CN201225736Y - 带网络接口的汽车智能空调 - Google Patents

Abstract

带网络接口的汽车智能空调，属于汽车舒适电气领域。涉及一种带智能保护功能、智能启动功能、自我诊断功能以及网络接口的汽车智能空调。包括智能控制器(1)、鼓风电机(2)、空调散热器风扇(3)、内外气切换电机(4)、空调压缩机电磁离合器(5)、CAN_H、CAN_L网络总线，其特征在于：智能控制器(1)嵌入安装在空调系统中，CAN_H、CAN_L网络总线通过智能控制器(1)与鼓风电机(2)、空调散热器风扇(3)、内外气切换电机(4)、空调压缩机电磁离合器(5)相连接。具有智能化、集成化、节省连接线束、降低故障率、智能保护功能、智能启动功能、自我诊断及自我保护功能等优点。

Description

带网络接口的汽车智能空调

技术领域

带网络接口的汽车智能空调，属于汽车电气领域。涉及一种带智能保护功能、智能启动功能、自我诊断功能以及网络接口的汽车智能空调。

背景技术

众所周知，目前汽车空调是由空调压缩机、空调开关、鼓风电机、鼓风电机调速电阻、空调散热器风扇、空调温度控制器、空调压力传感器、和空调管路组成，其控制一般采用传统电路，它不足之处在于：(1)他们是由导线、继电器、开关等复杂的线路连接起来的，因此控制线路非常复杂错乱，出现故障后需要逐步排除检查才能发现故障点，容易造成错误判断故障点，使空调维修困难；(2)当有大电流产生或长时间超负荷工作时，容易造成对线束、继电器、开关等的烧毁和烧结现象，(3)不具有智能保护功能、智能启动功能、自我诊断及自我保护功能；(4)可靠性、智能化、集成化程度不高。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：克服传统汽车空调控制技术上存在的不足，提供一种利用SP_CAN网络数据传输协议技术，通过智能控制器进行控制，具有智能化、集成化、节省连接线束、降低故障率、智能保护功能、智能启动功能、自我诊断及自我保护功能的带网络接口的智能汽车空调。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：该带网络接口的汽车智能空调，包括智能控制器、鼓风电机、空调散热器风扇、内外气切换电机、空调压缩机电磁离合器、CAN_H、CAN_L网络总线，其特征在于：智能控制器嵌入安装在空调系统中，CAN_H、CAN_L网络总线通过智能控制器与鼓风电机、空调散热器风扇、内外气切换电机、空调压缩机电磁离合器相连接。

智能控制器(1)包括微处理器、传感器信号采集电路、保护与存储电路、CAN数据通信电路、传感器信号、驱动控制电路、检测反馈电路及执行器，传感器信号采集电路与微处理器相连，保护与存储电路与微处理器互联，传感器信号与CAN数据通信电路相连，CAN数据通信电路与微处理器互联，微处理器通过驱动控制电路与执行器相连，执行器通过检测反馈电路与微处理器相连。

智能控制器外部控制接线为CAN_H、CAN_L两根网络数据传输连接线。

微处理器为带CAN控制器的单片机，内嵌有控制编码及数据传输协议。

CAN_H、CAN_L网络总线遵循SP_CAN网络总线数据传输协议；

执行器是由空调压缩机、鼓风电机、空调散热器风扇、内外气切换电机组成；

传感器信号采集电路包括空调压力传感器信号采集电路、日照光电传感器信号采集电路，车外温度传感器信号采集电路，车内温度传感器信号采集电路；

传感器信号包括发动机负荷信号、转速信号、水温信号、电源电压信号；

智能控制器具有智能保护功能、智能启动功能、自我诊断及自我保护功能。

微处理器能根据CAN总线网络传输过来的发动机转速信号和车内温度信号，控制空调的启动条件。

微处理器根据CAN总线网络传输过来的发动机水温信号、发动机负荷信号及电源电压信号，自动控制空调关闭，以减轻发动机负荷，实现智能保护功能。

本实用新型智能空调同时具有两种工作模式，一种是手动控制模式，另一种是自动控制模式。

工作原理

对智能空调的控制信息和传感器信息遵从SP_CAN网络数据传输协议，经过编码后发送到CAN总线上，通过CAN总线进行数据传输，相应微处理器接收此信息后，首先解码，然后处理执行相应的控制指令，来驱动空调压缩机、鼓风电机、空调散热器风扇、内外气切换电机工作。微处理器分析处理CAN总线网络传输过来的发动机转速信号和车内温度信号，当存在发动机转速并且车内温度大于设定温度时才允许空调启动工作。微处理器根据CAN总线网络传输过来的发动机水温信号、发送机负荷信号及电源电压信号，当发动机水温高于设定值温度或者发动机负荷太大或者电源电压小于13伏时，自动控制空调关闭，以减轻发动机负荷，实现智能保护功能。并每隔30秒检测他们的工作电流，来监测它们的工作状况。当电流超过某一限定值时，微处理器立即发出控制指令，控制执行器停止工作；当电流为零时，立即反馈给微处理器，微处理器编码后通过CAN总线发送出去，控制相应的报警控制模块进行故障显示。

本智能空调具有两种工作模式，一种是手动控制模式，另一种是自动控制模式；

手动控制工作原理：

车内有手动空调控制开关，温度设置旋钮，鼓风机风量设置旋钮，这些信息遵循SP_CAN网络数据传输协议，发送到CAN总线网络上，微处理器接收到这些信息后，结合采集的空调压力传感器、车内温度传感器信息，以及由CAN总线网络传输过来的发动机转速信号，进行综合处理，并控制相应的执行器工作，达到人工设定的效果。

自动控制工作原理：

自动空调控制开关信息发送到CAN总线网络上，微处理器接收到信息后，结合采集的空调压力传感器、日照光电传感器、车内温度传感器、车外温度传感器信息，以及由CAN总线网络传输过来的发动机转速信号，根据预先存入的MAP图，进行查表，自动找出使人感觉舒适的状态，并控制相应的执行器工作，使空调自动工作在此状态下。

与现有技术相比，本实用新型所具有的特点是：微处理器通过CAN总线网络获取控制指令，来驱动控制空调压缩机、鼓风电机、空调散热器风扇、内外气切换电机工作，其有益效果在于：(1)由于智能控制器以嵌入方式固定于空调系统中，从而实现了系统的智能化、集成化控制；(2)利用SP-CAN网络数据传输协议，外部控制数据传输线只有CAN_H、CAN_L两根网络连接线，从而大大节省了连接线束，降低了故障率；(3)微处理器能根据CAN总线网络传输过来的发动机转速信号和车内温度信号，自动控制空调的启动；(4)微处理器根据CAN总线网络传输过来的发动机水温信号、发动机负荷信号及电源电压信号，自动控制空调关闭，以减轻发动机负荷，实现智能保护；(5)本实用新型采用智能控制，具有自诊断及自我保护功能；(6)本实用新型智能空调具有两种工作模式，一种是手动控制模式，另一种是自动控制模式。

附图说明

图1：本系统功能结构框图；

图2：智能控制器电路原理框图；

图3：智能控制器电路原理图；

图1-3是本实用新型的最佳实施例。其中：图1中：1智能控制器 2鼓风电机3空调散热器风扇 4内外气切换电机 5空调压缩机电磁离合器；

图3中：U1 微处理器、U2 存储器、U3-U6 U10 U12 运算放大器、U7 CAN收发器、U8-U9 功率管、U11 继电器、U13 空调压缩机电磁离合器、Q1-Q4 MOS管、Q5 三极管、OP1-OP7 光电耦合器、R1-R4 R6 R8 R10-R27 电阻、R5 热电偶、R7 热电偶、R9 压力传感器、C1-C2 电容、D1 发光二极管、D2 光电管、D3、D4 瞬态抑制二极管TVS、D5-D7 二极管、MG1 空调散热器风扇、MG2 鼓风电机、MG3 内外气切换电机。

具体实施方式

下面结合附图1-2对本实用新型的智能汽车空调的控制方法做进一步说明：

如图1所示：

该带网络接口的汽车智能空调，包括智能控制器1、鼓风电机2、空调散热器风扇3、内外气切换电机4、空调压缩机电磁离合器5、CAN_H、CAN_L网络总线，智能控制器1嵌入安装在空调系统中，CAN_H、CAN_L网络总线通过智能控制器1与鼓风电机2、空调散热器风扇3、内外气切换电机4、空调压缩机电磁离合器5相连接。智能控制器1通过CAN数据通信电路获取控制信息及传感器信息，并结合采集的传感器信号，处理后执行相应的控制指令，通过驱动控制电路来驱动控制相应的执行器动作。

如图2所示：

智能控制器1包括微处理器、传感器信号采集电路、保护与存储电路、CAN数据通信电路、传感器信号、驱动控制电路、检测反馈电路及执行器，传感器信号采集电路与微处理器相连，保护与存储电路与微处理器互联，传感器信号与CAN数据通信电路相连，CAN数据通信电路与微处理器互联，微处理器通过驱动控制电路与执行器相连，执行器通过检测反馈电路与微处理器相连。由微处理器U1及其外围电路组成智能控制器，微处理器U1为带CAN控制器的单片机，内嵌有控制编码及数据传输协议，具有CAN数据通信引脚。微处理器U1从CAN总线上获取控制信息及传感器信息，并结合采集的传感器信号，处理后执行相应的控制指令，控制相应的动作，并监测负载工作状况。

如图3所示：

保护与存储电路由存储器U2、电阻R1、电容C1组成，存储器U2的1、4脚接地，3脚连接VCC高电平，存储器U2的8脚连接VCC高电平，并通过电容C1接地，7脚通过电阻R1接VCC高电平，2脚、5脚、6脚、7脚分别与微处理器U1的3、4、5、50脚相连；对微处理器U1实现上电复位，实现看门狗保护功能，并对重要数据进行存储。

自动空调工作指示灯电路由电阻R2和发光管D1组成，电源通过发光管D1串联电阻R2连接到微处理器U1的80脚；指示空调工作情况。

传感器信号采集电路包括日照光电传感器信号采集电路、车内温度传感器信号采集电路、车外温度传感器信号采集电路、空调压力传感器信号采集电路；

日照光电传感器信号采集电路由运算放大器U3，光电传感器D2，电阻R3组成，运算放大器U3的2脚通过光电传感器D2连接VCC高电平，1脚通过电阻R3接地；3脚与微处理器U1的29脚连接；采集日照光电传感器信号送入微处理器。

车内温度传感器信号采集电路由运算放大器U4，热电偶R5，电阻R4组成，运算放大器U4的1、2脚与热电偶R5的两端相连，热电偶R5的一端通过电阻R4连接VCC高电平；另一端接地；运算放大器U4的3脚连接微处理器U1的31脚；采集车内温度传感器信号送入微处理器。

车外温度传感器信号采集电路由运算放大器U5，热电偶R7，电阻R6组成，运算放大器U5的1、2脚与热电偶R7的两端相连，热电偶R7的一端通过电阻R6连接VCC高电平，另一端接地；运算放大器U5的输出连接微处理器U1的32脚；采集车外温度传感器信号送入微处理器。

空调压力传感器信号采集电路由运算放大器U6，压力传感器R9，电阻R8组成，运算放大器U6的1、2脚与压力传感器R9的两端相连接，压力传感器R9的一端通过电阻R8连接VCC高电平，另一端接地；运算放大器U6的3脚连接微处理器U1的33脚；采集空调压力传感器信号送入微处理器。

CAN总线数据通信电路由CAN收发器U7、电容C2、瞬态抑制二极管TVS D3-D4、接插件CAN组成，CAN收发器U7的8脚连接VCC高电平，2脚接地，3脚连接VCC高电平，并通过电容C2接地，7脚和6脚通过两个反向串联的瞬态抑制二极管TVS D3、D4相连，并与接插件CAN的1、3脚连接，接插件CAN的2脚接地，CAN收发器U7的1脚和4脚依次连接微处理器U1的21、22脚；与微处理器U1实现数据通信。

驱动控制与反馈检测电路包括空调散热器风扇控制电路、鼓风电机控制电路、内外气切换电机正反转电路及空调压缩机电磁离合器控制电路；

空调散热器风扇控制电路由光电耦合器OP1、功率管U8、二极管D5、空调散热器风扇MG1、电阻R10-R11组成，光电耦合器OP1的1脚连接微处理器U1的82脚，2脚通过电阻R10接地；4脚连接VCC高电平，3脚与功率管U8的2脚相连，并通过电阻R11接地，功率管U8的3脚连接VCC高电平，1脚接地，功率管U8的5脚与空调散热器风扇MG1相连，并通过二极管D5接地，4脚连接微处理器U1的26脚；驱动控制空调散热器风扇工作，随时监测空调散热器风扇的工作状况并将其信息及时反馈回微处理器U1。

鼓风电机控制电路由光电耦合器OP2、功率管U9、二极管D6、鼓风电机MG2、电阻R12-R13组成，光电耦合器OP2的1脚连接微处理器U1的85脚，2脚通过电阻R12接地，4脚连接VCC高电平，3脚与功率管U9的2脚相连，并通过电阻R13接地，功率管U9的3脚连接VCC高电平，1脚接地，功率管U9的5脚与鼓风电机MG2相连，且通过二极管D6接地，4脚连接微处理器U1的27脚；驱动控制鼓风电机工作，随时监测鼓风电机的工作状况并将其信息及时反馈回微处理器U1。

内外气切换电机正反转电路由光电耦合器OP3-OP6、运算放大器U10、MOS管Q1-Q4组成的H桥和内外气切换电机MG3及电阻R14-R22组成，光电耦合器OP3的1脚连接微处理器U1的79脚，2脚通过电阻R14接地，4脚连接VCC高电平，3脚与MOS管Q1的1脚相连，并通过电阻R15接地；光电耦合器OP4的1脚连接微处理器U1的93脚，2脚通过电阻R17接地，4脚连接VCC高电平，3脚与MOS管Q3的1脚相连，并通过电阻R18接地；光电耦合器OP5的1脚连接微处理器U1的92脚，2脚通过电阻R19接地，4脚连接VCC高电平，3脚与MOS管Q4的1脚相连，并通过电阻R20接地；光电耦合器OP6的1脚连接微处理器U1的91脚，2脚通过电阻R21接地，4脚连接VCC高电平，3脚与MOS管Q2的1脚相连，并通过电阻R22接地；MOS管Q1的2脚连接VCC高电平，3脚与MOS管Q3的2脚相连，MOS管Q3的3脚接地；MOS管Q2的2脚连接VCC高电平，3脚与MOS管Q4的2脚相连，MOS管Q4的3脚接地，MOS管Q1的3脚通过电阻R16与内外气切换电机MG3一端相连；内外气切换电机MG3的另一端与MOS管Q2的3脚相连；运算放大器U10的1、2脚与电阻R16的两端相连，3脚连接微处理器U1的30脚；驱动控制内外气切换电机正反转，随时监测内外气切换电机的工作状况并将其信息及时反馈回微处理器U1。

空调压缩机电磁离合器控制电路由光电耦合器OP7、三极管Q5、继电器U11、运算放大器U12、空调压缩机电磁离合器U13、二极管D7、电阻R23-R27组成，光电耦合器OP7的1脚连接微处理器U1的81脚，2脚通过电阻R23接地，4脚连接VCC高电平，3脚通过电阻R25连接三极管Q5的1脚，并通过电阻R24接地；三极管Q5的2脚过电阻R26连接VCC高电平，3脚通过二极管D7接地，继电器U11还与二极管D7并联，继电器U11的触点固定点连接VCC高电平，常开触点通过电阻R27与空调压缩机电磁离合器U13相连，空调压缩机电磁离合器U13的另一端接地；运算放大器U12的1、2脚与电阻R27的两端相连，3脚连接微处理器U1的28脚；控制智能空调压缩机电磁离合器工作，随时监测空调压缩机电磁离合器的工作状况并将其信息及时反馈回微处理器U1。

工作过程：

手动控制工作过程：

手动改变手动空调控制开关，温度设置开关，鼓风机风量设置开关，这些信息被发送到CAN总线网络上，通过CAN总线将信息传送到微处理器U1，微处理器U1结合采集的空调压力传感器、车内温度传感器信息，以及由CAN总线网络传输过来的发动机转速信号，来控制相应的执行器工作，达到人工设定的效果。并每隔30秒检测智能空调各个执行器的工作电流，来监测它们的工作状况。出现断路时，立即停车；当出现短路时，立即反馈给微处理器U1，微处理器U1编码后通过CAN总线发送出去，控制相应的报警控制模块进行故障显示。

自动控制工作过程：

自动空调控制开关信息发送到CAN总线上，通过CAN总线将信息传送到微处理器U1，微处理器U1结合采集的空调压力传感器、日照光电传感器、车内温度传感器、车外温度传感器信息，以及由CAN总线网络传输过来的发动机转速信号，自动找出使人感觉舒适的状态，使空调自动工作在此状态。并每隔30秒检测智能空调各个执行器的工作电流，来监测它们的工作状况。出现断路时，立即停车；当出现短路时，立即反馈给微处理器U1，微处理器U1编码后通过CAN总线发送出去，控制相应的报警控制模块进行故障显示。

Claims (8)

1、带网络接口的汽车智能空调，包括智能控制器(1)、鼓风电机(2)、空调散热器风扇(3)、内外气切换电机(4)、空调压缩机电磁离合器(5)、CAN_H、CAN_L网络总线，其特征在于：智能控制器(1)嵌入安装在空调系统中，CAN_H、CAN_L网络总线通过智能控制器(1)与鼓风电机(2)、空调散热器风扇(3)、内外气切换电机(4)、空调压缩机电磁离合器(5)相连接。

2、根据权利要求1所述的带网络接口的汽车智能空调，其特征在于：智能控制器(1)包括微处理器、传感器信号采集电路、保护与存储电路、CAN数据通信电路、传感器信号、驱动控制电路、检测反馈电路及执行器，传感器信号采集电路与微处理器相连，保护与存储电路与微处理器互联，传感器信号与CAN数据通信电路相连，CAN数据通信电路与微处理器互联，微处理器通过驱动控制电路与执行器相连，执行器通过检测反馈电路与微处理器相连。

3、根据权利要求1所述的带网络接口的汽车智能空调，其特征在于：智能控制器(1)外部控制接线为CAN_H、CAN_L两根网络数据传输连接线。

4、根据权利要求2所述的带网络接口的汽车智能空调，其特征在于：微处理器为带CAN控制器的单片机，内嵌有控制编码及数据传输协议。

5、根据权利要求2所述的带网络接口的汽车智能空调，其特征在于：

保护与存储电路由存储器U2、电阻R1、电容C1组成，存储器U2的1、4脚接地，3脚连接VCC高电平，存储器U2的8脚连接VCC高电平，并通过电容C1接地，7脚通过电阻R1接VCC高电平，2脚、5脚、6脚、7脚分别与微处理器U1的3、4、5、50脚相连；

自动空调工作指示灯电路由电阻R2和发光管D1组成，电源通过发光管D1串联电阻R2连接到微处理器U1的80脚。

6、根据权利要求2所述的带网络接口的汽车智能空调，其特征在于：传感器信号采集电路包括日照光电传感器信号采集电路、车内温度传感器信号采集电路、车外温度传感器信号采集电路、空调压力传感器信号采集电路；

日照光电传感器信号采集电路由运算放大器U3，光电传感器D2，电阻R3组成，运算放大器U3的2脚通过光电传感器D2连接VCC高电平，1脚通过电阻R3接地，3脚与微处理器U1的29脚连接；

车内温度传感器信号采集电路由运算放大器U4，热电偶R5，电阻R4组成，运算放大器U4的1、2脚与热电偶R5的两端相连，热电偶R5的一端通过电阻R4连接VCC高电平，另一端接地，运算放大器U4的3脚连接微处理器U1的31脚；

车外温度传感器信号采集电路由运算放大器U5，热电偶R7，电阻R6组成，运算放大器U5的1、2脚与热电偶R7的两端相连，热电偶R7的一端通过电阻R6连接VCC高电平，另一端接地，运算放大器U5的3脚连接微处理器U1的32脚；

空调压力传感器信号采集电路由运算放大器U6，压力传感器R9，电阻R8组成，运算放大器U6的1、2脚与压力传感器R9的两端相连接，压力传感器R9的一端通过电阻R8连接VCC高电平，另一端接地，运算放大器U6的3脚连接微处理器U1的33脚。

7、根据权利要求2所述的带网络接口的汽车智能空调，其特征在于：CAN总线数据通信电路由CAN收发器U7、电容C2、瞬态抑制二极管TVS D3-D4、接插件CAN组成，CAN收发器U7的8脚连接VCC高电平，2脚接地，3脚连接VCC高电平，并通过电容C2接地，7脚和6脚通过两个反向串联的瞬态抑制二极管TVS D3、D4相连，并与接插件CAN的1、3脚连接，接插件CAN的2脚接地，CAN收发器U7的1脚和4脚依次连接微处理器U1的21、22脚。

8、根据权利要求2所述的带网络接口的汽车智能空调，其特征在于：驱动控制和检测反馈电路包括空调散热器风扇控制电路、鼓风电机控制电路、内外气切换电机正反转电路及空调压缩机电磁离合器控制电路；

空调散热器风扇控制电路由光电耦合器OP1、功率管U8、二极管D5、空调散热器风扇MG1、电阻R10-R11组成，光电耦合器OP1的1脚连接微处理器U1的82脚，2脚通过电阻R10接地，4脚连接VCC高电平，3脚与功率管U8的2脚相连，并通过电阻R11接地，功率管U8的3脚连接VCC高电平，1脚接地，功率管U8的5脚与空调散热器风扇MG1相连，并通过二极管D5接地，4脚连接微处理器U1的26脚；

鼓风电机控制电路由光电耦合器OP2、功率管U9、二极管D6、鼓风电机MG2、电阻R12-R13组成，光电耦合器OP2的1脚连接微处理器U1的85脚，2脚通过电阻R12接地，4脚连接VCC高电平，3脚与功率管U9的2脚相连，并通过电阻R13接地，功率管U9的3脚连接VCC高电平，1脚接地，功率管U9的5脚与鼓风电机MG2相连，且通过二极管D6接地，4脚连接微处理器U1的27脚；

内外气切换电机正反转电路由光电耦合器OP3-OP6、运算放大器U10、MOS管Q1-Q4组成的H桥和内外气切换电机MG3及电阻R14-R22组成，光电耦合器OP3的1脚连接微处理器U1的79脚，2脚通过电阻R14接地，4脚连接VCC高电平，3脚与MOS管Q1的1脚相连，并通过电阻R15接地；光电耦合器OP4的1脚连接微处理器U1的93脚，2脚通过电阻R17接地，4脚连接VCC高电平，3脚与MOS管Q3的1脚相连，并通过电阻R18接地；光电耦合器OP5的1脚连接微处理器U1的92脚，2脚通过电阻R19接地，4脚连接VCC高电平，3脚与MOS管Q4的1脚相连，并通过电阻R20接地；光电耦合器OP6的1脚连接微处理器U1的91脚，2脚通过电阻R21接地，4脚连接VCC高电平，3脚与MOS管Q2的1脚相连，并通过电阻R22接地，MOS管Q1的2脚连接VCC高电平，3脚与MOS管Q3的2脚相连，MOS管Q3的3脚接地，MOS管Q2的2脚连接VCC高电平，3脚与MOS管Q4的2脚相连，MOS管Q4的3脚接地，MOS管Q1的3脚通过电阻R16与内外气切换电机MG3一端相连，内外气切换电机MG3的另一端与MOS管Q2的3脚相连，运算放大器U10的1、2脚与电阻R16的两端相连，3脚连接微处理器U1的30脚；

空调压缩机电磁离合器控制电路由光电耦合器OP7、三极管Q5、继电器U11、运算放大器U12、空调压缩机电磁离合器U13、二极管D7、电阻R23-R27组成，光电耦合器OP7的1脚连接微处理器U1的81脚，2脚通过电阻R23接地，4脚连接VCC高电平，3脚通过电阻R25连接三极管Q5的1脚，并通过电阻R24接地，三极管Q5的2脚过电阻R26连接VCC高电平，3脚通过二极管D7接地，继电器U11还与二极管D7并联，继电器U11的触点固定点连接VCC高电平，常开触点通过电阻R27与空调压缩机电磁离合器U13相连，空调压缩机电磁离合器U13的另一端接地；运算放大器U12的1、2脚与电阻R27的两端相连，3脚连接微处理器U1的28脚。

Images