汽车空调的太阳能供电控制系统的研究与设计

摘要

现今随着我国经济的发展，汽车开始越来越普及，也随之带来了两个亟待解决的问题：环境污染与能源危机。将太阳能引入汽车可缓解这些问题，每天到达地球表面的太阳辐射能相当于2.5亿万桶石油，这里可充分利用太阳能来为空调供电可节省不少油量，也可以解决汽车停止运行时空调没有电能来源的问题。
　　本课题主要是对汽车空调的供电控制系统进行研究，检测到车内有人，且汽车内的温度没有在车主设定的温度范围内时，优先使用太阳能储蓄的电能来味空调供电，并对太阳能发电、蓄电池充放电进行控制和管理；在电量不足时可切断太阳能供电转换至汽车电源供电，达到在节省汽车能源的基础上能保证空调正常运行的目的，实现汽车空调太阳能供电和汽车电源供电之间的智能切换。
　　在分析系统需求之后，本课题选取高速/低功耗/超强抗干扰的STC125A60S2单片机作为本系统的微处理器，根据所要实现的功能要求进行硬件电路和软件实现的具体设计。
　　硬件方面主要设计了基于单片机STC12C5A60S2的外围电路，进行了各模块电路的设计，主要有DS18B20温度检测、HC-SR501人体探测、太阳能发电电压和蓄电池端电压 A/D数据信息采样电路、霍尔传感器的电流采样电路、串口通信电路、继电器模块的供电切换控制电路，以及太阳能对蓄电池的充电电路和PWM驱动电路，并将各个模块结合起来形成整个系统的总体硬件电路图。
　　在硬件设计的基础上，对汽车空调的太阳能供电控制系统的采样模块和执行模块都进行了软件程序编程。首先设计了温度检测、人体检测、电流电压A/D数据信息采样程序；其次，在太阳能对蓄电池的充电控制方面，MPPT算法和蓄电池充电控制策略是重点，提出了本课题所应用的改进的电导增量法,并设计其程序。分析蓄电池和太阳能，并对其应用合理的充电控制策略：MPPT充电，脉冲充电，浮充电。其最大化的利用最大功率充电，同时也保证电池的性能和寿命。然后，实现汽车空调供电的切换方面，根据采样信息，以剩余电量SOC作为指标来控制继电器，设计供电切换程序，实现太阳能蓄电池供电与汽车电源供电之间的切换。
　　课题最后，利用Proteus对单片机进行仿真调试，用MATLAB软件对太阳能充电系统进行建模和仿真，利用开发板实验，运行应用程序，分析仿真结果，证明可行性。在最后总结全文，并讨论此项研究在未来相关领域的发展方向。

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究动态和现状

1.3 本文主要研究内容

1.4 论文结构安排

第二章 汽车空调太阳能供电控制系统的结构和功能分析

2.1 汽车空调的供电系统

2.2 太阳能充电控制系统

2.3汽车空调供电切换控制系统的总体结构

2.4 系统的功能分析

2.5 本章小结

第三章 控制系统的硬件设计

3.1 主控芯片的选取

3.2 人体探测模块HC-SR501

3.3 温度检测模块DS18B20

3.4 继电器模块

3.5 显示模块LCD

3.6 电流电压检测

3.7 太阳能充电控制电路

3.8 汽车空调太阳能供电控制系统的总体电路

3.9 本章小节

第四章 软件设计

4.1 采样模块的软件设计

4.2 MPPT控制算法

4.3 蓄电池的充电保护

4.4 蓄电池剩余电量SOC

4.5 汽车空调供电切换的实现

4.6 本章小结

第五章 实验结果与分析

5.1 汽车空调供电控制实验仿真

5.2 太阳能充电仿真测试

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文工作总结

6.2 未来研究展望

参考文献

作者在研究生期间发表的论文

致谢

附录