智能馬桶暖風(fēng)烘干器檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

0   引言

近年來，在質(zhì)檢總局大力領(lǐng)導(dǎo)、培育和規(guī)范下，智能馬桶產(chǎn)業(yè)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，產(chǎn)品質(zhì)量有了一定的提升，連續(xù)兩年生產(chǎn)領(lǐng)域抽查的智能馬桶產(chǎn)品合格率有了較大的提升，全國從2015年的60%提高到2016年82.4%。目前，我國部分企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量水平等已經(jīng)達(dá)到韓國水平，但與日本制造水平仍存在差距。為了縮短與日本先進(jìn)水平的差距，企業(yè)急需一套可以對關(guān)鍵零部件的質(zhì)量和性能進(jìn)行檢測技術(shù)和設(shè)備。本文介紹智能馬桶關(guān)鍵零部件之一暖風(fēng)烘干器的檢測系統(tǒng)。

1   總體方案設(shè)計(jì)

總體方案如圖1，系統(tǒng)構(gòu)成：①外接測試儀器；②控制器；③工控機(jī)系統(tǒng)；④暖風(fēng)烘干器。

①外接測試儀器包含AC可調(diào)電源，絕緣耐壓儀，風(fēng)量計(jì)，溫度巡檢儀。AC可調(diào)電源用于給暖風(fēng)烘干器的電加熱系統(tǒng)供應(yīng)電壓可調(diào)節(jié)的交流電；絕緣耐壓儀用于測試暖風(fēng)烘干器的絕緣電阻和耐壓；風(fēng)量計(jì)用于測試暖風(fēng)烘干器的風(fēng)量；溫度巡檢儀用于測試暖風(fēng)烘干器的器件溫升。

②控制器系統(tǒng)。通過傳感器檢測暖風(fēng)烘干器加熱器交流電壓和交流電流；檢測暖風(fēng)烘干器風(fēng)扇直流電壓和直流電流；通過控制DC電源電路給暖風(fēng)烘干器風(fēng)扇供電；繼電器驅(qū)動(dòng)電路通過繼電器控制交流接觸器的通斷達(dá)到接入和斷開暖風(fēng)烘干器的交流供電；通過RS232通訊電路實(shí)現(xiàn)與絕緣耐壓儀、AC可調(diào)電源、溫度巡檢儀的通訊，控制儀器工作并獲取響應(yīng)測試數(shù)據(jù)；通過USB轉(zhuǎn)TTL電路與風(fēng)量計(jì)通訊獲取風(fēng)量計(jì)的測試數(shù)據(jù)；通過RS232電路與工控機(jī)通訊，接受工控機(jī)的指令并將測試數(shù)據(jù)上傳工控機(jī)。

③工控機(jī)系統(tǒng)。由工控機(jī)、條碼打印機(jī)、條碼掃描槍、攝像頭組成。人機(jī)交互記錄測試數(shù)據(jù)生成測試報(bào)告并統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)；工控機(jī)控制整個(gè)測試系統(tǒng)的運(yùn)行并將測試數(shù)據(jù)處理后上傳數(shù)據(jù)庫；條碼打印機(jī)用于接收工控機(jī)生成的條碼內(nèi)容并打印；條碼掃描槍用于掃描被測物上所貼的條碼并將條碼信息回傳工控機(jī)；攝像頭用于測試過程中關(guān)鍵步驟的錄像和圖片記錄。

④暖風(fēng)烘干器。由電加熱和風(fēng)扇構(gòu)成。

2   控制器方案設(shè)計(jì)

2.1 總體結(jié)構(gòu)

控制器主要包含DC電源，DC采樣，AC采樣，USB通訊電路，RS232通訊電路，繼電器驅(qū)動(dòng)等（如圖2）。

采用STM32F103RBT作為控制器的MCU。DC電源為由MCU控制的BUCK降壓斬波電路為暖風(fēng)烘干器的風(fēng)機(jī)提供直流電；AC采樣電路包含電壓采樣和電流采樣獲取暖風(fēng)烘干器電加熱的交流電壓和交流電流；DC采樣電路用于采樣風(fēng)機(jī)的電流和電壓；USB通訊電路實(shí)現(xiàn)控制器與風(fēng)量計(jì)通訊；RS232電路實(shí)現(xiàn)控制器與系統(tǒng)中其它儀器設(shè)備通訊。

2.2 核心電路介紹

2.2.1 DC電源

DC電源模塊用于暖風(fēng)烘干器風(fēng)機(jī)提供直流電，采用改良型BUCK降壓電路。通過PID控制確保輸出電壓穩(wěn)定在目標(biāo)電壓5%，電流不大于最大值2 A 。PID控制采用電壓環(huán)作為系統(tǒng)的外環(huán)，電流環(huán)作為系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)。CC6900為電流傳感器采樣范圍為0~5 A，對應(yīng)輸出信號為2.5~0.2 V。實(shí)際電壓采樣方式為將+12 V和PGND分壓后入運(yùn)放采樣兩端獲取差分電壓值（如圖3）。

圖3 DC電源

2.2.2 USB通訊電路

USB通訊電路使用CH340G芯片作為接口芯片（如圖4），該USB通訊電路主要實(shí)現(xiàn)風(fēng)量計(jì)與控制器的通訊，通訊波特率為115.2 kbps。

圖4 USB通訊電路

2.2.3 RS232串口電路

RS232電路采用SP232E作為接口芯片，主要實(shí)現(xiàn)控制器與工控機(jī)、絕緣耐壓儀、AC可調(diào)電源、溫度巡檢儀的通訊，通訊波特率統(tǒng)一為115.2 kbps。部分設(shè)備共用串口使用信號繼電器HFD4/12切換線路防止儀器誤動(dòng)作。

圖5 RS232串口電路

2.2.4 其它電路

交流電流采樣亦使用CC6900芯片，硬件電路與DC電源中的DC電流采樣相同，交流電壓采樣通過分壓電阻使采樣信號處于0~3 V之間并接入MCU實(shí)現(xiàn)采樣。

3   系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)包含風(fēng)量測試、功率測試、絕緣電阻測試、耐壓測試、溫升測試、超速測試等6項(xiàng)測試項(xiàng)目。其中絕緣電阻和耐壓測試過程中，控制交流接觸器斷開暖風(fēng)烘干器和AC可調(diào)電源、DC電源的線路連接，保護(hù)電源設(shè)備電路。測試樣品入庫后，通過工控機(jī)系統(tǒng)根據(jù)編碼規(guī)則自動(dòng)生成唯一二維碼，該二維碼作為樣品唯一標(biāo)識用于樣品識別數(shù)據(jù)存儲。

整個(gè)測試流程包含了被測樣品識別，測試運(yùn)行到結(jié)束（圖6）。登錄烘干器測試系統(tǒng)后，通過與工控機(jī)連接的掃描槍掃描樣品二維碼識別樣品，然后系統(tǒng)進(jìn)入到測試項(xiàng)目選擇界面選擇功率測試項(xiàng)目，點(diǎn)擊頁面中的“測試開啟”按鈕；接到工控機(jī)發(fā)送的功率測試開啟命令，此時(shí)控制器控制DC電源輸出，開啟暖風(fēng)烘干器風(fēng)扇，并發(fā)送指令控制AC可調(diào)電源輸出開啟電加熱；被測對象運(yùn)行后，控制器采樣電壓電流并將數(shù)據(jù)上傳工控機(jī)；測試時(shí)間到后，控制器關(guān)閉暖風(fēng)烘干器，并向工控機(jī)發(fā)送完成報(bào)文，此時(shí)1臺工控機(jī)通過攝像頭記錄5 s測試視頻備案。整個(gè)測試系統(tǒng)的測試流程基本類似。

樣品在完成風(fēng)量測試、功率測試、絕緣電阻測試、耐壓測試、溫升測試、超速測試等6項(xiàng)測試后，可自動(dòng)生成測試報(bào)告，測試報(bào)告包含測試結(jié)果、關(guān)鍵測試數(shù)據(jù)以及樣品圖片。

4   結(jié)論

本文從系統(tǒng)方案及控制器的硬件軟件設(shè)計(jì)方面介紹了智能馬桶暖風(fēng)烘干檢測系統(tǒng)的構(gòu)成及運(yùn)行過程。此系統(tǒng)基本實(shí)現(xiàn)了暖風(fēng)烘干器的標(biāo)準(zhǔn)化測試以及自動(dòng)報(bào)告生成。

（本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2020年9月期）