1 引言 制冷系統已成為的現代汽車(chē)重要配置,制冷系統內的冷媒量和冷媒純度都是影響制冷效果的關(guān)鍵因素,需要按期進(jìn)行系統檢測和冷媒更換。冷媒的更換過(guò)程分為冷媒回收、抽真空、注冷凍油和冷媒加注四個(gè)步驟。目前我國的汽車(chē)制冷系統的維修和維護的手段,大多仍是人工操作,其工作過(guò)程繁雜,效率低下,常因操作不當導致系統損傷。 作者完成的汽車(chē)制冷系統維護的自動(dòng)化設備研制,有效地提高了維修效率和維護質(zhì)量,實(shí)現了汽車(chē)制冷系統冷媒更換的全自動(dòng)操作,使用簡(jiǎn)便,界面友好。 全自動(dòng)冷媒加注控制系統采用16位單片機MSP430F149為核心控制器,采用了ATERA公司新型CPLD器件EPF10K10A,并實(shí)現了外存數據加密,整機功能完備、可靠性高。 2 系統結構及控制流程 全自動(dòng)冷媒加注系統結構主要由嵌入式控制系統、電子秤、真空泵、壓縮機、多個(gè)狀態(tài)檢測傳感器、執行開(kāi)關(guān)和電磁閥等組成。如圖1所示。 圖1 冷媒加注系統結構圖 冷媒加注系統自動(dòng)控制的工作流程有:車(chē)輛信息輸入、加注信息查詢(xún)、冷媒識別和回收、抽真空、加冷凍油、加冷媒及結果打印八項內容,如圖2所示。 (1)車(chē)輛信息輸入在將被檢修車(chē)輛的冷媒管道同冷媒加注系統正確連接之后,操作員通過(guò)操作面板鍵盤(pán)輸入車(chē)輛的生產(chǎn)廠(chǎng)家、車(chē)輛型號和年月信息等參數。 (2)加注信息查詢(xún) 控制系統根據輸入的車(chē)輛信息,在車(chē)輛加注信息數據庫中查找對應該車(chē)的冷媒類(lèi)型、冷凍油加注量、冷媒加注量及其它控制參數。 (3)冷媒識別 發(fā)控制信號啟動(dòng)冷媒分析儀,冷媒分析儀提取車(chē)輛冷媒試樣進(jìn)行類(lèi)型分析,識別結果提交控制系統。要求冷媒加注系統儲存罐內與被加注車(chē)輛的冷媒類(lèi)型相同,否則系統給出報警提示,調換與之相同類(lèi)型的冷媒儲罐后,繼續下一步工作。 (4)冷媒回收控制相應的執行機構,依靠車(chē)輛冷媒管路內自身的壓力進(jìn)行冷媒回收,回收的冷媒經(jīng)凈化處理后,導入冷媒儲罐。 (5)抽真空回收壓力平衡后,控制打開(kāi)真空泵,抽取車(chē)輛冷媒管路中殘余的冷媒氣體,直至接近零壓。關(guān)閉真空泵,真空傳感器監測車(chē)輛冷媒儲存室壓力。以確定的時(shí)間內壓力值得變化,檢測冷媒管路是否存在泄漏。若無(wú)泄漏,進(jìn)入下一步工作,否則需先對冷媒管路進(jìn)行維修,確保冷媒管路密封良好。 (6)加冷凍油按照控制流程,向車(chē)輛制冷系統加入對應該車(chē)的定量冷凍油。 (7)冷媒加注向車(chē)輛加入相應量的同類(lèi)型冷媒。 (8)打印加注結果系統配置的微型打印機打印本次"加注工作"的有關(guān)項目和參數,提交用戶(hù)和存檔。至此,完成冷媒加注的全過(guò)程。 依據上述的系統結構和控制流程,全自動(dòng)汽車(chē)冷媒加注控制系統設計重點(diǎn)研究和解決了四個(gè)問(wèn)題:第一,系統工作穩定可靠和較強的抗干擾能力;第二,人機接口設計友好、直觀(guān)和操作方便;第三,實(shí)現嵌入式車(chē)輛冷媒加注信息數據庫系統;第四,研制高精度電子秤,保證冷媒重量的精確計量,實(shí)現冷媒加注量的準確控制。 3 硬件系統設計 冷媒加注系統屬于"汽保"設備,工作環(huán)境比較惡劣,電磁干擾較大。本著(zhù)穩定可靠、線(xiàn)路簡(jiǎn)單,同時(shí)要求功能完備、技術(shù)新穎的設計目標,全自動(dòng)汽車(chē)冷媒加注控制系統的硬件系統結構如圖3所示。 主要組成部件有:MSP430F149單片機、復雜可編程邏輯器件(CPLD)、壓力傳感器及其調理電路、串行接口的液晶顯示器和冷媒分析儀、鍵盤(pán)、微型打印機、開(kāi)關(guān)量輸入輸出控制、并口E2PROM等組成。 (1) MSP430F149單片機 MSP430F149是全自動(dòng)汽車(chē)冷媒加注系統的控制中心,完成傳感器數據結果處理,開(kāi)關(guān)量信號的檢測,鍵盤(pán)的識別,USART0和USART1兩個(gè)串口通信的管理,與CPLD器件的通信與控制。德州儀器(TI)公司的MSP430F149單片機是FLASH類(lèi)型單片機,內置60KB+256字節 FLASH,2KB RAM。冷媒加注系統采用液晶顯示界面,程序中含有大量的界面和菜單、動(dòng)畫(huà)數據,MSP430F149中60KB的FLASH ROM滿(mǎn)足系統程序對存儲空間的需求;2KB的內部RAM保證了數據采集、處理、顯示等臨時(shí)數據和大量的系統全局變量需求;豐富的I/O資源實(shí)現了鍵盤(pán)的擴充和開(kāi)關(guān)量信號的輸入檢測,以及CPLD器件的通信和控制。 (2) CPLD器件擴展單片機通過(guò)CPLD器件外接了存儲器X28C512,8路固態(tài)繼電器和微型打印機。其中X28C512為64K并口E2PROM,用來(lái)保存車(chē)輛加注信息數據庫。8路固態(tài)繼電器發(fā)出驅動(dòng)輸出信號,控制各個(gè)執行機構。CPLD器件選用ALTERA公司的EPF10K10A,解決了3V工作的單片機和5V工作器件的接口問(wèn)題;EPF10K10A的端口驅動(dòng)能力滿(mǎn)足了固態(tài)繼電器對驅動(dòng)電流的要求;實(shí)現了單片機口線(xiàn)的擴展,精簡(jiǎn)了電路;EPF10K10A內部含有6144 Bits RAM,可實(shí)現加注信息數據庫的數據加密。 (3)壓力傳感器及其調理電路冷媒加注系統采用應變式壓力傳感器實(shí)現電子秤功能。傳感器檢測平臺上冷媒罐及其內部冷媒的重量,據此控制冷媒加注過(guò)程的進(jìn)行,由下式表示:Q = (q1+q0) - (q2+q0)式中:Q 已加注冷媒量,q0 冷媒罐重量,q1 加注前冷媒重量,q2 當前冷媒重量。 傳感器輸出毫伏級應變信號,經(jīng)過(guò)放大、調零、濾波等調理后,送至模數轉換芯片ICL7135進(jìn)行A/D轉換,輸出的數字信號送單片機,完成壓力信號的檢測。單片機根據處理結果的值域范圍,進(jìn)行查表,實(shí)現分段線(xiàn)性化,將傳感器信號同冷媒重量對應。冷媒加注系統實(shí)現的電子秤量程為0~50千克,精度為10 克。 (4)串口通信MSP430F149單片機有USART0和USART1兩個(gè)串行通信口,冷媒加注系統外接了三個(gè)串口通信設備,串行接口的智能型LCD、冷媒分析儀和上位計算機。其中冷媒分析儀和上位機復用USART1通信口。RS232接口芯片選用了3V-5V兼容的MAX3232。 (5) 鍵盤(pán)和開(kāi)關(guān)量檢測利用MSP430F149的P1、P2口實(shí)現。P1 、P2口具有中斷功能,能夠實(shí)時(shí)的捕捉觸發(fā)事件。 4 軟件系統設計 全自動(dòng)汽車(chē)冷媒加注控制系統軟件包括監控程序、中斷程序以及數據處理程序等。監控程序的主要作用是及時(shí)的響應用戶(hù)的服務(wù)請求,有效地管理設備自身的軟硬件及人機一體化聯(lián)系設備,并在系統出故障時(shí),提供相應的處理信息。主要有:系統初始化管理、鍵盤(pán)管理、顯示管理、通信管理、儀器各個(gè)功能模塊的管理、中斷管理等。本系統用到的中斷源有:串行口中斷、外部中斷、軟件定時(shí)器中斷。 冷媒加注控制系統實(shí)現的功能主要有:自動(dòng)加注、手動(dòng)加注、電子秤計量、加注信息數據庫管理、系統設置,如圖4所示。 (1)自動(dòng)加注模式下冷媒加注系統自動(dòng)地完成冷媒加注全過(guò)程;(2)手動(dòng)加注模式下操作員可有選擇的完成冷媒識別、回收、抽真空、加冷凍油、加注冷媒中的一項或多項操作;(3)電子秤功能可以檢測稱(chēng)重平臺上物體的質(zhì)量;(4)數據管理功能實(shí)現對車(chē)輛加注信息數據庫的維護,包括數據查詢(xún)、數據瀏覽、記錄的增加、修改和刪除,另外,冷媒加注系統還提供了數據庫更新功能,利用控制系統同上位機通信實(shí)現,在單片機控制下寫(xiě)入存儲芯片X28C512;(5)系統設置功能包括設備信息設定、用戶(hù)信息設定、冷媒信息設定、運行參數設定等。 冷媒加注系統人機接口控制中,軟件實(shí)現了各個(gè)液晶顯示函數模塊和輸入法程序,能夠進(jìn)行數字、英文和漢字的輸入,這些基本模塊在人機接口操作中被調用。 5 結論 本文研制的冷媒加注控制系統實(shí)現了汽車(chē)冷媒加注的全自動(dòng)控制,提高了汽車(chē)制冷系統維護效率和維修質(zhì)量,控制系統完成各項功能并達到各項精度指標,性能穩定,可靠性高,設備操作簡(jiǎn)單方便。 |