壁掛爐主控板工裝測試系統設計

萬盛勇 武永華 張濤

摘 要：從壁掛爐主控板的功能和性能出發，設計生產線上工裝測試系統。該系統通過PC軟件、基于瑞薩微控制器R7F0C907B工裝測試硬件裝置的交互操作，完成對壁掛爐主控板的一系列功能測試，滿足產品的質量設計要求。該系統設計實現了壁掛爐主控板的生產線在線性能測試，為后續壁掛爐整機測試系統提供了可靠的依據。

關鍵詞：壁掛爐;工裝測試;主控板;微控制器;系統設計;在線測試

中圖分類號：TP206文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2020）02-00-04

0 引 言

壁掛爐是一種集采暖、淋浴、供生活熱水于一體，滿足現代化生活舒適感要求的家用電器[1]。由于壁掛爐是燃氣類產品，對產品的安全性能要求較高[2]，所以壁掛爐主控板在工廠生產的功能和安全檢測無疑是產品質量的重中之重。本文結合實際生產實踐設計了一種較有實際應用價值的主板工裝測試系統，通過PC端軟件和工裝測試裝置交互操作完成對壁掛爐主控板風機、水泵、比例閥[3]、電磁閥、風壓開關、壓力開關、過熱保護開關、檢火和點火電路、取暖溫度、淋浴溫度、水流傳感器等[4]功能的硬件和性能測試。本測試系統提高了產品的質量設計要求，在一線工廠得到廣泛應用。

1 壁掛爐主控板工裝測試系統

為滿足工廠生產的壁掛爐主控板硬件品質檢查，設計了該主控板的工裝測試系統，滿足主控板量產的品質要求。測試系統主要由壁掛爐主控板[5]（被測硬件）、工裝測試裝置、 PC端工裝測試軟件三部分構成，系統框圖如圖1所示。

生產線PC端工裝測試軟件通過USB接口連接工裝測試裝置硬件進行測試功能的交互。工裝測試硬件通過TTL串口和壁掛爐主控板進行功能的設置，其他接口部分的具體測試設計如下。

風機接口：輸出AC 220 V，直接連接220 V交流表頭，通過交流表頭的顯示可判定主控板對應硬件電路是否有異常。

水泵接口：輸出AC 220 V，直接連接220 V交流表頭，通過交流表頭的顯示可判定主控板對應硬件電路是否有異常。

電磁閥接口：輸出DC 24 V，直接連接24 V直流表頭，通過直流表頭的顯示可判定主控板對應硬件電路是否有異常。

比例閥接口[6]：輸出20～250 mA PWM電流信號給比例閥。比例閥等效電路為一個約80 mH線圈和一個100 Ω的電阻，如圖2所示。本測試系統中，直接串聯交流電流表頭和等效電感及等效電阻，形成回路，通過交流電流表頭的顯示可以判定主控板對應部分硬件電路是否有異常。

檢火檢測接口[7]：判斷火焰是否熄火，采用的方法是檢測火焰的離子電流?；鹧骐x子檢測可以等效成一個二極管和一個兆歐級電阻的串聯。工裝測試裝置硬件控制繼電器來控制二極管的導通， 仿真點火，檢火等效電路如圖3所示。

風壓開關接口：輸入開關量，由工裝測試裝置硬件GPIO口輸出頻率為1 Hz的方波信號，壁掛爐主控板檢測到有3次以上的高低電平翻轉次數，則判定主控板對應硬件電路正常。

采暖壓力開關接口：輸入開關量，由工裝測試裝置硬件GPIO口輸出頻率為1 Hz的方波信號，壁掛爐主控板檢測到有3次以上的高低電平翻轉次數，則判定主控板對應硬件電路正常。

過熱保護開關接口：輸入開關量，由工裝測試裝置硬件GPIO口輸出頻率為1 Hz的方波信號，壁掛爐主控板檢測到有3次以上的高低電平翻轉次數，則判定主控板對應硬件電路正常。

采暖溫度接口：輸入模擬量，在其端口上接入50 kΩ電阻（對應溫度為25 ℃）提供固定電阻為50 kΩ（25 ℃），壁掛爐主控板檢測到其溫度范圍在20～30 ℃之間，則判斷對應部分硬件正常。

沐浴溫度接口：輸入模擬量，在其端口上接入50 kΩ電阻（對應溫度為25 ℃）提供固定電阻為50 kΩ（25 ℃），壁掛爐主控板檢測到其溫度范圍在20～30 ℃之間，則判斷對應部分硬件正常。

水流傳感器接口：工裝測試裝置硬件產生200 Hz方波信號，主控板判斷脈沖計數是否大于100，若是，則判斷主控板對應部分硬件正常。

點火檢測：直接連接兩個點火針，看是否有火弧，若有，則判斷主控板對應部分硬件正常。

2 壁掛爐主控板工裝測試裝置硬件設計

2.1 壁掛爐主控板工裝測試裝置硬件最小系統電路

單片機選擇瑞薩的R7F0C907B，R7F0C90X系列微控制器[8]采用了RL78內核，在該類產品上同時實現了高速處理性能與最低的功耗，并且擁有一系列低引腳數的廣闊產品陣容，適用于消費產品應用。高精度±1%片上振蕩器（TA=-20～85 ℃）使CPU運行可達到24 MHz，同時內置可選上電復位和看門狗定時器等功能，該系列產品具有32引腳的LQFP封裝（0.8 mm間距），適合于家電和普通消費者使用。 R7F0C907B的22管腳TXD0、23管腳RXD0和壁掛爐主控板的串口連接，實現測試命令的交互。工裝測試裝置硬件最小系統如圖4所示。

2.2 USB接口電路

CP2104是一個高度集成的USB[9]轉UART橋，并采用 4 mm×4 mm 的緊湊封裝。CP2104是USB 2.0全速設備，配有集成 USB 時鐘、穩壓器和可編程內存。PC端工裝測試軟件通過USB接口J3連接CP2104，通過CP2104轉化為TTL串口數據和工裝測試裝置硬件最小系統R7F0C907單片機通信，其中20管腳RXD1、21管腳連接R7F0C907單片機的30管腳RXD1、31管腳TXD1。USB接口電路如圖5所示。

3 PC端上位機工裝測試軟件

PC端工裝測試軟件如圖6所示，上位機軟件首先選擇USB虛擬串口，測試具體操作過程如下。

首先按下復位開關，使壁掛爐主控板復位。

（1）測試“水泵開”。點擊上位機“水泵開”，上位機顯示設置成功，串口電路沒問題。AC 220 V水泵表頭是否有220 V顯示。有顯示220 V，則水泵開正常;沒有顯示220 V，則水泵開異常。

（2）測試“水泵關”。點擊上位機“水泵關”，上位機設置成功后，AC 220 V水泵表頭是否0 V顯示。有變為0 V，則水泵關正常;沒有變為0 V，則水泵關異常。

（3）測試“風機開”。點擊上位機“風機開”，上位機顯示設置成功后，AC 220 V風機表頭是否有220 V顯示。有顯示220 V，則風機開正常;沒有顯示220 V，則風機開異常。

（4）測試“過熱保護開”。按下自鎖開關，使其為按下狀態。點擊上位機“過熱保護開”，上位機設置成功后，有則正常，否則電路異常。

（5）測試“電磁閥開”。點擊上位機“電磁閥開”，上位機顯示設置成功后，DC 220 V電磁閥表頭是否顯示有高壓。有顯示則電磁閥正常，無顯示則電磁閥異常。

（6）測試“電磁閥關”。點擊上位機“電磁閥關”，上位機顯示設置成功后，DC 220 V電磁閥表頭是否顯示0 V，有則電磁閥關正常，無則電磁閥關異常。

（7）測試“硬件電磁閥輸出”。點擊上位機“硬件電磁閥輸出”，上位機顯示是否顯示設置成功。有則硬件電磁閥輸出檢測正常，無則重復兩次點擊操作后，若還是異常，則電路異常。

（8）測試“過熱保護關”。按下自鎖開關，使其為未按下狀態。點擊上位機“過熱保護關”，上位機是否返回成功。有則過熱保護關正常，無則重復兩次點擊操作后，若還是異常，則電路異常。

（9）測試“點火開”。點擊上位機“點火開”，上位機顯示設置成功后，點火針是否有火花，有則點火開正常，無則點火開異常。

（10）測試“點火關”。點擊上位機“點火關”，上位機顯示設置成功后，點火針是否有火花，無則點火關正常，有則點火關異常。

（11）測試“風機關”。點擊上位機“風機關”，上位機顯示設置成功后，AC 220 V風機表頭是否有0 V顯示。有顯示0 V，則風機關正常;沒有顯示0 V，則風機關異常。

（12）測試“比例閥開”。點擊上位機“比例閥開”，上位機顯示設置成功后，電流表頭是否有110～150 mA之間顯示，有則比例閥開正常，無則比例閥開異常。

（13）測試“比例閥關”。點擊上位機“比例閥關”，上位機顯示設置成功后，電流表頭是否0 mA顯示，是則比例閥關正常，否則比例閥關異常。

（14）測試“采暖壓力檢測”。點擊上位機“采暖壓力檢測”，觀察上位機是否有顯示設置成功，有則采暖壓力檢測正常，無則重復兩次點擊操作后，若還是異常，則電路異常。

（15）測試“采暖溫度”。點擊上位機“采暖溫度”，觀察上位機是否有顯示設置成功，有則采暖溫度檢測正常，無則重復兩次點擊操作后，若還是異常，則電路異常。

（16）測試“沐浴溫度”。點擊上位機“沐浴溫度”，觀察上位機是否有顯示設置成功，有則沐浴溫度檢測正常，無則重復兩次點擊操作后，若還是異常，則電路異常。

（17）測試“水流傳感器”。點擊上位機“水流傳感器”，觀察上位機是否有顯示設置成功，有則水流傳感器檢測正常，無則重復兩次點擊操作后，若還是異常，則電路異常。

（18）測試“檢火檢測”。點擊上位機“檢火檢測”，觀察上位機是否有顯示設置成功，有則檢火檢測正常，無則重復兩次點擊操作后，若還是異常，則電路異常。

（19）測試“風壓開關檢測”。點擊上位機“風壓開關檢測”，觀察上位機是否有顯示設置成功，有則風壓開關檢測正常，無則重復兩次點擊操作后，若還是異常，則電路異常。

4 PC端工裝測試軟件和工裝測試裝置通信協議

PC端工裝測試軟件和工裝測試裝置通信模式如圖7所示。數據發送失敗，重發三次，當重發第三次時，主控板端應給予響應，當作自動放棄當前這組數據，等待接收下組數據。命令包格式組成見表1所列，校驗采用CRC[10]校驗。

5 結 語

本文在研究壁掛爐主控板的基礎上，設計一種簡單、實用、穩定的壁掛爐主控板工裝測試系統。目前該工裝測試系統已經能夠有效地協助工廠生產人員完成對壁掛爐主控板的整體功能和性能測試，不僅大大提高了生產的自動化程度和效率，而且提高了產品的設計質量。同時該系統升級方便，維護簡單，為后續壁掛爐整機測試系統提供了可靠的依據。

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