壁掛爐主控板工裝測試系統(tǒng)設(shè)計

萬盛勇 武永華 張濤

摘 要：從壁掛爐主控板的功能和性能出發(fā)，設(shè)計生產(chǎn)線上工裝測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過PC軟件、基于瑞薩微控制器R7F0C907B工裝測試硬件裝置的交互操作，完成對壁掛爐主控板的一系列功能測試，滿足產(chǎn)品的質(zhì)量設(shè)計要求。該系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)了壁掛爐主控板的生產(chǎn)線在線性能測試，為后續(xù)壁掛爐整機測試系統(tǒng)提供了可靠的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：壁掛爐;工裝測試;主控板;微控制器;系統(tǒng)設(shè)計;在線測試

中圖分類號：TP206文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2020）02-00-04

0 引 言

壁掛爐是一種集采暖、淋浴、供生活熱水于一體，滿足現(xiàn)代化生活舒適感要求的家用電器[1]。由于壁掛爐是燃氣類產(chǎn)品，對產(chǎn)品的安全性能要求較高[2]，所以壁掛爐主控板在工廠生產(chǎn)的功能和安全檢測無疑是產(chǎn)品質(zhì)量的重中之重。本文結(jié)合實際生產(chǎn)實踐設(shè)計了一種較有實際應(yīng)用價值的主板工裝測試系統(tǒng)，通過PC端軟件和工裝測試裝置交互操作完成對壁掛爐主控板風(fēng)機、水泵、比例閥[3]、電磁閥、風(fēng)壓開關(guān)、壓力開關(guān)、過熱保護開關(guān)、檢火和點火電路、取暖溫度、淋浴溫度、水流傳感器等[4]功能的硬件和性能測試。本測試系統(tǒng)提高了產(chǎn)品的質(zhì)量設(shè)計要求，在一線工廠得到廣泛應(yīng)用。

1 壁掛爐主控板工裝測試系統(tǒng)

為滿足工廠生產(chǎn)的壁掛爐主控板硬件品質(zhì)檢查，設(shè)計了該主控板的工裝測試系統(tǒng)，滿足主控板量產(chǎn)的品質(zhì)要求。測試系統(tǒng)主要由壁掛爐主控板[5]（被測硬件）、工裝測試裝置、 PC端工裝測試軟件三部分構(gòu)成，系統(tǒng)框圖如圖1所示。

生產(chǎn)線PC端工裝測試軟件通過USB接口連接工裝測試裝置硬件進行測試功能的交互。工裝測試硬件通過TTL串口和壁掛爐主控板進行功能的設(shè)置，其他接口部分的具體測試設(shè)計如下。

風(fēng)機接口：輸出AC 220 V，直接連接220 V交流表頭，通過交流表頭的顯示可判定主控板對應(yīng)硬件電路是否有異常。

水泵接口：輸出AC 220 V，直接連接220 V交流表頭，通過交流表頭的顯示可判定主控板對應(yīng)硬件電路是否有異常。

電磁閥接口：輸出DC 24 V，直接連接24 V直流表頭，通過直流表頭的顯示可判定主控板對應(yīng)硬件電路是否有異常。

比例閥接口[6]：輸出20～250 mA PWM電流信號給比例閥。比例閥等效電路為一個約80 mH線圈和一個100 Ω的電阻，如圖2所示。本測試系統(tǒng)中，直接串聯(lián)交流電流表頭和等效電感及等效電阻，形成回路，通過交流電流表頭的顯示可以判定主控板對應(yīng)部分硬件電路是否有異常。

檢火檢測接口[7]：判斷火焰是否熄火，采用的方法是檢測火焰的離子電流?；鹧骐x子檢測可以等效成一個二極管和一個兆歐級電阻的串聯(lián)。工裝測試裝置硬件控制繼電器來控制二極管的導(dǎo)通， 仿真點火，檢火等效電路如圖3所示。

風(fēng)壓開關(guān)接口：輸入開關(guān)量，由工裝測試裝置硬件GPIO口輸出頻率為1 Hz的方波信號，壁掛爐主控板檢測到有3次以上的高低電平翻轉(zhuǎn)次數(shù)，則判定主控板對應(yīng)硬件電路正常。

采暖壓力開關(guān)接口：輸入開關(guān)量，由工裝測試裝置硬件GPIO口輸出頻率為1 Hz的方波信號，壁掛爐主控板檢測到有3次以上的高低電平翻轉(zhuǎn)次數(shù)，則判定主控板對應(yīng)硬件電路正常。

過熱保護開關(guān)接口：輸入開關(guān)量，由工裝測試裝置硬件GPIO口輸出頻率為1 Hz的方波信號，壁掛爐主控板檢測到有3次以上的高低電平翻轉(zhuǎn)次數(shù)，則判定主控板對應(yīng)硬件電路正常。

采暖溫度接口：輸入模擬量，在其端口上接入50 kΩ電阻（對應(yīng)溫度為25 ℃）提供固定電阻為50 kΩ（25 ℃），壁掛爐主控板檢測到其溫度范圍在20～30 ℃之間，則判斷對應(yīng)部分硬件正常。

沐浴溫度接口：輸入模擬量，在其端口上接入50 kΩ電阻（對應(yīng)溫度為25 ℃）提供固定電阻為50 kΩ（25 ℃），壁掛爐主控板檢測到其溫度范圍在20～30 ℃之間，則判斷對應(yīng)部分硬件正常。

水流傳感器接口：工裝測試裝置硬件產(chǎn)生200 Hz方波信號，主控板判斷脈沖計數(shù)是否大于100，若是，則判斷主控板對應(yīng)部分硬件正常。

點火檢測：直接連接兩個點火針，看是否有火弧，若有，則判斷主控板對應(yīng)部分硬件正常。

2 壁掛爐主控板工裝測試裝置硬件設(shè)計

2.1 壁掛爐主控板工裝測試裝置硬件最小系統(tǒng)電路

單片機選擇瑞薩的R7F0C907B，R7F0C90X系列微控制器[8]采用了RL78內(nèi)核，在該類產(chǎn)品上同時實現(xiàn)了高速處理性能與最低的功耗，并且擁有一系列低引腳數(shù)的廣闊產(chǎn)品陣容，適用于消費產(chǎn)品應(yīng)用。高精度±1%片上振蕩器（TA=-20～85 ℃）使CPU運行可達到24 MHz，同時內(nèi)置可選上電復(fù)位和看門狗定時器等功能，該系列產(chǎn)品具有32引腳的LQFP封裝（0.8 mm間距），適合于家電和普通消費者使用。 R7F0C907B的22管腳TXD0、23管腳RXD0和壁掛爐主控板的串口連接，實現(xiàn)測試命令的交互。工裝測試裝置硬件最小系統(tǒng)如圖4所示。

2.2 USB接口電路

CP2104是一個高度集成的USB[9]轉(zhuǎn)UART橋，并采用 4 mm×4 mm 的緊湊封裝。CP2104是USB 2.0全速設(shè)備，配有集成 USB 時鐘、穩(wěn)壓器和可編程內(nèi)存。PC端工裝測試軟件通過USB接口J3連接CP2104，通過CP2104轉(zhuǎn)化為TTL串口數(shù)據(jù)和工裝測試裝置硬件最小系統(tǒng)R7F0C907單片機通信，其中20管腳RXD1、21管腳連接R7F0C907單片機的30管腳RXD1、31管腳TXD1。USB接口電路如圖5所示。

3 PC端上位機工裝測試軟件

PC端工裝測試軟件如圖6所示，上位機軟件首先選擇USB虛擬串口，測試具體操作過程如下。

首先按下復(fù)位開關(guān)，使壁掛爐主控板復(fù)位。

（1）測試“水泵開”。點擊上位機“水泵開”，上位機顯示設(shè)置成功，串口電路沒問題。AC 220 V水泵表頭是否有220 V顯示。有顯示220 V，則水泵開正常;沒有顯示220 V，則水泵開異常。

（2）測試“水泵關(guān)”。點擊上位機“水泵關(guān)”，上位機設(shè)置成功后，AC 220 V水泵表頭是否0 V顯示。有變?yōu)? V，則水泵關(guān)正常;沒有變?yōu)? V，則水泵關(guān)異常。

（3）測試“風(fēng)機開”。點擊上位機“風(fēng)機開”，上位機顯示設(shè)置成功后，AC 220 V風(fēng)機表頭是否有220 V顯示。有顯示220 V，則風(fēng)機開正常;沒有顯示220 V，則風(fēng)機開異常。

（4）測試“過熱保護開”。按下自鎖開關(guān)，使其為按下狀態(tài)。點擊上位機“過熱保護開”，上位機設(shè)置成功后，有則正常，否則電路異常。

（5）測試“電磁閥開”。點擊上位機“電磁閥開”，上位機顯示設(shè)置成功后，DC 220 V電磁閥表頭是否顯示有高壓。有顯示則電磁閥正常，無顯示則電磁閥異常。

（6）測試“電磁閥關(guān)”。點擊上位機“電磁閥關(guān)”，上位機顯示設(shè)置成功后，DC 220 V電磁閥表頭是否顯示0 V，有則電磁閥關(guān)正常，無則電磁閥關(guān)異常。

（7）測試“硬件電磁閥輸出”。點擊上位機“硬件電磁閥輸出”，上位機顯示是否顯示設(shè)置成功。有則硬件電磁閥輸出檢測正常，無則重復(fù)兩次點擊操作后，若還是異常，則電路異常。

（8）測試“過熱保護關(guān)”。按下自鎖開關(guān)，使其為未按下狀態(tài)。點擊上位機“過熱保護關(guān)”，上位機是否返回成功。有則過熱保護關(guān)正常，無則重復(fù)兩次點擊操作后，若還是異常，則電路異常。

（9）測試“點火開”。點擊上位機“點火開”，上位機顯示設(shè)置成功后，點火針是否有火花，有則點火開正常，無則點火開異常。

（10）測試“點火關(guān)”。點擊上位機“點火關(guān)”，上位機顯示設(shè)置成功后，點火針是否有火花，無則點火關(guān)正常，有則點火關(guān)異常。

（11）測試“風(fēng)機關(guān)”。點擊上位機“風(fēng)機關(guān)”，上位機顯示設(shè)置成功后，AC 220 V風(fēng)機表頭是否有0 V顯示。有顯示0 V，則風(fēng)機關(guān)正常;沒有顯示0 V，則風(fēng)機關(guān)異常。

（12）測試“比例閥開”。點擊上位機“比例閥開”，上位機顯示設(shè)置成功后，電流表頭是否有110～150 mA之間顯示，有則比例閥開正常，無則比例閥開異常。

（13）測試“比例閥關(guān)”。點擊上位機“比例閥關(guān)”，上位機顯示設(shè)置成功后，電流表頭是否0 mA顯示，是則比例閥關(guān)正常，否則比例閥關(guān)異常。

（14）測試“采暖壓力檢測”。點擊上位機“采暖壓力檢測”，觀察上位機是否有顯示設(shè)置成功，有則采暖壓力檢測正常，無則重復(fù)兩次點擊操作后，若還是異常，則電路異常。

（15）測試“采暖溫度”。點擊上位機“采暖溫度”，觀察上位機是否有顯示設(shè)置成功，有則采暖溫度檢測正常，無則重復(fù)兩次點擊操作后，若還是異常，則電路異常。

（16）測試“沐浴溫度”。點擊上位機“沐浴溫度”，觀察上位機是否有顯示設(shè)置成功，有則沐浴溫度檢測正常，無則重復(fù)兩次點擊操作后，若還是異常，則電路異常。

（17）測試“水流傳感器”。點擊上位機“水流傳感器”，觀察上位機是否有顯示設(shè)置成功，有則水流傳感器檢測正常，無則重復(fù)兩次點擊操作后，若還是異常，則電路異常。

（18）測試“檢火檢測”。點擊上位機“檢火檢測”，觀察上位機是否有顯示設(shè)置成功，有則檢火檢測正常，無則重復(fù)兩次點擊操作后，若還是異常，則電路異常。

（19）測試“風(fēng)壓開關(guān)檢測”。點擊上位機“風(fēng)壓開關(guān)檢測”，觀察上位機是否有顯示設(shè)置成功，有則風(fēng)壓開關(guān)檢測正常，無則重復(fù)兩次點擊操作后，若還是異常，則電路異常。

4 PC端工裝測試軟件和工裝測試裝置通信協(xié)議

PC端工裝測試軟件和工裝測試裝置通信模式如圖7所示。數(shù)據(jù)發(fā)送失敗，重發(fā)三次，當重發(fā)第三次時，主控板端應(yīng)給予響應(yīng)，當作自動放棄當前這組數(shù)據(jù)，等待接收下組數(shù)據(jù)。命令包格式組成見表1所列，校驗采用CRC[10]校驗。

5 結(jié) 語

本文在研究壁掛爐主控板的基礎(chǔ)上，設(shè)計一種簡單、實用、穩(wěn)定的壁掛爐主控板工裝測試系統(tǒng)。目前該工裝測試系統(tǒng)已經(jīng)能夠有效地協(xié)助工廠生產(chǎn)人員完成對壁掛爐主控板的整體功能和性能測試，不僅大大提高了生產(chǎn)的自動化程度和效率，而且提高了產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量。同時該系統(tǒng)升級方便，維護簡單，為后續(xù)壁掛爐整機測試系統(tǒng)提供了可靠的依據(jù)。

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