相关热词搜索：除霜 单片机 控制系统 客车 AVR arduino单片机 51单片机原理图
单超颖 常 玲 沈阳城市建设学院 110167
【文章摘要】
客车风挡的雾霜会影响驾驶员视野，严重时会影响行车安全。良好的客车除霜系统成为了衡量客车性能标准之一。由于目前我国客车除霜控制器还停留在传统的开关式控制，除霜效果不理想，本文设计了新型的除霜控制系统，通过对AVR 单片机键入不同的值实现风扇的快慢的调节。本设计采用PID 控制算法，使出风量更加精确，并且减少了除霜器在持续工作期间的噪音，降低了能耗。
【关键词】
单片机；除霜；控制系统；客车
1 引言
1.1 研究目的和意义
随着我国社会经济的发展和人们生活水平的提高，人们对出行的舒适度、可靠性、安全性和方便性等要求也越来越高，尤其是我国的北方广大地区，寒冷冬季较长，大客车的内部由于通风的不好，容易形成霜，严重影响驾驶员，造成了严重的安全隐患，如今国内越来越多的客车厂和运输部门在客车上安装了采暖除霜装置。为了提高冬季客车的乘坐舒适和安全性，汽车采暖除霜装置近几年得到了较快的发展。
1.2 除霜方法的种类及原理
在目前我国大客车的除霜方法常有： 1) 用暖风机直接吹挡风玻璃；2) 在挡风玻璃上设置电热装置；3) 独立式汽车加热取暖器；4) 中空玻璃；5) 化学除霜。
国产加热器大多采用人工按钮操作。当温度达-40℃或更低温时，作用不明显。以上几种除霜方式，寒区现今均有人使用，效果不尽人意。国外新型客车的除霜器不同于我国冷暖分开，而是集为整体并向全空调、微调、自动控制方向发展。日本则以整体式和车内分体式为主。欧美国家除上述结构形式外，还大多发展将蒸发器、暖风芯、冷凝器至于车顶外面的车顶式空调器。现在比较得到发展的除霜方式为在排气管上安装热管式加热器，将收集到的余热送给热管散热器。其工作原理为通过管内介质经过汽液相变化和循环流动传递热量，可在小温差条件下高效传递热量而不需要任何附加能量消耗。
1.3 设计方案的选择
基于单片机的传统除霜风机控制器可以根据需要风量的大小进行调整，并且由于基于数字电子，元器件的损耗比较小但是由于没有良好的反馈系统，于是风量不能达到精确的标准，本文采用单片机采用PID 控制电路，得到输出的风量达到稳定的目的。PID 是比例、积分、微分的简称。在PID 控制中，积分控制的特点是：只要还有余差（即残余的控制偏差）存在，积分控制就按部就班地逐渐增加控制作用，直到余差消失。本设计通过集温度感测和A/ D 转换为一体的DS18B20 进行温度测量将获得温度进行数字转换，传回单片机进行偏差分析，控制风扇转动进而控制出风量，进而达到风量的稳定。
2 PID 控制原理介绍
PID 控制器由比例单元（P）、积分单元（I）和微分单元（D）组成，它的基本原理比较简单，基本的PID 控制规律可描述为：
G （ 1）
PID 控制器的输出信号与输入信号的关系为：
（ 2）
PID 控制通过积分作用消除误差，而微分控制可缩小超调量，加快反应，是综合了PI 控制与PD 控制长处并去除其短处的控制。从频域角度看，PID 控制通过积分作用于系统的低频段，以提高系统的稳定性，而微分作用于系统的中频段，以改善系统的动态性能。
3 硬件设计
3.1 主机芯片
本设计采用的是ATmega16AVR 单片机。ATmega16，AVR 单片机是高性能、低功耗的8 位AVR 微处理器，采用先进的RISC 结构，拥有32 个8 位通用工作寄存器，工作于16 MHz 时性能高达16 MIPS 。两个具有独立预分频器和比较器功能的8 位定时器/ 计数器，一个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16 位定时器/ 计数器，四通道PWM，8 路10 位ADC，8 个单端通道。32 个可编程的I/O 口，工作电压: ：4.5 - 5.5V。
3.2 AD5300 芯片介绍
由于SG3525 芯片只能处理模拟信号，为了使单片机输出的信号可以被SG3525 芯片识别，在二者之间接入AD5300 芯片将数字信号向模拟信号的转换。AD5300 是美国AD 公司生产的CMOS 单电源串行8 位数据转换器，有6 脚SOT-23 和8 脚μSOIC 两种封装形式， 具有体积小、功耗低、接口简单、宽工作电
图1 总体硬件电路图049
实验研究
Experimental Research
电子制作
压等优点。Vout ：DAC 的模拟电压输出端，Vout=0~VDD。GND ：地。VDD 电源端， 范围为2.5~5.5V。DIN ：串行数据输入端。数据在SCLK 的下降沿输入。SCLK ：串行时钟输入端，频率可高达30MHz。SYNC ： 电平触发控制输入端（低电平有效）。
3.3 总体硬件设计( 如图1）
4 软件设计
流程图如图2 所示：
图2 软件流程图
5 实验结果
本文采用CS-900D/2 型号的风机， 用24V 电源来替代蓄电池，测量风量是采用TSI386 设备。由于没有实际大客车，采用二阶加滞后模型的电子线路来模拟实际过程，实物部分是采用所设计成的驱动板。控制系统实验方式如下图3 所示。
图3 控制系统实验方法流程图
当驱动输入为1.5V 时风机接收到的电压波形如图4，高电压的波形占空比达到将近1/4，风机吹出的风速大小如图5 为3.91m/s。
图4 驱动输入为1.5V 时电压波形图
当驱动输入为2V 时风机接收到的电压波形如图6，高电平占空比达到将近1/2，风机吹出的风量大小如图7 为7.1m/s。
图6 驱动输入为2V 时电压波形
6 结论
在本文中采用了ATMeg16AVR 单片机，SG3525 等器件构成了大客车除霜系统的基本环节，可以实现除霜风机的无级调速，进行风机风量大小的调节。在本文中最大的优点是在单片机中采用了PID 控制算法，可以将反馈信号传回给单片机，将检测量与输入的数值进行偏差分析，进而调节输出电压，可以达到进行实时监控的效果，达到输出电压的稳定和准确。
【参考文献】
[1] 李庆云. 东北客车的除霜问题解决方案［J］. 客车技术与研究， 2008，5（2）：26-31.
[2] 余立新、柴浩，高寒地区客车前风窗玻璃除霜分析及改进［J］. 客车技术与研究，2008，2（6）：10-15.
[3] 康雁林、林喜竹、李建国. 基于AVR 单片机的PID 算法控制系统设计［J］. 湖南师范大学学报， 2010，6（9）：20-30.
[4] 毕向芬、李雪莉. 客车采暖除霜装置浅谈［J］. 黑龙江交通科技， 2005，34（2）：15-30.
[5]Y.D.Jun.Basic of PID Control ［J］. Industrial Control,2006.12（12）:1- 18.
