通用控制器主板自動測試裝置的研發(fā)*

郭燦彬，吳 迪，馮凌云，羅 嵐

（1.廣東機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣州 510515；2.中山華帝股份有限公司，廣東中山 528415）

0 引言

承壓式太陽能控制板器板是承壓式太陽能熱水器產(chǎn)品的主要控制部件之一，控制器板檢測不過關(guān)容易出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量問題，整套設(shè)備將不能正常工作，只能返修處理，頻繁出現(xiàn)狀況不但直接增加企業(yè)的運營成本，而且嚴(yán)重影響企業(yè)的品牌聲譽，打擊消費者的購買信心［1－2］。在控制器板自動測試裝置立項開發(fā)之前，企業(yè)的承壓式太陽能控制器板主要通過人工方式進行檢測，檢測效率較低，檢測結(jié)果容易出錯，檢測的精度不能保證，檢測一致性與穩(wěn)定性差，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，返修率高。為了改善這種狀況，本文研發(fā)一款全自動的檢測裝置，用于代替人工檢測的方式，減少產(chǎn)品的返修率，降低企業(yè)的運營成本，提高產(chǎn)品的質(zhì)量［3－4］，該項目的立項與開發(fā)，對于提高企業(yè)的經(jīng)濟效益有重要的現(xiàn)實意義。

1 整體方案設(shè)計

自動測試裝置支持兩種檢測操作模式：第一種方案是用液晶屏作顯示輸出，液晶屏作為數(shù)據(jù)輸出終端，按鈕作為數(shù)據(jù)操作輸入，各種菜單操作和測試結(jié)果都通過液晶屏顯示，一目了然；第二種方案是通過PC終端應(yīng)用程序顯示輸出，通過USART串口連接下位機和上位機，上位機發(fā)出操作指令，下位機返回檢測結(jié)果并且在上位機的界面顯示輸出。

1.1 電源板檢測項目說明

電源主板是承壓式太陽能熱水器控制器的主要關(guān)鍵部件之一，其中某一路傳感器或者電源接口出現(xiàn)異常都會導(dǎo)致控制器不能正常工作，檢測裝置主要對以下項目進行檢測：水箱上部溫度傳感器、水箱下部溫度傳感器、集熱器溫度傳感器、水壓傳感器、水流傳感器、5 V電源電壓、電磁閥電源信號輸出端（12 V電源電壓）、循環(huán)水泵電源信號輸出端、電加熱電源信號輸出端。表1所示為自動檢測裝置需要進行檢測的相關(guān)項目、對應(yīng)項目的檢測方法與要求、檢測結(jié)果異常情況分析及解決辦法。

表1 控制器板檢測項目

1.2 項目檢測原理

本測試裝置測試的項目較多，歸納整理可分為以下幾組，每一組變量的檢測原理如下。

（1）傳感器組

在實際檢測的過程中，用一組固定的電阻代替?zhèn)鞲衅鳎ㄓ枚ㄖ惦娮枘M傳感器），單片機采集傳感器輸入端的電壓值，只要該數(shù)值的大小在檢測人員設(shè)定的范圍之間，就表明電路板的傳感器線路正常，否則視為不合格產(chǎn)品。

（2）電磁閥（12 V電壓）

這個端口和12 V電源電壓輸出是相連的，檢測電磁閥電壓輸出就意味著把12 V電壓也進行了測試。首先掃描單片機的電磁閥引腳，確認(rèn)該引腳為高電平，然后通過單片機發(fā)出控制信號，使電路板上的繼電器閉合，電磁閥端輸出大概12 V的電壓，通過降壓處理使電壓在單片機的可測試范圍內(nèi)，通過軟件處理，在液晶輸出端還原為實際檢測到的電壓值。

（3）5 V電源電壓

先進行電阻分壓，然后輸入到單片機端檢測，原理和電磁閥（12 V電壓）檢測原理相同。

（4）水泵電壓信號、電加熱電壓信號

由于這兩個輸出端輸出的是大概220 V的交流電壓，所以在控制板上首先經(jīng)過了阻容降壓，通過單片機檢測光偶是否導(dǎo)通來達(dá)到檢測的目的。

1.3 檢測流程

本測試裝置主要設(shè)置了參數(shù)設(shè)置模式和檢測模式兩種調(diào)整模式，對于需要作調(diào)整的參數(shù)如5 V電源、傳感器組和電磁閥等，如需調(diào)整參數(shù)范圍的大小，就先進入?yún)?shù)設(shè)置模式，在參數(shù)設(shè)置完后才退出到檢測模式中。對于沒有參數(shù)調(diào)整的檢測項目如水泵信號端、電加熱信號端，在檢測模式中只顯示該項目名稱，詳細(xì)的檢測流程如圖1所示。

圖1 檢測流程

1.4 檢測結(jié)果說明

檢測結(jié)果顯示界面：液晶屏主要分4大項目顯示，左邊顯示的是要進行檢測的項目（注：水泵、電磁閥電壓信號由于只作輸出狀態(tài)是否正常的檢查，所以沒有參數(shù)調(diào)整），中間項是一個參數(shù)調(diào)整范圍項，其中箭頭左邊的數(shù)字是較小參數(shù)值，箭頭右邊是較大參數(shù)值。詳細(xì)說明如下。

（1）檢測項目：包括水箱上部傳感器（水箱上）、水箱下部傳感器（水箱下）、水壓傳感器（水壓）、水流傳感器（水流）、集熱器、5 V電源信號（5 V電源）、電磁閥電壓信號輸出端（電磁閥）、水泵電壓輸出端（水泵）、電加熱電壓信號輸出端（電加熱）。

（2）參數(shù)值范圍：主要設(shè)置實際檢測值的范圍（單位，V）。

（3）檢測值：實際檢測過程中測量到的參數(shù)值（單位，V）。

（4）檢測結(jié)果：如果實際的檢測值在該設(shè)置的范圍內(nèi)，表明檢測結(jié)果正常，檢測結(jié)果顯示“合格”；否則檢測結(jié)果不正常，顯示“不合格”。

2 硬件設(shè)計

自動檢測裝置使用“單片機＋LCD＋串口”的硬件架構(gòu)，單片機采用Microchip公司的PIC系列單片機，該系列單片機接口較豐富，工作穩(wěn)定性好，開發(fā)工具簡單易用。圖2所示為自動檢測裝置的中間轉(zhuǎn)換接口接線原理，是裝置主控制板與被檢測電源板連接的關(guān)鍵通道，主要通過插線（插座）的方式把被檢測的各路傳感器模擬量和電磁閥數(shù)字量傳輸至單片機處理。圖3所示為自動檢測裝置與PC機通訊的串口連接線路原理，PC端通過該端口與單片機建立通訊連接，串口應(yīng)用MAX232芯片進行單片機與PC機之間的電平轉(zhuǎn)換［5］。

圖2 自動測試裝置主控MCU接口電路

圖3 串口接口線路連接

3 軟件設(shè)計

自動檢測裝置軟件部分設(shè)計包括控制軟件設(shè)計和PC端軟件設(shè)計兩部分。其中，底層控制軟件設(shè)計主要包括以下軟件模塊：A／D檢測與轉(zhuǎn)換軟件模塊、數(shù)字量端口檢測軟件模塊、液晶顯示驅(qū)動軟件模塊、檢測參數(shù)設(shè)置軟件模塊、按鍵掃描與處理軟件模塊、檢測處理與顯示軟件模塊、串口通信軟件模塊；PC端軟件部分主要包括檢測應(yīng)用程序軟件設(shè)計、通訊結(jié)果處理與顯示等。由于自動檢測裝置涉及到多路的模擬量檢測，A／D檢測軟件設(shè)計好壞決定了裝置的穩(wěn)定性與檢測精度，以下函數(shù)為AD檢測與處理軟件功能的源代碼。

／／自動檢測裝置AD檢測模塊源代碼

4 企業(yè)應(yīng)用

圖4所示為自動檢測裝置的實物，后上方是液晶顯示屏，正上方是被測試電源主板的卡座，裝置的前方是控制按鈕，后方是電源接口，右邊是電源的開關(guān)。測試裝置支持兩種方式進行測試操作，一種是直接在裝置上進行操作，用戶通過液晶屏查看測試結(jié)果；另一種是用戶通過串口連接到PC端進行測試，此時用戶直接在PC端軟件進行操作，同時在PC端查看測試結(jié)果［6］。以下為兩種測試方式的詳細(xì)說明。

圖4 自動測試裝置實物

4.1 通過液晶顯示操作

開啟電源開關(guān)后，界面顯示兩個操作選項，一個是進入?yún)?shù)設(shè)置模式；另一個是直接進入檢測模式［7］。測試過程中所用到的按鈕如實物圖所示，該測試裝置有4個按鈕，分別是“下調(diào)”、“上調(diào)”、“設(shè)置”和“檢測”按鈕。其中“下調(diào)”和“上調(diào)”按鈕主要用于參數(shù)的選擇以及參數(shù)值大小的調(diào)整，“設(shè)置”按鈕主要用于進入?yún)?shù)的設(shè)置狀態(tài)、退出檢測模式等，“檢測”按鈕用于進入檢測模式以及復(fù)用于退出參數(shù)設(shè)置模式。

（1）參數(shù)設(shè)置模式

進入?yún)?shù)設(shè)置模式有兩種操作方式：一是在歡迎界面上直接按設(shè)置鍵；二是在檢測模式中直接按設(shè)置鍵。兩種方式都可進入?yún)?shù)設(shè)置模式，默認(rèn)選中的參數(shù)旁邊出現(xiàn)一個星號，按下調(diào)鍵或上調(diào)鍵可以移動星號選擇相對應(yīng)想要作設(shè)置的參數(shù)。按設(shè)置鍵就進入?yún)?shù)值大小調(diào)整模式，被選中的參數(shù)在屏上不停閃動，按下調(diào)鍵或上調(diào)鍵可以減少或增加參數(shù)的大小，如果一直按下按下調(diào)鍵或上調(diào)鍵，1 s后，參數(shù)值就會不停地自動減少或自動增加，直到按鍵松開才停止。按設(shè)置鍵可以返回參數(shù)選擇界面，這樣就可以選擇不同的參數(shù)進行設(shè)置。設(shè)置完后，按檢測鍵可以進入檢測模式。

（2）檢測模式

在上電歡迎界面中直接按檢測鍵或者在參數(shù)選擇界面中直接按檢測鍵，都可進入檢測模式。在檢測模式中，按檢測鍵就進行了一次檢測，檢測結(jié)果如圖5所示。如果該項目檢測結(jié)果正常，直接顯示“合格”，如項目的檢測結(jié)果不正常，則被測項目的可調(diào)參數(shù)范圍、實際的檢測值、檢測結(jié)果狀態(tài)都會顯示出來。

圖5 檢測結(jié)果顯示界面

4.2 通過PC端操作

（1）界面說明

檢測界面如圖6所示，左側(cè)為檢測的項目名稱，右邊為檢測的結(jié)果，其中檢測項目分傳感器端和信號輸出端。傳感器包括5 V電源、水箱上部傳感器、水箱下部傳感器、集熱器、水壓傳感器和水流傳感器；信號輸出端包括電磁閥信號端、水泵端和電加熱端。每個項目都可單獨設(shè)置其檢測范圍。檢測結(jié)果欄里顯示了實際的檢測值和檢測狀態(tài)。

圖6 PC機顯示輸出界面

（2）操作說明

單擊軟件圖標(biāo)，整個軟件如圖中所示，開始時各個項目的復(fù)選框都是處于被選中的狀態(tài)（如果不需要檢測一些項目，就把相應(yīng)的復(fù)選框勾掉），接著設(shè)置每個檢測項目的檢測范圍，待全部參數(shù)設(shè)置好后，按檢測按鈕，對應(yīng)的檢測結(jié)果就會出現(xiàn)在右邊框中。

（3）檢測結(jié)果說明

對于圖中的檢測結(jié)果，編輯框顯示了當(dāng)前的檢測值（精度為兩位小數(shù)），圖中的狀態(tài)框說明如下：正方形小圖框分3種顏色，默認(rèn)值為藍(lán)色，表示該項目沒被選中，暫不作檢測；紅色表示實際檢測數(shù)值在檢測范圍之外，參數(shù)檢測結(jié)果不正常；綠色表示實際檢測數(shù)值在檢測范圍之內(nèi)，參數(shù)檢測結(jié)果正常。

此外，PC軟件端操作方式支持檢測結(jié)果自動保存與查看，選擇檢測項目，按“檢測”按鈕，軟件在完成檢測后自動生成檢測結(jié)果并在PC指定目錄把檢測結(jié)果存進Excel表格，方便質(zhì)檢部門日后整理與查看所有控制器主板產(chǎn)品的檢測記錄［8］。

5 結(jié)束語

本文針對企業(yè)對通用太陽能熱水器控制器主板檢測效率低、精度差的問題，研發(fā)了通用控制器主板自動測試裝置，其具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、實時性強、穩(wěn)定性能好的優(yōu)點，在企業(yè)的實際應(yīng)用結(jié)果表明：裝置軟件界面友好，操作簡單，在檢測效率、檢測精度方面有著人工檢測不可比擬的優(yōu)勢。自動檢測裝置的推廣應(yīng)用，極大提高了太陽能熱水器控制器主板的質(zhì)量。此外，裝置擴展性好，只需改變卡座位置，即可用于其他類型的控制器主板檢測。