智能馬桶暖風烘干器檢測系統設計

0   引言

近年來，在質檢總局大力領導、培育和規范下，智能馬桶產業規模逐漸擴大，產品質量有了一定的提升，連續兩年生產領域抽查的智能馬桶產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，我國部分企業的產品質量水平等已經達到韓國水平，但與日本制造水平仍存在差距。為了縮短與日本先進水平的差距，企業急需一套可以對關鍵零部件的質量和性能進行檢測技術和設備。本文介紹智能馬桶關鍵零部件之一暖風烘干器的檢測系統。

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暖風烘干器。

①外接測試儀器包含AC可調電源，絕緣耐壓儀，風量計，溫度巡檢儀。AC可調電源用于給暖風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烘干器的絕緣電阻和耐壓；風量計用于測試暖風烘干器的風量；溫度巡檢儀用于測試暖風烘干器的器件溫升。

②控制器系統。通過傳感器檢測暖風烘干器加熱器交流電壓和交流電流；檢測暖風烘干器風扇直流電壓和直流電流；通過控制DC電源電路給暖風烘干器風扇供電；繼電器驅動電路通過繼電器控制交流接觸器的通斷達到接入和斷開暖風烘干器的交流供電；通過RS232通訊電路實現與絕緣耐壓儀、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USB轉TTL電路與風量計通訊獲取風量計的測試數據；通過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；攝像頭用于測試過程中關鍵步驟的錄像和圖片記錄。

④暖風烘干器。由電加熱和風扇構成。

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烘干器的風機提供直流電；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機的電流和電壓；USB通訊電路實現控制器與風量計通訊；RS232電路實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電源模塊用于暖風烘干器風機提供直流電，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控制采用電壓環作為系統的外環，電流環作為系統的內環。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通訊電路主要實現風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切換線路防止儀器誤動作。

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實現采樣。

3   系統軟件設計

本系統包含風量測試、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程中，控制交流接觸器斷開暖風烘干器和AC可調電源、DC電源的線路連接，保護電源設備電路。測試樣品入庫后，通過工控機系統根據編碼規則自動生成唯一二維碼，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，然后系統進入到測試項目選擇界面選擇功率測試項目，點擊頁面中的“測試開啟”按鈕；接到工控機發送的功率測試開啟命令，此時控制器控制DC電源輸出，開啟暖風烘干器風扇，并發送指令控制AC可調電源輸出開啟電加熱；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；測試時間到后，控制器關閉暖風烘干器，并向工控機發送完成報文，此時1臺工控機通過攝像頭記錄5 s測試視頻備案。整個測試系統的測試流程基本類似。

樣品在完成風量測試、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，可自動生成測試報告，測試報告包含測試結果、關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烘干檢測系統的構成及運行過程。此系統基本實現了暖風烘干器的標準化測試以及自動報告生成。

（本文來源于《電子產品世界》雜志2020年9月期）