汽車空調(diào)風(fēng)機(jī)控制器的設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告

1、<p>　　本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)題目： </p><p>　　學(xué) 院： 信息科學(xué)與工程學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí)： 電子信息工程0802班 </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　指導(dǎo)

2、教師： </p><p>　　2012年 3月15日</p><p>　　基于單片機(jī)的汽車空調(diào)風(fēng)機(jī)控制器的設(shè)計(jì)</p><p>　　一、課題研究的目的和意義</p><p>　　隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)生活質(zhì)量的要求也在不斷地提高。在電子技術(shù)方面廠家也不斷的推出了各種電子產(chǎn)品以滿足人們的需要，人們對(duì)而

3、能夠自動(dòng)控制風(fēng)量的汽車風(fēng)機(jī)控制器的需求正日益增長(zhǎng)。但傳統(tǒng)的汽車風(fēng)機(jī)控制器為按鍵式或旋鈕式，駕駛員在駕駛的同時(shí)需要操作按鍵或旋鈕，為安全駕駛埋下了隱患。而且隨著人們對(duì)汽車需求的不斷增加, 消費(fèi)者除了對(duì)汽車使用性的要求外, 對(duì)汽車本身的舒適度和使用壽命的要求也在不斷的提高汽車空調(diào)系統(tǒng)作為影響汽車舒適性的主要總成之一, 為汽車提供制冷取暖、除霜、除霧、空氣過(guò)濾和濕度控制, 已成為汽車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的主要手段之一。風(fēng)機(jī)控制器作為汽車空調(diào)系統(tǒng)中風(fēng)機(jī)的驅(qū)

4、動(dòng)器件, 是汽車空調(diào)系統(tǒng)中一個(gè)重要的組件, 對(duì)車廂的環(huán)境舒適度和空調(diào)系統(tǒng)的使用壽命有著重要的影響。然而, 普通的風(fēng)機(jī)控制器的電路簡(jiǎn)單, 功能單一而且保護(hù)后沒(méi)有可恢復(fù)性。容易造成整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)失效。使得空調(diào)制造商不斷遭到客戶的抱怨，帶來(lái)了很多麻煩。因此，從市場(chǎng)的需求出發(fā)，設(shè)計(jì)了該款新型的，有多種保護(hù)功能，可灰復(fù)的風(fēng)機(jī)控制器, 相信一定有很大的發(fā)展空間。</p><p>　　基于單片機(jī)的汽車空調(diào)風(fēng)機(jī)控制器，采用了基于S

5、TC89C52的單片機(jī)控制技術(shù)，使用DS18B20芯片作為數(shù)字溫度計(jì)獲取周圍溫度，使用L298N作為電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)單片機(jī)的外圍電路，使其達(dá)到自己控制風(fēng)機(jī)速度，更符合人們的需求，增加市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。</p><p>　　二、課題研究的主要任務(wù)和預(yù)期目標(biāo)</p><p><b>　　1．主要任務(wù)及要求</b></p><p>　　學(xué)習(xí)S

6、TC89C52單片機(jī)、DS18B20數(shù)字溫度計(jì)芯片、H橋驅(qū)動(dòng)模塊、L298N驅(qū)動(dòng)芯片、1602液晶顯示屏、理解其工作原理，并達(dá)到對(duì)其熟練應(yīng)用。</p><p>　　學(xué)習(xí)Keil C軟件的使用方法，同時(shí)加強(qiáng)C-51語(yǔ)言的編程能力，提高對(duì)外圍電路控制上的編程技巧，達(dá)到精簡(jiǎn)代碼并實(shí)現(xiàn)全部功能的效果。同時(shí)也要從編譯時(shí)出現(xiàn)的錯(cuò)誤和軟件BUG中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，吸取教訓(xùn)。</p><p>　　通過(guò)學(xué)習(xí)EDA軟

7、件Protel99se的使用方法，掌握原理圖設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)PCB設(shè)計(jì)的自動(dòng)布線，最終印制出PCB板。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)方案，分模塊進(jìn)行硬件連接和軟件調(diào)試，實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能。在完成基本功能的實(shí)現(xiàn)后盡量完善擴(kuò)展功能，在最后階段進(jìn)行系統(tǒng)整合，最終制作出完整的汽車空調(diào)風(fēng)機(jī)控制器。</p><p><b>　　2．預(yù)期目標(biāo)</b></p><

8、;p>　　掌握單片機(jī)控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)思路，熟悉相關(guān)外部設(shè)備器件的使用方法。要求分別完成實(shí)時(shí)溫度測(cè)量模塊、LED1602顯示模塊、H橋驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)。在完成以上基本功能后，努力實(shí)現(xiàn)電機(jī)的保護(hù)模塊的設(shè)計(jì)，進(jìn)而完成汽車空調(diào)風(fēng)機(jī)控制器的硬件電路設(shè)計(jì)。</p><p>　　使用C語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言對(duì)硬件電路進(jìn)行軟件編程，完善溫度測(cè)量算法的精確度、美化液晶顯示模塊人機(jī)界面在此基礎(chǔ)上爭(zhēng)取解決電機(jī)保護(hù)模塊設(shè)計(jì)的難題，進(jìn)而

9、實(shí)現(xiàn)汽車空調(diào)風(fēng)機(jī)控制器的預(yù)期功能。</p><p><b>　　三、設(shè)計(jì)方案</b></p><p><b>　　1．設(shè)計(jì)思想</b></p><p>　　隨著人們對(duì)汽車需求的不斷增加, 消費(fèi)者除了對(duì)汽車使用性的要求外, 對(duì)汽車本身的舒適度和使用壽命的要求也在不斷的提高。風(fēng)機(jī)控制器作為汽車空調(diào)系統(tǒng)中風(fēng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)器件, 是汽車

10、空調(diào)系統(tǒng)中一個(gè)重要的組件, 對(duì)車廂的環(huán)境舒適度和空調(diào)系統(tǒng)的使用壽命有著重要的影響。然而, 普通的風(fēng)機(jī)控制器的電路簡(jiǎn)單, 功能單一而且保護(hù)后沒(méi)有可恢復(fù)性, 容易造成整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)失效。對(duì)于風(fēng)機(jī)控制器來(lái)說(shuō), 在電源電壓一定情況下通過(guò)串聯(lián)分壓方式, 改變汽車空調(diào)風(fēng)機(jī)（以下簡(jiǎn)稱風(fēng)機(jī))兩端的電壓, 從而改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和風(fēng)量, 使人感覺(jué)舒適。</p><p>　　一般來(lái)講, 串聯(lián)分壓方式有三種無(wú)源式一利用電阻進(jìn)行分壓:有源開(kāi)關(guān)

11、式一利用MOS管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)進(jìn)行分壓:有源線性式一利用MOS管或達(dá)林頓管工作在線性狀態(tài)進(jìn)行分壓。</p><p>　　無(wú)源式風(fēng)機(jī)控制器，這類風(fēng)機(jī)控制器結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單, 一般采用電阻分壓。該類風(fēng)機(jī)控制器有簡(jiǎn)單可靠低廉等優(yōu)點(diǎn), 但不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)可調(diào),一般用于低檔車上。有源開(kāi)關(guān)式風(fēng)機(jī)控制器，這類風(fēng)機(jī)控制器電路中的MOS管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)。其優(yōu)點(diǎn)是效率高,節(jié)約能源。缺點(diǎn)為增加電源的紋波, 進(jìn)而影響其它用電設(shè)備的正常使用。有源

12、線性式風(fēng)機(jī)控制器， 這類風(fēng)機(jī)控制器發(fā)揚(yáng)了前兩種風(fēng)機(jī)控制器的優(yōu)點(diǎn), 克服了他們的一些不足, 具有多種保護(hù)功能。目前, 這類風(fēng)機(jī)控制器技術(shù)在福特寶馬、奔馳等中高檔車上得到廣泛應(yīng)用。</p><p><b>　　軟件流程圖如下：</b></p><p><b>　　否</b></p><p><b>　　是<

13、/b></p><p>　　溫度上升 溫度下降</p><p><b>　　2．方案論證</b></p><p>　　單片機(jī)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)是硬件、軟件相結(jié)合的過(guò)程。要完成單片機(jī)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，首先要針對(duì)實(shí)際應(yīng)用選擇合理的單片機(jī)芯片和外圍器件，并以此為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)硬件電路。</p><p>　　對(duì)于單片機(jī)芯片，本次設(shè)計(jì)選

14、擇了STC公司的89C52芯片。STC89C52 是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。使用高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在線系統(tǒng)可編程Flash。 STC89C52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看

15、門狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16 位 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，STC89C52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。8 位微控制器 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash。對(duì)于本課題，該芯片完全

16、可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　對(duì)于溫度這種非電量要想通過(guò)單片機(jī)來(lái)獲取，必須使用溫度傳感器。傳統(tǒng)的溫度檢測(cè)通常以熱敏電阻作為溫度傳感器，但熱敏電阻的可靠性差、測(cè)量溫度準(zhǔn)確率低，而且必須經(jīng)過(guò)專門的接口電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后才能由單片機(jī)進(jìn)行處理。因此，本次設(shè)計(jì)應(yīng)該選擇一個(gè)集測(cè)量系統(tǒng)和存儲(chǔ)器與一體的芯片。Dallas半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS18B20是世界上第一片支持 “一線總線”接口的溫度傳感器，其測(cè)量溫度

17、范圍為 -55 C~+125 C，在-10~+85 C范圍內(nèi)精度為 0.5 C。DS18B20的性能特點(diǎn)為：</p><p>　　采用單總線專用技術(shù)，既可通過(guò)串行口線，也可通過(guò)其它I/O口線與微機(jī)接口，無(wú)須經(jīng)過(guò)其它變換電路，直接輸出被測(cè)溫度值（9位二進(jìn)制數(shù)，含符號(hào)位）；</p><p>　　測(cè)溫范圍為-55℃-+125℃，測(cè)量分辨率為0.0625℃；</p><p>

18、;　　內(nèi)含64位經(jīng)過(guò)激光修正的只讀存儲(chǔ)器ROM；</p><p>　　適配各種單片機(jī)或系統(tǒng)機(jī)；</p><p>　　用戶可分別設(shè)定各路溫度的上、下限；</p><p><b>　　內(nèi)含寄生電源。</b></p><p>　　DS18B20中的溫度傳感器完成對(duì)溫度的測(cè)量，用16位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以0.06

19、25℃/LSB形式表達(dá)，其中S為符號(hào)位。例如＋125℃的數(shù)字輸出為07D0H，＋25.0625℃的數(shù)字輸出為0191H，－25.0625℃的數(shù)字輸出為FF6FH，－55℃的數(shù)字輸出為FC90H。溫度值低字節(jié)MSBLSB溫度值高字節(jié) 高低溫報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器均由一個(gè)字節(jié)的EEPROM組成，使用一個(gè)存儲(chǔ)器功能命令可對(duì)TH、TL或配置寄存器寫(xiě)入。其中配置寄存器的格式如下：MSBLSB R1、R0決定

20、溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)：R1R0=“00”，9位精度，最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為93.75ms；R1R0=“01”，10位精度，最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為187.5ms；R1R0=“10”，11位精度，最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為375ms；R1R0=“11”，12位精度，最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為750ms；未編程時(shí)默認(rèn)為12位精度?！　「咚贂捍嫫魇且粋€(gè)9字節(jié)的存儲(chǔ)器。開(kāi)始兩個(gè)字節(jié)包含被測(cè)溫度的數(shù)字量信息；第3、4、5字節(jié)分別是TH、TL、配置寄存器的臨時(shí)拷貝，每一次上電復(fù)位時(shí)被刷新；

21、第6、7、8字節(jié)未用，</p><p>　　因此，根據(jù)DS18B20的這些基本特性，本次設(shè)計(jì)采用了體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)的數(shù)字溫度傳感器DS18B20。</p><p>　　1602液晶顯示模塊 </p><p>　　液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點(diǎn)，在各類儀表和低功耗系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。</p><p&g

22、t;　　根據(jù)顯示內(nèi)容可以分為字符型液晶，圖形液晶。根據(jù)顯示容量又可以分為單行16字，2行16字，兩行20字等等。</p><p>　　這里介紹常用的字16字X2行的字符型液晶模塊的使用方法。這是一種通用模塊。與數(shù)碼管相比該模塊有如下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　1.位數(shù)多，可顯示32位，32個(gè)數(shù)碼管體積相當(dāng)龐大了</p><p>　　2.顯示內(nèi)容豐富，可顯示所有數(shù)字和

23、大、小寫(xiě)字母</p><p>　　3.程序簡(jiǎn)單，如果用數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，會(huì)占用很多時(shí)間來(lái)刷新顯示，而1602自動(dòng)完成此功能。</p><p>　　1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中：（模塊背面有標(biāo)注）</p><p>　　第1腳：VSS為地電源</p><p>　　第2腳：VDD接5V正電源 </p><p>　　第3腳

24、：V0為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度（建議接地，弄不好有的模塊會(huì)不顯示）</p><p>　　第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。</p><p>　　第5腳：RW為讀寫(xiě)信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。</p>&

25、lt;p>　　第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。</p><p>　　第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。</p><p>　　第15～16腳：空腳</p><p>　　1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有，阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫(xiě)、常用的符號(hào)、和日文假名等，每

26、一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，其中數(shù)字與字母同ASCII碼兼容。</p><p>　　其內(nèi)部還有自定義字符（CGRAM），可用業(yè)存儲(chǔ)自已定義的字符。</p><p>　　1602模塊的設(shè)定，讀寫(xiě)，與光標(biāo)控制都是通過(guò)指令來(lái)完成，共有11條指令，如下：</p><p>　　指令1：清顯示，光標(biāo)復(fù)位到地址00H位置。</p><p>　　指令2：光標(biāo)

27、復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00H。</p><p>　　指令3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 I/D：光標(biāo)移動(dòng)方向，高電平右移，低電平左移，S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無(wú)效。</p><p>　　指令4：顯示開(kāi)關(guān)控制。 D：控制整體顯示的開(kāi)與關(guān)，高電平表示開(kāi)顯示，低電平表示關(guān)顯示 C：控制光標(biāo)的開(kāi)與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無(wú)光標(biāo) B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低

28、電平不閃爍。 </p><p>　　指令5：光標(biāo)或顯示移位 S/C：高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo)。R/L，高向左，低向右。</p><p>　　指令6：功能設(shè)置命令 DL：高電平時(shí)為4位總線，低電平時(shí)為8位總線 N：低電平時(shí)為單行顯示，高電平時(shí)雙行顯示 F: 低電平時(shí)顯示5x7的點(diǎn)陣字符，高電平時(shí)顯示5x10的點(diǎn)陣字符。（有些模塊是 DL：高電平時(shí)為8位總線，低電平時(shí)為4位總線

29、） </p><p>　　指令7：字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置，地址：字符地址*8+字符行數(shù)。(將一個(gè)字符分成5*8點(diǎn)陣，一次寫(xiě)入一行，8行就組成一個(gè)字符)</p><p>　　指令8：置顯示地址，第一行為：00H——0FH,第二行為：40H——4FH。</p><p>　　指令9：讀忙信號(hào)和光標(biāo)地址 BF：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時(shí)模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為

30、低電平表示不忙。 </p><p><b>　　指令10：寫(xiě)數(shù)據(jù)。</b></p><p><b>　　指令11：讀數(shù)據(jù)。</b></p><p>　　當(dāng)電路設(shè)計(jì)完成后，下面的工作就應(yīng)該是使用C語(yǔ)言對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)了。Keil是目前最流行的單片機(jī)開(kāi)發(fā)軟件，對(duì)于使用C語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)的項(xiàng)目，Keil已經(jīng)成為必備的開(kāi)發(fā)工具

31、。Keil提供了一個(gè)集成的開(kāi)發(fā)環(huán)境，它包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器，這樣可以縮短開(kāi)發(fā)周期。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)采用的硬件元器件和相關(guān)的軟件均可以達(dá)到預(yù)期要求，為下一步的課題開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)奠定了良好的基礎(chǔ)。在軟件編程方面，本次設(shè)計(jì)使用的有限狀態(tài)機(jī)思想具備嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)性，使程序的規(guī)劃上升到全局的、系統(tǒng)的層次，符合“自頂向下,逐步求精”的原則。不僅使程序的可讀性大大加強(qiáng)，易于代碼實(shí)

32、現(xiàn)，同時(shí)也有效地防止了某些重要細(xì)節(jié)的遺漏，便于容錯(cuò)設(shè)計(jì)，顯著地提高了程序的可靠性。</p><p><b>　　四、課題進(jìn)度安排</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1] AT89C51 DATA SHEEP Philips Semiconductors 1999.dec</

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