定時可控自動上下電電測系統(tǒng)研究

張兆峰，張軍明

(1.浪潮電子信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司，山東 濟南 250000；2.山東省黃河計量研究院，山東 濟南 250000)

0 引言

隨著現(xiàn)代自動化設備的發(fā)展，企業(yè)對產(chǎn)品可靠性要求越來越高。雖然現(xiàn)在電網(wǎng)已經(jīng)非常穩(wěn)定，但設備仍不可避免地會出現(xiàn)意外斷電、上電的情況[1]。因此，在設備研發(fā)過程中，除了對設備進行基礎性的電源完整性(power integrality，PI)檢測驗證外，上下電(通斷電)的電測試可靠性也越來越成為一項重要的產(chǎn)品技術參數(shù)。目前,傳統(tǒng)的上下電可靠性測試通常分為兩種。一種需要人工手動切斷或閉合電源來完成待測設備的運轉與關斷，自動化程度低，操作可靠性差。另一種利用大功率的 AC Source，采用分布式供電。但大功率AC Source占地空間較大，放置移動困難；同時，需要定期維護，售價又過高，導致測試成本高、方案復雜、效率低[2-10]。以上兩種傳統(tǒng)方式均無法達到自動測試目的。而目前對上下電測試自動化裝置的研究仍較少。

基于以上原因，本文研究了一種基于嵌入式系統(tǒng)的定時、可控、自動控制的上下電測試方法。用戶按照已知的測試條件，輸入相關的測試數(shù)據(jù)，經(jīng)過系統(tǒng)的運算處理，控制執(zhí)行機構動作，實現(xiàn)對待測設備的通斷電開關控制，從而達到定時開關、自動控制上下電的目的。試驗證明該方法簡潔高效、成本低廉、易于維護、便于實施，且自動運行、自動存儲，實現(xiàn)了上下電的自動控制。

1 基本原理

本文研究的上下電電測系統(tǒng)基于嵌入式系統(tǒng)原理，以ARM單片機為控制核心。系統(tǒng)主要由四個單元模塊組成，分別為邏輯控制模塊、顯示模塊、偵測模塊、開關保護模塊。系統(tǒng)基本原理如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)基本原理圖

首先，通過顯示單元人機交互界面、輸入測試驗證所需的參數(shù)要求(循環(huán)測試周期、定時開啟時間，定時關斷時間)，并顯示實時的工作狀態(tài)。偵測單元偵測后端待測設備及測試系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并反饋至邏輯控制單元。邏輯控制單元主要實現(xiàn)邏輯判斷、數(shù)據(jù)存儲及邏輯控制；根據(jù)偵測單元反饋信號，判斷系統(tǒng)是否上電，并將前端設置的參數(shù)轉換成邏輯控制信號后，分別回送至顯示單元和開關保護單元。開關保護單元接收來自邏輯控制單元的控制信號，以實現(xiàn)開關控制AC線路的通斷，從而完成上下電測試。

2 系統(tǒng)組成

2.1 邏輯控制模塊

邏輯控制模塊主要由邏輯控制單元和ROM存儲單元組成。

邏輯控制單元主要由Arm Cotex-M3架構stm32f105rct6及外設組成。stm32f105系列單片機是意法半導體公司為高性能、低成本、低功耗的嵌入式應用而專門設計的芯片。其采用ARM CORTEX-M3內核，可在72 MHz的工作頻率下高速嵌入式存儲器(快閃存儲達256 B或64 B)，并提供USB OTG、以太網(wǎng)、10個定時器、2個CAN、2個12位AD轉換器、14個通信接口以及80個I/O接口。外設可選擇64針、100針封裝，可廣泛應用于多種系統(tǒng)，如電機驅動控制與應用、醫(yī)療和手持設備、控制器、逆變器、打印機、掃描儀、報警系統(tǒng)、可視對講、暖通空調和家用音響設備等。

ROM存儲單元由SPI Flash MX25V4006EM1I-13G組成。該芯片是Macronix公司生產(chǎn)的一款4Mbit CMOS串行NOR閃存，可在2.35～3.6 V下單電壓工作，可在 4 KB 扇區(qū)和 64 KB 塊上執(zhí)行程序/擦除命令十萬次以上。邏輯控制單元及存儲結構如圖2所示。

圖2 邏輯控制單元及存儲結構圖

本模塊中，邏輯控制單元接收來自觸控液晶顯示單元輸入的測試參數(shù)要求和偵測單元反饋的系統(tǒng)工作狀態(tài)信號；根據(jù)測試參數(shù)，發(fā)送控制信號至開關保護單元并經(jīng)由時鐘晶振線路計時；記錄反饋，將實時的運行狀態(tài)發(fā)送到顯示單元顯示實時工作進度(即循環(huán)周期完成次數(shù))。邏輯控制單元控制單元的控制端、輸出端和指令輸出端均為串行數(shù)據(jù)通信接口，實時數(shù)據(jù)存儲于ROM單元中。

2.2 偵測單元

偵測單元主要是偵測后端被測設備電源供應器模塊(power supply unit，PSU)狀態(tài)及測試系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并將偵測到的后端信號反饋給邏輯控制單元。邏輯控制單元根據(jù)信號的類別不同，控制開關保護模塊動作，進而實現(xiàn)上下電操作。信息反饋原理如圖3所示。

圖3 信息反饋原理圖

2.3 開關保護單元

開關保護單元是整個系統(tǒng)的上下電執(zhí)行機構。開關保護單元接收由邏輯控制單元發(fā)送的控制信號，對AC線路開關執(zhí)行開啟與關斷動作。定時開關可選擇多種方式，可采用通斷開關控制器，如MOS管、三極管或晶閘管，串聯(lián)接入火線位置。例如：選擇晶閘管應用于工作過程中，其陽極和陰極與電源和負載連接，組成晶閘管的主電路；晶閘管的門極G和陰極K與控制晶閘管的裝置連接，組成晶閘管的控制電路。晶閘管控制基本原理如圖4所示[11]。

圖4 晶閘管控制基本原理圖

2.4 顯示單元

顯示單元由LQ070S1DW01觸控液晶顯示設備組成。LQ070S1DW01觸摸屏是夏普推出的一款7.0寸a-Si TFT-LCD液晶模組產(chǎn)品，分辨率為600(RGB)×800 (SVGA)，寬高比為3∶4，像素采用RGB垂直條狀排列，裝配有WLED背光，帶觸摸屏，白光LED背光。

在顯示單元的人機交互界面中，對可靠性測試中的相關參數(shù)進行設置，包括循環(huán)測試周期、定時開啟時間、定時關斷時間等。設置后，將參數(shù)發(fā)送至邏輯控制模塊。邏輯控制模塊根據(jù)設置的參數(shù)及偵測單元反饋的信息進行邏輯控制[12]。

3 結束語

本文在可靠性測試環(huán)節(jié)中，系統(tǒng)引入基于嵌入式系統(tǒng)的、定時可控的自動上下電電測。通過單片機偵測后端系統(tǒng)工作狀態(tài)，對比輸入?yún)?shù)；由開關保護單元控制通路開關控制器管理AC線路的通斷，簡化了檢測環(huán)境設備運維需求，實現(xiàn)了自動處理、自動數(shù)據(jù)存儲等功能。通過實際測試，本系統(tǒng)的可靠性、高效性均得到了驗證，相比現(xiàn)有傳統(tǒng)方式有了極大提高。研究的系統(tǒng)在今后的儀器設備可靠性測試中具有現(xiàn)實意義。