CN202709380U

CN202709380U - 一种客车智能空调控制系统

Info

Publication number: CN202709380U
Application number: CN 201220328940
Authority: CN
Inventors: 李明; 徐晓林; 李会仙
Original assignee: Zhengzhou Yutong Bus Co Ltd
Current assignee: Zhengzhou Yutong Bus Co Ltd
Priority date: 2012-07-06
Filing date: 2012-07-06
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2022-07-06

Abstract

本实用新型涉及一种客车智能空调控制系统，该客车智能空调控制系统包括主控制单元以及与其通讯连接的温湿度信号采集电路、压缩机控制电路、风机驱动控制电路、压力检测电路、VFD多彩屏显示及按键控制电路和PID控制模块；本系统通过PID控制模块对设定温度和实际温度相比较来对客车内温度、湿度进行自动调节，实现风机的无级调速；将制冷与制热功能通过一个控制面板集中控制，并兼具制冷、制热、除湿、新风等功能，操作简单方便，控制方式更加灵活，提高了系统整体工作效率，并使客车空调系统实现自动化、智能化、人性化，提高了车辆整体舒适度，也满足人们对空调舒适性的要求。

Description

一种客车智能空调控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种应用于客车上的冷暖一体化智能空调控制系统。

背景技术

随着微电子技术与汽车工业的发展，人们对客车空调设备与系统性能要求也越来越高，以往客车空调都是以制冷为主，不具备同时制冷、制热、除湿、新风功能，且其水暖与制冷系统分开控制，在驾驶室操作平台上，制冷系统有独立的操作面板，水暖系统有独立的控制开关，整体控制操作均不方便，而且有些客车上还是采用功能与控制不齐全的手动控制和电控系统，司机需要手动调节温度和风量大小，不仅操作不方便，安全性差且不能很好地改善车内环境，满足不了人们对客车空调舒适性的要求，并且空调的能耗也日益增加。传感器技术和自动控制技术的发展，可以使人们借助先进的传感器并结合智能控制算法实现客车空调系统的自动化、智能化和人性化，并最终提高燃油经济性。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种客车智能空调控制系统，以解决现有空调控制系统手动与电控相结合带来的操作不便且调节效果不能满足人们对空调舒适性的要求的问题。

为实现上述目的，本实用新型的客车智能空调控制系统技术方案如下：该客车智能空调控制系统包括主控制单元以及与其通讯连接的温湿度信号采集电路、压缩机控制电路、风机驱动控制电路、压力检测电路、VFD多彩屏显示及按键控制电路和PID控制模块。

进一步的，所述主控制单元由单片机及其外围的晶振电路、复位电路、BDM下载电路、滤波电路和供电电源构成。

进一步的，所述主控制单元设于一个控制面板上。

进一步的，所述温湿度信号采集电路包括车内温度采集、除霜温度采集和湿度采集电路。

进一步的，所述压缩机控制电路是由光耦和三极管通过联合驱动继电器来控制压缩机电磁离合器。

进一步的，所述VFD多彩屏显示电路由显示屏驱动芯片和VFD屏组成。

进一步的，所述按键控制电路是矩阵式按键，分别用于作为空调面板的工作模式选择、风量大小调节、温度设定调节、除湿、新风和电源开关。

进一步的，所述风机驱动控制电路包括蒸发器与冷凝器风机驱动控制电路和新风电机驱动控制电路，蒸发器与冷凝器风机采用PWM脉宽调制方式对大功率三极管进行控制，新风电机采用三极管驱动继电器的形式进行驱动。

进一步的，所述PID控制模块是对温湿度信号采集电路采集的温度信号进行PID调节。

本实用新型的客车智能空调控制系统通过PID控制模块对设定温度和实际温度相比较来对客车内温度、湿度进行自动调节，实现风机的无级调速；将制冷与制热功能通过一个控制面板集中控制，并兼具制冷、制热、除湿、新风等功能，操作简单方便，控制方式更加灵活，提高了系统整体工作效率，并使客车空调系统实现自动化、智能化、人性化，提高了车辆整体舒适度，也满足人们对空调舒适性的要求。

附图说明

图1是本实用新型实施例的原理框图；

图2是主控制器连接电路图；

图3是温度与湿度信号采集与滤波电路图；

图4是压缩机控制电路图；

图5是压力开关检测电路图；

图6是VFD多彩屏显示电路图；

图7是工作模式按键控制电路图；

图8是蒸发器与冷凝器风机控制电路图；

图9是新风电机控制电路图；

图10是CAN总线通信电路图；

图11是PID控制模块的控制逻辑图；

图12是PID控制模块的控制流程图。

具体实施方式

客车智能空调控制系统如图1所示，该控制系统包括主控制单元（1）以及与其连接的温湿度信号采集电路（2）、压缩机控制电路（3）、压力检测电路（4）、VFD多彩屏显示电路（5）、风机驱动控制电路（6）、按键控制电路（7）和PID控制模块（8）。

主控制单元如图2所示，主控制单元由控制芯片U0、时钟电路、复位电路、BDM下载电路、电源及滤波电路组成，各输入与输出信号经过U0进行控制，控制芯片采用飞思卡尔16位单片机，主控制单元设于一个控制面板上便于操作控制。

如图3所示，信号采集电路主要由车内温度采集、除霜温度采集、湿度采集电路组成。温度采集电路采用负温度系数的热敏电阻作为温度传感器，主要放置在车内与蒸发器上。除霜传感器主要用于检测蒸发器的温度，以防止蒸发器结霜。当测得蒸发器温度低于某一设定值时，热敏电阻的阻值变化，变化的电压信号经AD模数转换器转化为数字量后送给空调ECU以通知控制器U0低温信号到来，需要空调ECU发出相应指令以控制继电器电路切断压缩机的电磁离合器，使压缩机停转，防止蒸发器因温度过低而结霜。由于模数转换功能集中于控制器U0内，且AD采集的电压限制在0~5V范围内，所以在主控制器U0的AD输入口内，将温度传感器RT1、RT2、RT3采集到的信号进行电容滤波与限幅电路H1、H2、H3限幅后，才分别送入控制器U0的AD1、AD2、AD3的模拟输入口。湿度测量电路主要由集成温湿度传感器M1构成，M1是数字传感器，与控制器U0之间可采用单总线通信，M1的3脚与控制器U0的IO口PTA3端口直接相连，在电源VCC与M1数据端3脚之间加一上拉电阻R16，以提高系统工作稳定性。湿度控制由空调面板上的按键操作控制，当车内湿度不满足舒适性要求时，通过按下该除湿按键，使压缩机与燃油加热器同时工作，以实现除湿功能，并根据车内当前相对湿度值自动调节湿度大小，以满足乘客对湿度的舒适性要求。

如图4所示，压缩机控制电路由光耦U6和三极管Q0通过联合驱动继电器K来控制压缩机电磁离合器实现，并由当前环境温度确定制冷还是制热模式，以决定压缩机的运转与关闭。当当前温度高于制冷状态下的设定温度值时，空调处于制冷模式，此时控制器U0输出信号PTB7为低电平，经光耦U6隔离之后，三极管Q0导通，控制继电器K吸合，其输出压缩机控制信号驱动压缩机继电器，使其接通24V电源，最终使压缩机电磁离合器吸合，压缩机开始运转工作，同时控制器U0输出PWM信号，以驱动冷凝风扇电机在脉宽调制信号下开始工作。

如图5所示，压力检测电路是由光耦U4组成，压力开关的输出信号经光耦U4隔离后送入主控制器的U0的PTA5端口，并由当前压力进行实时检测，当当前压力超出高低压压力开关的压力测试范围时，压力开关将把输出信号以开关形式送入光耦U4，当开关信号为高电平时，光耦的三极管导通，输出高电平信号送入到控制器U0的PTA5口，控制压缩机电磁离合器的工作与否，以保证系统的制冷剂工作在安全的压力范围内。

如图6所示，VFD多彩屏显示电路由由显示屏驱动芯片U3、U4、U9与VFD显示屏V1组成。主控制芯片U0的PTB1口作为串并移位寄存器U3的数据输入口，U3的串行数据输出送入驱动芯片U4的端口，用来提供足够的电流以驱动V1内部的LED显示，并增加抗干扰能力；V1的其它端口由控制器U0输出的控制信号M0-M5经U9放大增强后送入V1的10-15引脚，以驱动其内部的LED点亮。

如图7所示，按键控制电路由3*3矩阵式按键共9个按键电路组成，以分别做为空调面板工作模式选择、风量大小调节、温度设定调节、除湿、新风、电源等开关。键盘控制口由主控制芯片U0的PE口控制。

风机驱动控制电路主要由两部分组成，如图8、9所示，一部分利用大功率三极管采用PWM脉宽调制方式作为蒸发器、冷凝器风机的驱动控制；一部分采用三极管驱动继电器的形式来驱动新风电机。主控制器U0利用其内置的定时器并将其配置为PWM模式以输出PWM脉宽调制信号，来调节风机风量的不同等级。由于控制器U0输出的信号电流只有几十毫安，无法直接驱动风机电机，所以采用U8对PWM信号加以功率放大并经过光耦U7隔离后再驱动功率三级管TIP4，功率管TIP4的集电极输出接有D15、D16两个1N4007二极管进行稳压，稳压后的输出信号直接控制风机。驱动电路中共有7路输出信号，分别去控制冷凝风机与蒸发器鼓风机电机，图8中只画出一路PWM控制信号。新风功能不受制冷与制热模式控制，在任何模式下按动控制面板上的新风按键时，主控器U0输出控制信号PTA4给三极管TIP8，TIP8驱动继电器K1，控制新风电机工作，以将新鲜空气引入车内。

如图10所示，通信电路采用CAN总线进行通信，以用于和车内的其它电路进行信息传送。CAN通信电路由包含具有差动发送接收能力的收发器N1即PCA82C51和具有CAN总线浪涌保护功能的双向瞬态电压抑制管D2即NUP2105组成。主控制器U0的TX2、RX2信号送入N1的1、4发送数据和接收数据引脚，N1的8脚经电阻R9接地，使N1工作在斜率控制模式，CAN信号经N2滤波之后经TVS管D2后分别接滤波电容C10和C12接地，在CAN2H与CAN2L信号之间接120欧姆的终端电阻R11以提高整体驱动能力。

PID控制模块中用到的PID控制算法为自动控制领域经典算法，算法目的是使风机的风量大小能根据温度自动调节，不需要人为干预。PID算法为比例、积分、微分的调制算法，比例的作用是为了减少系统偏差，积分项是消除系统的稳态误差，提高无差度；微分项反映系统过程变量的变化率，具有预见性，能预见变化的趋势，故可以改善系统的动态性能。PID调节的目的是使最终实际变量与设定变量值趋于平稳。如图11、12所示，在空调的PID调节过程中，PID调节器调节输出，根据偏差值ER计算PWM脉冲波的占空比，使之在（0－100％）范围内变化，最终保证偏差(ER)趋近于零,即使系统受到外部干扰时，也能使系统回到平衡状态。在温度的PID调节过程中，风量的等级共设有七级，风机的控制采用PWM脉宽调制信号控制，通过改变占空比以实现对风量等级的调节。控制系统将温度传感器采集的温度值作为反馈回来的实际温度信号（ST），由设定温度(DT)和实际温度（ST）相减获取温度偏差值（ER），偏差值经过PID调节器运算输出，将运算后的PID数值送入微处理器U0的定时器计数寄存器中，用于设定PWM信号的占空比。主控制器U0输出PWM信号控制功率管开启与关断时间，通过调节占空比的大小来调节鼓风机的转速，进而调节风量等级大小，使风机控制的温度（ST）保持在恒定的温度设定值(DT)上，以控制风机功率，克服偏差，促使偏差趋近于零。例如，当室内温度降低时，导致温度过程变量值（ST）下降，这时温度偏差（ER）降低，通过PID算法的反馈调节作用，PWM脉冲宽度变宽，功率三极管输出功率增加，风机转速加快，输出功率变大，使温度迅速回升。

Claims

1. 一种客车智能空调控制系统，其特征在于，该系统包括主控制单元以及与其连接的温湿度信号采集电路、压缩机控制电路、风机驱动控制电路、压力检测电路、VFD多彩屏显示及按键控制电路和PID控制模块。

2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述主控制单元由单片机及其外围的晶振电路、复位电路、BDM下载电路、滤波电路和供电电源构成。

3. 根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述主控制单元设于一个控制面板上。

4. 根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述温湿度信号采集电路包括车内温度采集、除霜温度采集和湿度采集电路。

5. 根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述压缩机控制电路是由光耦和三极管通过联合驱动继电器来控制压缩机电磁离合器。

6. 根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述VFD多彩屏显示电路由显示屏驱动芯片和VFD屏组成。

7. 根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述按键控制电路是矩阵式按键，分别用于作为空调面板的工作模式选择、风量大小调节、温度设定调节、除湿、新风和电源开关。

8. 根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述风机驱动控制电路包括蒸发器与冷凝器风机驱动控制电路和新风电机驱动控制电路，蒸发器与冷凝器风机采用PWM脉宽调制方式对大功率三极管进行控制，新风电机采用三极管驱动继电器的形式进行驱动。

9. 根据权利要求3-7中任一项所述的系统，其特征在于，所述PID控制模块是对温湿度信号采集电路采集的温度信号进行PID调节。