摘要：在夏季陽光直射下露天停放汽車內，由于“孤島效應”，車內氣溫持續升高，高溫易導致車輛自然，也使進入車內駕駛者感到非常酷熱。針對上面的問題設計了一款基于太陽能電池供電的駐車空調系統，該系統智能控制蓄電池的充放電;根據車內溫度控制風機的功率，通過實現車內外空氣交換循環使車內溫度始終保持適宜狀態，而且可以通過手機GSM遠程操控。經過不斷地測試，該系統實現了預設功能，安裝簡單方便，解決了夏季開車的煩惱，也實現了節能減排的社會效益。

　　關鍵詞：孤島效應;太陽能供電;智能控制;GMS遠程操控;節能減排

　　1概述

　　太陽能利用技術是汽車空調的發展趨勢，國內的各大汽車制造商應該抓住機遇，在太陽能汽車空調上進行創新研究，目前汽車上的太陽能空調主要是將太陽能所轉換的電能用于空調。香港理工大學科研人員和工業界合作開發成功一種太陽能驅動汽車空調系統并完成了一系列道路試驗[1]。奇瑞汽車股份有限公司研發一項專利，主要關于太陽能天窗對車廂內溫度調節裝置，太陽能天窗上安裝太陽能電池板，給半導體空調供電實現車廂內的溫度調節。

　　日本的本田與日產公司都研制了應用太陽能的電動汽車，太陽能用于為車載空調及其他車載設備提供輔助電源。相比其他領域，太陽能汽車空調領域是新興行業，處于起步階段，截根據電能的利用方式不同，其制冷方式主要有兩種：一種是利用電能帶動壓縮機工作制冷，另一種是將產生的電能應用到半導體制冷，主要涉及以下四個技術內容：汽車空調用太陽能電池;太陽能半導體空調;太陽能天窗空調及利用太陽能熱能結合余熱驅動的汽車空調系統[2-4]。

　　汽車的空調系統早已經成為汽車中舉足輕重的功能部件，但是大多數汽車的空調系統只有在汽車啟動后，通過發動機帶動空調壓縮機和風機實現空氣調節，在炎熱的夏季，陽光直射下露天停放汽車內，發動機停止工作無法為空調系統提供電能，伴隨著太陽光的強烈照曬，密閉車內空氣溫度會急劇升高，由此產生“孤島”效應。高溫易導致車輛自然，也使進入車內駕駛者感到非常酷熱。

　　意外被鎖在汽車內的孩童導致高溫死亡事件的常見報到發生，可見在車輛熄火情況下保持車內溫度適宜尤為重要。基于上面的問題，本文設計了一款基于太陽能電池供電的駐車空調系統，智能控制太陽能電池對蓄電池的充放電;根據車內溫度控制風機的功率，通過實現車內外空氣交換循環使車內溫度始終保持適宜狀態，而且可以通過手機GSM遠程操控。該系統減少依靠燃油發電的汽車自身空調系統的使用，減少汽車尾氣的排放，最終達到保護環境的目的[5]。

　　2駐車空調系統框圖及介紹

　　處于中間位置的是STM32主控芯片，OLED顯示模塊與主控芯片連接提供各種狀態信息的顯示;GSM通訊模塊用于手機端的控制、信息的交互和系統狀態的傳輸;測溫模塊與主控芯片的ADC模塊相連，用于溫度的監測;太陽能電池板、充放電控制電路、蓄電池以及蓄電池容量檢測電路組成了電能提供系統;繼電器在系統中充當開關作用;調速控制電路與主芯片的PWM相連，同時與排風扇和鼓風機組成了風冷和空氣交換系統。

　　3系統硬件設計

　　3.1單片機系統電路設計

　　空調控制系統的處理器芯片采用意法半導體的STM32F103C8T6，它是是一款基于ARMCortex-M內核STM32系列的32位的微控制器，程序存儲器容量是64KB，需要電壓2V~3.6V，具有優點：一流的外設1μs的12位ADC，4兆位/秒的UART，18兆位/秒的SPI，18MHz的I/O翻轉速度;低功耗在72MHz時消耗36mA(所有外設處于工作狀態)，待機時下降到2μA。由于采用蓄電池供電，其電壓為12V，因此需要設計一個降壓穩壓電路為主控芯片提供3.3V電壓。

　　3.2溫度監測模塊電路設計

　　溫度傳感器實質上是一個熱敏電阻，它的特性為隨著外界溫度變化其本身阻值發生相應改變[6]。本設計采用pt100鉑電阻作為溫度傳感器，其中端子P17用于連接溫度傳感器，當車內溫度發生變化時，熱敏電阻的電阻值將發生改變，導致其兩端電壓發生改變，經過RC濾波電路和分壓電路后，得到了比較穩定的電壓信號，再將此信號輸入到主芯片STM32的ADC模塊。主芯片STM32根據采樣得到的ADC值與以及通過實驗得到的溫度傳感的V-T的近似函數關系如公式所示，可以根據采集得到電壓值推導出當前傳感器測定的溫度值。

　　3.3調速模塊電路設計

　　駐車空調系統是利用空氣交換和風冷的原理，使車內溫度與外界環境溫度近似相等，進而使人剛進入車內時，不至于因太陽光長期照射密閉空間而導致溫度過高使人產生不適感。由于空調箱體的鼓風機為有刷直流電機，因此可以應用PWM輸出控制驅動調速模塊，所以當單片器STM32系統輸出不同占空比、不同頻率的PWM信號就可以實現對鼓風機風量和轉速的控制[7]。

　　3.4太陽能電池板與蓄電池容量的選型

　　太陽能電池板是一種能將光能轉換為電能的光電半導體薄片。電池板太陽能電池板有多種，通常是單晶和多晶電池板[7]。因為車頂有弧形，剛性的太陽能板不好安裝，因此選擇半柔性太陽能板，半柔性使得很薄而且縱向有柔性可以彎曲，正好符合貼在車頂上的需求。

　　本設計選用了兩片半柔性單晶太陽能電池板，每片功率為80W，尺寸(1250*400mm)，峰值電壓18V，開路電壓22V，峰值電流4.44A，考慮到風機輸出峰值功率接近240瓦，直接由太陽能電池板直接供電無法滿足功率要求，因此先要通過太陽能電池向鉛酸蓄電池充電，實現電能的儲存，鉛酸蓄電池再為空調系統提供電能，考慮輸出功率選擇鉛酸蓄電池選用12V/100AH。使用中要了解其SOC(Stateofcharge)，即荷電狀態，也叫剩余電量，用百分數表示，根據常見12V電池充放電特性曲線[8]。

　　3.5電池電量檢測電路設計

　　考慮到蓄電池過放會導致蓄電池的壽命降低，系統會不斷的對蓄電池內電能容量進行采集，通過分壓電路和RC濾波電路后得到穩定的電壓值，將穩定的電壓值輸入到STM32內部的ADC模塊內進行分析，當電壓值低于預設值(10.7V)[9]時，切斷供電裝置，以保護蓄電池過放電。

　　3.6繼電器模塊電路設計

　　繼電器在系統中相當于一個受控的開關，當輸入端Relay1輸入的是高電平，三極管U2導通，線圈中有電流流過，使鐵芯產生磁力，吸引開關K1由2端轉向3端;當輸入端Relay1輸入的是低電平，三極管U2截止，線圈中沒有電流流過，沒有磁力產生，故開關K2由3轉向2，特別注意在開關關斷時會出現過電壓，要安裝設計線圈的續流二極管。

　　4系統軟件設計

　　4.1軟件總體設計

　　當系統進入工作狀態時，系統初始化后，會判斷手機端是否傳送有效字符串對空調系統進行有效操控，然后會對檢測蓄電池容量，以確保蓄電池沒有過放，如果蓄電池容量低于預設值，繼電器和風機系統會關閉，電池充電;如果蓄電池容量充足，會進行對車內溫度進行采集，判斷車內溫度是否高于預設值，如果高于預設值，會控制繼電器開啟，風機開始工作;如果低于預設值，會控制繼電器關閉，風機停止工作。

　　4.2GMS通信模軟件設計

　　我們在該系統中嵌入了一個GSM通信模塊，該模塊可以與用戶的手機進行信息交互。STM32系統會自動檢測來自手機端的指令，并進行判斷，實現遠程操控的目的，節省了許多時間;系統也可以將自身狀態參數通過STM32主控芯片發送到手機端，能夠實時監控系統的狀態，當故障發生時能夠盡快的解決，大大減小了意外的發生，并可以根據用戶個人喜好調節車內溫度，提高用戶可操控性。

　　結束語

　　該系統完成了樣機制作，經過測試完成了預設的功能，由于采用太陽能供電，大大節省了汽車的燃油，采用排風扇實現車內外空氣交換循環使車內溫度始終保持適宜狀態，GMS通訊模塊的增加控制上的方便。相信不久的將來，太陽能電池和半導體制冷技術的不斷發展，從而代替現有的汽車壓縮制冷空調，減少尾氣及有害制冷劑的排放，解決對大氣污染影響嚴重的問題。

　　參考文獻：

　　[1]董天祿.香港科研人員開發太陽能驅動汽車空調系統[J].制冷技術,2011,(1):31.

　　[2]季紅軍,謝晶,王金鋒等.太陽能汽車空調專利現狀及發展趨勢分析[J].制冷技術.2015(3):44-47

　　[3]陳秀紅.汽車空調的太陽能供電控制系統的研究與設計[D].上海：東華大學,2016

　　[4]程雨霏.淺析溫室氣體與全球環境變化[A].資源節約與環保，2018,8(112)：142.

　　[5]姚登銀.西能選汽車空調控制系統研究[J].科技風，2019，13(6)：163.

　　環境方向評職知識：怎么在《資源節約與環保》上發表文章

　　《資源節約與環保》(月刊)創刊于2005年，是天津市經委主管、天津市節能協會主辦的全國公開發行刊物。本刊堅持“質量第一，讀者至上”的辦刊宗旨，關注我國能源經濟現象，報道能源與節能領域最新科研成果;發表能源與節能工作者的學術論文、技術專利;介紹國內外能源開發與節能新技術;推廣節能減排、節能環保的典型經驗;同時為從事教育、管理、科研、以及廣大一線工作的技術人員就能源、環保及節能相關問題提供了一個政策研討、理論交流及節能和環保等新技術推廣的平臺。