1 引言

       制冷系統(tǒng)已成為的現(xiàn)代汽車重要配置,，制冷系統(tǒng)內(nèi)的冷媒量和冷媒純度都是影響制冷效果的關(guān)鍵因素,，需要按期進行系統(tǒng)檢測和冷媒更換。冷媒的更換過程分為冷媒回收、抽真空,、注冷凍油和冷媒加注四個步驟,。目前我國的汽車制冷系統(tǒng)的維修和維護的手段，大多仍是人工操作,，其工作過程繁雜,，效率低下，常因操作不當導(dǎo)致系統(tǒng)損傷,。

       作者完成的汽車制冷系統(tǒng)維護的自動化設(shè)備研制,，有效地提高了維修效率和維護質(zhì)量，實現(xiàn)了汽車制冷系統(tǒng)冷媒更換的全自動操作,，使用簡便,，界面友好。

       全自動冷媒加注控制系統(tǒng)采用16位單片機MSP430F149為核心控制器,，采用了ALTERA公司新型CPLD器件EPF10K10A,，并實現(xiàn)了外存數(shù)據(jù)加密，整機功能完備,、可靠性高,。

       2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制流程

       全自動冷媒加注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由嵌入式控制系統(tǒng)、電子秤,、真空泵,、壓縮機、多個狀態(tài)檢測傳感器,、執(zhí)行開關(guān)和電磁閥等組成,。如圖1所示。

                                                           圖1 冷媒加注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

       冷媒加注系統(tǒng)自動控制的工作流程有：車輛信息輸入,、加注信息查詢,、冷媒識別和回收、抽真空,、加冷凍油,、加冷媒及結(jié)果打印八項內(nèi)容，如圖2所示,。

       （1）車輛信息輸入在將被檢修車輛的冷媒管道同冷媒加注系統(tǒng)正確連接之后,，操作員通過操作面板鍵盤輸入車輛的生產(chǎn)廠家、車輛型號和年月信息等參數(shù),。

       （2）加注信息查詢 控制系統(tǒng)根據(jù)輸入的車輛信息,，在車輛加注信息數(shù)據(jù)庫中查找對應(yīng)該車的冷媒類型、冷凍油加注量,、冷媒加注量及其它控制參數(shù),。

       （3）冷媒識別 發(fā)控制信號啟動冷媒分析儀，冷媒分析儀提取車輛冷媒試樣進行類型分析，識別結(jié)果提交控制系統(tǒng),。要求冷媒加注系統(tǒng)儲存罐內(nèi)與被加注車輛的冷媒類型相同,，否則系統(tǒng)給出報警提示，調(diào)換與之相同類型的冷媒儲罐后,，繼續(xù)下一步工作,。

       （4）冷媒回收控制相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)，依靠車輛冷媒管路內(nèi)自身的壓力進行冷媒回收,，回收的冷媒經(jīng)凈化處理后,，導(dǎo)入冷媒儲罐。

       （5）抽真空 回收壓力平衡后,，控制打開真空泵,，抽取車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(jiān)測車輛冷媒儲存室壓力。以確定的時間內(nèi)壓力值得變化,，檢測冷媒管路是否存在泄漏,。若無泄漏，進入下一步工作,，否則需先對冷媒管路進行維修,，確保冷媒管路密封良好。

       （6）加冷凍油按照控制流程,，向車輛制冷系統(tǒng)加入對應(yīng)該車的定量冷凍油,。

       （7）冷媒加注向車輛加入相應(yīng)量的同類型冷媒。

       （8）打印加注結(jié)果系統(tǒng)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(shù),，提交用戶和存檔,。至此，完成冷媒加注的全過程,。
       依據(jù)上述的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制流程,，全自動汽車冷媒加注控制系統(tǒng)設(shè)計重點研究和解決了四個問題：第一,，系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠和較強的抗干擾能力,；第二，人機接口設(shè)計友好,、直觀和操作方便,；第三，實現(xiàn)嵌入式車輛冷媒加注信息數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),；第四,，研制高精度電子秤，保證冷媒重量的精確計量，實現(xiàn)冷媒加注量的準確控制,。

       3 硬件系統(tǒng)設(shè)計

       冷媒加注系統(tǒng)屬于"汽保"設(shè)備,，工作環(huán)境比較惡劣，電磁干擾較大,。本著穩(wěn)定可靠,、線路簡單，同時要求功能完備,、技術(shù)新穎的設(shè)計目標,，全自動汽車冷媒加注控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

       主要組成部件有：MSP430F149單片機,、復(fù)雜可編程邏輯器件（CPLD）,、壓力傳感器及其調(diào)理電路、串行接口的液晶顯示器和冷媒分析儀,、鍵盤,、微型打印機、開關(guān)量輸入輸出控制,、并口E2PROM等組成,。

       （1） MSP430F149單片機 M

SP430F149是全自動汽車冷媒加注系統(tǒng)的控制中心，完成傳感器數(shù)據(jù)結(jié)果處理,，開關(guān)量信號的檢測,，鍵盤的識別，USART0和USART1兩個串口通信的管理,與CPLD器件的通信與控制,。德州儀器（TI）公司的MSP430F149單片機是FLASH類型單片機,，內(nèi)置60KB+256字節(jié)FLASH，2KB RAM,。冷媒加注系統(tǒng)采用液晶顯示界面,，程序中含有大量的界面和菜單、動畫數(shù)據(jù),，MSP430F149中60KB的FLASH ROM滿足系統(tǒng)程序?qū)Υ鎯臻g的需求,；2KB的內(nèi)部RAM保證了數(shù)據(jù)采集、處理,、顯示等臨時數(shù)據(jù)和大量的系統(tǒng)全局變量需求,；豐富的I/O資源實現(xiàn)了鍵盤的擴充和開關(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,，用來保存車輛加注信息數(shù)據(jù)庫,。8路固態(tài)繼電器發(fā)出驅(qū)動輸出信號,，控制各個執(zhí)行機構(gòu)。CPLD器件選用ALTERA公司的EPF10K10A,，解決了3V工作的單片機和5V工作器件的接口問題,；EPF10K10A的端口驅(qū)動能力滿足了固態(tài)繼電器對驅(qū)動電流的要求；實現(xiàn)了單片機口線的擴展,，精簡了電路,；EPF10K10A內(nèi)部含有6144 Bits RAM，可實現(xiàn)加注信息數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)加密,。

       （3） 壓力傳感器及其調(diào)理電路冷媒加注系統(tǒng)采用應(yīng)變式壓力傳感器實現(xiàn)電子秤功能,。傳感器檢測平臺上冷媒罐及其內(nèi)部冷媒的重量，據(jù)此控制冷媒加注過程的進行,，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(yīng)變信號，經(jīng)過放大,、調(diào)零,、濾波等調(diào)理后，送至模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ICL7135進行A/D轉(zhuǎn)換,，輸出的數(shù)字信號送單片機,，完成壓力信號的檢測。單片機根據(jù)處理結(jié)果的值域范圍,，進行查表,，實現(xiàn)分段線性化，將傳感器信號同冷媒重量對應(yīng),。冷媒加注系統(tǒng)實現(xiàn)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USART1兩個串行通信口,，冷媒加注系統(tǒng)外接了三個串口通信設(shè)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(fù)用USART1通信口,。RS232接口芯片選用了3V-5V兼容的MAX3232。

       （5） 鍵盤和開關(guān)量檢測利用MSP430F149的P1,、P2口實現(xiàn),。P1 、P2口具有中斷功能,，能夠?qū)崟r的捕捉觸發(fā)事件,。

       4 軟件系統(tǒng)設(shè)計

       全自動汽車冷媒加注控制系統(tǒng)軟件包括監(jiān)控程序、中斷程序以及數(shù)據(jù)處理程序等,。監(jiān)控程序的主要作用是及時的響應(yīng)用戶的服務(wù)請求,，有效地管理設(shè)備自身的軟硬件及人機一體化聯(lián)系設(shè)備，并在系統(tǒng)出故障時,，提供相應(yīng)的處理信息,。主要有：系統(tǒng)初始化管理、鍵盤管理,、顯示管理,、通信管理、儀器各個功能模塊的管理,、中斷管理等,。本系統(tǒng)用到的中斷源有：串行口中斷、外部中斷,、軟件定時器中斷,。
       冷媒加注控制系統(tǒng)實現(xiàn)的功能主要有：自動加注、手動加注,、電子秤計量,、加注信息數(shù)據(jù)庫管理、系統(tǒng)設(shè)置,，如圖4所示,。

       （1）自動加注模式下冷媒加注系統(tǒng)自動地完成冷媒加注全過程；（2）手動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重平臺上物體的質(zhì)量；（4）數(shù)據(jù)管理功能實現(xiàn)對車輛加注信息數(shù)據(jù)庫的維護,，包括數(shù)據(jù)查詢,、數(shù)據(jù)瀏覽、記錄的增加,、修改和刪除,，另外，冷媒加注系統(tǒng)還提供了數(shù)據(jù)庫更新功能,，利用控制系統(tǒng)同上位機通信實現(xiàn),，在單片機控制下寫入存儲芯片X28C512；（5）系統(tǒng)設(shè)置功能包括設(shè)備信息設(shè)定,、用戶信息設(shè)定,、冷媒信息設(shè)定,、運行參數(shù)設(shè)定等。

       冷媒加注系統(tǒng)人機接口控制中,，軟件實現(xiàn)了各個液晶顯示函數(shù)模塊和輸入法程序,，能夠進行數(shù)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(diào)用,。
    5 結(jié)論

       本文研制的冷媒加注控制系統(tǒng)實現(xiàn)了汽車冷媒加注的全自動控制，提高了汽車制冷系統(tǒng)維護效率和維修質(zhì)量,，控制系統(tǒng)完成各項功能并達到各項精度指標,，性能穩(wěn)定，可靠性高,，設(shè)備操作簡單方便,。

參考文獻
1、胡大可 編,，MSP430系列FLASH型低功耗16位單片機,，北京，北京航空航天大學(xué)出版社,，2001.11.
2,、徐志軍 編，大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷捌鋺?yīng)用,，成都，電子科技大學(xué)出版社,，2000.11.