基于MSP430单片机的冷媒中心控制系统的研制

摘要：全自动冷媒加注系统是作者为汽车制冷系统维护研制的新设备。本文基于MSP430单片机设计的嵌入式全自动冷媒加注控制系统，重点研究了设备的组成结构，提出了自动控制的工作流程，讨论了系统主要硬件和软件模块的具体设计和实现方法。
关键词：冷媒加注 制冷系统 单片机 CPLD

1 引言

制冷系统已成为的现代汽车重要配置，制冷系统内的冷媒量和冷媒纯度都是影响制冷效果的关键因素，需要按期进行系统检测和冷媒更换。冷媒的更换过程分为冷媒回收、抽真空、注冷冻油和冷媒加注四个步骤。目前我国的汽车制冷系统的维修和维护的手段，大多仍是人工操作，其工作过程繁杂，效率低下，常因操作不当导致系统损伤。

作者完成的汽车制冷系统维护的自动化设备研制，有效地提高了维修效率和维护质量，实现了汽车制冷系统冷媒更换的全自动操作，使用简便，界面友好。

全自动冷媒加注控制系统采用16位单片机MSP430F149为核心控制器，采用了ATERA公司新型CPLD器件EPF10K10A，并实现了外存数据加密，整机功能完备、可靠性高。

2 系统结构及控制流程

全自动冷媒加注系统结构主要由嵌入式控制系统、电子秤、真空泵、压缩机、多个状态检测传感器、执行开关和电磁阀等组成。如图1所示。


冷媒加注系统自动控制的工作流程有：车辆信息输入、加注信息查询、冷媒识别和回收、抽真空、加冷冻油、加冷媒及结果打印八项内容，如图2所示。


（1）车辆信息输入
在将被检修车辆的冷媒管道同冷媒加注系统正确连接之后，操作员通过操作面板键盘输入车辆的生产厂家、车辆型号和年月信息等参数。

（2）加注信息查询
控制系统根据输入的车辆信息，在车辆加注信息数据库中查找对应该车的冷媒类型、冷冻油加注量、冷媒加注量及其它控制参数。

（3）冷媒识别
发控制信号启动冷媒分析仪，冷媒分析仪提取车辆冷媒试样进行类型分析，识别结果提交控制系统。要求冷媒加注系统储存罐内与被加注车辆的冷媒类型相同，否则系统给出报警提示，调换与之相同类型的冷媒储罐后，继续下一步工作。

（4）冷媒回收
控制相应的执行机构，依靠车辆冷媒管路内自身的压力进行冷媒回收，回收的冷媒经净化处理后，导入冷媒储罐。

（5）抽真空
回收压力平衡后，控制打开真空泵，抽取车辆冷媒管路中残余的冷媒气体，直至接近零压。关闭真空泵，真空传感器监测车辆冷媒储存室压力。以确定的时间内压力值得变化，检测冷媒管路是否存在泄漏。若无泄漏，进入下一步工作，否则需先对冷媒管路进行维修，确保冷媒管路密封良好。

（6）加冷冻油
按照控制流程，向车辆制冷系统加入对应该车的定量冷冻油。

（7）冷媒加注
向车辆加入相应量的同类型冷媒。

（8）打印加注结果
系统配置的微型打印机打印本次"加注工作"的有关项目和参数，提交用户和存档。至此，完成冷媒加注的全过程。

依据上述的系统结构和控制流程，全自动汽车冷媒加注控制系统设计重点研究和解决了四个问题：第一，系统工作稳定可靠和较强的抗干扰能力；第二，人机接口设计友好、直观和操作方便；第三，实现嵌入式车辆冷媒加注信息数据库系统；第四，研制高精度电子秤，保证冷媒重量的精确计量，实现冷媒加注量的准确控制。

3 硬件系统设计

冷媒加注系统属于"汽保"设备，工作环境比较恶劣，电磁干扰较大。本着稳定可靠、线路简单，同时要求功能完备、技术新颖的设计目标，全自动汽车冷媒加注控制系统的硬件系统结构如图3所示。


主要组成部件有：MSP430F149单片机、复杂可编程逻辑器件（CPLD）、压力传感器及其调理电路、串行接口的液晶显示器和冷媒分析仪、键盘、微型打印机、开关量输入输出控制、并口E2PROM等组成。

（1） MSP430F149单片机
MSP430F149是全自动汽车冷媒加注系统的控制中心，完成传感器数据结果处理，开关量信号的检测，键盘的识别，USART0和USART1两个串口通信的管理,与CPLD器件的通信与控制。德州仪器（TI）公司的MSP430F149单片机是FLASH类型单片机，内置60KB 256字节FLASH，2KB RAM。冷媒加注系统采用液晶显示界面，程序中含有大量的界面和菜单、动画数据，MSP430F149中60KB的FLASH ROM满足系统程序对存储空间的需求；2KB的内部RAM保证了数据采集、处理、显示等临时数据和大量的系统全局变量需求；丰富的I/O资源实现了键盘的扩充和开关量信号的输入检测，以及CPLD器件的通信和控制。

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