汽车空调数字智能控制系统及其控制方法

1.一种汽车空调数字智能控制系统，其特征在于：它包括：主控制单元、控制和显示单元、蒸发风机、冷凝风机、空调发电机线圈、压缩机线圈、新风电机、臭氧发生器和控制单元电源；控制和显示单元、蒸发风机、冷凝风机、空调发电机线圈、压缩机线圈、新风电机、臭氧发生器都与主控制单元通信连接，控制单元电源为主控制单元供电；
控制和显示单元接收主控制单元的信息并将其反馈给操作人员，操作人员通过控制和显示单元指示主控制单元的动作，主控制单元控制蒸发风机、冷凝风机、空调发电机线圈、压缩机线圈、新风电机、臭氧发生器的动作；
所述的主控制单元包括：单片机一、蒸发风机控制电路、冷凝风机控制电路、空调发电机线圈控制电路、压缩机线圈控制电路、新风电机控制电路、臭氧发生器控制电路、温度采集电路、压力信号采集电路、LIN通信电路；
单片机一与控制和显示单元之间通过LIN通信电路传输数据；
温度采集电路和压力信号采集电路向单片机一单向传输检测数据；
蒸发风机控制电路、冷凝风机控制电路、空调发电机线圈控制电路、压缩机线圈控制电路、新风电机控制电路、臭氧发生器控制电路，六者与单片机一双向通信连接。
2.根据权利要求1所述汽车空调数字智能控制系统，其特征在于：所述的控制和显示单元包括：单片机二、人机对话设备、LIN通信电路；单片机二与主控制单元之间通过LIN通信电路传输数据；单片机二与操作人员之间通过人机对话设备进行交流；
其中，人机对话设备包括：功能按键、功能LED指示灯、风量显示器、温度显示器；功能按键、功能LED指示灯、风量显示器、温度显示器都分别与单片机二通信连接。
3.根据权利要求1所述汽车空调数字智能控制系统，其特征在于：所述的控制单元电源由两个相对独立的24V～12V电源模块组成，一个电源模块为主控制单元供电，另一个电源模块经主控制单元控制为负载电路供电，所述负载电路包括：蒸发风机控制电路、冷凝风机控制电路、空调发电机线圈控制电路、压缩机线圈控制电路、新风电机控制电路、臭氧发生器控制电路、温度采集电路、压力信号采集电路。
4.一种用于汽车空调数字智能控制系统的控制方法，其特征在于：它由主控制单元控制程序、控制和显示单元控制程序组成；
控制和显示单元控制程序对操作人员的指令进行分析和处理并将指令发送至主控制单元；
主控制单元控制程序接收系统自检测信息并将其发送至控制和显示单元，同时接收来自控制和显示单元的指令，并根据指令内容控制各个模块的动作；
主控制单元控制程序的处理步骤为：
1)模块初始化；检测电源供电是否正常：正常，则进入步骤2)；不正常，则停止后续动作，向控制和显示单元发送告警信息，并通过相应状态指示灯频闪报警，重复步骤1)；
2)接收来自控制和显示单元的检测信息，同时检测是否有来自控制和显示单元的指令，有，则接收并作出处理后进入步骤3)，无，则执行前一次停机时的设定程序，然后进入步骤3)；
设定程序与主控制单元控制程序中的设定参数相匹配；
3)定时向控制和显示单元发送检测反馈信息，同时判断传感器采集到的数据是否发生变化，是，则向控制和显示单元发送新传感器信息后进入步骤4)；否，则直接进入步骤4)；
4)判断是否满足启动预设程序的条件：
[1]满足，则启动预设程序；重复步骤4)；
[2]否则，进行如下处理：根据步骤2)处理结果确定空调是否开机：有来自控制和显示单元的指令则启动空调发电机线圈并进入步骤5)；无来自控制和显示单元的指令则返回步骤2)；
5)顺次对新风电机控制电路和臭氧发生器控制电路进行短路、开路、过热检测：
[1]检测无异常，则继续处理来自控制和显示单元的指令：判断是否有新风命令和/或臭氧命令，有则控制新风电机和/或臭氧发生器开启，并进入步骤6)；无相关命令则直接进入步骤6)；
[2]检测有异常，则关断相应控制电路，并向控制和显示单元发出告警信息，通过相应指示灯进行报警，并返回步骤2)；
6)对蒸发风机控制电路进行短路、开路、过热检测：
[1]检测无异常，继续判断是否有通风命令，有，则启动蒸发风机后进入步骤7)；无，则返回步骤2)；
[2]检测有异常，则关断蒸发风机控制电路，并向控制和显示单元发出告警信息，通过相应指示灯进行报警，并返回步骤2)；
7)对蒸发风机控制电路进行短路、开路、过热检测：
[1]检测无异常，则继续判断是否有制冷命令：有，则启动冷凝风机后返回步骤2)；无，则直接返回步骤2)；
[2]检测有异常，则关断冷凝风机控制电路，并向控制和显示单元发出告警信息，通过相应指示灯进行报警，并返回步骤2)。
5.根据权利要求4所述的用于汽车空调数字智能控制系统的控制方法，其特征在于：
步骤4)中的步骤[1]的处理方法为：
进行温度检测：
(1)车内温度超过30℃，启动制冷程序；
(2)车内温度超过设定温度2℃，启动制冷程序；
(3)车内温度低于22℃，判断是否为人为设定的程序：是，则按人为设定的程序工作；
否，则关闭制冷程序；
(4)车内温度低于16℃，直接关闭制冷程序；
(5)蒸发器温度低于2℃，直接关闭制冷程序；
(6)满足设定的消毒条件，启动臭氧发生器，并在5分钟后关闭臭氧发生器；
(7)根据CO2传感器采集的数据，当空气质量不良时，启动新风电机，并在10分钟后关闭新风电机；
前述(1)至(7)项，可单独执行其中一项，或同时执行多项。
6.根据权利要求4所述的用于汽车空调数字智能控制系统的控制方法，其特征在于：
控制和显示单元控制程序的处理步骤为：
1)模块初始化，并调入前一次停机时的设定参数；
设定参数与主控制单元控制程序中的设定程序相匹配；
2)检测功能按键是否有输入：有，则对输入信息进行处理并保存后更新风量显示器和温度显示器，然后进入步骤3)；无，则根据前一次停机时的设定参数更新风量显示器和温度显示器，然后进入步骤3)；
3)向主控制单元发送检测信息，同时比较参数变化：有变化，则向主控制单元发送指令信息，然后进入步骤4)；无变化，则直接进入步骤4)；
4)接收来自主控制单元的检测反馈信息，同时检测是否有新传感器信息：有，则接收后进入步骤5)；无，则直接进入步骤5)；
5)根据检测反馈信息判断系统是否工作正常：是，则继续根据传感器实时信息对显示设备进行数据更新后，返回步骤2)；否，则通过指示灯发出告警信息并根据新传感器信息对显示设备进行数据更新后返回步骤2)。

汽车空调数字智能控制系统及其控制方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种车用空调控制技术，尤其涉及一种汽车空调数字智能控制系统及其控制方法。\n背景技术\n[0002] 汽车空调作为汽车的标配件已经广泛装备在各型汽车上，由于国家没有统一的汽车空调行业标准，汽车空调企业广泛使用的是传统继电器+保险丝控制方案。这种方案布线复杂、生产费时费力而且可靠性不高，而且所采用的零部件互不通用，给产品的生产和配套带来诸多不便。同时复杂的布线设计无法适应大规模流水线生产，直接降低了企业的生产效率。\n发明内容\n[0003] 本发明提出了一种汽车空调数字智能控制系统，它包括：主控制单元、控制和显示单元、蒸发风机、冷凝风机、空调发电机线圈、压缩机线圈、新风电机、臭氧发生器和控制单元电源；控制和显示单元、蒸发风机、冷凝风机、空调发电机线圈、压缩机线圈、新风电机、臭氧发生器都与主控制单元通信连接，控制单元电源为主控制单元供电；\n[0004] 控制和显示单元接收主控制单元的信息并将其反馈给操作人员，操作人员通过控制和显示单元指示主控制单元的动作，主控制单元控制蒸发风机、冷凝风机、空调发电机线圈、压缩机线圈、新风电机、臭氧发生器的动作。\n[0005] 所述的主控制单元包括：单片机一、蒸发风机控制电路、冷凝风机控制电路、空调发电机线圈控制电路、压缩机线圈控制电路、新风电机控制电路、臭氧发生器控制电路、温度采集电路、压力信号采集电路、LIN通信电路；\n[0006] 单片机一与控制和显示单元之间通过LIN(Local Interconnect Network)通信电路传输数据；\n[0007] 温度采集电路和压力信号采集电路向单片机单向传输检测数据；\n[0008] 蒸发风机控制电路、冷凝风机控制电路、空调发电机线圈控制电路、压缩机线圈控制电路、新风电机控制电路、臭氧发生器控制电路，六者与单片机双向通信连接。\n[0009] 所述的控制和显示单元包括：单片机二、人机对话设备、LIN通信电路；单片机二与主控制单元之间通过LIN通信电路传输数据；单片机二与操作人员之间通过人机对话设备进行交流；\n[0010] 其中，人机对话设备包括：功能按键、功能LED指示灯、风量显示器、温度显示器；\n功能按键、功能LED指示灯、风量显示器、温度显示器都分别与单片机二通信连接。\n[0011] 所述的控制单元电源由两个相对独立的24V～12V电源模块组成，一个电源模块为主控制单元供电，另一个电源模块经主控制单元控制为负载电路供电，所述负载电路包括：蒸发风机控制电路、冷凝风机控制电路、空调发电机线圈控制电路、压缩机线圈控制电路、新风电机控制电路、臭氧发生器控制电路、温度采集电路、压力信号采集电路。\n[0012] 本发明还提出了一种用于汽车空调数字智能控制系统的控制方法，它由主控制单元控制程序、控制和显示单元控制程序组成；\n[0013] 控制和显示单元控制程序对操作人员的指令进行分析和处理并将指令发送至主控制单元；\n[0014] 主控制单元控制程序接收系统自检测信息并将其发送至控制和显示单元，同时接收来自控制和显示单元的指令，并根据指令内容控制各个模块的动作。\n[0015] (一)主控制单元控制程序的处理步骤为：\n[0016] 1)模块初始化；检测电源供电是否正常：正常，则进入步骤2)；不正常，则停止后续动作，向控制和显示单元发送告警信息，并通过相应指示灯频闪报警，重复步骤1)；\n[0017] 2)接收来自控制和显示单元的检测信息，同时检测是否有来自控制和显示单元的指令，有，则接收并作出处理后进入步骤3)，无，则执行前一次停机时的设定程序，然后进入步骤3)；\n[0018] 设定程序与主控制单元控制程序中的设定参数相匹配；\n[0019] 3)定时向控制和显示单元发送检测反馈信息，同时判断传感器采集到的数据是否发生变化，是，则向控制和显示单元发送新传感器信息后进入步骤4)；否，则直接进入步骤\n4)；\n[0020] 4)判断是否满足启动预设程序的条件：\n[0021] [1]满足，则启动预设程序；重复步骤4)；\n[0022] [2]否则，进行如下处理：根据步骤2)处理结果确定空调是否开机：有来自控制和显示单元的指令则启动空调发电机线圈并进入步骤5)；无来自控制和显示单元的指令则返回步骤2)；\n[0023] 5)顺次对新风电机控制电路和臭氧发生器控制电路进行短路、开路、过热检测：\n[0024] [1]检测无异常，则继续处理来自控制和显示单元的指令：判断是否有新风命令和/或臭氧命令，有则控制新风电机和/或臭氧发生器开启，并进入步骤6)；无相关命令则直接进入步骤6)；\n[0025] [2]检测有异常，则关断相应控制电路，并向控制和显示单元发出告警信息，通过相应指示灯进行报警，并返回步骤2)；\n[0026] 6)对蒸发风机控制电路进行短路、开路、过热检测：\n[0027] [1]检测无异常，继续判断是否有通风命令，有，则启动蒸发风机后进入步骤7)；\n无，则返回步骤2)；\n[0028] [2]检测有异常，则关断蒸发风机控制电路，并向控制和显示单元发出告警信息，通过相应指示灯进行报警，并返回步骤2)；\n[0029] 7)对蒸发风机控制电路进行短路、开路、过热检测：\n[0030] [1]检测无异常，则继续判断是否有制冷命令：有，则启动冷凝风机后返回步骤\n2)；无，则直接返回步骤2)；\n[0031] [2]检测有异常，则关断冷凝风机控制电路，并向控制和显示单元发出告警信息，通过相应指示灯进行报警，并返回步骤2)。\n[0032] 步骤4)中的步骤[1]的处理方法为：\n[0033] 进行温度检测：\n[0034] (1)车内温度超过30℃，启动制冷程序；\n[0035] (2)车内温度超过设定温度2℃，启动制冷程序；\n[0036] (3)车内温度低于22℃，判断是否为人为设定的程序：是，则按人为设定的程序工作；否，则关闭制冷程序；\n[0037] (4)车内温度低于16℃，直接关闭制冷程序；\n[0038] (5)蒸发器温度低于2℃，直接关闭制冷程序；\n[0039] (6)满足设定的消毒条件，启动臭氧发生器，并在5分钟后关闭臭氧发生器；\n[0040] (7)根据CO2传感器采集的数据，当空气质量不良时，启动新风电机，并在10分钟后关闭新风电机；\n[0041] 前述(1)至(7)项，可单独执行其中一项，或同时执行多项。\n[0042] (二)控制和显示单元控制程序的处理步骤为：\n[0043] 1)模块初始化，并调入前一次停机时的设定参数；\n[0044] 设定参数与主控制单元控制程序中的设定程序相匹配；\n[0045] 2)检测功能按键是否有输入：有，则对输入信息进行处理并保存后更新风量显示器和温度显示器，然后进入步骤3)；无，则根据前一次停机时的设定参数更新风量显示器和温度显示器，然后进入步骤3)；\n[0046] 3)向主控制单元发送检测信息，同时比较参数变化：有变化，则向主控制单元发送指令信息，然后进入步骤4)；无变化，则直接进入步骤4)；\n[0047] 4)接收来自主控制单元的检测反馈信息，同时检测是否有新传感器信息：有，则接收后进入步骤5)；无，则直接进入步骤5)；\n[0048] 5)根据检测反馈信息判断系统是否工作正常：是，则继续根据传感器实时信息对显示设备进行数据更新后，返回步骤2)；否，则通过指示灯发出告警信息并根据新传感器信息对显示设备进行数据更新后返回步骤2)。\n[0049] 本发明的有益技术效果是：提供了一种运行可靠、节能、环保、易用的空调控制系统，彻底解决了采用继电器控制空调的种种弊端。\n附图说明\n[0050] 图1、本发明的控制系统结构方框图；\n[0051] 图2、控制和显示单元结构框图；\n[0052] 图3、主控制单元结构框图；\n[0053] 图4、控制和显示单元单片机二处理器内部引脚功能分布图；\n[0054] 图5、主控制单元单片机一处理器内部引脚功能分布图；\n[0055] 图6、智能功率模块引脚功能分布图；\n[0056] 图7、外部电源输入接口电路图一；\n[0057] 图8、外部电源输入接口电路图二；\n[0058] 图9、内部电源输入接口电路图；\n[0059] 图10、新风电机和臭氧发生器输出接口电路图；\n[0060] 图11、空调发电机线圈和压缩机离合器线圈输出接口电路图；\n[0061] 图12、支负载工作状态指示灯输出接口电路图；\n[0062] 图13、蒸发风机PWM无级调速输出接口电路图；\n[0063] 图14、LIN通信接口电路图；\n[0064] 图15、主控制单元工作程序流程图；\n[0065] 图16、控制和显示单元工作程序流程图；\n具体实施方式\n[0066] 参见图1，本发明的汽车空调数字智能控制系统由4部分组成，它们分别为：空调负载、主控制单元、控制和显示单元、控制单元电源；空调负载受控于主控制单元，主控制单元受控于控制和显示单元，控制单元电源为主控制单元、控制和显示单元二者提供电源；其中，空调负载又包括：蒸发风机、冷凝风机、空调发电机线圈、压缩机线圈、新风电机、臭氧发生器；控制单元电源由两个相对独立的24V～12V电源模块组成，两个电源模块分别为主控制单元、控制和显示单元供电。\n[0067] 控制和显示单元用于司乘人员输入控制指令并显示空调工作状态；控制和显示单元通过通信和电源电缆一方面给空调控制主控制单元提供控制电源，另一方面完成数据的交互。\n[0068] 主控制单元根据程序确定空调负载中相关负载的供电通断；主控制单元在向空调负载供电的同时，还要检测各个负载的输入电压范围，有无开路、短路等异常情况，并对指示灯作出相应状态指示。\n[0069] 参见图2，控制和显示单元包括：单片机二、人机对话设备、LIN通信电路；单片机二与主控制单元之间通过LIN通信电路传输数据；单片机二与操作人员之间通过人机对话设备进行交流；其中，人机对话设备包括：功能按键、功能LED指示灯、风量显示器、温度显示器；功能按键、功能LED指示灯、风量显示器、温度显示器都分别与单片机二通信连接。\n[0070] 除了前述的各个模块外，控制和显示单元中还设置有外部电源输入接口电路，外部电源输入接口电路与单片机二连接，外部电源输入接口电路用于控制和显示单元与控制单元电源的连接。\n[0071] 单片机二处理器内部引脚功能分布如图4所示。\n[0072] 参见图3，主控制单元包括：单片机一、蒸发风机控制电路、冷凝风机控制电路、空调发电机线圈控制电路、压缩机线圈控制电路、新风电机控制电路、臭氧发生器控制电路、温度采集电路、压力信号采集电路、LIN通信电路；单片机一与控制和显示单元之间通过LIN通信电路传输数据；温度采集电路和压力信号采集电路向单片机单向传输检测数据；\n蒸发风机控制电路、冷凝风机控制电路、空调发电机线圈控制电路、压缩机线圈控制电路、新风电机控制电路、臭氧发生器控制电路，六者与单片机双向通信连接。\n[0073] 主控制单元上还设置有内部电源输入接口电路、空调工作状态LED指示灯；单片一机处理器内部引脚功能分布如图5所示。\n[0074] 参见图6，空调发电机线圈控制电路选用智能功率模块；如图所示，通过R75、R68、R70和C2完成输出驱动电流电压的信号采集，由单片机一实现电压和电流的采集比较。\n[0075] 参见图7，所述的电源输入接口电路包含两个部分电路：其一含有二极管D1、D2、D14、电压变换器U6、电感线圈L1、电容C4、C13，连接关系如图所示；参见图8，其二含有电压变换器U2、电容C5、C3，连接关系如图所示。\n[0076] 参见图9，内部电源输入接口电路如图所示；\n[0077] 参见图10，新风电机控制电路和臭氧发生器控制电路，两组电路的结构和功能相同，该电路包括：智能控制模块U17、R76、D36，其连接关系如图所示；通过单片机一实现电压和电流的采集比较，完成开路和短路保护和检测。\n[0078] 参见图11，空调发电机线圈控制电路和压缩机线圈控制电路，两组电路的结构相同；该电路包含：智能控制模块U16、R77、D35，可通过单片机一实现电压和电流的采集比较，完成开路和短路保护和检测。\n[0079] 参见图12，空调工作状态LED指示灯，其电路构成为：信号驱动模块U14、R89、R54、R55、R56、R57、R58、R59、R60、D40、D18、D19、D20、D21、D22、D23、D24、D25，可通过单片机一实现空调负载对应的工作状态指示。\n[0080] 蒸发风机控制电路包含两个部分，其中一部分选用智能功率模块，结构和功能与图6所示电路相同；其二部分如图13所示，它包含二极管D5、D9、驱动器V2、电容C18等元件，由单片机一实现PWM无级调速。\n[0081] 参见图14，用于LIN通信的接口电路包含驱动器U4、电阻R2、R3、R4、R5、R44、电容C16、C17、二极管D13；由此搭建出的LIN通信及电源电路，与LIN通信的接口电路的不同之处在于，LIN通信及电源电路没有LIN通信接口电路中的二极管D13和电阻R44部分；LIN通信及电源电路用于控制和显示单元与主控制单元之间的数据和控制电源的传输。\n[0082] 参见图15，主控制单元控制程序的处理步骤为：\n[0083] 1)模块初始化；检测电源供电是否正常：正常，则进入步骤2)；不正常，则停止后续动作，向控制和显示单元发送告警信息，并通过相应指示灯频闪报警，重复步骤1)；\n[0084] 2)接收来自控制和显示单元的检测信息，同时检测是否有来自控制和显示单元的指令，有，则接收并作出处理后进入步骤3)，无，则执行前一次停机时的设定程序，然后进入步骤3)；\n[0085] 设定程序与主控制单元控制程序中的设定参数相匹配；\n[0086] 3)定时向控制和显示单元发送检测反馈信息，同时判断传感器采集到的数据是否发生变化，是，则向控制和显示单元发送新传感器信息后进入步骤4)；否，则直接进入步骤\n4)；\n[0087] 4)判断是否满足启动预设程序的条件：\n[0088] [1]满足，则启动预设程序；重复步骤4)；\n[0089] [2]否则，进行如下处理：根据步骤2)处理结果确定空调是否开机：有来自控制和显示单元的指令则启动空调发电机线圈并进入步骤5)；无来自控制和显示单元的指令则返回步骤2)；\n[0090] 5)顺次对新风电机控制电路和臭氧发生器控制电路进行短路、开路、过热检测：\n[0091] [1]检测无异常，则继续处理来自控制和显示单元的指令：判断是否有新风命令和/或臭氧命令，有则控制新风电机和/或臭氧发生器开启，并进入步骤6)；无相关命令则直接进入步骤6)；\n[0092] [2]检测有异常，则关断相应控制电路，并向控制和显示单元发出告警信息，通过相应指示灯进行报警，并返回步骤2)；\n[0093] 6)对蒸发风机控制电路进行短路、开路、过热检测：\n[0094] [1]检测无异常，继续判断是否有通风命令，有，则启动蒸发风机后进入步骤7)；\n无，则返回步骤2)；\n[0095] [2]检测有异常，则关断蒸发风机控制电路，并向控制和显示单元发出告警信息，通过相应指示灯进行报警，并返回步骤2)；\n[0096] 7)对蒸发风机控制电路进行短路、开路、过热检测：\n[0097] [1]检测无异常，则继续判断是否有制冷命令：有，则启动冷凝风机后返回步骤\n2)；无，则直接返回步骤2)；\n[0098] [2]检测有异常，则关断冷凝风机控制电路，并向控制和显示单元发出告警信息，通过相应指示灯进行报警，并返回步骤2)。\n[0099] 其中，前述步骤4)中的步骤[1]的处理方法为：\n[0100] 进行温度检测：\n[0101] (1)车内温度超过30℃，启动制冷程序；\n[0102] (2)车内温度超过设定温度2℃，启动制冷程序；\n[0103] (3)车内温度低于22℃，判断是否为人为设定的程序：是，则按人为设定的程序工作；否，则关闭制冷程序；\n[0104] (4)车内温度低于16℃，直接关闭制冷程序；\n[0105] (5)蒸发器温度低于2℃，直接关闭制冷程序；\n[0106] (6)满足设定的消毒条件，启动臭氧发生器，并在5分钟后关闭臭氧发生器；\n[0107] (7)根据CO2传感器采集的数据，当空气质量不良时，启动新风电机，并在10分钟后关闭新风电机；\n[0108] 前述(1)至(7)项，可单独执行其中一项，或同时执行多项。\n[0109] 参见图16，控制和显示单元控制程序的处理步骤为：\n[0110] 1)模块初始化，并调入前一次停机时的设定参数；\n[0111] 设定参数与主控制单元控制程序中的设定程序相匹配；\n[0112] 2)检测功能按键是否有输入：有，则对输入信息进行处理并保存后更新风量显示器和温度显示器，然后进入步骤3)；无，则根据前一次停机时的设定参数更新风量显示器和温度显示器，然后进入步骤3)；\n[0113] 3)向主控制单元发送检测信息，同时比较参数变化：有变化，则向主控制单元发送指令信息，然后进入步骤4)；无变化，则直接进入步骤4)；\n[0114] 4)接收来自主控制单元的检测反馈信息，同时检测是否有新传感器信息：有，则接收后进入步骤5)；无，则直接进入步骤5)；\n[0115] 5)根据检测反馈信息判断系统是否工作正常：是，则继续根据传感器实时信息对显示设备进行数据更新后，返回步骤2)；否，则通过指示灯发出告警信息并根据新传感器信息对显示设备进行数据更新后返回步骤2)。