CN102354468B - 一种基于单片机控制的虚拟汽车自动空调实验台架电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于单片机控制的虚拟汽车自动空调实验台架电路，包括电源开关、蓄电池、点火开关、可调信号发生器、可调信号发生器的控制开关、发动机控制单元、节气门位置传感器、空调开关、CAN-L线、CAN-H线、水温控制单元、发动机水温传感器、空调控制单元、压力传感器、车内温度设定传感器、车内温度传感器、环境温度传感器与蒸发器温度传感器。利用电子器件代替真实的汽车空调零部件，以达到直观、醒目地显示汽车自动空调系统的工作过程及各系统之间的内在因果关系；克服现有技术中实验效果差、成本高、安全性差与环保性差的缺陷，以实现实验效果好、结构简单、成本低、安全性好与环保性好的目的。
Description
技术领域
本发明涉及教学用实验电路，具体地，涉及一种基于单片机控制的虚拟汽车自动空调实验台架电路。
背景技术
目前，汽车空调实验台架一般采用真实的零部件制作，且单独形成体系，在实验时并不能反映其对其它系统的影响，也不能显示其内在因果关系，导致学生难以真正理解掌握相关知识和技能。如增加其它系统，则会使整个实验台架体积庞大，且制作成本相当昂贵，对实验时的安全、环保也有一定的影响。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在实验效果差、成本高、安全性差与环保性差等缺陷。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种基于单片机控制的虚拟汽车自动空调实验台架电路，以实现实验效果好、结构简单、成本低、安全性好与环保性好的优点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于单片机控制的虚拟汽车自动空调实验台架电路，包括电源开关、蓄电池、点火开关、可调信号发生器、可调信号发生器的控制开关、发动机控制单元、节气门位置传感器、空调开关、CAN-L线、CAN-H线、水温控制单元、发动机水温传感器、空调控制单元、压力传感器、车内温度设定传感器、车内温度传感器、环境温度传感器与蒸发器温度传感器，其中：所述电源开关的控制端接地，固定端接蓄电池的负极；蓄电池的正极，与水温控制单元连接，与发动机控制单元的第二测量端子连接，与空调控制单元的第二测量端子连接，并经点火开关后，与发动机控制单元的第一测量端子连接、并经空调开关后与空调控制单元的第一测量端子连接；所述可调信号发生器，经可调信号发生器的控制开关后，与发动机控制单元连接；所述节气门位置传感器的第一固定端与发动机控制单元的Vc端连接，第二固定端与发动机控制单元的E2端连接，控制端与发动机控制单元的Vs端连接；所述发动机控制单元，通过CAN-L线及CAN-H线，分别与空调控制单元及水温控制单元连接；所述发动机水温传感器的第一固定端与水温控制单元的Vs端连接，第二固定端与水温控制单元的E2端连接；所述车内温度设定传感器的第一固定端与空调控制单元的Vc端连接，第二固定端与空调控制单元的E2端连接，控制端与空调控制单元的Vs端连接；所述压力传感器的第一固定端与空调控制单元的Vc端连接，第二固定端与空调控制单元的E2端连接，控制端与空调控制单元的Vs端连接；所述蒸发器温度传感器的第一固定端与空调控制单元的Vs端连接，第二固定端与空调控制单元的E2端连接；所述车内温度传感器的第一固定端与空调控制单元的Vs端连接，第二固定端与空调控制单元的E2端连接；所述环境温度传感器的第一固定端与空调控制单元的Vs端连接，第二固定端与空调控制单元的E2端连接。
进一步地，所述基于单片机控制的虚拟汽车自动空调实验台架电路，还包括故障报警指示灯；所述故障报警指示灯连接在点火开关与空调开关的公共端、与发动机控制单元之间。
进一步地，所述基于单片机控制的虚拟汽车自动空调实验台架电路，还包括怠速提速指示灯，所述怠速提速指示灯连接在发动机控制单元的第三测量端子与地之间。
进一步地，所述基于单片机控制的虚拟汽车自动空调实验台架电路，还包括冷却散热风扇低速指示灯与冷却散热风扇高速指示灯，所述冷却散热风扇低速指示灯连接在水温控制单元的第一测量端子与地之间，所述冷却散热风扇高速指示灯连接在水温控制单元的第二测量端子与地之间。
进一步地，所述基于单片机控制的虚拟汽车自动空调实验台架电路，还包括鼓风机高速指示灯与鼓风机低速指示灯，所述鼓风机高速指示灯连接在空调控制单元的第三测量端子与地之间，所述鼓风机低速指示灯连接在空调控制单元的第四测量端子与地之间。
进一步地，所述基于单片机控制的虚拟汽车自动空调实验台架电路，还包括中央出风口指示灯与底部出风口指示灯，所述中央出风口指示灯连接在空调控制单元的第五测量端子与地之间，所述底部出风口指示灯连接在空调控制单元的第六测量端子与地之间。
进一步地，所述基于单片机控制的虚拟汽车自动空调实验台架电路，还包括电磁离合器指示灯，所述电磁离合器指示灯连接在空调控制单元的第七测量端子与地之间。
进一步地，所述CAN-L线及CAN-H线为双绞线。
进一步地，所述发动机控制单元、水温控制单元与空调控制单元，均为单片机。
本发明各实施例的基于单片机控制的虚拟汽车自动空调实验台架电路，由于包括电源开关、蓄电池、点火开关、可调信号发生器、可调信号发生器的控制开关、发动机控制单元、节气门位置传感器、空调开关、CAN-L线、CAN-H线、水温控制单元、发动机水温传感器、空调控制单元、压力传感器、车内温度设定传感器、车内温度传感器、环境温度传感器与蒸发器温度传感器，可以直观、醒目地显示汽车自动空调系统的工作过程及各系统之间的内在因果关系；从而可以克服现有技术中实验效果差、成本高、安全性差与环保性差的缺陷，以实现实验效果好、结构简单、成本低、安全性好与环保性好的优点。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其它优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为根据本发明基于单片机控制的虚拟汽车自动空调实验台架电路的电气原理示意图。
结合附图，本发明实施例中附图标记如下：
1-蓄电池；2-点火开关；3-故障报警指示灯；4-空调开关；5-测量端子；6-压力传感器；7-CAN-H线；8-CAN-L线；9-车内温度设定传感器；10-车内温度传感器；11-环境温度传感器；12-电磁离合器指示灯；13-蒸发器温度传感器；14-鼓风机高速指示灯；15-鼓风机低速指示灯；16-冷却散热风扇高速指示灯；17-冷却散热风扇低速指示灯；18-节气门位置传感器；19-发动机水温传感器；20-怠速提速指示灯；21-可调信号发生器的控制开关；22-电源开关；23-中央出风口指示灯；24-底部出风口指示灯。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
根据本发明实施例，提供了一种基于单片机控制的虚拟汽车自动空调实验台架电路。如图1所示，本实施例包括电源开关22、蓄电池1、点火开关2、可调信号发生器、可调信号发生器的控制开关21、发动机控制单元、节气门位置传感器18空调开关4、CAN-L线8、CAN-H线7、水温控制单元、发动机水温传感器19、空调控制单元、压力传感器6、车内温度设定传感器9、车内温度传感器10、环境温度传感器11与蒸发器温度传感器13。
其中，电源开关22的控制端接地，固定端接蓄电池1的负极；蓄电池1的正极，与水温控制单元连接，与发动机控制单元的第二测量端子连接，与空调控制单元的第二测量端子连接，并经点火开关2后，与发动机控制单元的第一测量端子连接、并经空调开关4后与空调控制单元的第一测量端子连接；可调信号发生器，经可调信号发生器的控制开关21后，与发动机控制单元连接；节气门位置传感器18的第一固定端与发动机控制单元的Vc端连接，第二固定端与发动机控制单元的E2端连接，控制端与发动机控制单元的Vs端连接；发动机控制单元，通过CAN-L线8及CAN-H线7，分别与空调控制单元及水温控制单元连接；发动机水温传感器19的第一固定端与水温控制单元的Vs端连接，第二固定端与水温控制单元的E2端连接；车内温度设定传感器9的第一固定端与空调控制单元的Vc端连接，第二固定端与空调控制单元的E2端连接，控制端与空调控制单元的Vs端连接；压力传感器6的第一固定端与空调控制单元的Vc端连接，第二固定端与空调控制单元的E2端连接，控制端与空调控制单元的Vs端连接；蒸发器温度传感器13的第一固定端与空调控制单元的Vs端连接，第二固定端与空调控制单元的E2端连接；车内温度传感器10的第一固定端与空调控制单元的Vs端连接，第二固定端与空调控制单元的E2端连接；环境温度传感器11的第一固定端与空调控制单元的Vs端连接，第二固定端与空调控制单元的E2端连接。
进一步地，上述实施例的基于单片机控制的虚拟汽车自动空调实验台架电路，还包括故障报警指示灯3，故障报警指示灯3连接在点火开关2与空调开关4的公共端、与发动机控制单元之间；还包括怠速提速指示灯20，怠速提速指示灯20连接在发动机控制单元的第三测量端子与地之间；还包括冷却散热风扇低速指示灯17与冷却散热风扇高速指示灯16，冷却散热风扇低速指示灯17连接在水温控制单元的第一测量端子与地之间，冷却散热风扇高速指示灯16连接在水温控制单元的第二测量端子与地之间；还包括鼓风机高速指示灯14与鼓风机低速指示灯15，鼓风机高速指示灯14连接在空调控制单元的第三测量端子与地之间，鼓风机低速指示灯15连接在空调控制单元的第四测量端子与地之间；还包括中央出风口指示灯23与底部出风口指示灯24，中央出风口指示灯23连接在空调控制单元的第五测量端子与地之间，底部出风口指示灯24连接在空调控制单元的第六测量端子与地之间；还包括电磁离合器指示灯12，电磁离合器指示灯12连接在空调控制单元的第七测量端子与地之间。
在上述实施例中，CAN-L线8及CAN-H线7为双绞线；发动机控制单元、水温控制单元与空调控制单元，均为单片机。
在上述实施例中，汽车空调是通过由发动机驱动压缩机使储存在密闭制冷系统里的制冷介质不断循环且使其相态发生变化而产生制冷效果的，每个循环有四个过程：压缩过程、冷凝过程、膨胀过程、蒸发过程；在冷凝过程中，制冷介质在冷凝器里由气体变成液体向外界散热；在蒸发过程中，制冷介质在蒸发器里由液体变成气体吸热，降低了蒸发器周围的温度，鼓风机将经过蒸发器的空气送入车内从而达到降低车内温度的目的。
在上述实施例中，微机控制的自动空调的机械部分与普通空调基本是一致的，其主要区别是在空调的控制系统。其基本控制理论是：通过各传感器检测车内设定温度、车内温度、环境温度、蒸发器温度、制冷系统高压端的压力等信号，自动控制压缩机电磁离合器的吸合、调节鼓风机的转速、调节气流方式等；同时，通过CAN-H线7、CAN-L线8与发动机控制单元、水温控制单元等进行数据传输、通讯，以使其它系统对相关执行元件进行控制，使各个系统能够协调工作，确保各个系统都处于最佳的工作状态。
上述实施例的基于单片机控制的虚拟汽车自动空调实验台架电路，主要传感器的安装位置及作用如下：压力传感器6安装在制冷管路的高压端，检测制冷系统高压端的压力；车内温度设定传感器9安装在仪表台的空调控制面板上，驾驶员可对车内温度进行调节、设定；车内温度传感器10安装在车室内，对车内的真实温度进行检测；环境温度传感器11安装在空调通风系统的进风口，对外部环境温度进行检测；蒸发器温度传感器13安装在蒸发器的表面，对蒸发器表面的温度进行检测。
在上述实施例中，基于单片机控制的虚拟汽车自动空调实验台架电路，为虚拟的汽车自动空调综合实验台架，且能清晰显示汽车空调在使用时对其它系统的影响；它去掉了繁杂的机械部分，核心元件自动空调控制单元、发动机控制单元、水温控制单元为自己编程开发的单片机，各主要传感器及执行器也都采用信号发生器、简单电子元件及灯泡来代替。整个系统具有结构简单、体积小、成本低、检测方便等优点。
如图1所示，上述实施例的基于单片机控制的虚拟汽车自动空调实验台架电路，由蓄电池1、点火开关2、故障报警指示灯3、空调开关4、测量端子5、压力传感器6、CAN-H线7、CAN-L线8、车内温度设定传感器9、车内温度传感器10、环境温度传感器11、电磁离合器指示灯12、蒸发器温度传感器13、鼓风机高速指示灯14、鼓风机低速指示灯15、冷却散热风扇高速指示灯16、冷却散热风扇低速指示灯17、节气门位置传感器18、发动机水温传感器19、怠速提速指示灯20、可调信号发生器的控制开关21、电源开关22、中央出风口指示灯23、底部出风口指示灯24、空调控制单元、发动机控制单元、水温控制单元、可调信号发生器组成。可调信号发生器输出矩形脉冲信号，信号频率可以调整，它模拟发动机的转速信号，并设置了控制开关21；压力传感器6、车内温度设定传感器9、节气门位置传感器18都用可变电阻进行模拟，其中Vc端子为各控制单元提供的5V参考电压，Vs端子为信号电压，E2端子为传感器经过各控制单元的搭铁线。在压力传感器6中，Vs往上表示压力增大，信号电压上升；Vs往下表示压力减小，信号电压下降。在车内温度设定传感器9中，Vs 往左表示设定温度增大，信号电压上升；Vs往右表示设定温度减小，信号电压下降；在节气门位置传感器18中，Vs往左表示节气门开度增大，信号电压上升；往右表示节气门开度减小，信号电压下降；车内温度传感器10、环境温度传感器11、蒸发器温度传感器13、发动机水温传感器19也都用可变电阻进行模拟，可变电阻的滑动片往Vs端移动电阻增大，表示温度下降，信号电压上升；滑动片往E2端移动电阻减小，表示温度上升，信号电压下降。各执行元件都用灯泡代替，当指示灯点亮时表示该执行元件工作；各测量端子（如测量端子5）用于测量电压值、信号波形、电阻等，方便检测与教学需要；CAN-H线7与CAN-L线8用于在控制单元之间进行数据传输与通讯，它们形成双绞线可有效地抑制外部干扰。
上述实施例的基于单片机控制的虚拟汽车自动空调实验台架电路，以典型汽车自动空调为模板，能直观、醒目地显示汽车自动空调系统的工作过程及各系统之间的内在因果关系；该基于单片机控制的虚拟汽车自动空调实验台架电路，可以非常方便调试、检测，且安全、经济、环保；在电源开关22闭合时，给各控制单元提供工作电源，其主要控制功能如下：
⑴点火开关2闭合时，发动机控制单元接收到点火开关2信号，如各系统没有故障信息，发动机控制单元首先使故障报警指示灯3亮3秒然后熄灭；如有故障信息，发动机控制单元则会使故障报警指示灯3持续闪亮；
⑵当可调信号发生器的控制开关21闭合时，发动机控制单元接收到发动机转速信号。同时，空调开关4闭合时，空调控制单元接收到空调信号。实验台架的工作过程及各执行元件的工作状态如表1所示；
表1：实验台架的工作过程及各执行元件的工作状态表
⑶CAN-H线7与 CAN-L线8为双绞线，用来在各控制单元之间提供通讯，实现数据传输及共享；
⑷当各控制单元接收不到某些信号或控制单元自身有故障时，故障报警指示灯3持续闪亮，显示系统存在故障，需及时进行维修；
⑸各测量端子用于各数据的检测，方便故障的判断、检测及教学的需要。
该基于单片机控制的虚拟汽车自动空调实验台架电路结构简单、成本低，且使用时安全、环保、经济；通过将三个系统组合在一个实验平台上，能清晰地显示相互之间的因果关系；灯泡作为执行元件，使整个过程更加形象、直接，提高了教学效果；还可在教师指导下由学生以项目的形式进行开发、设计与制作，提升学生综合运用知识、科技创新的能力。
综上所述，本发明各实施例的基于单片机控制的虚拟汽车自动空调实验台架电路，由于包括电源开关、蓄电池、点火开关、可调信号发生器、可调信号发生器的控制开关、发动机控制单元、节气门位置传感器、空调开关、CAN-L线、CAN-H线、水温控制单元、发动机水温传感器、空调控制单元、压力传感器、车内温度设定传感器、车内温度传感器、环境温度传感器与蒸发器温度传感器，可以直观、醒目地显示汽车自动空调系统的工作过程及各系统之间的内在因果关系；从而可以克服现有技术中实验效果差、成本高、安全性差与环保性差的缺陷，以实现实验效果好、结构简单、成本低、安全性好与环保性好的优点。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于单片机控制的虚拟汽车自动空调实验台架电路，其特征在于，包括电源开关、蓄电池、点火开关、可调信号发生器、可调信号发生器的控制开关、发动机控制单元、节气门位置传感器、空调开关、CAN-L线、CAN-H线、水温控制单元、发动机水温传感器、空调控制单元、压力传感器、车内温度设定传感器、车内温度传感器、环境温度传感器与蒸发器温度传感器，其中：
所述电源开关的控制端接地，固定端接蓄电池的负极；蓄电池的正极，与水温控制单元连接，与发动机控制单元的第二测量端子连接，与空调控制单元的第二测量端子连接，并经点火开关后，与发动机控制单元的第一测量端子连接、并经空调开关后与空调控制单元的第一测量端子连接；
所述可调信号发生器，经可调信号发生器的控制开关后，与发动机控制单元连接；所述节气门位置传感器的第一固定端与发动机控制单元的5V参考电压Vc端连接，第二固定端与发动机控制单元的搭铁线E2端连接，控制端与发动机控制单元的信号电压Vs端连接；所述发动机控制单元，通过CAN-L线及CAN-H线，分别与空调控制单元及水温控制单元连接；所述发动机水温传感器的第一固定端与水温控制单元的信号电压Vs端连接，第二固定端与水温控制单元的搭铁线E2端连接；
所述车内温度设定传感器的第一固定端与空调控制单元的5V参考电压Vc端连接，第二固定端与空调控制单元的搭铁线E2端连接，控制端与空调控制单元的信号电压Vs端连接；所述压力传感器的第一固定端与空调控制单元的5V参考电压Vc端连接，第二固定端与空调控制单元的搭铁线E2端连接，控制端与空调控制单元的信号电压Vs端连接；所述蒸发器温度传感器的第一固定端与空调控制单元的信号电压Vs端连接，第二固定端与空调控制单元的搭铁线E2端连接；所述车内温度传感器的第一固定端与空调控制单元的信号电压Vs端连接，第二固定端与空调控制单元的搭铁线E2端连接；所述环境温度传感器的第一固定端与空调控制单元的信号电压Vs端连接，第二固定端与空调控制单元的搭铁线E2端连接。
2.根据权利要求1所述的基于单片机控制的虚拟汽车自动空调实验台架电路，其特征在于，还包括故障报警指示灯；所述故障报警指示灯连接在点火开关与空调开关的公共端、与发动机控制单元之间。
3.根据权利要求1所述的基于单片机控制的虚拟汽车自动空调实验台架电路，其特征在于，还包括怠速提速指示灯，所述怠速提速指示灯连接在发动机控制单元的第三测量端子与地之间。
4.根据权利要求1所述的基于单片机控制的虚拟汽车自动空调实验台架电路，其特征在于，还包括冷却散热风扇低速指示灯与冷却散热风扇高速指示灯，所述冷却散热风扇低速指示灯连接在水温控制单元的第一测量端子与地之间，所述冷却散热风扇高速指示灯连接在水温控制单元的第二测量端子与地之间。
5.根据权利要求1所述的基于单片机控制的虚拟汽车自动空调实验台架电路，其特征在于，还包括鼓风机高速指示灯与鼓风机低速指示灯，所述鼓风机高速指示灯连接在空调控制单元的第三测量端子与地之间，所述鼓风机低速指示灯连接在空调控制单元的第四测量端子与地之间。
6.根据权利要求1所述的基于单片机控制的虚拟汽车自动空调实验台架电路，其特征在于，还包括中央出风口指示灯与底部出风口指示灯，所述中央出风口指示灯连接在空调控制单元的第五测量端子与地之间，所述底部出风口指示灯连接在空调控制单元的第六测量端子与地之间。
7.根据权利要求1所述的基于单片机控制的虚拟汽车自动空调实验台架电路，其特征在于，还包括电磁离合器指示灯，所述电磁离合器指示灯连接在空调控制单元的第七测量端子与地之间。
8.根据权利要求1所述的基于单片机控制的虚拟汽车自动空调实验台架电路，其特征在于，所述CAN-L线及CAN-H线为双绞线。
9.根据权利要求1所述的基于单片机控制的虚拟汽车自动空调实验台架电路，其特征在于，所述发动机控制单元、水温控制单元与空调控制单元，均为单片机。
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