CN112277883A - 一种客车自动除霜控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种客车自动除霜控制系统及控制方法，包括控制器、车外传感器组、车内传感器组、输出控制单元、除霜机、存储单元以及显示单元；所述车内传感器组用于采集车辆内部环境的温度和湿度，所述车外传感器组用于采集车辆外部环境的温度和湿度，控制器根据当前采集到的车辆内外部的温度和湿度，并与存储器内的运行参数和设置参数相比较，判断车辆内部与车辆外部的温度差和湿度差，控制器通过实时分析当前车辆内外部的温度和湿度，动态调节输出控制单元的PWM输出，调整风速，以达到节能降耗的目的；本发明通过显示单元上的触摸按键，对运行参数进行设置，以提高系统的除霜效果。

Description

一种客车自动除霜控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及客车风窗自动除霜技术领域，具体为一种客车自动除霜控制系统及控制方法。

背景技术

大客车在北方地区寒冬运行时经常会出现风窗表面结露或结霜的问题，影响驾驶员的前方视野并对行车安全性造成威胁；因此，客车上都安装了暖风系统，在前部风窗结霜时，对风窗进行人工除霜，除霜系统工作时，热风从仪表台除霜风道流出、热气流在风窗玻璃的内表面形成一片热风带，将车内空气与玻璃隔开，并通过对流和辐射向玻璃表面散热，使玻璃的内表面温度升高，达到除霜目的。

现有除霜系统只有高低两个档位，在完成风窗玻璃除霜工作后，如果切换至低档，有时会由于热风量过小，造成再次结露，如果一直工作在高档，又会造成能量的浪费，给车辆的除霜工作带来不便；从车辆的结构特性上来说，在车内由于除霜热风流流场、温度场、风挡霜层分布以及热风流与风挡间的换热特性、风流流速等的影响，在除霜系统热风流进入除霜风道的入口速度、入口温度可以变化时，在一定程度上都会影响到风窗的除霜效果。在车内温度、自然换气量、外部环境温度、环境空气湿度发生变化时，也会对风窗的前部除霜效果产生变化，为了在车辆风窗结露的情况下，达到良好的除霜效果，保证车内有足够的新鲜空气，根据风窗的结构特点和除霜系统的综合性能，对现有环境发生变化的情况下对车内除霜系统进行动态控制，使旅客有一个舒适的乘车环境。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种客车自动除霜控制系统及控制方法，本发明通过车内传感器组和车外传感器组分别采集车辆内外部的环境温度和湿度，并与存储器内存储的运行参数相比较，提前预判车辆内部是否达到或接近结露条件，使除霜系统提前介入控制，避免了车辆风窗玻璃的内表面结露或结霜，同时通过动态调节除霜风道的进风量，实现了系统的节能与降耗，使驾驶员有一个良好的驾驶视野，让旅客有一个舒适的乘车环境。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种客车自动除霜控制系统，包括控制器、车外传感器组、车内传感器组、输出控制单元、除霜机、存储单元以及显示单元；

所述车内传感器组和车外传感器组均与控制器通信连接，所述车内传感器组用于采集车辆内部环境的温度和湿度，所述车外传感器组用于采集车辆外部环境的温度和湿度；

所述输出控制单元与控制器相连接，所述控制器用于控制输出控制单元的工作状态，所述输出控制单元用于向除霜机提供工作电源；

所述除霜机与输出控制单元相连接，所述输出控制单元用于控制除霜机的工作状态，使除霜机向仪表台除霜风道流出热风；所述除霜机的工作状态包括导通状态、关断状态以及PWM调速状态；

所述显示单元和存储单元与控制器相连接，所述存储单元用于存储运行参数和设置参数，所述显示单元用于实时显示车辆内外部的环境温度和湿度。

进一步地，所述车内传感器组和车外传感器组均包括数字式温湿度传感器、内置电容式湿度传感器和能隙温度传感器，所述数字式温湿度传感器、内置电容式湿度传感器和能隙温度传感器均采用I2C通讯接口与控制器相连接，控制器通过向数字式温湿度传感器、内置电容式湿度传感器和能隙温度传感器发送命令并读取数据，得到当前车辆内外部的温度和湿度。

进一步地，所述控制器为单片机，所述控制器通过控制输出控制单元的工作状态，从而控制除霜机的工作状态。

进一步地，所述输出控制单元为智能高端输出开关控制电路，集成了输入电流控制及识别和负载电流传感反馈电路，用于除霜机的输出控制及工作状态检测；

进一步地，所述显示单元通过UART接口与控制器相连接，用于实时显示车辆内外部的温度和湿度；

进一步地，所述存储单元采用I2C通讯接口E2ROM存储器，用于存储运行参数和设置参数。

进一步地，一种客车自动除霜控制系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤一：车内传感器组和车外传感器组均通过I2C接口与控制器相连接，控制器定时向车内传感器组和车外传感器组发送命令并读取数据，通过换算得到当前车辆内外部的温度和湿度；

步骤二：存储单元内部存储有与除霜系统相关的工作参数和设置参数，控制器根据当前采集到的车辆内外部的温度和湿度，并与存储器内的运行参数和设置参数相比较，判断车辆内部与车辆外部的温度差和湿度差；

当车内温度大于车外温度，且湿度差大于等于预设阀值时，控制器提前启动除霜系统，输出控制单元输出，控制器通过实时分析当前车辆内外部的温度和湿度，动态调节输出控制单元的PWM输出，调整风速；

步骤三：当输出控制单元工作在全输出状态或PWM调节状态时，除霜系统开始工作，热风从仪表台除霜风道流出，在风窗玻璃的内表面形成热风带，将车内空气与玻璃隔开，并通过对流和辐射向玻璃表面散热，使玻璃的内表面温度升高；

步骤四：显示单元通过UART接口与控制器相连接，系统工作时，控制器定时通过UART接口向显示单元发送当前车辆内外部的温度和湿度，显示单元通过接口接收到车辆内外部的温度和湿度并实时显示；在系统处于非工作状态时，通过显示单元上的触摸按键，对运行参数进行设置，并通过UART发送给控制器，控制器接收到该运行参数之后，将其保存到存储器中，更新之前的运行参数。

本发明的有益效果是：

1、本发明通过控制器定时获取车内传感器组和车外传感器组采集到的车辆内外部的温度和湿度，并与存储单元存储的运行参数和设置参数相比较，判断车辆内部与车辆外部的温度差和湿度差，提前预判车内是否会产生结露条件，从而提前开启除霜机，从而抑制前挡玻璃发生结露状态；

2、本发明在车辆内外部温度、湿度差较大，发生结露现象时，可根据温度差和湿度差来判断结露的情况，进行动态控制，调速热风的流速，当结露现象缓解后，输出控制单元工作在PWM输出状态，降低出风口流速，从而实现节能降耗；

3、本发明在系统处于非工作状态时，可通过显示单元上的触摸按键，对运行参数进行设置，如设置结霜及除霜产生的条件、车内露点温度、换气量等，来调节风窗除霜的热负荷，提高系统的除霜效果。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的系统框图；

图2是本发明数字式温湿度传感器和存储单元的电路原理图；

图3是本发明输出控制单元的电路原理图；

图4是本发明显示单元接口的电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-4所示，一种客车自动除霜控制系统，包括包括控制器、车外传感器组、车内传感器组、输出控制单元、除霜机、存储单元以及显示单元；

所述车内传感器组和车外传感器组均与控制器通信连接，所述车内传感器组用于采集车辆内部环境的温度和湿度，所述车外传感器组用于采集车辆外部环境的温度和湿度；为了消除测量误差，得到较为稳定、高精度的温度和湿度信息，车内传感器组和车外传感器组均采用了内部经过校准的数字式温湿度传感器SHT20，其电路如图2所示，SHT20是一个基于I2C接口的数字式温湿度传感器，单片机通过发送I2C指令给指定的I2C器件，该I2C器件产生应答信号之后，单片机发送读数据命令，SHT20接收到该命令之后，返回一串数据，该数据包含了当前的温度、湿度及数据校验位信息，信息校验无误后，单片机通过换算，最终得到当前的温度和湿度值，由于采用数字信号传输，避免了模拟采样的信号漂移、电压波动及放大器误差等带来的测量误差，提高了不同环境因素下的RH精度；

所述输出控制单元与控制器相连接，所述控制器用于控制输出控制单元的工作状态，所述输出控制单元用于向除霜机提供工作电源；

所述除霜机与输出控制单元相连接，所述输出控制单元用于控制除霜机的工作状态，使除霜机向仪表台除霜风道流出热风；所述除霜机的工作状态包括导通状态、关断状态以及PWM调速状态；

所述显示单元和存储单元与控制器相连接，所述存储单元用于存储运行参数和设置参数，所述显示单元用于实时显示车辆内外部的环境温度和湿度。

所述车内传感器组和车外传感器组均包括数字式温湿度传感器、内置电容式湿度传感器和能隙温度传感器，所述数字式温湿度传感器、内置电容式湿度传感器和能隙温度传感器均采用I2C通讯接口与控制器相连接，控制器通过向数字式温湿度传感器、内置电容式湿度传感器和能隙温度传感器发送命令并读取数据，得到当前车辆内外部的温度和湿度。

所述控制器为单片机，所述控制器通过控制输出控制单元的工作状态，从而控制除霜机的工作状态。

输出控制单元的电路如图3所示，输出控制单元为智能高端输出开关控制电路U6，集成了输入电流控制及识别和负载电流传感反馈电路，用于除霜机的输出控制及工作状态检测；其输入控制信号来自于单片机的PTA1端口，用于控制U6的导通或截止，U6的输出端与除霜机相连接，当输出电路PTA1为高电平时，U6导通后给除霜机提供工作电源，当U6处于PWM工作方式时，通过改变输出电压的占空比来调节施加到除霜机上的电压，从而达到调速的目的，在U6导通时，输出回路的采样电流通过其第4脚产生一个与输出电流成正比的电压ADP3，该电压被送到单片机的AD采样引脚，最终计算出负载的电流，以实现系统的闭环调节和工作状态检测；

在冬季行车时，由于车内外温差大，风窗玻璃表面温度明显低于车内平均温度，同时由于乘客的呼吸作用，空气的湿度较高，当玻璃表面温度低于露点温度时，车内水蒸气将达到饱和，凝结到玻璃表面，形成结霜或结露，结露的温度在正常情况下与车内的温度和湿度相关，不同的温度和湿度值下，其露点温度均不相同，除霜系统经过校核计算及试验验证，得到相关的除霜系统运行温度及换气量等参数，并将该参数保存到存储单元中，如图2所示，所述存储单元采用I2C通讯接口E2ROM存储器AT24Cxx，用于保存运行参数及设置参数，所述显示单元通过串行通讯接口与控制器相连接，如图4所示，所述显示单元为串行通讯的LCD显示单元，用于实时显示车辆内外部的环境温、湿度；所述显示单元通过UART接口与控制器相连接，控制器通过发送串行数据给显示单元并接收显示单元的响应信息，显示单元接收到串行数据并经校验无误后，将数据换算成当前的温、湿度值及其它相关参数，在显示单元上进行显示，在进行系统设置时，通过在显示单元上进行设置，屏示屏的触控采样模块，接收到当前的设置参数，并将其通过UART发送给控制器，控制器接收到该数据后，将其保存到外部的E2ROM存储器AT24Cxx中，做为新的运行参数。

一种客车自动除霜控制系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤一：车内传感器组和车外传感器组分别安置于车辆内部仪表台附近和车辆外部，均通过I2C接口与控制器相连接，控制器定时向车内传感器组和车外传感器组发送命令并读取数据，车内传感器组和车外传感器组接收到该命令之后，返回一串数据，该数据包含了当前该传感器组检测到的温度、湿度及数据校验位信息，信息经校验无误后，单片机通过换算得到当前车辆内外部的温度和湿度；

步骤二：存储单元内部存储有与除霜系统相关的工作参数和设置参数，控制器根据当前采集到的车辆内外部的温度和湿度，并与存储器内的运行参数和设置参数相比较，判断车辆内部与车辆外部的温度差和湿度差；

当车内温度大于车外温度，且湿度差大于等于预设阀值时，控制器提前启动除霜系统，输出控制单元输出，控制器通过实时分析当前车辆内外部的温度和湿度，动态调节输出控制单元的PWM输出，调整风速，以达到节能降耗的目的；

步骤三：车辆行驶初期，由于车内乘客众多，湿度较大，车内水蒸气很快达到饱和，在车内风窗玻璃出现结霜或结露的状态，此时输出控制单元工作在全输出状态或PWM调节状态，除霜系统开始工作，热风从仪表台除霜风道流出，在风窗玻璃的内表面形成热风带，将车内空气与玻璃隔开，并通过对流和辐射向玻璃表面散热，使玻璃的内表面温度升高，达到抑制结霜目的，防止车内风窗玻璃出现结露状态，在风窗玻璃内表面结露情况消失后，系统进入闭环工作模式，此时，控制器根据车内外环境的温、湿度差，结合存储单元内保存着与除霜系统相关的运行参数及设置参数，控制器控制输出控制单元工作在PWM调速状态，通过改变U6的输出占空比，调节施加在除霜机上的电压，进行闭环控制；

步骤四：显示单元设置于客车的仪表台面板上，显示单元通过UART接口与控制器相连接，系统工作时，控制器定时通过UART接口向显示单元发送当前车辆内外部的温度和湿度，显示单元通过接口接收到车辆内外部的温度和湿度并实时显示；在系统处于非工作状态时，通过显示单元上的触摸按键，对运行参数进行设置，并通过UART发送给控制器，控制器接收到该运行参数之后，将其保存到存储器中，更新之前的运行参数。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (7)

1.一种客车自动除霜控制系统，其特征在于，包括控制器、车外传感器组、车内传感器组、输出控制单元、除霜机、存储单元以及显示单元；

所述车内传感器组和车外传感器组均与控制器通信连接，所述车内传感器组用于采集车辆内部环境的温度和湿度，所述车外传感器组用于采集车辆外部环境的温度和湿度；

所述输出控制单元与控制器相连接，所述控制器用于控制输出控制单元的工作状态，所述输出控制单元用于向除霜机提供工作电源；

所述除霜机与输出控制单元相连接，所述输出控制单元用于控制除霜机的工作状态，使除霜机向仪表台除霜风道流出热风；所述除霜机的工作状态包括导通状态、关断状态以及PWM调速状态；

所述显示单元和存储单元与控制器相连接，所述存储单元用于存储运行参数和设置参数，所述显示单元用于实时显示车辆内外部的环境温度和湿度。

2.根据权利要求1所述的一种客车自动除霜控制系统，其特征在于，所述车内传感器组和车外传感器组均包括数字式温湿度传感器、内置电容式湿度传感器和能隙温度传感器，所述数字式温湿度传感器、内置电容式湿度传感器和能隙温度传感器均采用I2C通讯接口与控制器相连接，控制器通过向数字式温湿度传感器、内置电容式湿度传感器和能隙温度传感器发送命令并读取数据，得到当前车辆内外部的温度和湿度。

3.根据权利要求1所述的一种客车自动除霜控制系统，其特征在于，所述控制器为单片机，所述控制器通过控制输出控制单元的工作状态，从而控制除霜机的工作状态。

4.根据权利要求1所述的一种客车自动除霜控制系统，其特征在于，所述输出控制单元为输出开关控制电路，集成了输入电流控制及识别和负载电流传感反馈电路，用于除霜机的输出控制及工作状态检测。

5.根据权利要求1所述的一种客车自动除霜控制系统，其特征在于，所述显示单元通过UART接口与控制器相连接，用于实时显示车辆内外部的温度和湿度。

6.根据权利要求1所述的一种客车自动除霜控制系统，其特征在于，所述存储单元采用I2C通讯接口E2ROM存储器，用于存储运行参数和设置参数。

7.一种客车自动除霜控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：车内传感器组和车外传感器组均通过I2C接口与控制器相连接，控制器定时向车内传感器组和车外传感器组发送命令并读取数据，通过换算得到当前车辆内外部的温度和湿度；

步骤二：存储单元内部存储有与除霜系统相关的工作参数和设置参数，控制器根据当前采集到的车辆内外部的温度和湿度，并与存储器内的运行参数和设置参数相比较，判断车辆内部与车辆外部的温度差和湿度差；

当车内温度大于车外温度，且湿度差大于等于预设阀值时，控制器提前启动除霜系统，输出控制单元输出，控制器通过实时分析当前车辆内外部的温度和湿度，动态调节输出控制单元的PWM输出，调整风速；

步骤三：当输出控制单元工作在全输出状态或PWM调节状态时，除霜系统开始工作，热风从仪表台除霜风道流出，在风窗玻璃的内表面形成热风带，将车内空气与玻璃隔开，并通过对流和辐射向玻璃表面散热，使玻璃的内表面温度升高；

步骤四：显示单元通过UART接口与控制器相连接，系统工作时，控制器定时通过UART接口向显示单元发送当前车辆内外部的温度和湿度，显示单元通过接口接收到车辆内外部的温度和湿度并实时显示；在系统处于非工作状态时，通过显示单元上的触摸按键，对运行参数进行设置，并通过UART发送给控制器，控制器接收到该运行参数之后，将其保存到存储器中，更新之前的运行参数。

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