智能马桶暖风烘干器检测系统设计

0   引言

近年来，在质检总局大力领导、培育和规范下，智能马桶产业规模逐渐扩大，产品质量有了一定的提升，连续两年生产领域抽查的智能马桶产品合格率有了较大的提升，全国从2015年的60%提高到2016年82.4%。目前，我国部分企业的产品质量水平等已经达到韩国水平，但与日本制造水平仍存在差距。为了缩短与日本先进水平的差距，企业急需一套可以对关键零部件的质量和性能进行检测技术和设备。本文介绍智能马桶关键零部件之一暖风烘干器的检测系统。

1   总体方案设计

总体方案如图1，系统构成：①外接测试仪器；②控制器；③工控机系统；④暖风烘干器。

①外接测试仪器包含AC可调电源，绝缘耐压仪，风量计，温度巡检仪。AC可调电源用于给暖风烘干器的电加热系统供应电压可调节的交流电；绝缘耐压仪用于测试暖风烘干器的绝缘电阻和耐压；风量计用于测试暖风烘干器的风量；温度巡检仪用于测试暖风烘干器的器件温升。

②控制器系统。通过传感器检测暖风烘干器加热器交流电压和交流电流；检测暖风烘干器风扇直流电压和直流电流；通过控制DC电源电路给暖风烘干器风扇供电；继电器驱动电路通过继电器控制交流接触器的通断达到接入和断开暖风烘干器的交流供电；通过RS232通讯电路实现与绝缘耐压仪、AC可调电源、温度巡检仪的通讯，控制仪器工作并获取响应测试数据；通过USB转TTL电路与风量计通讯获取风量计的测试数据；通过RS232电路与工控机通讯，接受工控机的指令并将测试数据上传工控机。

③工控机系统。由工控机、条码打印机、条码扫描枪、摄像头组成。人机交互记录测试数据生成测试报告并统计数据；工控机控制整个测试系统的运行并将测试数据处理后上传数据库；条码打印机用于接收工控机生成的条码内容并打印；条码扫描枪用于扫描被测物上所贴的条码并将条码信息回传工控机；摄像头用于测试过程中关键步骤的录像和图片记录。

④暖风烘干器。由电加热和风扇构成。

2   控制器方案设计

2.1 总体结构

控制器主要包含DC电源，DC采样，AC采样，USB通讯电路，RS232通讯电路，继电器驱动等（如图2）。

采用STM32F103RBT作为控制器的MCU。DC电源为由MCU控制的BUCK降压斩波电路为暖风烘干器的风机提供直流电；AC采样电路包含电压采样和电流采样获取暖风烘干器电加热的交流电压和交流电流；DC采样电路用于采样风机的电流和电压；USB通讯电路实现控制器与风量计通讯；RS232电路实现控制器与系统中其它仪器设备通讯。

2.2 核心电路介绍

2.2.1 DC电源

DC电源模块用于暖风烘干器风机提供直流电，采用改良型BUCK降压电路。通过PID控制确保输出电压稳定在目标电压5%，电流不大于最大值2 A 。PID控制采用电压环作为系统的外环，电流环作为系统的内环。CC6900为电流传感器采样范围为0~5 A，对应输出信号为2.5~0.2 V。实际电压采样方式为将+12 V和PGND分压后入运放采样两端获取差分电压值（如图3）。

图3 DC电源

2.2.2 USB通讯电路

USB通讯电路使用CH340G芯片作为接口芯片（如图4），该USB通讯电路主要实现风量计与控制器的通讯，通讯波特率为115.2 kbps。

图4 USB通讯电路

2.2.3 RS232串口电路

RS232电路采用SP232E作为接口芯片，主要实现控制器与工控机、绝缘耐压仪、AC可调电源、温度巡检仪的通讯，通讯波特率统一为115.2 kbps。部分设备共用串口使用信号继电器HFD4/12切换线路防止仪器误动作。

图5 RS232串口电路

2.2.4 其它电路

交流电流采样亦使用CC6900芯片，硬件电路与DC电源中的DC电流采样相同，交流电压采样通过分压电阻使采样信号处于0~3 V之间并接入MCU实现采样。

3   系统软件设计

本系统包含风量测试、功率测试、绝缘电阻测试、耐压测试、温升测试、超速测试等6项测试项目。其中绝缘电阻和耐压测试过程中，控制交流接触器断开暖风烘干器和AC可调电源、DC电源的线路连接，保护电源设备电路。测试样品入库后，通过工控机系统根据编码规则自动生成唯一二维码，该二维码作为样品唯一标识用于样品识别数据存储。

整个测试流程包含了被测样品识别，测试运行到结束（图6）。登录烘干器测试系统后，通过与工控机连接的扫描枪扫描样品二维码识别样品，然后系统进入到测试项目选择界面选择功率测试项目，点击页面中的“测试开启”按钮；接到工控机发送的功率测试开启命令，此时控制器控制DC电源输出，开启暖风烘干器风扇，并发送指令控制AC可调电源输出开启电加热；被测对象运行后，控制器采样电压电流并将数据上传工控机；测试时间到后，控制器关闭暖风烘干器，并向工控机发送完成报文，此时1台工控机通过摄像头记录5 s测试视频备案。整个测试系统的测试流程基本类似。

样品在完成风量测试、功率测试、绝缘电阻测试、耐压测试、温升测试、超速测试等6项测试后，可自动生成测试报告，测试报告包含测试结果、关键测试数据以及样品图片。

4   结论

本文从系统方案及控制器的硬件软件设计方面介绍了智能马桶暖风烘干检测系统的构成及运行过程。此系统基本实现了暖风烘干器的标准化测试以及自动报告生成。

（本文来源于《电子产品世界》杂志2020年9月期）