基于ZigBee的汽车空调控制系统设计 (1)

      摘  要： 针对汽车空调系统的实时性要求，提出了一种基于ZigBee技术的汽车空调控制系统，给出了控制系统的网络结构、传感器节点和系统主节点电路，设计了控制系统的网络协议和传感器节点以及主控制节点的程序流程。为汽车空调控制提供了一种新的技术。

      汽车空调系统是实现车内伺乘空气环境调节的专用装置，用以满足车内乘员对乘车舒适性的要求[1]。车内乘员的舒适感与车内空气相对湿度、温度以及空气流速和车内物品表面温度等诸多因素相关[2]。因此,汽车空调系统需要对车内外各种环境参数进行感知，并根据要求进行相应的调节。而汽车空调系统由于受到车辆空间和车辆工况等因素的影响，且工作在环境恶劣、工作负荷较大状态下,因此对控制系统的抗干扰性和稳定性要求较高。一般传统的汽车空调系统均采用手动方式或自动方式进行控制，而这些控制方式的控制线路均使用有线方式连接。由于空调控制功能较多,系统控制线路复杂,控制精度也较低，且存在成本高、监控系统复杂、抗干扰性较差等缺点，使空调控制系统的可行性和控制精度仍然受到较大影响。

　　ZigBee技术[3]是一种新兴的智能传感器与控制技术，是传感器技术与无线网络技术的结合，广泛应用在环境监控以及工业控制等领域。由于其具有低成本、体积小、实时性强、功耗低、抗干扰性强、嵌入性好等特点[4]，特别适用于工作现场恶劣、数据传输量小、实时性强、传输距离短且布线不方便的场合。在汽车空调控制系统中，使用ZigBee技术进行空调系统的环境参数采集与传送、控制信号的传输与控制，避免了恶劣的工业现场环境对有线传输方式的干扰和影响（如电磁干扰、潮湿、振动等），提高了控制系统的可靠性和抗干扰能力，对降低汽车空调系统的能耗和提高乘员乘车舒适性等具有一定意义。

　　本文结合汽车对空调系统的要求，设计了一种基于ZigBee的汽车空调控制系统，大大减少了控制系统的成本和复杂性，降低了系统的能耗，提高了系统控制精度和可行性。

1 系统设计

　　1．1控制系统设计

　　汽车空调控制系统原理如图1所示，系统由传感器节点、系统主控制节点、动作节点等组成。传感器节点有车内温湿度传感器、车外温度传感器、CO2浓度传感器、光照传感器、各种风门传感器等节点。动作控制节点有压缩机控制节点、送风机控制节点、除霜风门、混合风门循环风门等各种风门控制节点、暖水阀以及加湿器控制节点。系统将监测到的温度、湿度、CO2浓度车内外环境等数据通过传感器节点的处理，转换成数字信号后发送至主控制节点，由主节点进行相应的处理，然后将相应的指令输送到动作节点，使车内的温度、湿度和空气质量控制在设定范围内。

　　在系统设计时，系统网络结构为星形拓扑结构，系统主控制节点为网络控制器，其他节点均为从节点，网络拓扑结构如图2所示。将主节点设置为全功能节点（FFD），负责系统的管理与控制；传感器和控制节点设置为简化功能节点（RFD），负责环境参数数据采集和空调系统控制。

　　1．2 系统电路设计