智能馬桶暖風(fēng)烘干器檢測系統設計

0   引言

近年來(lái)，在質(zhì)檢總局大力領(lǐng)導、培育和規范下，智能馬桶產(chǎn)業(yè)規模逐漸擴大，產(chǎn)品質(zhì)量有了一定的提升，連續兩年生產(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。

1   總體方案設計

總體方案如圖1，系統構成：①外接測試儀器；②控制器；③工控機系統；④暖風(fēng)烘干器。

①外接測試儀器包含AC可調電源，絕緣耐壓儀，風(fēng)量計，溫度巡檢儀。AC可調電源用于給暖風(fēng)烘干器的電加熱系統供應電壓可調節的交流電；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。通過(guò)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(guò)控制DC電源電路給暖風(fēng)烘干器風(fēng)扇供電；繼電器驅動(dòng)電路通過(guò)繼電器控制交流接觸器的通斷達到接入和斷開(kāi)暖風(fēng)烘干器的交流供電；通過(guò)RS232通訊電路實(shí)現與絕緣耐壓儀、AC可調電源、溫度巡檢儀的通訊，控制儀器工作并獲取響應測試數據；通過(guò)USB轉TTL電路與風(fēng)量計通訊獲取風(fēng)量計的測試數據；通過(guò)RS232電路與工控機通訊，接受工控機的指令并將測試數據上傳工控機。

③工控機系統。由工控機、條碼打印機、條碼掃描槍、攝像頭組成。人機交互記錄測試數據生成測試報告并統計數據；工控機控制整個(gè)測試系統的運行并將測試數據處理后上傳數據庫；條碼打印機用于接收工控機生成的條碼內容并打??；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；攝像頭用于測試過(guò)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)扇構成。

2   控制器方案設計

2.1 總體結構

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)機的電流和電壓；USB通訊電路實(shí)現控制器與風(fēng)量計通訊；RS232電路實(shí)現控制器與系統中其它儀器設備通訊。

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)機提供直流電，采用改良型BUCK降壓電路。通過(guò)PID控制確保輸出電壓穩定在目標電壓5%，電流不大于最大值2 A 。PID控制采用電壓環(huán)作為系統的外環(huán)，電流環(huán)作為系統的內環(huán)。CC6900為電流傳感器采樣范圍為0~5 A，對應輸出信號為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)現風(fēng)量計與控制器的通訊，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)現控制器與工控機、絕緣耐壓儀、AC可調電源、溫度巡檢儀的通訊，通訊波特率統一為115.2 kbps。部分設備共用串口使用信號繼電器HFD4/12切換線(xiàn)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(guò)分壓電阻使采樣信號處于0~3 V之間并接入MCU實(shí)現采樣。

3   系統軟件設計

本系統包含風(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項測試項目。其中絕緣電阻和耐壓測試過(guò)程中，控制交流接觸器斷開(kāi)暖風(fēng)烘干器和AC可調電源、DC電源的線(xiàn)路連接，保護電源設備電路。測試樣品入庫后，通過(guò)工控機系統根據編碼規則自動(dòng)生成唯一二維碼，該二維碼作為樣品唯一標識用于樣品識別數據存儲。

整個(gè)測試流程包含了被測樣品識別，測試運行到結束（圖6）。登錄烘干器測試系統后，通過(guò)與工控機連接的掃描槍掃描樣品二維碼識別樣品，然后系統進(jìn)入到測試項目選擇界面選擇功率測試項目，點(diǎn)擊頁(yè)面中的“測試開(kāi)啟”按鈕；接到工控機發(fā)送的功率測試開(kāi)啟命令，此時(shí)控制器控制DC電源輸出，開(kāi)啟暖風(fēng)烘干器風(fēng)扇，并發(fā)送指令控制AC可調電源輸出開(kāi)啟電加熱；被測對象運行后，控制器采樣電壓電流并將數據上傳工控機；測試時(shí)間到后，控制器關(guān)閉暖風(fēng)烘干器，并向工控機發(fā)送完成報文，此時(shí)1臺工控機通過(guò)攝像頭記錄5 s測試視頻備案。整個(gè)測試系統的測試流程基本類(lèi)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項測試后，可自動(dòng)生成測試報告，測試報告包含測試結果、關(guān)鍵測試數據以及樣品圖片。

4   結論

本文從系統方案及控制器的硬件軟件設計方面介紹了智能馬桶暖風(fēng)烘干檢測系統的構成及運行過(guò)程。此系統基本實(shí)現了暖風(fēng)烘干器的標準化測試以及自動(dòng)報告生成。

（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2020年9月期）