基于单片机的汽车空调控制系统设计1毕业论文

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Ess R Em CO VDD

地 复位 励磁检测 输入脉冲检测 电源+4V～18V

4.7 串行通讯接口的设计

串行口通讯是计算机与外部设备之间进行数据交换的重要方式，在工程中有着广泛的应用。本文采用普通PC机作为上位机，在VB平台上开发空调车厢温度调节系统的热力学模型，通过串口通讯的方式与单片机系统进行数据交换，以测试本文研究设计的汽车空调智能温度控制器的实际工作性能[17]。 4.7.1 串行数据通信概述 1) 串行数据传送的特点

数据传送按位顺序进行，最少只需一根传输线即可完成，成本低但速度慢。计算机与远程终端或终端与终端之间的数据传送通常都采用串行方式。另外，串行数据传送分为异步传送和同步传送两种方式，本文使用异步传送方式。 2) 异步串行通信异

步串行数据通信是以字符为单位，即一次传送一个字符。异步数据发送器先送出一个起始位，紧跟着具有一定格式的串行数据位和停止位。异步数据接收器首先接收起始位，同步它的时钟，使之接近于发送器的频率，然后使用同步时钟接收位数据串。在接收过程中，接收时钟与发送时钟的匹配会有偏差，但这种偏差不会影响短时间内的数据串接收的正确性。停止位通常被接收器用来判别接收过程中的某些错误，例如串行数据的字节边界错等。

异步串行通信的字符包括起始位、数据位、奇偶校验位、停止位。从起始位到停止位结束的全部内容称为一帧，它是一个字符的完整的通信格式。

异步通信数据传输中，微机与其他设备之间必须有两项规定:字符格式，即字符的编码形式，奇偶校验形式，以及起始位和停止位的规定；波特率，即数据传送速率的规定，用每秒传送格式位的数目表示。 3) RS-232总线

RS-232被定义为一种在低速率串行通信中增加通信距离的单端标准，该标准除包

17 括物理指标外，还包括表明按位串行传送的电气标准。

a. RS-232C电气特性和数据传送格式

在电气性能方面，RS-2320使用负逻辑。逻辑“1”电平是在-5V到-15V范围内，逻辑“0”电平+5V到+15V范围内。它要求RS-232C接收器必须能识别低到+3V的信号作为逻辑“0”，识别高到-3V的信号作为逻辑“l”，即有2V的噪声容限。

RS-232以位串行传输数据的格式，这是微机系统中最通用的格式。7位ASCⅡ码数据的连续传送由最低有效数字位开始，以奇偶校验位结束。

b. RS-232C接口引脚的使用

异步传输只要9只引脚就够了，如果要采用同步则需要25只引脚。在本文中采用9针的串行端口DB9，并使用一种有效而最简单的接法，仅仅用到DB9串口三只引脚就可以完成数据的收发，其中2脚RXD为数据接收脚，3脚TXD为数据发送脚，5脚GND为接地端。

4.5.2 单片机与PC机的串行接口及电路

微机串口通常采用RS232电平，而单片机串口是TTL电平，二者不兼容。所以，接口必须做电平转换处理。本文采用的是MAXMI公司的MAX232电平转换芯片。单片机串行口的TXD，RXD和GND经电平转换分别与微机的RXD，TXD和GS相连。

MAX232电平转换芯片的第9，10引脚分别接单片机的10和11引脚。DB9串口的第2，3引脚分别接MAX232电平转换芯片的7，8引脚。通过MAX232的TTL电平和RS232的输入输出端口，自动地调节了单片机串口的TTL电平信号和RS232的串行通信信号的电平匹配[15]。

4.5.3 串行通讯的工作方式和波特率设置

为了保证上位机与下位机的正常通信，单片机的波特率与PC机串口的波特率要相等，并且传输速率越低，传送的误码越少。在本文中，由于对实时性要求不高，故采用低波特率来减小误码率，本文采用的波特率为1200bits。

单片机的串行工作方式有四种，本文采用串行工作方式l。即以10位为一帧的异步串行通信方式，共包括1个起始位，8个数据位和1个停止位。

数据发送是由一条写发送寄存器(SBUF)的指令开始，随后在串行口由硬件自动加入起位和停止位，构成一个完整的帧格式，然后在移位脉冲的作用下，由TDX端串行输出。一个字符帧发送完后，使TXD输出线维持在“l”状态下，并将串行控制寄存器SCON

18 的TI位置“1”，通知CPU可以接着发送下一个字符。

接收数据时，SCON的允许接收位RNE位应处于允许接收状态(REN=1)。在此前提下，串行口采样RXD端，当采样到从“1”向“0”的状态跳变时，就认定是接收到起始位。随后在移位脉冲的控制下，把接收到的数据位移入接收寄存器中。直到停止位到来之后置位接收中断标志位RI，通知CUP从SBUF取走接收到的一个字符。

5 汽车空调智能温控系统的软件设计

硬件电路设计完成之后，系统的主要功能将依赖于软件程序来实现，同时系统能否正常可靠地工作，除了硬件的合理设计外，与功能完善的软件设计是分不开的。

5.1 系统软件设计概述

由于汇编程序占用空间小，执行效率高，而且具有可直接操作硬件资源和实时性强等特点，故在本次设计中，采用MCS-51汇编语言进行程序编写。

本系统采用的是8位单片机AT89C52，其程序存储器也只有8K，为了更充分地使用单片机的有限空间，在开发该系统软件时使用中断模式作为整个软件的主线。汽车空调智能温控系统的软件程序是由主程序、外部中断服务程序、串行中断服务程序和定时器中断服务程序等组成。

5.2 系统软件的工作模式

汽车空调智能温控系统的工作模式分为“正常运行模式”、“软关机模式”、“手动控制模式”和“自动控制模式”。

系统上电时，软件进入上电自检状态，这时系统会首先从X25045读入上次断电前存入EEPROM的系统状态信息，初始化各个中断并恢复空调控制器到上次关机前状态。经过上电初始化，智能温控系统会恢复到上次关机前的“正常运行模式”。此时，通过温度调节按键可以设定需要的温度值，温度传感器定时检测车厢温度，显示器显示温度设定值和温度测量值，混合风门的开度会根据温差和温差变化自动调节，温控系统能够与PC机通过串口通讯交换数据。按一下“ONOFF”键，可使温控系统进入“软关机模式”。此时，系统不能再进行温度检测、温度设定和串行通讯，显示器熄灭，混合风门步进电机停止运转。

同时，系统在关机前自动把温控系统的状态信息(如混合风门的开度位置，自动控

19 制模式下的温度设定值或手动控制模式下的风门档位值)保存到X25045的EEPROM中。如果再按一下“N0OFF”键，系统将恢复到“正常运行模式”。当处于“手动控制模式”时，可以直接调节混合风门开度档位(由全制冷到全加热分为5档)。当处于“自动控制模式”时，智能温控系统根据温度设定值与测量值的偏差自动调节混合风门的开度，使车厢温度能满足乘客期望的舒适度要求。

5.3 系统软件的模块化编程

本控制系统的软件设计采用模块化形式编写，模块化编程是一种软件设计方法，各模块程序分别编写，编译和调试，最后把各模块一起连接定位。模块化编程具有以下优点:

l) 开发周期短；

2) 当同类的需求较多时，可以把程序放入库中以备以后使用； 3) 有利于软件的可示化； 4) 有利于软硬件的联调；

5) 使得要解决的问题与待定模块分离，很容易找到出错的模块，大大简化了调试。 根据智能温度控制器的功能需要，整个系统大概可以分为6个功能模块，包括主程序模块、按键扫描处理子程序模块、FUZZY控制系统算法子程序模块、温度信号采集子程序模块、模糊控制子程序模块、步进电机驱动控制子程序模块[18]。 5.3.1 主程序模块

主程序模块的内容包括系统初始化，温度设定值与测量值的显示，正常工作模式与软关机模式的切换，X25045的EEPROM读写等。

其中系统初始化的对象包括堆栈指针SP的初值，风门步进电机的运转步数△u(k)的初值，X25045的状态寄存器，8255的状态寄存器及控制寄存器，各个定时器的工作方式及定时常数，串行工作方式和波特率等。下面分别给出主程序模块流程图和其中的显示程序流程图。

主程序流程图如图5.1所示，其中F0用于存放LED显示器的开关状态。

图5.1 主程序流程图

显示程序包含在主程序中，采用软件定时动态扫描方法，每隔1毫秒刷新一位LED显示。系统的显示内容包括两位温度设定值和两位温度测量值，流程图如图5.2所示。

根据硬件原理图的设计，LED显示器采用8255的PA口作为段选码，PB0和PB1是

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