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单片机开发

公交车温控系统设计


基于单片机的公交车温控系统设计

随着城市空气污染现象加重,雾霾天气频繁出现,公交车作为环保出行的公共交通工具,被广泛使用,而且为了提高乘车舒适性,城市空调公交车普及率不断提高。空调公交车车内的冷热舒适性不仅直接影响乘客的乘车感受,而且影响乘客的身体健康。有关规定指出,每年的6月1日至9月30日和12月1日至次年3月1日期间,以及在此期间外车厢内温度高于28℃或者低于12℃时,公交车空调设施开启,以保持一个温度舒适的乘车环境。但在实际调查中发现,大多数公交车车厢内夏季温度过低,而冬季温度过高,车厢内外温差过大,造成乘客乘车的不舒适感,使本来是为了提高乘客的舒适性而增加的制冷制热系统,则成了很多人拒绝乘坐公交车的缘由。

目前新能源公交车———气电混合型公交汽车在城市交通上大量使用,它节气率高,更加环保,同时克服了纯电动公交单次充电续航里程短的问题。但是此车制冷制热系统并没有相应地得到升级,还不能较好地满足乘客对温度舒适度的要求。有学者曾对纯电动公交车内送风系统的速度场和温度场进行过分析,但针对目前广泛使用的天然气公交车或气电混合型公交车温度控制系统的研究还很不足。

本文针对上述情况,进行基于单片机的公交车温控系统设计,以便从功能上更大程度地满足乘客对空调公交车温度舒适性的要求。

一、公交车温控系统硬件设计

1.1系统硬件的总体设计

车内温度会随着室外温度、车内乘客数量的变化而变化,单一给定的温度控制系统不能很好地保障乘客乘车的舒适度。本设计是以STC89C52单片机作为系统核心,应用温度传感器DS18B20测量公交车内的温度,选择LCD1602型液晶显示器进行温度显示。在车厢内部设置多个按键,乘客通过按键的方式提出升温或降温需求。当乘客按下键盘后,单片机启动计数功能对3min内的升温、降温需求进行统计,同时判断温度调整的度数,从而满足乘客的需求。系统硬件的总体设计框图如图1所示。


1.2系统的原理图

用5组按键开关模拟车厢温度控制器,每组中2个按键分别代表升温和降温。一旦有按键被按下,单片机每隔3min对按键情况进行一次数据统计,根据统计结果,系统执行升温或降温控制程序。考虑到车厢内乘客流动性大,且温度调节过程的滞后性,每次调节的度量选择为2℃,且在1h内温度改变量不超过6℃。当升温按键按下次数大于降温按键按下次数时,单片机3.4引脚输出高电平,Q1三极管导通,RL1继电器接通,连接车内制热功能的输入端,系统开始加热升温。本设计用加热片模拟车内加热功能,加热片接通5V电源开始加热。当升温按键次数小于降温按键次数时,系统执行降温控制程序,单片机3.5引脚输出高电平,Q2三极管导通,RL2继电器接通。本设计用小风扇模拟车厢内制冷功能,此时风扇接通5V电源开始制冷。

二、公交车温控系统软件设计

2.1主程序流程

其运行流程是:打开开关通电后,系统进行初始化,延时处理后温度传感器进行温度采集,并将采集的温度值传输给液晶显示屏显示当前温度,系统判断按键模块是否有按键按下,无按键操作则传感器继续工作;如果有按键操作,则单片机以3min为采样周期采集按键按下的次数,然后计算是否需要改变温度,并判断温度调节的度数,从而控制继电器工作实现升降温功能。

2.2温度采集

本设计采用DS18B20型温度传感器来检测车内温度,它具有耗电低、体积小、不易被干扰、容易与微处理器相匹配等优点,而且还可以把不同温度转化成相对应的数字信号。放置传感器的位置会影响测量的准确性,本设计仅用1个传感器模拟采集车内温度,但在实际中可以在车厢多个位置放置,以便更全面地反映车内温度情况。DS18B20对外界温度进行采集并将采集到的信号通过数字信号的方式经P3.7口传给单片机。

2.3液晶显示模块

本设计选择LCD1602作为显示模块。它具有16×2个字符的显示容量,不仅可以显示当前温度,还可以显示开关控制量的参数和继电器的工作状态。LCD1602工作电压为4.5V至5.5V,当电压达不到额定工作电压时,显示器则不能工作。LCD1602在工作电压5V时的电流为2mA,为了达到显示器额定电压,本设计增加了交流直接变压器将220V电压变为5V,以保证显示模块的正常工作。

三、公交车温控系统实现的功能

温度采集并显示。通过温度传感器DS18B20和液晶显示器LCD1602将公交车内的温度显示出来。

温度控制按键信息采集。单片机每隔3min判断一次是否有按键按下,如果没有按键按下,则继续进行采集测温;如果有按键按下,则判断是升温处理还是降温处理。

温度调节。设定一次温度的改变值为2℃,当单片机判断出需要升/降温时,开启继电器使其工作,完成升温或降温的操作,直到温度达到改变量的要求。

温度保持相对恒定。温度调节完成后,再进行下一次采集控制,且限定条件为1h内温度的改变量不超过6℃。为了避免连续调温或有人恶意改变温度,系统的夏季空调设置温度不低于16℃,冬季空调设置温度不高于30℃。

总结

基于单片机的公交车温控系统,旨在改善空调公交车内乘客的温感舒适度而又不增加公交车司机的工作量。通过在车内前、中、后部位安装温度控制按键键盘,让乘客自己决定车厢内的温度。

经过多次软件和硬件的调试后,通过模拟实验可知,所设计的基于单片机的公交车温控系统实现了对温度的检测采集和显示,经过单片机处理按键数据后,能够自动完成升温和降温功能。因此,此温控系统可以在空调公交车中进行推广应用。

另外,在实际中公交车进站、出站时车门打开乘客上下车,车内温度变化会比较明显,此时的温度测量和按键统计会造成温度调节的不准确性,因此,此弊端在今后的设计中仍需进一步改进。

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