内容发布更新时间 : 2024/11/6 0:34:14星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

生过程装备实践与创新大赛：夏日车辆室内智能温降器

图1

1- 冷凝器 2-干燥瓶3-压力开关 4-鼓风机

2- 5-蒸发器 6-膨胀阀 7-压缩机

汽车空调制冷系统主要是由压缩机、膨胀阀、冷凝器、蒸发器和鼓风机等组成，其间各个部件之间采用高压橡胶管和钢管连接成一个密闭的系统，在制冷系统工作时，制冷剂会以不同的状态在这个空间里循环流动，而这样的循环又分为了四个过程：

1、压缩过程：压缩机吸入蒸发器出口处的低温低压的制冷剂气体，把它压缩成高温高压的气体排出压缩机。

2、散热过程：高温高压的过热制冷剂气体进入冷凝器，由于压力及温度的降低，制冷剂气体冷凝成液体，并排出大量的热量。

3、节流过程：温度和压力较高的制冷剂液体通过膨胀装置后体积变大，压力和温度急剧下降，以雾状（细小液滴）排出膨胀装置。

4、吸热过程：雾状制冷剂液体进入蒸发器，因此时制冷剂沸点远低于蒸发器内温度，故制冷剂液体蒸发成气体。在蒸发过程中大量吸收周围的热量，而后低温低压的制冷剂蒸气又进入压缩机。上述过程周而复始的进行，达到降低蒸发器周围空气温度的目的。

其中压缩机作为汽车空调制冷系统的核心部件，具有两个重要功能:一是使系统内产生低压，二是把气态制冷剂从低压压缩至高压，并使其温度提高。压缩机是制冷系统中低压和高压、低温和高温的转换装置，其正常工作时实现热交换的必要条件。目前汽车空调系统分类独立式空调和非独立式空调，其中非独立式空调是绝大部分轿车、面包车、小巴都使用的。常用压缩机类型有旋转斜盘式压缩机、旋叶式压缩机两种，其结构特点是结构紧凑、性能可靠、工作平稳、振动噪声小。由主发动机带动压缩机运转，并由电磁离合器进行控制。接通电源时，离合器断开，压缩机停机，从而调节冷气的供给，达到控制车厢内温度的目的。由于需要消耗主发动机10%-15%的动力，直接影响汽车的加速性能和爬坡能力。同时其制冷量受汽车行驶速度影响，如果

5

生过程装备实践与创新大赛：夏日车辆室内智能温降器

汽车停止运行，其空调系统也停止运行。

在原有的空调系统上做进一步改进，增加一个交流电动机，当车辆处于停泊状态时，蓄电系统放电通过逆变器使交流电动机运转带动制冷系统的压缩机工作，以达到制冷目的。

3、蓄电系统的构建与保护 1）车载蓄电池的工作原理

汽车是一个“双电源”的复合电路。当发动机未启动的时候，全车用电由蓄电池提供。当发动机启动后，全车用电由蓄电池与发电机共同提供（当发动机转速低于发电机需要的转速时，蓄电池提供电能） 发动机转速高于发电机需要的转速的时候，发电机给蓄电池充电，蓄电池储存能量。当蓄电池电压升高至13.8-14.2V（蓄电池的充电终止电压）时，发电机调节器切断（或降低）励磁，使全车电压稳定在这个电压上，以利于蓄电池的充电。当发电机电压高于蓄电池端电压时，充电；低于时，放电。

汽车发电机是汽车的主要电源，其功用是在发动机正常运转时（怠速以上），向所有用电设备（起动机除外）供电，同时向蓄电池充电。整体交流发电机的工作原理：当外电路通过电刷使励磁绕组通电时，便产生磁场，使爪极被磁化为N极和S极。当转子旋转时，磁通交替地在定子绕组中变化，根据电磁感应原理可知，定子的三相绕组中便产生交变的感应电动势。这就是交流发电机的发电原理。

由原动机（即发动机）拖动直流励磁的同步发电机转子，以转速n(rpm)旋转，三相定子绕阻便感应交流电势。定子绕阻若接入用电负载，电机就有交流电能输出，经过发电机内部的整流桥将交流电转换成直流电从输出端子输出。交流发电机分为定子绕组和转子绕组两部分，三相定子绕组按照彼此相差120度电角度分布在壳体上，转子绕组由两块极爪组成。当转子绕组接通直流电时即被励磁，两块极爪形成N极和S极。磁力线由N极出发，透过空气间隙进入定子铁心再回到相邻的S极。转子一旦旋转，转子绕组就会切割磁力线，在定子绕组中产生互差120度电度角的正弦电动势，即三相交流电，再经由二极管组成的整流元件变为直流电输出。当开关闭合后，首先由蓄电池提供电流。电路为：蓄电池正极→充电指示灯→调节器触点→励磁绕阻→搭铁→蓄电池负极。此时，充电指示灯由于有电流通过，所以灯会亮。但发动机起动后，随着发电机转速提高，发电机的端电压也不断升高。当发电机的输出电压与蓄电池电压相等时，发电机“B”端和“D”端的电位相等，此时，充电指示灯由于两端电位差为零而熄灭。指示发电机已经正常工作，励磁电流由发电机自己供给。发电机中三相绕阻所产生的三相交流电动势经二极管整流后，输出直流电，向负载供电，并向蓄电池充电。

2）蓄电池构建

为了满足夏日车辆室内智能温降器的正常工作，以及不影响车辆自身设备的正常工作时所需要的电力和车辆的正常点火，对蓄电池进行改进，采用混合式充电，并进

6

生过程装备实践与创新大赛：夏日车辆室内智能温降器

行扩容。所谓的混合式充电，就是在保留原有的充电方式情况下，与太阳能充电相结合，在车辆的天窗或后备箱盖安装太阳能电池板，车辆的外观美化交于后期的工作完成。不管是车辆是否运动都可以通过太阳能对蓄电池进行蓄电。 3）蓄电保护

当蓄电池处于充满状态，且车辆处于停泊状态，在人控模式下智能温降器未接到指令。此时太阳能所蓄的电量储存到备用蓄电池中。当备用蓄电池也处于充满状态，感应传感器发出信号，控制中心处理信号，发出执行信号，新增电动机正常工作带动压缩机，智能温降器自动工作，温度降至人控电量线（电量值介于饱和与警戒值之间，设人控电量线是为了在人控模式下电量饱和时触发降温系统工作使电量过度降低，影响车主启动该系统）后，温降系统处于休眠状态。当蓄电池电量降至警戒值（只能满足车辆点火所需的电量值）时，感应传感器发出信号，控制中心处理信号，切断智能温降器工作回路。当电量介于饱和状态和警戒值之间，车主可用通过远程电子钥匙（可显示和设定车内温度，蓄电池电量）使智能温降器按其需要启动。当车辆处于行驶状态时，制冷系统就由发动机通过传动带带动压缩机工作，（此时新增电动机不工作），感应传感器感应蓄电池是否处于饱和状态，若是，发出信号，控制中心处理信号，切断太阳能蓄电线路。

4、温度传感系统搭建

1）测量温度传感器的选择

常用的温度计有双金属温度计、玻璃液体温度计、压力式温度计、电阻温度计、热敏电阻其中热电偶、热敏电阻、铂电阻(RTD)和温度IC都是测试中最常用的温度传感器。和温差电偶等。

数字温度传感器：就是能把温度物理量通过温度敏感元件和相应电路转换成方便计算机、plc、智能仪表等数据采集设备直接读取得数字量的传感器。例如：DS18B20温度传感器：技术性能描述：

①、 独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。

② 、测温范围 －55℃～+125℃，固有测温误差（注意，不是分辨率，这里之前 是错误的）1℃。

③、支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，最多只能并联8个，实现多点测温，如果数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成信号传输的不稳定。

④、工作电源: 3.0~5.5V/DC （可以数据线寄生电源） ⑤ 、在使用中不需要任何外围元件

⑥、 测量结果以9~12位数字量方式串行传送 ⑦ 、不锈钢保护管直径 Φ6

⑧ 、适用于DN15~25, DN40~DN250各种介质工业管道和狭小空间设备测温

7

生过程装备实践与创新大赛：夏日车辆室内智能温降器

⑨、 标准安装螺纹 “M10X1, M12X1.5, G1/2”任选⑩ 、PVC电缆直接出线或德式球型接线盒出线,便于与其它电器设备连接。 2）放大电路大的选择方案

将温度传感器将温度信号转化成微弱的电信号可以用放大器将其放大进行反馈

例如：LM725CN运算放大器 LM324四运放差分电路进行放大

LM324：与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。每一组运算放大器可用图1所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-(-)为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反;Vi+(+)为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。

LM324系列由四个独立的，高增益，内部频率补偿运算放大器，其中专为从单电源供电的电压范围经营。从分裂电源的操作也有可能和低电源电流消耗是独立的电源电压的幅度。

应用领域包括传感器放大器，直流增益模块和所有传统的运算放大器现在可以更容易地在单电源系统中实现的电路。例如，可直接操作的LM324系列，这是用来在数字系统中，轻松地将提供所需的接口电路，而无需额外的±15V电源标准的5V电源电压。

工作温度范围:0°C to +70°C。 3）滤波电路的设计与方案

为了去掉50赫兹信号和其他噪音的干扰进行滤波电路的设计

例如：AD713构成状态变量滤波器进行滤波 4）A/D模数转化的方案

指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。由于数字信号本身不具有实际意义，仅仅表示一个相对大小。故任何一个模数转换器都需要一个参考模拟量作为转换的标准，比较常见的参考标准为最大的可转换信号大小。而输出的数字量则表示输入信号相对于参考信号的大小。

5）显示模块的选择方案 例如：LED数码显像管

led数码管（LED Segment Displays）由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。

led数码管常用段数一般为7段有的另加一个小数点，还有一种是类似于3位“+1”型。位数有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等....，led数码管根据LED的接法

8

生过程装备实践与创新大赛：夏日车辆室内智能温降器

不同分为共阴和共阳两类，了解LED的这些特性，对编程是很重要的，因为不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。图2是共阴和共阳极数码管的内部电路，它们的发光原理是一样的，只是它们的电源极性不同而已。颜色有红，绿，蓝，黄等几种。led数码管广泛用于仪表，时钟，车站，家电等场合。选用时要注意产品尺寸颜色，功耗，亮度，波长等。下面将介绍常用LED数码管内部引脚图片。

图2-led数码管

6) 信号传递模块实现电子钥匙屏显示 无线电发射器的组成及作用

无线电发射器包括:频率发生器，用于生成第一频率的信号:数字分频器电路,用于将所述第一频率分频来以生成第二频率的信号;功率放大器，用于放大所述第二频率的信号，以产生期望功率的输出信号；控制电路，其适于基于所述期望功率调整所述数字分频器电路的噪声性能。一种发射器包括发射器电路，用于生成第一频率的信号，且具有数字分频器电路，用于将所述第一频率分频以生成第二频率的信号。根据发射器输出功率来调整所述数字分频器的噪声性能。具体而言，当功率放大器的增益较高时，所述数字分频器以比较好的噪声性能来操作，而低输出功率时以较差噪声性能工作。这可以确保满足规定的噪声要求，同时不会过度增加设备的功耗或尺寸。 7) 温度上限警报模块

光信号可以选用体积小亮度高的led发光二极管来实现.

声信号可以使用蜂鸣器。

同时通过手机软件接收信号反馈用手机铃声或振动的方式提醒车主。 5、控制系统的构建和运作 1）以单片机为主控核心

单片机（Microcontrollers）是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统。本控制系统采用宏晶STC12C5A60S2单片机进行控制，STC12C5A60S2单片机在众多的51系列单片机中，具有以下优点:

9