基于MC9S12HY64 的汽车双温区空调控制器的设计

    摘要：本文介绍以飞思卡尔S12 系列的16 位微处理器MC9S12HY64 为核心的双温区自动空调控制系统，包括控制装置介绍、硬件电路设计、芯片选型和PCB 设计等。实现了电机控制、LCD 显示、传感器采样等功能。

　　0 引言

　　随着现代科学技术的发展，汽车的各项配置向着个性化、娱乐化、安全化等方向发展。汽车空调装置已成为衡量汽车功能是否齐全的标志之一，是比较重要的设备。目前汽车空调控制系统多为单温区系统，但由于车内各乘坐位置的温度场分布不一致，而且不同乘员对温度也许有不同的需要，单温区控制系统难以满足乘员的个性化需求。

　　针对单温区控制系统存在的缺陷，可以设计一种双温区自动控制系统，满足人们对环境舒适度的不同需求。而本文将介绍的双温区自动空调系统，则拥有两个温区，在前排空间左右两侧的温区可各自独立对吹风温度、风量和出风模式进行控制。成员可根据自己的认为的环境舒适度进行设置，达到满足个性化得需求。

　　1 芯片选择及部分硬件电路设计

　　1.1 双温区空调控制系统硬件框图

　　1.2 主控芯片 MC9S12HY64

　　MC9S12HY64 控制器集16 位的性能和许多专用的性能于一身，如HVAC 显示、电机控制、LCD 驱动、车身控制等，同时具有CAN/LIN 通信功能，非常适合新兴汽车市场经济高效仪表板的应用。芯片资源和特性如下：

　　1）32MHz 总线频率的HCS12 内核

　　2）带有64KB 片内闪存、4KB 数据闪存、4KB 片内SRAM

　　3）带有4 个驱动步进电机控制器

　　4）LCD 驱动，最多可配置40×4 段

　　5）8 通道、10 位分辨率逐次逼近型模数转换器MC9S12HY64

　　6）2 个16 位定时器，可提供16 位输入捕获输出比较等功能

　　7）MSCAN 模块，支持CAN 协议2.0A/B ;SPI、SCI、IIC 模块。

　　1.3 电源芯片UJA1076

　　电源芯片选用恩智浦半导体推出其第二代车载网络CAN 核的系统基础芯片UJA1076 产品，实现了性能、功耗以及电子控制单元（ECU）成本的优化，广泛应用于车载控制器中。UJA1076 支持车载网络互联应用，这些应用通过使用高速CAN 作为主网络接口来控制电源和传感器设备。

　　1）它集成有高速CAN 收发器，所以在进行电路设计时不需要外接 CAN 芯片，节约成本；SPLIT 输出管脚用来稳定隐性总线电平；

　　2）可编程看门狗，带有独立的时钟源；

　　3）串行外设接口SPI,用来与微控制器通信；

　　4）可输出3.3V 和5V 两种电压，满足系统的供电要求；

　　5）器件带有唤醒源检测，可通过CAN、LIN 总线或本地唤醒管脚来唤醒，2 个唤醒管脚WAKE1 和WAKE2 ;

　　6）芯片的LIMP 引脚，具有跛行回家输出的功能。

　　1.4 双温区空调控制系统介绍

　　本文所设计的双温区空调控制系统装置的硬件结构如图2所示。该双温区空调自动控制器，由以下几部分组成：双温区空调控制器、电源、鼓风机、鼓风机调速模块、模式电机、左右区风门执行器、内外循环风门、温度传感器、阳光传感器、CAN 总线等构成。

    主控制器MC9S12HY64 根据车内外环境温度、太阳照射强大和人工设定要求，有传感器采集温度、光照等与主驾、副驾的设定温度进行对比分析，通过FUZZY 控制算法 给出相应的控制值，综合控制鼓风机风速、左右风门开度、模式以及内外循环等，使它们协调工作，共同完成对车内温度的控制作用。

　　下面以温度翻板控制为例，对其控制算法进行简要描述：

　　1）左右车内温度T_in_r/l 由控制器内置温度T_in 和当前出风左右出风口温度T_blow_r/l 计算得出；

　　2）出风口的所需温度T_blow_value_r/l 由算法公式根据左右设置温度T_set_r/l、 室外温度T_amb 、车内温度T_in_r/l 计算得出，T_blow_value_r/l 同时受光辐射强度V_Lux_r/l以及舒适度温度点T_comf ;

　　3）根据T_blow_value_r/l 对应出温度翻板的逻辑位置值L_sys_valu.

　　2 PCB 布线设计

　　在PCB 布线时之前先在AUTOCAD 中绘制出空调控制器的外观图，以及按键、LCD 和LED 灯、接插件在板子上的固定位置。

　　绘制完成之后保存为。dxf 格式，导入到PCB 中作为禁止布线层（Keep-Out Layer）。对于有些要加上logo 的电路板，可以采用这两种方法：一：在AUTOCAD 中将logo 绘制出来，在导入到PCB 板子中；二：将logo 作为一个元件，先在器件库中将其绘制出来，在将其作为一个元件导入到PCB 板中。

　　对于电路板的板层设置，则要根据板子的要求和经济型综合考虑。对于此双温区空调的电路板采用两层布板即可满足要求，这里采用两层布板。

　　布线注意事项

　　1）首先摆放固定器件如按键、LCD 和LED 灯、接插件等并用Locked 功能将其锁住，以免在布线时将其移动。

　　2）对于其他器件则按电路模块进行布局，实现同一功能的相关电路称为一个模块，电路模块中的元件应采用就近集中原则，分布于主控芯片MC9S12HY64 的周围。

　　3）贴片焊盘上不能有通孔，以免焊膏流失造成元件虚焊。

　　4）电源芯片UJA1076 和电机驱动芯片ULQ2003A 均属于发热芯片，在PCB 布局是应尽量分布在板子的边缘，并且在中心大GND 焊盘上加过孔，便于芯片的扇热。

　　5）电源与GND 之间加的电容应分布于该电源的周围。

　　6）在板子的边缘放置一些多余的接地过孔。