考虑到安全因素，我们采用继电器来控制自举的方向。

为了控制起止位置并且考虑到寿命问题，本设计没有采用常规的行程开关的方法。

本次采用限流法，其优点是没有寿命问题和没有污染，其缺点是有可能会出现失灵的情况，但可以用超时控制来解决这一情况。

2.2.2限位

选择：

可以用行程开关或电流判断法和超时控制来限位。

在本设计中我采用了电流判断法和超时控制来限位。

分析：

行程开关又称限位开关，用于控制机械设备的行程及限位保护。

可以安装在相对静止的物体上或者运动的物体上。

由开关接点开、合状态的改变去控制电路和机构的动作。

行程开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器，它的作用原理与按钮类似。

但行程开关的触点会因碰撞多而容易损坏。

电流判断法和超时控制来限位：

在设备中事先我们已经设定了一个卡点，当自举电机到达这个卡点而无法向前运动，此时电流会因受阻而逐渐增大如果超出我所得设定的电流范围电机就会自动停止。

超时控制是在电流判断法失灵的情况下用来限位的，我们在硬件中设定了一个段充分的时间，如果设备在这段时间还未停止，则超过时间后会自动停止。

所以也不用担心电流判断法失灵的情况。

2.2.3风扇

选择：

在风扇中采用脉冲宽度调制（PWM）来调速的。

分析：

脉冲宽度调制（PulseWidthModulation）的缩写，简称脉宽调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。

PWM控制技术以其控制简单,灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式,也是人们研究的热点.由于当今科学技术的发展已经没有了学科之间的界限,结合现代控制理论思想或实现无谐振软开关技术将会成为PWM控制技术发展的主要方向之一。

脉冲宽度调制（PWM）是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。

通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。

PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有（ON），要么完全无（OFF）。

电压或电流源是以一种通（ON）或断（OFF）的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。

通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。

只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码。

PWM既经济、节约空间、抗噪性能强。

f=1/T

2.2.4正反转控制

选择：

正反转控制有三极管，mos管和继电器三种，采用继电器来控制电路的正反转。

分析：

继电器是一种当输入量（电、磁、声、光、热）达到一定值时，输出量将发生跳跃式变化的自动控制器件。

继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。

故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

当输入量（如电压、电流、温度等）达到规定值时，使被控制的输出电路导通或断开的电器。

可分为电气量（如电流、电压、频率、功率等）继电器及非电气量（如温度、压力、速度等）继电器两大类。

具有动作快、工作稳定、使用寿命长、体积小等优点。

广泛应用于电力保护、自动化、运动、遥控、测量和通信等装置中。

2.3电路设计

2.3.1.遥控器外围电路设计

HT46R47单片机外围接口主要包括：

1.晶振电路2.复位电路3.直流电源

单片机复位采用上电自动复位，低电平复位；晶振电路采用外部无源晶振时钟电路。

具体设计如图2-3所示。

图2-3HT46R47单片机外围接口电路

2.3.2键盘电路

遥控器的按键采用独立式按键设计，如图2-4所示。

每一个按键各接一根输入线，一根输入线上的按键工作状态不会影响其他输入线上的工作状态。

软件设计采用查询方式，低电平有效。

按键直接与HT46R47的I/O口线相连，通过读I/O口的电平状态即可识别出按下的按键。

五个按键定义如下：

AUTO：

按此键风扇进入自动模式或恢复出厂默认温度设置如果按键持续3秒；

+：

按此键提高风扇转速和温控器设置温度；

-：

按此键降低风扇转速和温控器设置温度；

IN/OUT：

按此键切换升降电机升起或下降；

ON/OFF：

按此键切换风扇电机开启或关闭。

图2-4按键电路图（左边是主板按键电路，右边是遥控器按键电路）

2.3.3显示电路

显示是电子领域中不可缺少的一部分,液晶显示器件（LCD）由于具有体积小、重量轻、低电压、低功耗等特点.成为一种比较理想的显示器。

如图2-5，HT1621B单片机是液晶驱动芯片，LC-M2277是液晶片。

图2-5HT1621B单片机驱动LCD显示电路图

2.3.4主板外围电路

HT46R48单片机外围接口主要包括：

1.24号接口是控制蜂鸣器的（低电平响，高电平关），23号接口是一个功能选择端，21号是一个红外线接收端。

15号接口是一个复位端（低电平复位）。

图2-6HT46R48单片机外围接口电路

2.3.5自举电路

1.自举电路

电机在自举过程中，怎么来决定电机的升和降呢？

这时需要继电器来控制电路的正（升）反（降）转。

继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。

故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

如图2-7所示，

当V_OPEN处输出高电平1，V_CLOSE处输出低电平0时，电机正转；

V_OPEN处输出低电平0，V_CLOSE处输出高电平1时，电机反转；

V_OPEN处和V_CLOSE处都输出低电平0时，电机不动；

V_OPEN处和V_CLOSE处都输出高电平1时，此状态不存在。

图2-7自举电路图

2.自举电机位置检测电路（电流比较电路）

自举电机位置检测电路就是电流比较电路。

由于要实现电机的升降动作，但电机不可能永远处于升或降的状态。

因此，必须保证电机能够完成升停和降停的动作。

本次设计采用的是通过单片机采集到的电流值大小的方法来实现的。

具体设计如图2-8所示。

工作原理是输入值U2与U3的比较，即当U2>U3时，输出电流（CURRENT）为大，电机升动作停止；当U2

图2-8LM358运算放大器组成的电流比较电路图

2.3.6风扇控制电路

风扇转动的过程同样也需要继电器来控制电路的正反转。

如图2-9所示，风扇的正反转类似于自举电机:

AIR_OPEN处输出高电平1，AIR_CLOSE处输出低电平0，电机正转；

AIR_OPEN处输出低电平0，AIR_CLOSE处输出低电平1，电机反转；

AIR_OPEN处和AIR_CLOSE处都输出低电平0，电机不动；

AIR_OPEN处和AIR_CLOSE处都输出高电平1，此状态不存在。

但同时也不同于自举电机：

由于本电路设计中电流比较大，需采用功率大的继电器，因调速增加PWM。

图2-9风扇控制电路图

2.3.7PWM调速电路

在风扇中采用脉冲宽度调制（PWM）来调速的。

如图2-10所示，

在Q6处进行了一级放大，Q7处进行了二级放大。

D5是一个续流二极管。

图2-10风扇调速电路图

2.3.8稳压电源电路

集成稳压电源设计的主要内容是根据性能指标，选择合适的电源变压器，集成稳压器，整流二极管及滤波电容。

常见集成稳压器有固定式三端稳压器与可调三端稳压器。

根据本设计对电压的要求，采用LM7805固定式三端稳压器。

电源是每一个系统的重要组成部分，不能小视更不能马虎。

电源虽然简单，但需要功能可靠，且每一个板子上都有CBB电容和高品质的ELNA电容做退耦，如图2-11所示。

电路采用了7805稳压芯片和+5V输出芯片。

其中IN4007是用来防反接的。

图2-11LM7805集成稳压电源电路

2.4主要元器件

2.4.1HT46R47单片机

特性：

·作电压：

fSYS=4MHz：

2.2V~5.5V；fSYS=8MHz：

3.3V~5.5V；·13到23个双向输入/输出口；·与输入/输出口共用引脚的外部中断输入；·8位可编程定时/计数器，具有溢出中断和7级预分频器；·内置晶体和RC振荡电路；·看门狗定时器；·PFD音频发生器；·HALT和唤醒功能可降低耗；·在VDD=5V，系统频率8MHz时，指令周期为0.5μs；·4或6层硬件堆栈；·4通道8或9位分辨率的A/D转换器；·1或2通道8位PWM输出，与输入/输出共用引脚；·位操作指令；·查表指令；·63条指令；·所有指令执行时间为1或2个机器周期；·低电压复位功能；·多种封装。

方框图（见附录A）

引脚图：

（见右图）

引脚说明：

（见附录B）

2.4.2HT46R48单片机

特性：

包括HT46R47单片机的所有特性，此外，多了一条128×8EEPROM的数据存储功能。

方框图（见附录A）

引脚图：

（见右图）

引脚说明：

（见附录B）

2.4.3LM358

概述（Description）:

LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。

它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。

LM358的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。

特性（Features）:

·内部频率补偿·直流电压增益高（约100dB）·单位增益频带宽（约1MHz）·电源电压范围宽：

单电源（3—30V）·双电源（±1.5一±15V）·低功耗电流，适合于电池供电·低输入偏流·低输入失调电压和失调电流·共模输入电压范围宽，包括接地·差模输入电压范围宽，等于电源电压范围·输出电压摆幅大（0至Vcc-1.5V）；

2.4.4LM7805

概述：

LM7805是常用的三端稳压器，一般使用的是TO-220封装，能提供DC5V的输出电压，应用范围广，内含过流和过载保护电路。

带散热片时能持续提供1A的电流，如果使用外围器件，它还能提供不通的电压和电流。

特点:

输出电流可达1A输出电压有5V过热保护短路保护输出晶体管SOA保护

2.4.5NTC负温度系数热敏电阻

NTC是NegativeTemperatureCoefficient的缩写，意思是负的温度系数，泛指负温度系数很大的半导体材料或元器件，所谓NTC热敏电阻器就是负温度系数热敏电阻器。

它是以锰、钴、镍和铜等金属氧化物为主要材料，采用陶瓷工艺制造而成的。

这些金属氧化物材料都具有半导体性质，因为在导电方式上完全类似锗、硅等半导体材料。

温度低时，这些氧化物材料的载流子（电子和孔穴）数目少，所以其电阻值较高；随着温度的升高，载流子数目增加，所以电阻值降低。

NTC热敏电阻器在室温下的变化范围在10O~1000000欧姆，温度系数-2%~-6.5%。

NTC热敏电阻器可广泛应用于温度测量、温度补偿、抑制浪涌电流等场合。

专业术语:

1.零功率电阻值RT（Ω）：

RT指在规定温度T时，采用引起电阻值变化相对于总的测量误差来说可以忽略不计的测量功率测得的电阻值。

电阻值和温度变化的关系式为：

                   RT=RNexpB（1/T–1/TN）

RT：

在温度T（K）时的NTC热敏电阻阻值。

   RN：

在额定温度TN（K）时的NTC热敏电阻阻值。

   T ：

规定温度（K）。

   B ：

NTC热敏电阻的材料常数，又叫热敏指数。

   exp：

以自然数e为底的指数（e=2.71828…）。

该关系式是经验公式，只在额定温度TN或额定电阻阻值RN的有限范围内才具有一定的精确度，因为材料常数B本身也是温度T的函数。

2.额定零功率电阻值R25（Ω）:

根据国标规定，额定零功率电阻值是NTC热敏电阻在基准温度25℃时测得的电阻值R25，这个电阻值就是NTC热敏电阻的标称电阻值。

通常所说NTC热敏电阻多少阻值，亦指该值。

材料常数（热敏指数）B值（K）。

B值被定义为：

RT1：

温度T1（K）时的零功率电阻值。

   RT2：

温度T2（K）时的零功率电阻值。

   T1、T2：

两个被指定的温度（K）。

对于常用的NTC热敏电阻，B值范围一般在2000K～6000K之间。

 3.零功率电阻温度系数（αT）:

 在规定温度下，NTC热敏电阻零动功率电阻值的相对变化与引起该变化的温度变化值之比值。

αT：

温度T（K）时的零功率电阻温度系数。

   RT：

温度T（K）时的零功率电阻值。

   T ：

温度（T）。

   B ：

材料常数。

4.耗散系数（δ）:

在规定环境温度下，NTC热敏电阻耗散系数是电阻中耗散的功率变化与电阻体相应的温度变化之比值。

 δ：

NTC热敏电阻耗散系数，（mW/K）。

   △P：

NTC热敏电阻消耗的功率（mW）。

   △T：

NTC热敏电阻消耗功率△P时，电阻体相应的温度变化（K）。

5.热时间常数（τ）:

在零功率条件下，当温度突变时，热敏电阻的温度变化了始未两个温度差的63.2%时所需的时间，热时间常数与NTC热敏电阻的热容量成正比，与其耗散系数成反比。

τ：

热时间常数（S）。

   C：

NTC热敏电阻的热容量。

   δ：

NTC热敏电阻的耗散系数。

6.额定功率Pn:

在规定的技术条件下，热敏电阻器长期连续工作所允许消耗的功率。

在此功率下，电阻体