基于显控触摸屏和MCU的汽车空调冷媒回收加注系统设计

席桂清，黄操军，谭峰

（黑龙江八一农垦大学信息技术学院，大庆 163319）

基于显控触摸屏和MCU的汽车空调冷媒回收加注系统设计

席桂清，黄操军，谭峰

（黑龙江八一农垦大学信息技术学院，大庆 163319）

使用MCU控制汽车空调的冷媒回收加注智能处理系统，其中利用显控触摸屏为人机界面，可清晰显示回收和加注冷媒的重量，并进行压力检测，具有罐满、罐空、超压报警等功能，在设备的软件设计过程中，解决了单片机与触摸屏的通讯问题，试验证明该系统具有智能化程度高、抗干扰能力强、操作简便、性价比高等优点。

显控触摸屏；MCU；冷媒；智能化

环境污染已经是一个全球普遍关注的问题，目前汽车空调中的冷媒使用一段时间后，各汽车维修站会将它排放到空气中，造成大量的空气污染和浪费，再利用灌装新冷媒的负压自然吸入到汽车空调系统中，无法实现定量加注[1]，而冷媒加注的多少会影响汽车空调系统的制冷效率，因此设计了一种智能化控制汽车空调冷媒的回收加注系统，减少这种污染和浪费，降低汽车空调的维护费用，提高系统的智能化程度。在试验的初期曾使用PLC来进行仪器的控制，虽然可以达到预期的目的，但是造价较高，单片机不但可以同样实现其功能，而且成本较低，稳定性也较好，操作简单，显示清晰，回收和加注的重量准确，是汽车生产厂和维修行业一种性能价格比较高的设备。

1 系统总体设计原理

系统采用了显控触摸屏作为人机界面，单片机作为主控器进行数据的采集、判断、发送指令、向显控触摸屏发送数据、接收命令，利用高精度的气压和称重传感器检测信号，由触发控制电路控制真空泵及阀门进行工作，完成冷媒的加注和回收过程，系统整体设计如图1所示，该系统操作简单，观察运行方便，数据采集准确，控制精准。

图1 系统总体设计框图Fig.1Diagram of system design

2 系统硬件设计

冷媒回收加注系统的主要功能是对汽车空调冷媒的回收和加注，并进行空调检漏及抽真空，工作原理图分别如图2和图3。冷媒回收是依靠本机系统内部的压缩过滤装置把空调管路内的冷媒回收到工作罐内；冷媒加注是设定加注冷媒量，向车辆加入相应量的同类型冷媒[2]；空调检漏是检测空调冷媒管路是否存在泄漏，确保冷媒管路密封良好；抽真空是给空调管路及设备管路抽真空。

图2 冷媒回收示意图Fig.2Schematic diagram of refrigerant reclaiming

图3 冷媒加注示意图Fig.3Schematic diagram of refrigerant filling

2.1 显控触摸屏

显控触摸屏选择的是samkoon SA-7B的七寸屏，它是二十六万色的4线高精度电阻触摸屏，两个通信口COM，单片机通过RS232接口和触摸屏相连，触摸屏可显示的内容很多，并且色彩丰富，拥有很多控件，便于操作，特别是它除了显示还可以实现

控制，通过串口可与外部部件进行数据的实时传输。

操作者的大部分的操作都在触摸屏上完成，上电后操作者就可以对设备进行操作进入这一个画面如图5，在此界面中选择冷媒型号及希望是加注还是回收，点击后单片机则接收命令去执行该段程序，冷媒回收界面如图6所示，冷媒加注界面类似，单片机除了要采集数据回送到触摸屏外，还要去控制各个电磁阀门，以便设备动作，同时还进行检测各种报警，如高压、罐压过高等，并进行相应处理。该系统还有一控制屏，可供调试员调试和进行处理问题时使用，主要可以设置漏气延时和校正重量值等。2.2硬件采集控制部分

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

图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单片机作为主控器[3]，通过一个应用板来控制设备并从设备中获取数据，在触摸屏中显示，同时接收触摸屏的命令数据，在应用板中共有3路模拟输入，主要是两路压力传感器和一路称重传感器输入[4]；26个开关量输出，主要是控制各个电磁阀门的通断；6路光隔输出，6路光隔输入，主要是各种危险信号的输入，如高压报警、液满报警等，应用板中的A/D选择的是AD574A，它是美国Analog推出的单片高速12位A/D转换器，外接少量的元器件就可以实现A/D转换，设计中它用来对称重传感器和压力传感器的模拟电压信号进行转换，它的功耗低、精度高，具有自动校零和自动极性转换功能，完全适合本系统的要求。称重传感器主要是对加注罐和回收罐进行称量，显示加注和回收冷媒的重量，压力传感器主要是对空调内的高低压进行检测，高压需要报警。

3 系统软件设计

3.1 基于Modbus协议的数据传输

Modbus协议具有极强的开放性，智能式冷媒处理系统系统选用的Samkoon显控触摸屏自带Modbus协议库，开发者无需了解协议底层规则，通过计算机的软件设置触摸屏相应串口的外部寄存器，工作模式，编制界面，下载到触摸屏中，则它自动以Modbus协议形式读写外部控制器的数据，下位机单片机只需要自编Modbus协议，就可以实现三方数据通信了[5]。

支持Modbus协议常用的功能码如表1所示，通过这些功能码，主机可读写的地址有LB（位地址），LW（字地址），RWI（字地址）。系统主要使用了这些功能码来完成数据的读取和命令的传送[6]。

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

系统中设计触摸屏为主机，单片机为从机，由于只有一套设备，所以设置地址为01，通过改进，连接RS485接口，可以挂接多个下位机，只要设计从机单片机的地址不同就可以实现多台设备公用一个触摸屏的形式，更加节约成本。在数据传输的过程中作为主机的触摸屏向从机单片机发送指令，指令格式如

表2所示[7，8]，从机单片机应答格式如表3所示，数据都是以十六进制的形式发送和接收，从机接收到的正确的指令后，经过CRC校验，如果正确，则执行相应传送命令，将数据传输，或执行动作命令，主机接收到数据后，同样需要经过CRC校验[9]，如果正确开始接收并显示传感器数据，每两个字节一个数据，多个数据传输时，地址是连续的，通过简单的变换就可以显示[10]。

表2 主机请求数据格式Table 2Data format of master request

表3 从机应答数据格式Table 3Data format of slave response

3.2 系统软件设计

单片机与触摸屏之间利用RS232进行连接，软件主要通过Modbus协议完成数据和命令的传输、识别，单片机接受命令后继而去执行某段程序，其中包括接通和关闭各个继电器、打开、关闭真空泵、数据采集、传输、判断后发出各种报警信号等等，整体软件设计如图6所示。

图6 软件流程图Fig.6Flow chart of software

4 试验结果

在进行试验中，通过装有冷媒的罐子模拟汽车空调的冷媒罐，利用一个空罐进行回收和加注的模拟，经过实验室多次试验验证，该系统称重传感器精度达到±2.5%，压力传感器输出精度达到±2%，能够满足汽车空调冷媒加注回收的需要。

5 结束语

设计的基于单片机和显控触摸屏显示控制的智能式冷媒处理系统，经过测试试验证明，该系统具有稳定性好、智能化程度高、抗干扰能力强、操作简单、性价比高等优点，满足了汽车行业对冷媒回收利用的智能化的需求，不仅可以自动完成冷媒回收定量加注的功能，随时监测冷媒罐的压力，经过简单的改变和编程就可以应用到其他的系统，今后在各个领域里都将会拥有更广阔的发展空间。

［1］梁西银，兰建平，马小倩.智能化汽车空调冷媒回收加注机的设计与实现［J］.微型机与应用，2011，30（24）：69-71.

［2］杨国星，梁鼎.汽车空调冷媒加注一体机的改良设计［J］.中小企业管理与科技，2014（5）：322-324.

［3］杨振江，杜铁军，李群，等.流行单片机实用子程序及其应用实例［M］.西安：西安电子科技大学出版社，2002.

［4］谭峰，雷海龙，汪春，等.小型温室环境监控系统的研究［J］.黑龙江八一农垦大学学报，2013，25（5）：79-83.

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［6］李由，付卫强，包涵，等.农机车载电子设备用户界面框架设计［J］.黑龙江八一农垦大学学报，2014，26（6）：84-87.

［7］金艳涛，李勇，徐扬，等.一种基于SDP610和Modbus协议的差压测量系统设计［J］.仪表技术，2013（9）：34-37.

［8］孟华，王鹏达，李明伟.基于Modbus协议的触摸屏与PIC单片机的通信实现［J］.仪表技术与传感器，2009（10）：58-61.

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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

黑龙江省农垦总局科技计划项目（HNK12AZD-07-08）；黑龙江省农垦总局攻关项目（HNK10A-07-01-03）；黑龙江省农垦总局开发项目（HNK12KF-20）；国家“十二五”科技支撑计划重点项目（2012BAH12B02）。

席桂清（1979-），女，讲师，东北石油大学毕业，现主要从事智能仪器仪表、农业生产自动化、检测技术方面的教学与研究工作。