淺析單片機控制的汽車智能降溫系統(tǒng)

楊智霞

摘要：車輛長時間停泊在烈日下暴曬，通常會造成車內(nèi)的溫度過高，導(dǎo)致車主在進(jìn)入到車內(nèi)之后出現(xiàn)強烈不適感，且高溫會導(dǎo)致車內(nèi)有害的氣體增加，對乘車人員的身體健康造成危害，這就對汽車的降溫系統(tǒng)提出了高要求。基于此，本文主要對單片機控制的汽車智能化降溫系統(tǒng)進(jìn)行探究。

關(guān)鍵詞：單片機;汽車;智能;降溫系統(tǒng);控制;策略

中圖分類號：U466? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）14-0230-02

0? 引言

高溫下的車體安全隱患是極其頻發(fā)且不易注意到的隱患，在高溫暴曬的情況下，汽車內(nèi)部的溫度就會急劇上升，汽車內(nèi)的高溫就會對人體的健康造成極大危害。當(dāng)前，半導(dǎo)體制冷的裝置已在醫(yī)療衛(wèi)生、電子技術(shù)、石油化工等各領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，且取得了顯著的效果。

1? 單片機概述

1.1 單片機原理? 單片機作為集成電路芯片，通常選用超大規(guī)模的集成電路技術(shù)將存有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的微型計算機系統(tǒng)，在我國的各個行業(yè)都得到了廣泛應(yīng)用[1]。單片機對汽車的智能降溫系統(tǒng)進(jìn)行控制，主要原理就是通過空氣交換的原理，對汽車內(nèi)外的溫度實施交換，以促使汽車內(nèi)部的高溫空氣排出，并將室外的空氣導(dǎo)入，以平衡汽車內(nèi)的溫度，并通過加濕裝置的運用，對汽車內(nèi)的空氣實施加濕，并經(jīng)過蒸發(fā)吸熱，促進(jìn)溫度降低，達(dá)到汽車內(nèi)外溫度的動態(tài)平衡。

1.2 單片機選型? 汽車溫度的控制系統(tǒng)當(dāng)中，硬件選型和匹配極其重要，想要確保溫度的控制系統(tǒng)更為高效且精確，通常會選擇89C51型號的單片機。目前，該型號單片機的運用極其廣泛，通常就有下述優(yōu)勢：第一，繼承了89C51的相優(yōu)點，如價格低、容量大、性價比高;第二，不僅具備89C51的特點，而且還具備ISP的編程功能，以便于人們能夠依據(jù)產(chǎn)品的需求進(jìn)行程序的編寫與改正;第三，89C51具有顯著的極限工作的頻率，通常為33MHz，并在該范圍中進(jìn)行正常工作;第四，具備雙工UART的串行通道，促使數(shù)據(jù)具有更高的通用性;第五，89C51內(nèi)部有相應(yīng)的計時器，不需要單獨技能型連接;第六，具備雙數(shù)據(jù)的指示器，以確保工作的高效性以及便捷性;第七，該單片機具備全新加密的算法，其不僅增強了程序保密性，而且還能使單片機實現(xiàn)高效運用[2]。

1.3 溫度控制系統(tǒng)框架? 汽車降溫系統(tǒng)的設(shè)計中，通常有各種模塊配合與運用，而基于單片機控制的降溫系統(tǒng)，更需注重系統(tǒng)的集成模塊，通常包含了單片機的控制模塊、數(shù)據(jù)的采集模塊、溫度設(shè)置的驅(qū)動模塊、顯示模塊。降溫系統(tǒng)的工作流程為：第一，數(shù)據(jù)的采集模塊能夠?qū)?dāng)前需測量的產(chǎn)品或空間溫度實施即時的采集和記錄，以確保數(shù)據(jù)具有顯著的時效性。將采集的溫度數(shù)據(jù)都輸入至單片機的控制模塊當(dāng)中，該模塊對其實施加工和處理，通過處理之后的溫度數(shù)據(jù)，將顯示模塊呈現(xiàn)在屏幕上，以便于監(jiān)測;第二，溫度的設(shè)置模塊能夠把溫度設(shè)定成恰當(dāng)?shù)臄?shù)值，采集的溫度不在設(shè)定的范圍內(nèi)，可運用單片機對溫度進(jìn)行自動調(diào)控，在檢測的溫度過高或者過低的時候，單片機就能轉(zhuǎn)變驅(qū)動電路實施加熱或降溫，從而確保溫度保持適宜。

2? 單片機控制的汽車智能降溫系統(tǒng)

2.1 總體設(shè)計? 由單片機所控制的智能化降溫系統(tǒng)主要包含了兩個模塊，也就是車體模塊、控制模塊，在該系統(tǒng)當(dāng)中，車體模塊通常包含了水循環(huán)的冷卻裝置、內(nèi)外循環(huán)的氣體交換裝置、半導(dǎo)體的制冷裝置、太陽能的供電裝置。在系統(tǒng)控制的模塊，其通常包含了電路自動的控制模塊、遠(yuǎn)程手動的控制模塊。在整個系統(tǒng)中，太陽能電池具備的物理性能，可以將整個裝置改為太陽能天窗，通過太陽能的光電轉(zhuǎn)變成原能，并將相關(guān)太陽能轉(zhuǎn)變成電能用做半導(dǎo)體的制冷裝置。在車內(nèi)的溫度到達(dá)溫度控制器所設(shè)置的數(shù)值時，其電路的自動控制就能啟動，先切換為外循環(huán)，且抽氣泵運行，并把車內(nèi)的大約70℃高溫和環(huán)境中40℃空間實施交換，通過內(nèi)外空氣的交換，促使車內(nèi)的溫度和環(huán)境的溫度保持一致，從而實現(xiàn)首步的降溫;其次，在環(huán)境溫度下，將其切換為內(nèi)循環(huán)模式，以促進(jìn)半導(dǎo)體制冷的啟動，通過半導(dǎo)體的制冷降溫，氣體經(jīng)過汽車的空調(diào)管道排到汽車的車內(nèi)，以促使汽車內(nèi)部的氣流通過內(nèi)循環(huán)降到設(shè)定的溫度，通常為26℃。在臨時停車或者需要在預(yù)定的時間內(nèi)到達(dá)車的時候，車主可將遠(yuǎn)程手動的控制模塊進(jìn)行啟動，并通過時間的控制系統(tǒng)，設(shè)置某個時刻，以實現(xiàn)車體的恒溫系統(tǒng)啟動，達(dá)到遠(yuǎn)程提前降低溫度的效果，詳見圖1。

在該系統(tǒng)中，控制模塊與車體模塊通常能分別確保車體溫度具備的恒溫性，根據(jù)圖2可知，兩個部分所控制的裝置之間是互相支撐、互相配合、協(xié)同工作的，以確保恒溫系統(tǒng)的運動具備足夠的可靠性。

系統(tǒng)整體的布局通常會受到車體水箱以及空調(diào)的限定，一般放置在汽車車內(nèi)部的前端。本系統(tǒng)主要是將原先致使車輛高溫的太陽能都轉(zhuǎn)變?yōu)榭販啬茉?，其既能實現(xiàn)溫度的控制，又不會造成較大的油耗，放置由于高溫而產(chǎn)生相應(yīng)的安全隱患。同時，通過車內(nèi)的原有部件，通常不需對車體實施大型改造，而需另附零件，不需要對車輛實施組裝，并經(jīng)過太陽能板提供給車體內(nèi)外循環(huán)的系統(tǒng)，以促使車體能夠迅速降溫，從而實現(xiàn)車載空調(diào)的實際耗能得到有效降低。

2.2 半導(dǎo)體的制冷裝置? 半導(dǎo)體的制冷裝置通常由冷端肋片、半導(dǎo)體的制冷片等構(gòu)成，其主要是汽車車體的恒溫系統(tǒng)控制的核心部分，可以把汽車車體高溫氣體實施冷卻與降溫處理，并將其排到汽車的車體內(nèi)，從而達(dá)到汽車的降溫效果。

在系統(tǒng)設(shè)計中，半導(dǎo)體的制冷裝置主要是通過半導(dǎo)體的制冷裝置通過半導(dǎo)體的制冷片具備的peltier效應(yīng)達(dá)到溫度變化。對于半導(dǎo)體的制冷片（TE）而言，其也被稱作為熱電制冷片，其沒有相應(yīng)的滑動部件，適合運用于空間受限、可靠性較高、無制冷污染的各種場合。在半導(dǎo)體系統(tǒng)中，其工作原理主要是通過直流電流的加熱與冷卻。經(jīng)過直流電流具備的極性改變，決定了相同制冷片上達(dá)到加熱或者冷卻。經(jīng)過電流大小及半導(dǎo)體的材料N、P的元件對數(shù)決定了加熱或者制冷的加熱功效。其具體原理是，在電流流經(jīng)有一定溫度梯度導(dǎo)體的時候，既有通過導(dǎo)體電阻形成焦耳熱，而且導(dǎo)體還會吸收或者放出熱量，并在溫差是△T的導(dǎo)體兩點間，其吸熱量或者放熱量是：

Qι=ι×I×△T

式子中，Qι代表吸熱或者放熱功率，ι是湯姆遜系數(shù)，I為工作電流，△T則是溫度梯度。

半導(dǎo)體制冷屬于特種新型的一種冷源，與傳統(tǒng)的與其他的汽車制冷方法相對比，其可開展不需要任何的制冷劑進(jìn)行制冷，可無噪音、無污染額連續(xù)工作。與此同時，半導(dǎo)體的制冷片的熱慣性極小，制冷、制熱的時間先對較快，在熱端散熱的良好冷端空載的狀況下，其通電時間低于一分鐘，其制冷片就能產(chǎn)生最大溫差。因為半導(dǎo)體的制冷片屬于電流換能型的片件，能夠?qū)囟冗M(jìn)行高精度控制，并實現(xiàn)程控、遙控、計算機的控制，以構(gòu)成自動的控制系統(tǒng)。

2.3 內(nèi)外循環(huán)的管道裝置? 通過汽車空調(diào)循環(huán)管道以及汽車內(nèi)循環(huán)的風(fēng)機、內(nèi)外循環(huán)端的溫度傳感器、抽氣泵，通常指具有一進(jìn)一出抽氣嘴與排氣嘴各一個，且在進(jìn)口處可以持續(xù)形成的真空或者負(fù)壓，把降溫裝置所形成的冷風(fēng)，經(jīng)過汽車的內(nèi)循環(huán)送到車體。在汽車內(nèi)已經(jīng)配置了內(nèi)外循環(huán)的系統(tǒng)，其可以不啟動車只是通過太陽能供電將溫度設(shè)置好的內(nèi)外的循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行自動啟動，當(dāng)外循環(huán)的模塊溫度的傳感器感應(yīng)到車內(nèi)溫度到達(dá)設(shè)置的高溫的時候，外循環(huán)的管道循環(huán)系統(tǒng)就會自動啟動，這個時候，進(jìn)風(fēng)口自動開啟，通過汽車的排風(fēng)機的功率大且排風(fēng)量大，其工作的電壓是6-24V，并具有自動調(diào)解有事，和太陽能板位于不同日照下所輸出的電壓不穩(wěn)定情況相互補，并隨著車內(nèi)的溫度逐漸升高，而通過太陽能所引發(fā)的外循環(huán)電路會自動啟動，且通過排風(fēng)機具備的排風(fēng)性能達(dá)到自動降溫。在汽車內(nèi)的溫度從60-70℃降至40℃之后，外循環(huán)就會自動結(jié)束。汽車的室內(nèi)溫度到達(dá)和環(huán)境溫度同等的狀況下，由于環(huán)境的溫度比內(nèi)循環(huán)設(shè)定的溫度高，就會實現(xiàn)內(nèi)循環(huán)。在內(nèi)循環(huán)的過程當(dāng)中，車內(nèi)外氣流通道關(guān)閉，也就是進(jìn)風(fēng)口會關(guān)閉，且半導(dǎo)體的制冷裝置就會啟動，開風(fēng)機自動啟動的時候，吸入氣流，并形成了汽車內(nèi)的氣流循環(huán)。

2.4 太陽能供電裝置? 為了有效解決汽車的發(fā)電機沒有啟動時汽車車體恒溫系統(tǒng)開啟的動力來源狀況，可通過太陽能光伏的發(fā)電技術(shù)，把太陽能的電池板安裝在汽車的頂部，在太陽暴曬的狀況下，運用高溫提供的環(huán)境資源，以太陽能的吸收進(jìn)行供電。太陽能的供電裝置主要是由太陽能的控制器、太陽能的電池組、蓄電池構(gòu)成。太陽能的光伏發(fā)電主要是依據(jù)光生伏特效應(yīng)原理，不管是獨立，還是并網(wǎng)發(fā)電，其都是由控制器、電池板、逆變器三個部分構(gòu)成，主要是由電子元器件組成，通常沒有機械部件，由此可知，光伏發(fā)電的設(shè)備精煉且具有穩(wěn)定、可靠的長壽命。目前，太陽能電池當(dāng)中的光電轉(zhuǎn)換的效率最高的是單晶硅的太陽能，其光電轉(zhuǎn)換的效率最高能到達(dá)24%，由此可知，通過單晶硅的太陽能電池，通過陽光的照射，光就能即刻轉(zhuǎn)換成直流電，提供給車體恒溫系統(tǒng)的相關(guān)裝置，以促進(jìn)汽車內(nèi)的溫度降低。

3? 結(jié)束語

綜上所述，單片機所控制的汽車智能化降溫系統(tǒng)通常體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝便捷，和汽車的內(nèi)外循環(huán)相結(jié)合，可節(jié)省復(fù)雜化的傳輸管路，和汽車原先的部件沒有體積沖突、沒有電路沖突，且可以使半導(dǎo)體制冷能耗得到有效降低，因此，該系統(tǒng)能有效降低高溫暴曬的汽車內(nèi)的溫度。

參考文獻(xiàn)：

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