汽车空调系统硬件设计范文

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《机电技术杂志》2014年第二期

1硬件电路设计

1.1处理器处理器选用TI公司具有超低功耗特性的功能强大的16位MSP430F149单片机，其集成有120kB的FlashMemory和10kB的RAM；集成了定时器、模拟比较器、多功能串行接口、LCD驱动器、16位ADC、12位DAC、看门狗定时器、I/O端口等模块；处理器还集成有CAN网络通信模块，方便电动汽车空调系统与整车控制系统及车载网络系统的通信；通过高效率的精简16位指令结构可以确保任何任务的快速执行，大多数指令可以在一个时钟周期内完成。时钟芯片采用的是Philips公司的低功耗实时时钟芯片PCF8563，它具有1.0~5.5V的大工作电压范围，工作电流仅为0.25μA（VCC=3.0V，250C）左右。整个微处理系统性能稳定、可靠性高、超低功耗，具有很强的实用性。

1.2电源设计电源的可靠性和稳定性是影响空调系统控制器稳定工作的重要因素。由于汽车上各种电气设备很多，各种开关、继电器等动作频繁，造成的电干扰很大，记录仪的工作环境比较恶劣。电动汽车空调系统直接引用车载电源，考虑电源电压波动比较大，为提高电源效率、增加电源可靠性，先采用宽压电源模块DC/DC变换器将车载12~24V直流电变换成5V直流电源，提供给内部电路。本系统采用输入电压在（3～40V）的MC34063A单片式DC/DC变换器，该器件内部包括具有温度补偿的基准电源、比较器、可控占空比振荡器（含有限流电路）、驱动器和大电流输出开关，完全能保证记录仪在汽车恶劣的环境下长期稳定工作，电源稳压部分电路见图3所示。

1.3复位电路设计在系统中，复位电路主要完成系统的上电复位和系统在运行时用户的按键复位功能。本系统采用较简单的RC电路，经使用证明，其复位逻辑是可靠的，其中两级非门电路用于按钮去抖动和波形整形，通过调整限流电阻和滤波电容的参数，可调整复位状态的时间。

1.4数据采集

1.4.1A/D信号采样电路设计系统采用了5路温度传感器，分别采样蒸发器表面温度、车外温度、车内温度、车内湿度及光照强度，还包括1路用户温度调节信号输入A/D采样电路。MSP430处理器利用传感器把温度信号经过12位的模/数转换模块（ADC）转换成数字量，其分辨率为满刻度的0.0245%，即一个5V满刻度的12位ADC模块能够分辨输入电压变化的最小值约为1.2mV，采集精度较高，完全满足汽车空调系统需要。温度传感器采用负温度系数热敏电阻和1个高精度电阻分压即可。另外，在单片机的A/D口串接一个电阻，并接一个到地的滤波电容，增加抗干扰能力。

1.4.2开关信号采集电路设计空调系统开关信号输入主要包括空调A/C开关、出风口模式选择、混合风门控制、鼓风机档位调节等共计13个开关量信号，每一路信号的状态发生变化时，均需要能够及时检测到，为了减轻处理器的频繁查询负担，本系统接入可编程多路开关检测接口集成电路MC33993。

1.4.3网络通讯设计空调系统处理器集成了CAN网络通信模块，包括CAN网控制器和收发器，通过车载网络实时与整车控制系统和仪表LCD显示系统进行通信，故无需扩展外围电路即可与整车控制系统及仪表显示实现信息共享。

1.5驱动电路设计

1.5.1电动压缩机驱动电路设计电动压缩机通过MSP430的I/O口输出PWM波的极性，在TLP521-1的输出端接反相器74HC14后再送给电机驱动芯片L298的使能输入端ENA来控制电机的转速。L298的两个输出与电机的两端相连，同时要在电机的两端连接4个续流二极管，以免在电机反转和停止时电机内产生强大的冲击电流烧坏电机。电动压缩机驱动电路如图4所示。

1.5.2风门电机驱动电路设计汽车空调混合风门、出风口模式选择风门，其风门位置都由微型步进电机配一个减速器来控制，使风门克服风阻保持特定位置状态。步进电机是4相绕组的，每相绕组采用IRF840场效应管控制，其栅极接MSP430单片机的I/O口，由I/O口发出的方波脉冲控制电机每相绕组的通断，4相步进电机工作在单4拍方式，以ABCD通电换相顺序可得步进电机正传，反之以DCBA反相通电可得步进电机反转。

1.5.3鼓风机驱动电路设计鼓风机速度调节也由MSP430的I/O口输出PWM波来控制，当调节风速旋钮，调速模块向单片机输入0~5V的经分压的模拟信号，单片机通过程序控制PWM输出来改变风速的大小。

2结束语

综合以上设计，印制了电路板并形成产品，编写相应控制程序。在以东南菱帅改装的纯电动汽车上实验验证，结果表明，该电动汽车空调系统控制器结构简单、操纵容易、安全性能好、安装方便，很好地实现了汽车空调控制器对空调温度、出风模式选择、电机调速等的控制，极大改善了乘车环境。

作者：王麟珠苏庆列单位：福建船政交通职业学院