觸摸屏在客車空調(diào)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與采集上的應(yīng)用

黃 益

（寧波莫倍空調(diào)制造有限公司上海分公司， 上海 200443）

空調(diào)作為新能源車輛的重要部件， 不僅為乘客和駕駛員提供一個(gè)舒適的環(huán)境， 而且為電池提供冷卻/加熱功能，維持電池處于一個(gè)最佳的工作環(huán)境溫度范圍， 有助于減少電池衰減， 提升電池使用壽命。 空調(diào)作為車輛第二大電能消耗裝置， 降低空調(diào)運(yùn)行能耗也有助于提升車輛續(xù)航里程，減少資源消耗， 這就對(duì)空調(diào)的可靠性和持續(xù)優(yōu)化提出了極高要求。

針對(duì)目前電動(dòng)客車空調(diào)產(chǎn)品更新?lián)Q代快、 驗(yàn)證周期短的實(shí)際情況， 難免在實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)一些預(yù)料外和偶發(fā)性的狀況。 在實(shí)際應(yīng)用中如何快速查找定位問題原因， 提出有效解決方案并得以快速驗(yàn)證， 這對(duì)空調(diào)產(chǎn)品廠家提出了極高的要求。 傳統(tǒng)采用人力跟蹤記錄方式覆蓋面有限， 且受時(shí)長(zhǎng)、 天氣等影響， 無法對(duì)偶發(fā)因素和特殊天氣下的工況進(jìn)行及時(shí)跟蹤和數(shù)據(jù)采集， 不利于及時(shí)有效分析和優(yōu)化。同樣， 如采用物聯(lián)網(wǎng)模塊或上位機(jī)方式需要特殊開發(fā)應(yīng)用程序和客戶端軟件， 這種對(duì)于小規(guī)模的廠家來說其本身產(chǎn)品數(shù)量少， 需要投入資金大、 時(shí)間長(zhǎng)， 且存在對(duì)于突然性問題采集時(shí)效性不夠的問題。

觸摸屏在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛， 其成本低、 可擴(kuò)展性強(qiáng)、 人機(jī)交互良好、 供電方便、 數(shù)據(jù)采集間隔可設(shè)置、外部擴(kuò)展存儲(chǔ)量大， 十分適合于空調(diào)狀態(tài)監(jiān)控、 數(shù)據(jù)采集記錄、 故障參數(shù)查看及問題分析， 同樣適于無人值守狀態(tài)的數(shù)據(jù)收集和存儲(chǔ)或空調(diào)產(chǎn)品驗(yàn)證/產(chǎn)品制造出廠狀態(tài)檢測(cè)及數(shù)據(jù)記錄。

本文基于目前國(guó)內(nèi)常用的空調(diào)配置和功能進(jìn)行分析，介紹一種基于觸摸屏開發(fā)的空調(diào)模擬測(cè)試、 數(shù)據(jù)監(jiān)控及采集存儲(chǔ)裝置， 其使用方便， 便于快速定制化開發(fā)應(yīng)用。

1 方案設(shè)計(jì)

1.1 主要部件構(gòu)成及常用監(jiān)控/存儲(chǔ)參數(shù)

空調(diào)主要由壓縮機(jī)、 風(fēng)機(jī)、 電子膨脹閥、 電磁閥、 壓力傳感器、 溫度傳感器等部件構(gòu)成。

通常我們主要需要關(guān)注的參數(shù)有： 壓縮機(jī) （頻率/轉(zhuǎn)速、 電壓、 電流）、 風(fēng)機(jī) （頻率/轉(zhuǎn)速、 電壓、 電流）、 電子膨脹閥給定/實(shí)時(shí)步數(shù)、 空調(diào)過熱度、 電磁閥開關(guān)狀態(tài)、 變頻器/DC 狀態(tài)、 空氣側(cè)及水路側(cè)溫度、 系統(tǒng)高/低壓壓力、空調(diào)歷史故障、 歷史故障情況發(fā)生時(shí)空調(diào)運(yùn)行參數(shù)等。

1.2 觸摸屏與空調(diào)系統(tǒng)連接方式

空調(diào)系統(tǒng)主要控制單元為獨(dú)立外置或集成于驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的控制器， 其主要功能為： 通過通信/開關(guān)量方式控制變頻器和DC/DC 變換器并實(shí)時(shí)讀取驅(qū)動(dòng)器狀態(tài)參數(shù)， 通過硬件接口采集溫度和壓力傳感器數(shù)據(jù)并驅(qū)動(dòng)開關(guān)量和輸出模擬量控制信號(hào)。

控制器是整個(gè)空調(diào)控制系統(tǒng)的大腦， 負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)元器件安全可靠運(yùn)行。 RS485作為普遍成熟的通信方式， 普遍集成于常用MCU中， 本文介紹的觸摸屏數(shù)據(jù)采集裝置通過RS485通信方式收集空調(diào)核心控制器數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)顯示， 同時(shí)也可作為操作上位機(jī)模擬空調(diào)用戶控制器下發(fā)控制命令使空調(diào)執(zhí)行不同的操作模式。 首先， 我們需要在空調(diào)控制器將所需監(jiān)控的參數(shù)按實(shí)際存儲(chǔ)格式和占用大小分配相應(yīng)的寄存器地址， 并保存至控制器內(nèi)部一段連續(xù)地址中以便于觸摸屏讀取。 本文中以目前國(guó)內(nèi)廠家采用的多合一驅(qū)動(dòng)器（集成變頻器、 DC/DC、 控制器、 預(yù)充電路單元） 為例說明。 圖1為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構(gòu)成框圖， 圖2為系統(tǒng)連線示意圖。

圖1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構(gòu)成框圖

圖2 系統(tǒng)連線示意圖

2 軟/硬件設(shè)計(jì)及驗(yàn)證

2.1 硬件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用國(guó)內(nèi)知名品牌10.1寸觸摸屏， 主要參數(shù)為：分 辨 率1024*600； 含1 路SD 卡 和2 路USB 接 口、 3 路 串 口（RS422/RS232/RS485）。 觸摸屏采用與空調(diào)控制器相同電壓供電， 為DC24V， 工作電流300mA； 工作環(huán)境溫度0～50℃。

采用觸摸屏COM2標(biāo)準(zhǔn)DB9通信接口、 RS485通信方式與空調(diào)控制系統(tǒng)連接， 通信格式設(shè)置為9.6kb/s， 7位數(shù)據(jù)位， 偶校驗(yàn)， 1位停止位 （或根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置為其他格式）；具體端口定義見圖3。觸摸屏外置32G SD存儲(chǔ)卡實(shí)時(shí)保存運(yùn)行數(shù)據(jù)， 采用SD卡更適應(yīng)車輛振動(dòng)的運(yùn)行環(huán)境， 保證數(shù)據(jù)可靠存儲(chǔ)。

圖3 觸摸屏通信端口信號(hào)腳位定義

2.2 軟件設(shè)計(jì)

軟件畫面主要分為空調(diào)數(shù)據(jù)監(jiān)控區(qū)、 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)顯示區(qū)。

空調(diào)檢測(cè)區(qū)主要分為通風(fēng)運(yùn)行、 制冷運(yùn)行、 制熱運(yùn)行、單獨(dú)電池放電冷卻運(yùn)行、 單獨(dú)電池充電冷卻運(yùn)行、 制冷和電池放電冷卻同步運(yùn)行等幾個(gè)常用控制模式。 圖4為模式選擇界面。數(shù)據(jù)監(jiān)控區(qū)根據(jù)用戶需要， 顯示不同功能模塊數(shù)據(jù)，如膨脹閥、 驅(qū)動(dòng)器、 故障信息等。

圖4 模式選擇界面

2.2.1 主界面

通用監(jiān)控參數(shù)含： 壓縮機(jī)及風(fēng)機(jī)運(yùn)行頻率/轉(zhuǎn)速、 驅(qū)動(dòng)器輸出電壓、 輸出電流、 驅(qū)動(dòng)器溫度、 驅(qū)動(dòng)器運(yùn)行狀態(tài)、系統(tǒng)壓力、 電子膨脹閥給定/實(shí)際開度、 系統(tǒng)過熱度、 進(jìn)出風(fēng)溫度、 高壓接觸器/四通閥/PTC/新風(fēng)門/水泵開關(guān)狀態(tài)、直流輸入電壓、 直流輸入總功率等。

特殊監(jiān)控參數(shù)： 電池冷卻側(cè)膨脹閥開度、 電池冷卻進(jìn)/出水溫度、 主回路 （乘客空調(diào)） /副回路 （電池冷卻側(cè)） 吸氣溫度、 主/副回路系統(tǒng)過熱度等。

畫面主要采用數(shù)值顯示和狀態(tài)燈指示系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)。

主界面主要分為左側(cè)豎欄功能切換按鈕區(qū)和參數(shù)顯示區(qū)。

功能按鈕區(qū)可以點(diǎn)擊相應(yīng)按鈕切換不同功能顯示參數(shù)，包括： 主狀態(tài)顯示 （常用參數(shù)顯示）、 驅(qū)動(dòng)器設(shè)置參數(shù)顯示、 驅(qū)動(dòng)器工作參數(shù)顯示、 歷史故障參數(shù)顯示。

主狀態(tài)顯示區(qū)顯示常用監(jiān)控參數(shù)： 壓縮機(jī)和風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài)、 系統(tǒng)空氣側(cè)/水路側(cè)溫度、 膨脹閥步數(shù)、 系統(tǒng)壓力及過熱度、 繼電器等開關(guān)量狀態(tài)等， 便于我們?cè)诓煌Ｊ角袚Q時(shí)可以直觀了解空調(diào)狀態(tài)， 而不必頻繁切換顯示界面。具體界面如圖5所示。

圖5 軟件整體設(shè)計(jì)圖

2.2.2 設(shè)定參數(shù)顯示界面

設(shè)定參數(shù)顯示界面主要顯示驅(qū)動(dòng)器根據(jù)空調(diào)配置設(shè)定的參數(shù)， 如壓縮機(jī)頻率/電壓、 系統(tǒng)風(fēng)量大小等， 便于測(cè)試時(shí)確認(rèn)系統(tǒng)重要參數(shù)是否正確。其可參考如下設(shè)計(jì)界面（圖6）。

圖6 驅(qū)動(dòng)器參數(shù)顯示界面

2.2.3 電池冷卻參數(shù)顯示界面

點(diǎn)擊電池冷卻按鈕進(jìn)入電池冷卻參數(shù)顯示界面 （圖7），測(cè)試人員可以很方便清晰地了解系統(tǒng)電池?zé)峁芾碇返倪\(yùn)行狀態(tài)。

圖7 電池冷卻運(yùn)行參數(shù)顯示界面

該界面主要顯示參數(shù)有： 壓縮機(jī)及風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、 膨脹閥步數(shù)、 系統(tǒng)壓力、 系統(tǒng)過熱度、 系統(tǒng)空氣側(cè)溫度、 水路進(jìn)/出水溫度、 車輛請(qǐng)求工作模式等。 此界面可直觀了解系統(tǒng)在電池冷卻工作模式時(shí)所有運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)。

2.2.4 驅(qū)動(dòng)器信息顯示界面

點(diǎn)擊左側(cè) “驅(qū)動(dòng)器” 按鈕進(jìn)入空調(diào)驅(qū)動(dòng)器通用參數(shù)顯示界面 （圖8）， 其包含空調(diào)驅(qū)動(dòng)器的常用運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)和控制器輸入/輸出點(diǎn)狀態(tài)， 便于我們直觀了解到整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的狀態(tài)。

被試是246名來自貴州省貴陽市、銅仁市、黔東南和黔南地區(qū)4所高師院校數(shù)學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè)（師范）學(xué)生，其中，男生和女生分別占比48.8%和51.2%，漢族學(xué)生占比63%，其余為苗族、侗族、土家族等少數(shù)民族學(xué)生．測(cè)試前，被試正值大三下學(xué)期期末，已學(xué)完有關(guān)數(shù)學(xué)教育教學(xué)的理論知識(shí)，并接受微格教學(xué)訓(xùn)練，即將進(jìn)入實(shí)習(xí)．

圖8 驅(qū)動(dòng)器運(yùn)行參數(shù)顯示界面

2.2.5 故障信息顯示界面

點(diǎn)擊 “故障信息” 按鈕進(jìn)入空調(diào)故障信息參數(shù)顯示界面 （圖9）， 界面內(nèi)包含當(dāng)前和上一次故障時(shí)空調(diào)的運(yùn)行參數(shù)、 以及空調(diào)往上歷史3次故障代碼。 這樣便于在空調(diào)出現(xiàn)故障時(shí)根據(jù)故障發(fā)生時(shí)的運(yùn)行參數(shù)信息直觀判斷可能發(fā)生的原因， 極大地降低了測(cè)試及售后人員的判斷難度， 提高了處理效率。

圖9 故障信息顯示界面

2.2.6 歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及存儲(chǔ)顯示

在觸摸屏編程軟件 “歷史緩沖區(qū)” 中設(shè)置好需定時(shí)記錄的參數(shù)地址和保存時(shí)間間隔、 保存格式及保存裝置 （SD卡）， 同時(shí)在歷史數(shù)據(jù)表界面 （圖10） 設(shè)置好數(shù)據(jù)地址和格式后， 即可在設(shè)備上電后按設(shè)定時(shí)間間隔 （例如1s或1min等） 自動(dòng)將所需記錄的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)保存至SD卡中， 并同步顯示在HMI歷史數(shù)據(jù)表中。 可在主界面通過點(diǎn)擊 “歷史數(shù)據(jù)表” 進(jìn)入相應(yīng)界面查看歷史數(shù)據(jù)。也可通過 “輸出報(bào)表” 按鈕將當(dāng)前界面數(shù)據(jù)以單一表格保存至SD卡中， 方便在電腦端查看、 統(tǒng)計(jì)。 如圖11所示。

圖10 歷史數(shù)據(jù)顯示界面

2.2.7 歷史數(shù)據(jù)曲線趨勢(shì)圖

通過圖11導(dǎo)出的數(shù)據(jù)可以很方便地在Excel中將數(shù)據(jù)擬合成曲線以便于了解參數(shù)變化趨勢(shì)； 或者同樣可以在HMI中設(shè)置好需要顯示的參數(shù)類別， 在觸摸屏界面顯示所需顯示的參數(shù)變化曲線。

圖11 歷史數(shù)據(jù)導(dǎo)出表格

3 結(jié)論

2） 此方案使用靈活， 根據(jù)不同配置只需更改相關(guān)參數(shù)讀取地址即可， 應(yīng)用范圍廣。

3） 觸摸屏功能強(qiáng)大， 可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)控、 存儲(chǔ)、 回放功能。

上述方案為我們?cè)谛庐a(chǎn)品投入階段或產(chǎn)品改進(jìn)時(shí)提供了一種簡(jiǎn)便、 快捷、 經(jīng)濟(jì)、 全面的數(shù)據(jù)采集方式， 且技術(shù)開發(fā)難度低， 同時(shí)也可供產(chǎn)品前期試驗(yàn)驗(yàn)證和出廠功能測(cè)試時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集， 減少了試驗(yàn)測(cè)試人員工作量， 適合目前國(guó)內(nèi)絕大部分廠家推廣應(yīng)用。