定時可控自動上下電電測系統研究

張兆峰，張軍明

(1.浪潮電子信息產業股份有限公司，山東 濟南 250000；2.山東省黃河計量研究院，山東 濟南 250000)

0 引言

隨著現代自動化設備的發展，企業對產品可靠性要求越來越高。雖然現在電網已經非常穩定，但設備仍不可避免地會出現意外斷電、上電的情況[1]。因此，在設備研發過程中，除了對設備進行基礎性的電源完整性(power integrality，PI)檢測驗證外，上下電(通斷電)的電測試可靠性也越來越成為一項重要的產品技術參數。目前,傳統的上下電可靠性測試通常分為兩種。一種需要人工手動切斷或閉合電源來完成待測設備的運轉與關斷，自動化程度低，操作可靠性差。另一種利用大功率的 AC Source，采用分布式供電。但大功率AC Source占地空間較大，放置移動困難；同時，需要定期維護，售價又過高，導致測試成本高、方案復雜、效率低[2-10]。以上兩種傳統方式均無法達到自動測試目的。而目前對上下電測試自動化裝置的研究仍較少。

基于以上原因，本文研究了一種基于嵌入式系統的定時、可控、自動控制的上下電測試方法。用戶按照已知的測試條件，輸入相關的測試數據，經過系統的運算處理，控制執行機構動作，實現對待測設備的通斷電開關控制，從而達到定時開關、自動控制上下電的目的。試驗證明該方法簡潔高效、成本低廉、易于維護、便于實施，且自動運行、自動存儲，實現了上下電的自動控制。

1 基本原理

本文研究的上下電電測系統基于嵌入式系統原理，以ARM單片機為控制核心。系統主要由四個單元模塊組成，分別為邏輯控制模塊、顯示模塊、偵測模塊、開關保護模塊。系統基本原理如圖1所示。

圖1 系統基本原理圖

首先，通過顯示單元人機交互界面、輸入測試驗證所需的參數要求(循環測試周期、定時開啟時間，定時關斷時間)，并顯示實時的工作狀態。偵測單元偵測后端待測設備及測試系統的工作狀態，并反饋至邏輯控制單元。邏輯控制單元主要實現邏輯判斷、數據存儲及邏輯控制；根據偵測單元反饋信號，判斷系統是否上電，并將前端設置的參數轉換成邏輯控制信號后，分別回送至顯示單元和開關保護單元。開關保護單元接收來自邏輯控制單元的控制信號，以實現開關控制AC線路的通斷，從而完成上下電測試。

2 系統組成

2.1 邏輯控制模塊

邏輯控制模塊主要由邏輯控制單元和ROM存儲單元組成。

邏輯控制單元主要由Arm Cotex-M3架構stm32f105rct6及外設組成。stm32f105系列單片機是意法半導體公司為高性能、低成本、低功耗的嵌入式應用而專門設計的芯片。其采用ARM CORTEX-M3內核，可在72 MHz的工作頻率下高速嵌入式存儲器(快閃存儲達256 B或64 B)，并提供USB OTG、以太網、10個定時器、2個CAN、2個12位AD轉換器、14個通信接口以及80個I/O接口。外設可選擇64針、100針封裝，可廣泛應用于多種系統，如電機驅動控制與應用、醫療和手持設備、控制器、逆變器、打印機、掃描儀、報警系統、可視對講、暖通空調和家用音響設備等。

ROM存儲單元由SPI Flash MX25V4006EM1I-13G組成。該芯片是Macronix公司生產的一款4Mbit CMOS串行NOR閃存，可在2.35～3.6 V下單電壓工作，可在 4 KB 扇區和 64 KB 塊上執行程序/擦除命令十萬次以上。邏輯控制單元及存儲結構如圖2所示。

圖2 邏輯控制單元及存儲結構圖

本模塊中，邏輯控制單元接收來自觸控液晶顯示單元輸入的測試參數要求和偵測單元反饋的系統工作狀態信號；根據測試參數，發送控制信號至開關保護單元并經由時鐘晶振線路計時；記錄反饋，將實時的運行狀態發送到顯示單元顯示實時工作進度(即循環周期完成次數)。邏輯控制單元控制單元的控制端、輸出端和指令輸出端均為串行數據通信接口，實時數據存儲于ROM單元中。

2.2 偵測單元

偵測單元主要是偵測后端被測設備電源供應器模塊(power supply unit，PSU)狀態及測試系統的工作狀態，并將偵測到的后端信號反饋給邏輯控制單元。邏輯控制單元根據信號的類別不同，控制開關保護模塊動作，進而實現上下電操作。信息反饋原理如圖3所示。

圖3 信息反饋原理圖

2.3 開關保護單元

開關保護單元是整個系統的上下電執行機構。開關保護單元接收由邏輯控制單元發送的控制信號，對AC線路開關執行開啟與關斷動作。定時開關可選擇多種方式，可采用通斷開關控制器，如MOS管、三極管或晶閘管，串聯接入火線位置。例如：選擇晶閘管應用于工作過程中，其陽極和陰極與電源和負載連接，組成晶閘管的主電路；晶閘管的門極G和陰極K與控制晶閘管的裝置連接，組成晶閘管的控制電路。晶閘管控制基本原理如圖4所示[11]。

圖4 晶閘管控制基本原理圖

2.4 顯示單元

顯示單元由LQ070S1DW01觸控液晶顯示設備組成。LQ070S1DW01觸摸屏是夏普推出的一款7.0寸a-Si TFT-LCD液晶模組產品，分辨率為600(RGB)×800 (SVGA)，寬高比為3∶4，像素采用RGB垂直條狀排列，裝配有WLED背光，帶觸摸屏，白光LED背光。

在顯示單元的人機交互界面中，對可靠性測試中的相關參數進行設置，包括循環測試周期、定時開啟時間、定時關斷時間等。設置后，將參數發送至邏輯控制模塊。邏輯控制模塊根據設置的參數及偵測單元反饋的信息進行邏輯控制[12]。

3 結束語

本文在可靠性測試環節中，系統引入基于嵌入式系統的、定時可控的自動上下電電測。通過單片機偵測后端系統工作狀態，對比輸入參數；由開關保護單元控制通路開關控制器管理AC線路的通斷，簡化了檢測環境設備運維需求，實現了自動處理、自動數據存儲等功能。通過實際測試，本系統的可靠性、高效性均得到了驗證，相比現有傳統方式有了極大提高。研究的系統在今后的儀器設備可靠性測試中具有現實意義。