郭燦彬，吳 迪，馮凌云，羅 嵐

（1.廣東機(jī)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(yáng)能控制板器板是承壓式太陽(yáng)能熱水器產(chǎn)品的主要控制部件之一，控制器板檢測(cè)不過(guò)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(yùn)營(yíng)成本，而且嚴(yán)重影響企業(yè)的品牌聲譽(yù)，打擊消費(fèi)者的購(gòu)買信心［1－2］。在控制器板自動(dòng)測(cè)試裝置立項(xiàng)開發(fā)之前，企業(yè)的承壓式太陽(yáng)能控制器板主要通過(guò)人工方式進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)效率較低，檢測(cè)結(jié)果容易出錯(cuò)，檢測(cè)的精度不能保證，檢測(cè)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(dòng)的檢測(cè)裝置，用于代替人工檢測(cè)的方式，減少產(chǎn)品的返修率，降低企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本，提高產(chǎn)品的質(zhì)量［3－4］，該項(xiàng)目的立項(xiàng)與開發(fā)，對(duì)于提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 整體方案設(shè)計(jì)

自動(dòng)測(cè)試裝置支持兩種檢測(cè)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(cè)試結(jié)果都通過(guò)液晶屏顯示，一目了然；第二種方案是通過(guò)PC終端應(yīng)用程序顯示輸出，通過(guò)USART串口連接下位機(jī)和上位機(jī)，上位機(jī)發(fā)出操作指令，下位機(jī)返回檢測(cè)結(jié)果并且在上位機(jī)的界面顯示輸出。

1.1 電源板檢測(cè)項(xiàng)目說(shuō)明

電源主板是承壓式太陽(yáng)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(huì)導(dǎo)致控制器不能正常工作，檢測(cè)裝置主要對(duì)以下項(xiàng)目進(jìn)行檢測(cè)：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(hào)輸出端（12 V電源電壓）、循環(huán)水泵電源信號(hào)輸出端、電加熱電源信號(hào)輸出端。表1所示為自動(dòng)檢測(cè)裝置需要進(jìn)行檢測(cè)的相關(guān)項(xiàng)目、對(duì)應(yīng)項(xiàng)目的檢測(cè)方法與要求、檢測(cè)結(jié)果異常情況分析及解決辦法。

表1 控制器板檢測(cè)項(xiàng)目

1.2 項(xiàng)目檢測(cè)原理

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

（1）傳感器組

在實(shí)際檢測(cè)的過(guò)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(jī)采集傳感器輸入端的電壓值，只要該數(shù)值的大小在檢測(cè)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(gè)端口和12 V電源電壓輸出是相連的，檢測(cè)電磁閥電壓輸出就意味著把12 V電壓也進(jìn)行了測(cè)試。首先掃描單片機(jī)的電磁閥引腳，確認(rèn)該引腳為高電平，然后通過(guò)單片機(jī)發(fā)出控制信號(hào)，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(guò)降壓處理使電壓在單片機(jī)的可測(cè)試范圍內(nèi)，通過(guò)軟件處理，在液晶輸出端還原為實(shí)際檢測(cè)到的電壓值。

（3）5 V電源電壓

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

（4）水泵電壓信號(hào)、電加熱電壓信號(hào)

由于這兩個(gè)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(guò)了阻容降壓，通過(guò)單片機(jī)檢測(cè)光偶是否導(dǎo)通來(lái)達(dá)到檢測(cè)的目的。

1.3 檢測(cè)流程

本測(cè)試裝置主要設(shè)置了參數(shù)設(shè)置模式和檢測(cè)模式兩種調(diào)整模式，對(duì)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(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置模式，在參數(shù)設(shè)置完后才退出到檢測(cè)模式中。對(duì)于沒有參數(shù)調(diào)整的檢測(cè)項(xiàng)目如水泵信號(hào)端、電加熱信號(hào)端，在檢測(cè)模式中只顯示該項(xiàng)目名稱，詳細(xì)的檢測(cè)流程如圖1所示。

圖1 檢測(cè)流程

1.4 檢測(cè)結(jié)果說(shuō)明

檢測(cè)結(jié)果顯示界面：液晶屏主要分4大項(xiàng)目顯示，左邊顯示的是要進(jìn)行檢測(cè)的項(xiàng)目（注：水泵、電磁閥電壓信號(hào)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(xiàng)是一個(gè)參數(shù)調(diào)整范圍項(xiàng)，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(shuō)明如下。

（1）檢測(cè)項(xiàng)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(hào)（5 V電源）、電磁閥電壓信號(hào)輸出端（電磁閥）、水泵電壓輸出端（水泵）、電加熱電壓信號(hào)輸出端（電加熱）。

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

（3）檢測(cè)值：實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中測(cè)量到的參數(shù)值（單位，V）。

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

2 硬件設(shè)計(jì)

自動(dòng)檢測(cè)裝置使用“單片機(jī)＋LCD＋串口”的硬件架構(gòu)，單片機(jī)采用Microchip公司的PIC系列單片機(jī)，該系列單片機(jī)接口較豐富，工作穩(wěn)定性好，開發(fā)工具簡(jiǎn)單易用。圖2所示為自動(dòng)檢測(cè)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(cè)電源板連接的關(guān)鍵通道，主要通過(guò)插線（插座）的方式把被檢測(cè)的各路傳感器模擬量和電磁閥數(shù)字量傳輸至單片機(jī)處理。圖3所示為自動(dòng)檢測(cè)裝置與PC機(jī)通訊的串口連接線路原理，PC端通過(guò)該端口與單片機(jī)建立通訊連接，串口應(yīng)用MAX232芯片進(jìn)行單片機(jī)與PC機(jī)之間的電平轉(zhuǎn)換［5］。

圖2 自動(dòng)測(cè)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(jì)

自動(dòng)檢測(cè)裝置軟件部分設(shè)計(jì)包括控制軟件設(shè)計(jì)和PC端軟件設(shè)計(jì)兩部分。其中，底層控制軟件設(shè)計(jì)主要包括以下軟件模塊：A／D檢測(cè)與轉(zhuǎn)換軟件模塊、數(shù)字量端口檢測(cè)軟件模塊、液晶顯示驅(qū)動(dòng)軟件模塊、檢測(cè)參數(shù)設(shè)置軟件模塊、按鍵掃描與處理軟件模塊、檢測(cè)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(cè)應(yīng)用程序軟件設(shè)計(jì)、通訊結(jié)果處理與顯示等。由于自動(dòng)檢測(cè)裝置涉及到多路的模擬量檢測(cè)，A／D檢測(cè)軟件設(shè)計(jì)好壞決定了裝置的穩(wěn)定性與檢測(cè)精度，以下函數(shù)為AD檢測(cè)與處理軟件功能的源代碼。

／／自動(dòng)檢測(cè)裝置AD檢測(cè)模塊源代碼

4 企業(yè)應(yīng)用

圖4所示為自動(dòng)檢測(cè)裝置的實(shí)物，后上方是液晶顯示屏，正上方是被測(cè)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(cè)試裝置支持兩種方式進(jìn)行測(cè)試操作，一種是直接在裝置上進(jìn)行操作，用戶通過(guò)液晶屏查看測(cè)試結(jié)果；另一種是用戶通過(guò)串口連接到PC端進(jìn)行測(cè)試，此時(shí)用戶直接在PC端軟件進(jìn)行操作，同時(shí)在PC端查看測(cè)試結(jié)果［6］。以下為兩種測(cè)試方式的詳細(xì)說(shuō)明。

圖4 自動(dòng)測(cè)試裝置實(shí)物

4.1 通過(guò)液晶顯示操作

開啟電源開關(guān)后，界面顯示兩個(gè)操作選項(xiàng)，一個(gè)是進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置模式；另一個(gè)是直接進(jìn)入檢測(cè)模式［7］。測(cè)試過(guò)程中所用到的按鈕如實(shí)物圖所示，該測(cè)試裝置有4個(gè)按鈕，分別是“下調(diào)”、“上調(diào)”、“設(shè)置”和“檢測(cè)”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(jìn)入?yún)?shù)的設(shè)置狀態(tài)、退出檢測(cè)模式等，“檢測(cè)”按鈕用于進(jìn)入檢測(cè)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(jìn)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(cè)模式中直接按設(shè)置鍵。兩種方式都可進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置模式，默認(rèn)選中的參數(shù)旁邊出現(xiàn)一個(gè)星號(hào)，按下調(diào)鍵或上調(diào)鍵可以移動(dòng)星號(hào)選擇相對(duì)應(yīng)想要作設(shè)置的參數(shù)。按設(shè)置鍵就進(jìn)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(dòng)，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(huì)不停地自動(dòng)減少或自動(dòng)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(jìn)行設(shè)置。設(shè)置完后，按檢測(cè)鍵可以進(jìn)入檢測(cè)模式。

（2）檢測(cè)模式

在上電歡迎界面中直接按檢測(cè)鍵或者在參數(shù)選擇界面中直接按檢測(cè)鍵，都可進(jìn)入檢測(cè)模式。在檢測(cè)模式中，按檢測(cè)鍵就進(jìn)行了一次檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如圖5所示。如果該項(xiàng)目檢測(cè)結(jié)果正常，直接顯示“合格”，如項(xiàng)目的檢測(cè)結(jié)果不正常，則被測(cè)項(xiàng)目的可調(diào)參數(shù)范圍、實(shí)際的檢測(cè)值、檢測(cè)結(jié)果狀態(tài)都會(huì)顯示出來(lái)。

圖5 檢測(cè)結(jié)果顯示界面

4.2 通過(guò)PC端操作

（1）界面說(shuō)明

檢測(cè)界面如圖6所示，左側(cè)為檢測(cè)的項(xiàng)目名稱，右邊為檢測(cè)的結(jié)果，其中檢測(cè)項(xiàng)目分傳感器端和信號(hào)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(hào)輸出端包括電磁閥信號(hào)端、水泵端和電加熱端。每個(gè)項(xiàng)目都可單獨(dú)設(shè)置其檢測(cè)范圍。檢測(cè)結(jié)果欄里顯示了實(shí)際的檢測(cè)值和檢測(cè)狀態(tài)。

圖6 PC機(jī)顯示輸出界面

（2）操作說(shuō)明

單擊軟件圖標(biāo)，整個(gè)軟件如圖中所示，開始時(shí)各個(gè)項(xiàng)目的復(fù)選框都是處于被選中的狀態(tài)（如果不需要檢測(cè)一些項(xiàng)目，就把相應(yīng)的復(fù)選框勾掉），接著設(shè)置每個(gè)檢測(cè)項(xiàng)目的檢測(cè)范圍，待全部參數(shù)設(shè)置好后，按檢測(cè)按鈕，對(duì)應(yīng)的檢測(cè)結(jié)果就會(huì)出現(xiàn)在右邊框中。

（3）檢測(cè)結(jié)果說(shuō)明

對(duì)于圖中的檢測(cè)結(jié)果，編輯框顯示了當(dāng)前的檢測(cè)值（精度為兩位小數(shù)），圖中的狀態(tài)框說(shuō)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(xiàng)目沒被選中，暫不作檢測(cè)；紅色表示實(shí)際檢測(cè)數(shù)值在檢測(cè)范圍之外，參數(shù)檢測(cè)結(jié)果不正常；綠色表示實(shí)際檢測(cè)數(shù)值在檢測(cè)范圍之內(nèi)，參數(shù)檢測(cè)結(jié)果正常。

此外，PC軟件端操作方式支持檢測(cè)結(jié)果自動(dòng)保存與查看，選擇檢測(cè)項(xiàng)目，按“檢測(cè)”按鈕，軟件在完成檢測(cè)后自動(dòng)生成檢測(cè)結(jié)果并在PC指定目錄把檢測(cè)結(jié)果存進(jìn)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(cè)記錄［8］。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)企業(yè)對(duì)通用太陽(yáng)能熱水器控制器主板檢測(cè)效率低、精度差的問題，研發(fā)了通用控制器主板自動(dòng)測(cè)試裝置，其具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、穩(wěn)定性能好的優(yōu)點(diǎn)，在企業(yè)的實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明：裝置軟件界面友好，操作簡(jiǎn)單，在檢測(cè)效率、檢測(cè)精度方面有著人工檢測(cè)不可比擬的優(yōu)勢(shì)。自動(dòng)檢測(cè)裝置的推廣應(yīng)用，極大提高了太陽(yáng)能熱水器控制器主板的質(zhì)量。此外，裝置擴(kuò)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(cè)。