船舶溴化锂吸收式制冷装置模拟器的设计与实现

徐杭田，孙 团，吴猛猛，张 栋

(海军潜艇学院，山东 青岛 266042)

船舶溴化锂吸收式制冷装置模拟器的设计与实现

徐杭田，孙 团，吴猛猛，张 栋

(海军潜艇学院，山东 青岛 266042)

文章基于微控制器和RTX-51 Tiny小型实时操作系统和CAN总线技术，设计开发了溴化锂吸收式制冷装置模拟器，描述了硬件组成和基于RTX-51 Tiny的软件设计方法，较好地实现了溴化锂制冷装置模拟器的采集、参数显示和通信等功能，该模拟器对于船舶溴化锂制冷装置的教学和训练具有一定的促进作用。

溴化锂吸收式制冷装置；微控制器；CAN总线

溴化锂制冷装置以溴化锂为吸收剂，利用水在高真空下蒸发时，吸收周围介质热量的原理而制成的空调制冷设备，具有经济性高、噪声小、工作安全可靠、操作维护方便等优点[1]。溴化锂制冷装置的组成、功用、分布以及使用管理方法等内容是船舶空调专业工作人员和相关专业学员必须熟练掌握的知识和技能，然而由于系统控制关系复杂、操作使用频繁，而且故障排除训练在实际装备上代价昂贵，因此一直是教学训练过程的一个难点。本文利用微控制器设计一套溴化锂吸收式制冷装置模拟器，可实现溴化锂制冷装置的模拟操作和故障排除训练，对于提高装备的操作和管理水平具有重要意义。

1 模拟器的设计思路

图1 溴化锂吸收式制冷模拟器的设计原理图

溴化锂吸收式制冷装置模拟器设计思路如图1所示，模拟器通过调节冷媒水温度信号的反馈调节蒸汽调节阀或海水调节阀的开度，调节方式有PID3种方式，从而实现系统各模块的正常运行。

溴化锂吸收式制冷装置模拟器由控制箱和模拟屏2部分组成。控制箱与实际控制箱面板布置相同，用于设定工作方式、控制泵的启停、控制LED灯回路的流动、PID调节设定、参数显示以及报警控制等。模拟屏主要用于显示溴化锂制冷机组的工作流程，同时可以反馈调节蒸汽调节阀和海水调节阀的开度、调节吸收器冷却水进水温度、吸收器喷淋温度、冷媒水进水温度、冷媒水出水温度、蒸汽压力、进发生器浓溶液温度、冷凝器冷却水、出水温度、吸收器冷却水以及出水温度的大小等。

2 硬件设计

2.1控制箱硬件

控制箱硬件由按键模块、指示模块、显示模块和通信模块等组成，如图2所示。控制箱的控制核心为单片机C8051F340，C8051F340是完全集成的混合信号片上系统型MCU，具有高速、流水线结构的8051兼容的微控制器内核(可达48 MIPS)，具有片内上电复位、VDD监视器、电压调整器、看门狗定时器和时钟振荡器，是真正能独立工作的片上系统。同时FLASH存储器还具有系统重新编程能力，可用于非易失性数据存储，并允许现场更新8051固件。按键模块主要为控制箱上的按键输入部分，共分为4组，由单片机C8051F340驱动165进行输入控制；指示模块主要为控制箱上的指示灯显示部分，分为3组，由单片机驱动595和2803进行输出显示；显示模块主要为控制箱上的数码管显示部分，由595和2803驱动序号数码管，由单片机驱动MAX7219进行8位数码管的显示；同时通过CAN总线与模拟屏单片机进行数据通信。

2.2模拟屏硬件

模拟屏硬件由回路灯控制模块、AD输入模块和通信模块等组成，如图3所示。模拟屏控制核心为单片机C8051F340。按照系统流动介质的不同，“回路灯控制模块”分为8个模块，分别为节流回路、冷却水回路、冷媒水回路、蒸汽回路、发生泵回路、吸收泵回路、冷剂泵回路和真空泵回路，回路介质的流动用LED灯带表示，用单片机驱动595实现LED灯带的显示控制；与模块相关的截止阀采用触点开关来表示其开关状态，并将其状态信号送入单片机。“AD输入模块”通过电位器来表示，由单片机驱动4051和358进行输入控制，通过冷媒水出水温度反馈调节系统的其他各参数；通过调节海水调节阀、冷却水进水等来设置模拟器故障。

2.3通信模块

通信模块采用CAN总线的方式，CAN控制器如图4所示。CAN总线的速度高达1 M位/s的位速率，其数据通信通过外接CAN收发器ISO1050模块实现[2]。

3 软件设计

模拟器的软件分为控制箱软件和模拟屏软件2部分，如图5和图6所示。

控制箱软件实现模式选择、系统工作、通信、参数显示和故障报警等功能，其中“模式选择”模块设定模拟器的工作方式(自动/手动)；“系统工作”模块实现在不同工作模式下模拟器按钮的输入和指示灯显示的控制；“通信”模块通过CAN总线接收上位机发来的命令并将采集及计算的数据上传至上位机，实现控制箱软件与模拟屏软件数据的交互；“参数显示”模块将数据通信得到的数据进行数字显示；“故障报警”模块对模拟器的故障进行声或光报警。

图2 控制箱硬件设计电路原理图

图3 模拟屏硬件设计电路原理图

图4 CAN总线电路图

图5 控制箱控制软件流程图 图6 模拟屏控制软件流程图

模拟屏软件实现通信、LED灯流动显示和参数调节等功能，其中“通信模块”实现模拟屏软件与控制箱软件的数据交互；“LED灯带流动显示模块”实现LED灯带的流动和发生泵、吸收泵、真空泵等设备工作状态指示；“参数调节”模块用来调节模拟器的参数和设置模拟器故障。

4 总结与展望

本文利用微控制器对船舶溴化锂制冷装置进行模拟，从而设计了溴化锂制冷装置模拟器，该模拟器直观显示了溴化锂工作情况、工质流动情况，并且通过对装置的模拟操作和故障设置，可对溴化锂吸收式制冷装置建立整体的、宏观的概念，从而掌握操作使用和故障排除的方法，从而提高了制冷装置的管理训练水平。该模拟器的实际使用和训练结果表明，该模拟器可以大大提高船舶溴化锂制冷装置的教学和训练的效果，具有较好的推广价值。

[1] 高翔.船舶辅助机械[M].北京:国防工业出版社，2005.

[2] 欧伟明.嵌入式应用软件任务划分的原则[J].单片机与嵌入式系统应用，2007(6):65-67.

Based on microcontroller RTX-51 Tiny realtime operation system and CAN bus technology,the lithium-bromide absorption refrigerating device imitator was designed and developed.Hardware components and software based on RTX-51 Tiny are described with an ideal accomplishment of the imitators's collection,parameter display and communication function,which sould be promotion for the teaching and training of lithium-bromide refrigerating device.

lithium-bromide absorption refrigenerating device；microcontroller;CAN bus

U673

10.13352/j.issn.1001-8328.2014.04.005

徐杭田(1964-)，男，山东临沂人，副教授，大学本科，研究方向为舰船电气控制。

2014-03-13