通用控制器主板自動測試裝置的研發*

郭燦彬，吳 迪，馮凌云，羅 嵐

（1.廣東機電職業技術學院，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品的主要控制部件之一，控制器板檢測不過關容易出現產品質量問題，整套設備將不能正常工作，只能返修處理，頻繁出現狀況不但直接增加企業的運營成本，而且嚴重影響企業的品牌聲譽，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之前，企業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，檢測結果容易出錯，檢測的精度不能保證，檢測一致性與穩定性差，導致產品質量參差不齊，返修率高。為了改善這種狀況，本文研發一款全自動的檢測裝置，用于代替人工檢測的方式，減少產品的返修率，降低企業的運營成本，提高產品的質量［3－4］，該項目的立項與開發，對于提高企業的經濟效益有重要的現實意義。

1 整體方案設計

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，液晶屏作為數據輸出終端，按鈕作為數據操作輸入，各種菜單操作和測試結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，上位機發出操作指令，下位機返回檢測結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鍵部件之一，其中某一路傳感器或者電源接口出現異常都會導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項目、對應項目的檢測方法與要求、檢測結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傳感器（用定值電阻模擬傳感器），單片機采集傳感器輸入端的電壓值，只要該數值的大小在檢測人員設定的范圍之間，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，確認該引腳為高電平，然后通過單片機發出控制信號，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，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過了阻容降壓，通過單片機檢測光偶是否導通來達到檢測的目的。

1.3 檢測流程

本測試裝置主要設置了參數設置模式和檢測模式兩種調整模式，對于需要作調整的參數如5 V電源、傳感器組和電磁閥等，如需調整參數范圍的大小，就先進入參數設置模式，在參數設置完后才退出到檢測模式中。對于沒有參數調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，詳細的檢測流程如圖1所示。

圖1 檢測流程

1.4 檢測結果說明

檢測結果顯示界面：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是否正常的檢查，所以沒有參數調整），中間項是一個參數調整范圍項，其中箭頭左邊的數字是較小參數值，箭頭右邊是較大參數值。詳細說明如下。

（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）參數值范圍：主要設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值（單位，V）。

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

2 硬件設計

自動檢測裝置使用“單片機＋LCD＋串口”的硬件架構，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，工作穩定性好，開發工具簡單易用。圖2所示為自動檢測裝置的中間轉換接口接線原理，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，串口應用MAX232芯片進行單片機與PC機之間的電平轉換［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 軟件設計

自動檢測裝置軟件部分設計包括控制軟件設計和PC端軟件設計兩部分。其中，底層控制軟件設計主要包括以下軟件模塊：A／D檢測與轉換軟件模塊、數字量端口檢測軟件模塊、液晶顯示驅動軟件模塊、檢測參數設置軟件模塊、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用程序軟件設計、通訊結果處理與顯示等。由于自動檢測裝置涉及到多路的模擬量檢測，A／D檢測軟件設計好壞決定了裝置的穩定性與檢測精度，以下函數為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 企業應用

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。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端查看測試結果［6］。以下為兩種測試方式的詳細說明。

圖4 自動測試裝置實物

4.1 通過液晶顯示操作

開啟電源開關后，界面顯示兩個操作選項，一個是進入參數設置模式；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”、“上調”、“設置”和“檢測”按鈕。其中“下調”和“上調”按鈕主要用于參數的選擇以及參數值大小的調整，“設置”按鈕主要用于進入參數的設置狀態、退出檢測模式等，“檢測”按鈕用于進入檢測模式以及復用于退出參數設置模式。

（1）參數設置模式

進入參數設置模式有兩種操作方式：一是在歡迎界面上直接按設置鍵；二是在檢測模式中直接按設置鍵。兩種方式都可進入參數設置模式，默認選中的參數旁邊出現一個星號，按下調鍵或上調鍵可以移動星號選擇相對應想要作設置的參數。按設置鍵就進入參數值大小調整模式，被選中的參數在屏上不停閃動，按下調鍵或上調鍵可以減少或增加參數的大小，如果一直按下按下調鍵或上調鍵，1 s后，參數值就會不停地自動減少或自動增加，直到按鍵松開才停止。按設置鍵可以返回參數選擇界面，這樣就可以選擇不同的參數進行設置。設置完后，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，檢測結果如圖5所示。如果該項目檢測結果正常，直接顯示“合格”，如項目的檢測結果不正常，則被測項目的可調參數范圍、實際的檢測值、檢測結果狀態都會顯示出來。

圖5 檢測結果顯示界面

4.2 通過PC端操作

（1）界面說明

檢測界面如圖6所示，左側為檢測的項目名稱，右邊為檢測的結果，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置其檢測范圍。檢測結果欄里顯示了實際的檢測值和檢測狀態。

圖6 PC機顯示輸出界面

（2）操作說明

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

（3）檢測結果說明

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

此外，PC軟件端操作方式支持檢測結果自動保存與查看，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果并在PC指定目錄把檢測結果存進Excel表格，方便質檢部門日后整理與查看所有控制器主板產品的檢測記錄［8］。

5 結束語

本文針對企業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，研發了通用控制器主板自動測試裝置，其具有體積小、結構緊湊、實時性強、穩定性能好的優點，在企業的實際應用結果表明：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勢。自動檢測裝置的推廣應用，極大提高了太陽能熱水器控制器主板的質量。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。