1、车用太阳能蓄能及通风空调系统控制器设计【摘要】本文介绍了车用太阳能蓄能及通风空调系统的工作原理，对其控制器的设计进行了详细的阐述，指出此控制器可以满足车用太阳能蓄能及通风空调系统的要求，并为以后产品的开发提供重要的理论和实践参考。 【关键词】太阳能蓄能，通风空调，控制器的设计 引言：在现代社会汽车已经成为人们日常生活中非常重要的交通工具，同时车主对汽车的功能也提出更多的要求。如汽车在使用过程中如何避免闻到一股“异味” （主要是挥发性有机化合物：甲醛、丙酮、二甲苯等） 、电瓶亏电而不能启动和夏热冬冷（夏季，人们离车后再次进入车内时车内温度太高；冬季，车主进入车内时，车内寒气逼人）的现象。基于此，
2、本课题组在进行市场调研后，提出了利用太阳能来改善车内空气品质及蓄能应用研究的方案。 1 车用太阳能蓄能及通风空调系统的构成 1.1 太阳能光伏板。太阳能光伏板的作用是将太阳辐射能直接转换成电能，供负载使用或存贮于蓄电池内备用。车用太阳能光伏板一般安装于车顶上，通过光伏板调节器与车辆电瓶连接，即可将太阳辐射能转换成电能存贮于蓄电池内，是太阳能蓄能系统的主要组成部分。 1.2 空气净化器。负离子本身无色无味绿色环保，不仅可以使人精神振奋，还可以净化空气。本系统采用负离子发生器作为空气净化装置，负离子发生器是本身无种利用高电压电离空气，从而产生高浓度负离子，净化空气的装置。 1.3 通风装置。通风装
3、置主要在夏季使用，由于温室效应的作用，车内的空气比车外的空气温度高，高温会使车内产生有毒气体。机械通风后可以把车内异味排出车外，保持车内空气清新，当再次进入车内时不再有炙热的感觉，同时享受无毒无害的乘车环境。通风机安装在前挡水导流槽外循环的入口处，停车时打开外循环风门，通风机便开始抽风工作。 1.4 加热装置。该加热装置采用 PTC 材料作为电加热元件，工作电压有 12V、24V 可控，热介质为 PTC，其发热器部分具有自动控制温度、节省电能的性能。PTC 加热装置的安装位置一般在车辆的中心位置，也可以设置在前排座椅的下方，利用铝合金散热片进行自然对流散热；当车内空间较大时，可以在铝合金散热片
4、上方加装轴流风扇的方法，进行强制对流散热，为寒冷的冬季营造了一个温暖的车内舒适空间。 1.5 控制器。控制器是整个太阳能蓄能及通风空调系统的指挥中心，控制着整个系统的正常工作。它包括启闭装置、功能选择装置和液晶显示装置等， 控制器采用了集成电路，利用单片机控制各个功能的选择。外观如图一 2 车用太阳能蓄能及通风空调系统控制器硬件的设计 车用太阳能蓄能及通风空调系统控制器的单片机选用STC12C5A60S2_LQFP48，该单片机的主要性能：工作电压为5.53.5V；flash 程序存储器空间为 60K；片上集成 1280 字节 RAM；通用 I/O 口 44 个；A/D 转换， 10 位精度
5、ADC，共 8 路；独立波特率发生器；内置复位；有看门狗等。 2.1 单片机端口分配。P33P40、P26P28 用于液晶显示；P44 和P45 用于二极管显示；P22 和 P23 用于温湿度采集；P43 用于光照强度采集；P46P47 和 P2P3 用于继电器控制；P13 用于蜂鸣器；P9P12 用于功能选择。 2.2 电源电路。电源为汽车电瓶，电源电路主要包括电源开关、肖特基二极管、电容器、五端稳压集成块、电感、电阻和发光二极管等组成，为控制器和继电器提供+5V 工作电源。肖特基二极管、电容器和电感主要作用是调压和滤波；五端稳压集成块作用是得到+5V 电压；电阻的作用是限流；发光二极管用于
6、电源指示。 2.3 复位电路。控制器上电时，电容器充电，在电阻 R8 上出现电压，单片机复位；短期内，电容器充满，在电阻上电流为 0，电压也为 0，单片机进入工作状态。 2.4 晶振电路。晶振电路主要包括晶体振荡器、电阻和电容，其作用是与单片机内部组成震荡电路，产生 12MHz 频率的震荡信号，为单片机提供标准时钟，提供单片机所需的各种触发信号。 2.5 液晶显示。液晶显示采用 OCMJ4X8C 中文液晶显示模块，主要显示汽车内温度和湿度。该模块内置 2M-位中文字型 ROM （CGROM） 总共提供 8192 个中文字型（16x16 点阵） ，16K-位半宽字型 ROM （HCGROM） 总
7、共提供 126 个符号字型（16x8 点阵） ，64 x 16-位字型产生 RAM （CGRAM） ，另外绘图显示画面提供一个 64x256 点的绘图区域（GDRAM） ，可以和文字画面混和显示。 2.6 温湿度检测电路。温湿度传感器采用 SHT10，该温湿度传感器的特点如下：相对湿度和温度的测量兼有露点输出；全部校准，数字输出；接口简单（2-wire） ，响应速度快；超低功耗，自动休眠；出色的长期稳定性；超小体积（表面贴装） ；测湿精度4.5%RH，测温精度0.5（25） 。 2.7 光照强度检测电路。由光敏电阻器及分压电阻组成，光照强度发生变化时，光敏电阻传感器的电阻值将会发发生相应变化，
8、分压的电压也相应变化，单片机通过 A/D 变换查表就可得到相应的光照强度。 2.8 继电器电路。继电器有四个，控制太阳能储能、空气净化器、通风机和加热的启停。本文只以一个继电器为例进行说明。该继电器电路是控制太阳能的蓄能系统，主要包括电阻、三极管和继电器线圈等组成。当三极管工作在饱和区时，线圈得电，太阳将给电瓶充电；当工作在截止区时，线圈失电，不能充电。 2.9 功能选择电路。功能选择模式主要用于通风和加热，通过程序来选择通风和加热的温度，不仅可以实现通风、净化和加热的自动控制，还可以选择控制。第一个键为“模式” ，第二个键为“+” ，第三个键为“”，第四个键为 “取消” 。 3 车用太阳能蓄
9、能及通风空调系统控制器功能的说明 整个控制器设置总开关，长期不使用时关闭。 3.1 蓄能功能。蓄能的作用在于利用太阳能，光敏电阻检测太阳光的强度，当达到设定值时，太阳光伏板对汽车电瓶充电，本文选择的太阳光伏板具有过充、过放、电子短路、过载保护、独特的防反接保护等全自动控制功能。 3.2 通风功能。通风主要用于炎热的夏季，通风功能采用自动和人工相结合的控制方式，当选择自动模式时，汽车内温度高于设定值时，通风机运转，将汽车内的高温空气，抽送至室外；当选择人工模式时，可以人工设定给定值，当汽车内温度高于此值时，通风机工作，抽送空气。3.3 加热功能。加热是人离开汽车后，再次驾车会有一段时间的适应，主
10、要是为了预热，用于寒冷的冬季。加热功能也采用自动和人工相结合的控制方式，当选择自动模式时，汽车内温度低于设定值时，加热器得电，对汽车内的空气加热；当选择人工模式时，可以 人工设定给定值，当汽车内温度低于此值时，加热工作，加热空气。 3.4 净化功能。汽车在使用过程中会出现异味，这些异味主要是有害化学物质，对人体的危害很大。要去除这些有害物质，本文采用负离子净化器，其功能实现的方式是通过人工控制来完成的，即选择 “模式”中的“净化” ，净化器即可工作。 4 结束语 本文设计的控制器结构简单，实用性强，成本低，功能全面，灵活性强，一方面能够达到车用太阳能蓄能及通风空调系统的通风、蓄能、净化和加热的效果；另一方面为以后相关产品的开发提供重要的参考依据。 参考文献： 1杨红刚，李刚等.汽车车内空气污染与对策J.环境与健康杂志，2007（10）：72-73. 2宣晓东.太阳能光伏板技术与建筑一体化应用初探.合肥工业大学硕士论文，2007：9-10 3李少玲，占淑琴.负离子发生器在家用空调中的应用J.家电科技，2012（05）：84 4吴国宏.新型温湿度传感器 SHT10 的原理及应用J. 单片机与嵌入式系统应用，2009（04）：52. 基金项目：本文系湖北省教育厅科学技术研究计划项目B2013250车用太阳能蓄能及通风空调系统设计研究课题论文
