席桂清，黃操軍，譚峰

（黑龍江八一農(nóng)墾大學信息技術學院，大慶 163319）

基于顯控觸摸屏和MCU的汽車空調(diào)冷媒回收加注系統(tǒng)設計

席桂清，黃操軍，譚峰

（黑龍江八一農(nóng)墾大學信息技術學院，大慶 163319）

使用MCU控制汽車空調(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界面，可清晰顯示回收和加注冷媒的重量，并進行壓力檢測，具有罐滿、罐空、超壓報警等功能，在設備的軟件設計過程中，解決了單片機與觸摸屏的通訊問題，試驗證明該系統(tǒng)具有智能化程度高、抗干擾能力強、操作簡便、性價比高等優(yōu)點。

顯控觸摸屏；MCU；冷媒；智能化

環(huán)境污染已經(jīng)是一個全球普遍關注的問題，目前汽車空調(diào)中的冷媒使用一段時間后，各汽車維修站會將它排放到空氣中，造成大量的空氣污染和浪費，再利用灌裝新冷媒的負壓自然吸入到汽車空調(diào)系統(tǒng)中，無法實現(xiàn)定量加注[1]，而冷媒加注的多少會影響汽車空調(diào)系統(tǒng)的制冷效率，因此設計了一種智能化控制汽車空調(diào)冷媒的回收加注系統(tǒng)，減少這種污染和浪費，降低汽車空調(diào)的維護費用，提高系統(tǒng)的智能化程度。在試驗的初期曾使用PLC來進行儀器的控制，雖然可以達到預期的目的，但是造價較高，單片機不但可以同樣實現(xiàn)其功能，而且成本較低，穩(wěn)定性也較好，操作簡單，顯示清晰，回收和加注的重量準確，是汽車生產(chǎn)廠和維修行業(yè)一種性能價格比較高的設備。

1 系統(tǒng)總體設計原理

系統(tǒng)采用了顯控觸摸屏作為人機界面，單片機作為主控器進行數(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重傳感器檢測信號，由觸發(fā)控制電路控制真空泵及閥門進行工作，完成冷媒的加注和回收過程，系統(tǒng)整體設計如圖1所示，該系統(tǒng)操作簡單，觀察運行方便，數(shù)據(jù)采集準確，控制精準。

圖1 系統(tǒng)總體設計框圖Fig.1Diagram of system design

2 系統(tǒng)硬件設計

冷媒回收加注系統(tǒng)的主要功能是對汽車空調(diào)冷媒的回收和加注，并進行空調(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系統(tǒng)內(nèi)部的壓縮過濾裝置把空調(diào)管路內(nèi)的冷媒回收到工作罐內(nèi)；冷媒加注是設定加注冷媒量，向車輛加入相應量的同類型冷媒[2]；空調(diào)檢漏是檢測空調(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，它是二十六萬色的4線高精度電阻觸摸屏，兩個通信口COM，單片機通過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現(xiàn)

控制，通過串口可與外部部件進行數(shù)據(jù)的實時傳輸。

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設備進行操作進入這一個畫面如圖5，在此界面中選擇冷媒型號及希望是加注還是回收，點擊后單片機則接收命令去執(zhí)行該段程序，冷媒回收界面如圖6所示，冷媒加注界面類似，單片機除了要采集數(shù)據(jù)回送到觸摸屏外，還要去控制各個電磁閥門，以便設備動作，同時還進行檢測各種報警，如高壓、罐壓過高等，并進行相應處理。該系統(tǒng)還有一控制屏，可供調(diào)試員調(diào)試和進行處理問題時使用，主要可以設置漏氣延時和校正重量值等。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單片機作為主控器[3]，通過一個應用板來控制設備并從設備中獲取數(shù)據(jù)，在觸摸屏中顯示，同時接收觸摸屏的命令數(shù)據(jù)，在應用板中共有3路模擬輸入，主要是兩路壓力傳感器和一路稱重傳感器輸入[4]；26個開關量輸出，主要是控制各個電磁閥門的通斷；6路光隔輸出，6路光隔輸入，主要是各種危險信號的輸入，如高壓報警、液滿報警等，應用板中的A/D選擇的是AD574A，它是美國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現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，設計中它用來對稱重傳感器和壓力傳感器的模擬電壓信號進行轉(zhuǎn)換，它的功耗低、精度高，具有自動校零和自動極性轉(zhuǎn)換功能，完全適合本系統(tǒng)的要求。稱重傳感器主要是對加注罐和回收罐進行稱量，顯示加注和回收冷媒的重量，壓力傳感器主要是對空調(diào)內(nèi)的高低壓進行檢測，高壓需要報警。

3 系統(tǒng)軟件設計

3.1 基于Modbus協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸

Modbus協(xié)議具有極強的開放性，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，開發(fā)者無需了解協(xié)議底層規(guī)則，通過計算機的軟件設置觸摸屏相應串口的外部寄存器，工作模式，編制界面，下載到觸摸屏中，則它自動以Modbus協(xié)議形式讀寫外部控制器的數(shù)據(jù)，下位機單片機只需要自編Modbus協(xié)議，就可以實現(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，通過這些功能碼，主機可讀寫的地址有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)中設計觸摸屏為主機，單片機為從機，由于只有一套設備，所以設置地址為01，通過改進，連接RS485接口，可以掛接多個下位機，只要設計從機單片機的地址不同就可以實現(xiàn)多臺設備公用一個觸摸屏的形式，更加節(jié)約成本。在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中作為主機的觸摸屏向從機單片機發(fā)送指令，指令格式如

表2所示[7，8]，從機單片機應答格式如表3所示，數(shù)據(jù)都是以十六進制的形式發(fā)送和接收，從機接收到的正確的指令后，經(jīng)過CRC校驗，如果正確，則執(zhí)行相應傳送命令，將數(shù)據(jù)傳輸，或執(zhí)行動作命令，主機接收到數(shù)據(jù)后，同樣需要經(jīng)過CRC校驗[9]，如果正確開始接收并顯示傳感器數(shù)據(jù)，每兩個字節(jié)一個數(shù)據(jù)，多個數(shù)據(jù)傳輸時，地址是連續(xù)的，通過簡單的變換就可以顯示[10]。

表2 主機請求數(shù)據(jù)格式Table 2Data format of master request

表3 從機應答數(shù)據(jù)格式Table 3Data format of slave response

3.2 系統(tǒng)軟件設計

單片機與觸摸屏之間利用RS232進行連接，軟件主要通過Modbus協(xié)議完成數(shù)據(jù)和命令的傳輸、識別，單片機接受命令后繼而去執(zhí)行某段程序，其中包括接通和關閉各個繼電器、打開、關閉真空泵、數(shù)據(jù)采集、傳輸、判斷后發(fā)出各種報警信號等等，整體軟件設計如圖6所示。

圖6 軟件流程圖Fig.6Flow chart of software

4 試驗結(jié)果

在進行試驗中，通過裝有冷媒的罐子模擬汽車空調(diào)的冷媒罐，利用一個空罐進行回收和加注的模擬，經(jīng)過實驗室多次試驗驗證，該系統(tǒng)稱重傳感器精度達到±2.5%，壓力傳感器輸出精度達到±2%，能夠滿足汽車空調(diào)冷媒加注回收的需要。

5 結(jié)束語

設計的基于單片機和顯控觸摸屏顯示控制的智能式冷媒處理系統(tǒng)，經(jīng)過測試試驗證明，該系統(tǒng)具有穩(wěn)定性好、智能化程度高、抗干擾能力強、操作簡單、性價比高等優(yōu)點，滿足了汽車行業(yè)對冷媒回收利用的智能化的需求，不僅可以自動完成冷媒回收定量加注的功能，隨時監(jiān)測冷媒罐的壓力，經(jīng)過簡單的改變和編程就可以應用到其他的系統(tǒng)，今后在各個領域里都將會擁有更廣闊的發(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)墾總局科技計劃項目（HNK12AZD-07-08）；黑龍江省農(nóng)墾總局攻關項目（HNK10A-07-01-03）；黑龍江省農(nóng)墾總局開發(fā)項目（HNK12KF-20）；國家“十二五”科技支撐計劃重點項目（2012BAH12B02）。

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