船舶溴化鋰吸收式制冷裝置模擬器的設計與實現

徐杭田，孫 團，吳猛猛，張 棟

(海軍潛艇學院，山東 青島 266042)

船舶溴化鋰吸收式制冷裝置模擬器的設計與實現

徐杭田，孫 團，吳猛猛，張 棟

(海軍潛艇學院，山東 青島 266042)

文章基于微控制器和RTX-51 Tiny小型實時操作系統和CAN總線技術，設計開發了溴化鋰吸收式制冷裝置模擬器，描述了硬件組成和基于RTX-51 Tiny的軟件設計方法，較好地實現了溴化鋰制冷裝置模擬器的采集、參數顯示和通信等功能，該模擬器對于船舶溴化鋰制冷裝置的教學和訓練具有一定的促進作用。

溴化鋰吸收式制冷裝置；微控制器；CAN總線

溴化鋰制冷裝置以溴化鋰為吸收劑，利用水在高真空下蒸發時，吸收周圍介質熱量的原理而制成的空調制冷設備，具有經濟性高、噪聲小、工作安全可靠、操作維護方便等優點[1]。溴化鋰制冷裝置的組成、功用、分布以及使用管理方法等內容是船舶空調專業工作人員和相關專業學員必須熟練掌握的知識和技能，然而由于系統控制關系復雜、操作使用頻繁，而且故障排除訓練在實際裝備上代價昂貴，因此一直是教學訓練過程的一個難點。本文利用微控制器設計一套溴化鋰吸收式制冷裝置模擬器，可實現溴化鋰制冷裝置的模擬操作和故障排除訓練，對于提高裝備的操作和管理水平具有重要意義。

1 模擬器的設計思路

圖1 溴化鋰吸收式制冷模擬器的設計原理圖

溴化鋰吸收式制冷裝置模擬器設計思路如圖1所示，模擬器通過調節冷媒水溫度信號的反饋調節蒸汽調節閥或海水調節閥的開度，調節方式有PID3種方式，從而實現系統各模塊的正常運行。

溴化鋰吸收式制冷裝置模擬器由控制箱和模擬屏2部分組成?？刂葡渑c實際控制箱面板布置相同，用于設定工作方式、控制泵的啟停、控制LED燈回路的流動、PID調節設定、參數顯示以及報警控制等。模擬屏主要用于顯示溴化鋰制冷機組的工作流程，同時可以反饋調節蒸汽調節閥和海水調節閥的開度、調節吸收器冷卻水進水溫度、吸收器噴淋溫度、冷媒水進水溫度、冷媒水出水溫度、蒸汽壓力、進發生器濃溶液溫度、冷凝器冷卻水、出水溫度、吸收器冷卻水以及出水溫度的大小等。

2 硬件設計

2.1控制箱硬件

控制箱硬件由按鍵模塊、指示模塊、顯示模塊和通信模塊等組成，如圖2所示?？刂葡涞目刂坪诵臑閱纹瑱CC8051F340，C8051F340是完全集成的混合信號片上系統型MCU，具有高速、流水線結構的8051兼容的微控制器內核(可達48 MIPS)，具有片內上電復位、VDD監視器、電壓調整器、看門狗定時器和時鐘振蕩器，是真正能獨立工作的片上系統。同時FLASH存儲器還具有系統重新編程能力，可用于非易失性數據存儲，并允許現場更新8051固件。按鍵模塊主要為控制箱上的按鍵輸入部分，共分為4組，由單片機C8051F340驅動165進行輸入控制；指示模塊主要為控制箱上的指示燈顯示部分，分為3組，由單片機驅動595和2803進行輸出顯示；顯示模塊主要為控制箱上的數碼管顯示部分，由595和2803驅動序號數碼管，由單片機驅動MAX7219進行8位數碼管的顯示；同時通過CAN總線與模擬屏單片機進行數據通信。

2.2模擬屏硬件

模擬屏硬件由回路燈控制模塊、AD輸入模塊和通信模塊等組成，如圖3所示。模擬屏控制核心為單片機C8051F340。按照系統流動介質的不同，“回路燈控制模塊”分為8個模塊，分別為節流回路、冷卻水回路、冷媒水回路、蒸汽回路、發生泵回路、吸收泵回路、冷劑泵回路和真空泵回路，回路介質的流動用LED燈帶表示，用單片機驅動595實現LED燈帶的顯示控制；與模塊相關的截止閥采用觸點開關來表示其開關狀態，并將其狀態信號送入單片機?！癆D輸入模塊”通過電位器來表示，由單片機驅動4051和358進行輸入控制，通過冷媒水出水溫度反饋調節系統的其他各參數；通過調節海水調節閥、冷卻水進水等來設置模擬器故障。

2.3通信模塊

通信模塊采用CAN總線的方式，CAN控制器如圖4所示。CAN總線的速度高達1 M位/s的位速率，其數據通信通過外接CAN收發器ISO1050模塊實現[2]。

3 軟件設計

模擬器的軟件分為控制箱軟件和模擬屏軟件2部分，如圖5和圖6所示。

控制箱軟件實現模式選擇、系統工作、通信、參數顯示和故障報警等功能，其中“模式選擇”模塊設定模擬器的工作方式(自動/手動)；“系統工作”模塊實現在不同工作模式下模擬器按鈕的輸入和指示燈顯示的控制；“通信”模塊通過CAN總線接收上位機發來的命令并將采集及計算的數據上傳至上位機，實現控制箱軟件與模擬屏軟件數據的交互；“參數顯示”模塊將數據通信得到的數據進行數字顯示；“故障報警”模塊對模擬器的故障進行聲或光報警。

圖2 控制箱硬件設計電路原理圖

圖3 模擬屏硬件設計電路原理圖

圖4 CAN總線電路圖

圖5 控制箱控制軟件流程圖 圖6 模擬屏控制軟件流程圖

模擬屏軟件實現通信、LED燈流動顯示和參數調節等功能，其中“通信模塊”實現模擬屏軟件與控制箱軟件的數據交互；“LED燈帶流動顯示模塊”實現LED燈帶的流動和發生泵、吸收泵、真空泵等設備工作狀態指示；“參數調節”模塊用來調節模擬器的參數和設置模擬器故障。

4 總結與展望

本文利用微控制器對船舶溴化鋰制冷裝置進行模擬，從而設計了溴化鋰制冷裝置模擬器，該模擬器直觀顯示了溴化鋰工作情況、工質流動情況，并且通過對裝置的模擬操作和故障設置，可對溴化鋰吸收式制冷裝置建立整體的、宏觀的概念，從而掌握操作使用和故障排除的方法，從而提高了制冷裝置的管理訓練水平。該模擬器的實際使用和訓練結果表明，該模擬器可以大大提高船舶溴化鋰制冷裝置的教學和訓練的效果，具有較好的推廣價值。

[1] 高翔.船舶輔助機械[M].北京:國防工業出版社，2005.

[2] 歐偉明.嵌入式應用軟件任務劃分的原則[J].單片機與嵌入式系統應用，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，山東臨沂人，副教授，大學本科，研究方向為艦船電氣控制。

2014-03-13