基于顯控觸摸屏和MCU的汽車(chē)空調(diào)冷媒回收加注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

席桂清，黃操軍，譚峰

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院，大慶 163319）

基于顯控觸摸屏和MCU的汽車(chē)空調(diào)冷媒回收加注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

席桂清，黃操軍，譚峰

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院，大慶 163319）

使用MCU控制汽車(chē)空調(diào)的冷媒回收加注智能處理系統(tǒng)，其中利用顯控觸摸屏為人機(jī)界面，可清晰顯示回收和加注冷媒的重量，并進(jìn)行壓力檢測(cè)，具有罐滿(mǎn)、罐空、超壓報(bào)警等功能，在設(shè)備的軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中，解決了單片機(jī)與觸摸屏的通訊問(wèn)題，試驗(yàn)證明該系統(tǒng)具有智能化程度高、抗干擾能力強(qiáng)、操作簡(jiǎn)便、性?xún)r(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。

顯控觸摸屏；MCU；冷媒；智能化

環(huán)境污染已經(jīng)是一個(gè)全球普遍關(guān)注的問(wèn)題，目前汽車(chē)空調(diào)中的冷媒使用一段時(shí)間后，各汽車(chē)維修站會(huì)將它排放到空氣中，造成大量的空氣污染和浪費(fèi)，再利用灌裝新冷媒的負(fù)壓自然吸入到汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)中，無(wú)法實(shí)現(xiàn)定量加注[1]，而冷媒加注的多少會(huì)影響汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)的制冷效率，因此設(shè)計(jì)了一種智能化控制汽車(chē)空調(diào)冷媒的回收加注系統(tǒng)，減少這種污染和浪費(fèi)，降低汽車(chē)空調(diào)的維護(hù)費(fèi)用，提高系統(tǒng)的智能化程度。在試驗(yàn)的初期曾使用PLC來(lái)進(jìn)行儀器的控制，雖然可以達(dá)到預(yù)期的目的，但是造價(jià)較高，單片機(jī)不但可以同樣實(shí)現(xiàn)其功能，而且成本較低，穩(wěn)定性也較好，操作簡(jiǎn)單，顯示清晰，回收和加注的重量準(zhǔn)確，是汽車(chē)生產(chǎn)廠和維修行業(yè)一種性能價(jià)格比較高的設(shè)備。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)原理

系統(tǒng)采用了顯控觸摸屏作為人機(jī)界面，單片機(jī)作為主控器進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、判斷、發(fā)送指令、向顯控觸摸屏發(fā)送數(shù)據(jù)、接收命令，利用高精度的氣壓和稱(chēng)重傳感器檢測(cè)信號(hào)，由觸發(fā)控制電路控制真空泵及閥門(mén)進(jìn)行工作，完成冷媒的加注和回收過(guò)程，系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)如圖1所示，該系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，觀察運(yùn)行方便，數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確，控制精準(zhǔn)。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖Fig.1Diagram of system design

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

冷媒回收加注系統(tǒng)的主要功能是對(duì)汽車(chē)空調(diào)冷媒的回收和加注，并進(jìn)行空調(diào)檢漏及抽真空，工作原理圖分別如圖2和圖3。冷媒回收是依靠本機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部的壓縮過(guò)濾裝置把空調(diào)管路內(nèi)的冷媒回收到工作罐內(nèi)；冷媒加注是設(shè)定加注冷媒量，向車(chē)輛加入相應(yīng)量的同類(lèi)型冷媒[2]；空調(diào)檢漏是檢測(cè)空調(diào)冷媒管路是否存在泄漏，確保冷媒管路密封良好；抽真空是給空調(diào)管路及設(shè)備管路抽真空。

圖2 冷媒回收示意圖Fig.2Schematic diagram of refrigerant reclaiming

圖3 冷媒加注示意圖Fig.3Schematic diagram of refrigerant filling

2.1 顯控觸摸屏

顯控觸摸屏選擇的是samkoon SA-7B的七寸屏，它是二十六萬(wàn)色的4線高精度電阻觸摸屏，兩個(gè)通信口COM，單片機(jī)通過(guò)RS232接口和觸摸屏相連，觸摸屏可顯示的內(nèi)容很多，并且色彩豐富，擁有很多控件，便于操作，特別是它除了顯示還可以實(shí)現(xiàn)

控制，通過(guò)串口可與外部部件進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。

操作者的大部分的操作都在觸摸屏上完成，上電后操作者就可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作進(jìn)入這一個(gè)畫(huà)面如圖5，在此界面中選擇冷媒型號(hào)及希望是加注還是回收，點(diǎn)擊后單片機(jī)則接收命令去執(zhí)行該段程序，冷媒回收界面如圖6所示，冷媒加注界面類(lèi)似，單片機(jī)除了要采集數(shù)據(jù)回送到觸摸屏外，還要去控制各個(gè)電磁閥門(mén)，以便設(shè)備動(dòng)作，同時(shí)還進(jìn)行檢測(cè)各種報(bào)警，如高壓、罐壓過(guò)高等，并進(jìn)行相應(yīng)處理。該系統(tǒng)還有一控制屏，可供調(diào)試員調(diào)試和進(jìn)行處理問(wèn)題時(shí)使用，主要可以設(shè)置漏氣延時(shí)和校正重量值等。2.2硬件采集控制部分

圖4 主操作界面Fig.4Interface of main operation

圖5 冷媒回收工作界面Fig.5Work interface of refrigerant recovery

硬件采集控制部分使用STC89C52單片機(jī)作為主控器[3]，通過(guò)一個(gè)應(yīng)用板來(lái)控制設(shè)備并從設(shè)備中獲取數(shù)據(jù)，在觸摸屏中顯示，同時(shí)接收觸摸屏的命令數(shù)據(jù)，在應(yīng)用板中共有3路模擬輸入，主要是兩路壓力傳感器和一路稱(chēng)重傳感器輸入[4]；26個(gè)開(kāi)關(guān)量輸出，主要是控制各個(gè)電磁閥門(mén)的通斷；6路光隔輸出，6路光隔輸入，主要是各種危險(xiǎn)信號(hào)的輸入，如高壓報(bào)警、液滿(mǎn)報(bào)警等，應(yīng)用板中的A/D選擇的是AD574A，它是美國(guó)Analog推出的單片高速12位A/D轉(zhuǎn)換器，外接少量的元器件就可以實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，設(shè)計(jì)中它用來(lái)對(duì)稱(chēng)重傳感器和壓力傳感器的模擬電壓信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，它的功耗低、精度高，具有自動(dòng)校零和自動(dòng)極性轉(zhuǎn)換功能，完全適合本系統(tǒng)的要求。稱(chēng)重傳感器主要是對(duì)加注罐和回收罐進(jìn)行稱(chēng)量，顯示加注和回收冷媒的重量，壓力傳感器主要是對(duì)空調(diào)內(nèi)的高低壓進(jìn)行檢測(cè)，高壓需要報(bào)警。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 基于Modbus協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸

Modbus協(xié)議具有極強(qiáng)的開(kāi)放性，智能式冷媒處理系統(tǒng)系統(tǒng)選用的Samkoon顯控觸摸屏自帶Modbus協(xié)議庫(kù)，開(kāi)發(fā)者無(wú)需了解協(xié)議底層規(guī)則，通過(guò)計(jì)算機(jī)的軟件設(shè)置觸摸屏相應(yīng)串口的外部寄存器，工作模式，編制界面，下載到觸摸屏中，則它自動(dòng)以Modbus協(xié)議形式讀寫(xiě)外部控制器的數(shù)據(jù)，下位機(jī)單片機(jī)只需要自編Modbus協(xié)議，就可以實(shí)現(xiàn)三方數(shù)據(jù)通信了[5]。

支持Modbus協(xié)議常用的功能碼如表1所示，通過(guò)這些功能碼，主機(jī)可讀寫(xiě)的地址有LB（位地址），LW（字地址），RWI（字地址）。系統(tǒng)主要使用了這些功能碼來(lái)完成數(shù)據(jù)的讀取和命令的傳送[6]。

表1 常用的Modbus功能碼Table 1Function code of common Modbus

系統(tǒng)中設(shè)計(jì)觸摸屏為主機(jī)，單片機(jī)為從機(jī)，由于只有一套設(shè)備，所以設(shè)置地址為01，通過(guò)改進(jìn)，連接RS485接口，可以掛接多個(gè)下位機(jī)，只要設(shè)計(jì)從機(jī)單片機(jī)的地址不同就可以實(shí)現(xiàn)多臺(tái)設(shè)備公用一個(gè)觸摸屏的形式，更加節(jié)約成本。在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^(guò)程中作為主機(jī)的觸摸屏向從機(jī)單片機(jī)發(fā)送指令，指令格式如

表2所示[7，8]，從機(jī)單片機(jī)應(yīng)答格式如表3所示，數(shù)據(jù)都是以十六進(jìn)制的形式發(fā)送和接收，從機(jī)接收到的正確的指令后，經(jīng)過(guò)CRC校驗(yàn)，如果正確，則執(zhí)行相應(yīng)傳送命令，將數(shù)據(jù)傳輸，或執(zhí)行動(dòng)作命令，主機(jī)接收到數(shù)據(jù)后，同樣需要經(jīng)過(guò)CRC校驗(yàn)[9]，如果正確開(kāi)始接收并顯示傳感器數(shù)據(jù)，每?jī)蓚€(gè)字節(jié)一個(gè)數(shù)據(jù)，多個(gè)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，地址是連續(xù)的，通過(guò)簡(jiǎn)單的變換就可以顯示[10]。

表2 主機(jī)請(qǐng)求數(shù)據(jù)格式Table 2Data format of master request

表3 從機(jī)應(yīng)答數(shù)據(jù)格式Table 3Data format of slave response

3.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

單片機(jī)與觸摸屏之間利用RS232進(jìn)行連接，軟件主要通過(guò)Modbus協(xié)議完成數(shù)據(jù)和命令的傳輸、識(shí)別，單片機(jī)接受命令后繼而去執(zhí)行某段程序，其中包括接通和關(guān)閉各個(gè)繼電器、打開(kāi)、關(guān)閉真空泵、數(shù)據(jù)采集、傳輸、判斷后發(fā)出各種報(bào)警信號(hào)等等，整體軟件設(shè)計(jì)如圖6所示。

圖6 軟件流程圖Fig.6Flow chart of software

4 試驗(yàn)結(jié)果

在進(jìn)行試驗(yàn)中，通過(guò)裝有冷媒的罐子模擬汽車(chē)空調(diào)的冷媒罐，利用一個(gè)空罐進(jìn)行回收和加注的模擬，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室多次試驗(yàn)驗(yàn)證，該系統(tǒng)稱(chēng)重傳感器精度達(dá)到±2.5%，壓力傳感器輸出精度達(dá)到±2%，能夠滿(mǎn)足汽車(chē)空調(diào)冷媒加注回收的需要。

5 結(jié)束語(yǔ)

設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)和顯控觸摸屏顯示控制的智能式冷媒處理系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)測(cè)試試驗(yàn)證明，該系統(tǒng)具有穩(wěn)定性好、智能化程度高、抗干擾能力強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、性?xún)r(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，滿(mǎn)足了汽車(chē)行業(yè)對(duì)冷媒回收利用的智能化的需求，不僅可以自動(dòng)完成冷媒回收定量加注的功能，隨時(shí)監(jiān)測(cè)冷媒罐的壓力，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的改變和編程就可以應(yīng)用到其他的系統(tǒng)，今后在各個(gè)領(lǐng)域里都將會(huì)擁有更廣闊的發(fā)展空間。

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Design of Automotive Air Conditioning on Refrigerant Reclaiming and Filling System Based on Display and Control of Touch-screen and MCU

Xi Guiqing，Huang Caojun，Tan Feng
（College of Information and Technology，Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing 163319）

Based on MCU，the paper introduced the automotive air conditioning on refrigerant reclaiming and filling system.The display and control of touch-screen was used as man-machine interface，which could clearly display the refrigerant weight of recycling and filling，detect pressure，and possess the functions of full tank，empty tank，overpressure alarm and so on.The problem of communication between the MCU and touch-screen were solved in the process of software design.The results proved that the system had the advantages of high intelligence，strong anti-interference ability，simple operation，high performance price ratio and so on.

display and control of touch-screen；MCU；refrigerant；intelligence

TP273+5

A

1002-2090（2015）02-0087-05

10.3969/j.issn.1002-2090.2015.02.020

2014-06-24

黑龍江省農(nóng)墾總局科技計(jì)劃項(xiàng)目（HNK12AZD-07-08）；黑龍江省農(nóng)墾總局攻關(guān)項(xiàng)目（HNK10A-07-01-03）；黑龍江省農(nóng)墾總局開(kāi)發(fā)項(xiàng)目（HNK12KF-20）；國(guó)家“十二五”科技支撐計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目（2012BAH12B02）。

席桂清（1979-），女，講師，東北石油大學(xué)畢業(yè)，現(xiàn)主要從事智能儀器儀表、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化、檢測(cè)技術(shù)方面的教學(xué)與研究工作。