定时可控自动上下电电测系统研究

张兆峰，张军明

(1.浪潮电子信息产业股份有限公司，山东 济南 250000；2.山东省黄河计量研究院，山东 济南 250000)

0 引言

随着现代自动化设备的发展，企业对产品可靠性要求越来越高。虽然现在电网已经非常稳定，但设备仍不可避免地会出现意外断电、上电的情况[1]。因此，在设备研发过程中，除了对设备进行基础性的电源完整性(power integrality，PI)检测验证外，上下电(通断电)的电测试可靠性也越来越成为一项重要的产品技术参数。目前,传统的上下电可靠性测试通常分为两种。一种需要人工手动切断或闭合电源来完成待测设备的运转与关断，自动化程度低，操作可靠性差。另一种利用大功率的 AC Source，采用分布式供电。但大功率AC Source占地空间较大，放置移动困难；同时，需要定期维护，售价又过高，导致测试成本高、方案复杂、效率低[2-10]。以上两种传统方式均无法达到自动测试目的。而目前对上下电测试自动化装置的研究仍较少。

基于以上原因，本文研究了一种基于嵌入式系统的定时、可控、自动控制的上下电测试方法。用户按照已知的测试条件，输入相关的测试数据，经过系统的运算处理，控制执行机构动作，实现对待测设备的通断电开关控制，从而达到定时开关、自动控制上下电的目的。试验证明该方法简洁高效、成本低廉、易于维护、便于实施，且自动运行、自动存储，实现了上下电的自动控制。

1 基本原理

本文研究的上下电电测系统基于嵌入式系统原理，以ARM单片机为控制核心。系统主要由四个单元模块组成，分别为逻辑控制模块、显示模块、侦测模块、开关保护模块。系统基本原理如图1所示。

图1 系统基本原理图

首先，通过显示单元人机交互界面、输入测试验证所需的参数要求(循环测试周期、定时开启时间，定时关断时间)，并显示实时的工作状态。侦测单元侦测后端待测设备及测试系统的工作状态，并反馈至逻辑控制单元。逻辑控制单元主要实现逻辑判断、数据存储及逻辑控制；根据侦测单元反馈信号，判断系统是否上电，并将前端设置的参数转换成逻辑控制信号后，分别回送至显示单元和开关保护单元。开关保护单元接收来自逻辑控制单元的控制信号，以实现开关控制AC线路的通断，从而完成上下电测试。

2 系统组成

2.1 逻辑控制模块

逻辑控制模块主要由逻辑控制单元和ROM存储单元组成。

逻辑控制单元主要由Arm Cotex-M3架构stm32f105rct6及外设组成。stm32f105系列单片机是意法半导体公司为高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用而专门设计的芯片。其采用ARM CORTEX-M3内核，可在72 MHz的工作频率下高速嵌入式存储器(快闪存储达256 B或64 B)，并提供USB OTG、以太网、10个定时器、2个CAN、2个12位AD转换器、14个通信接口以及80个I/O接口。外设可选择64针、100针封装，可广泛应用于多种系统，如电机驱动控制与应用、医疗和手持设备、控制器、逆变器、打印机、扫描仪、报警系统、可视对讲、暖通空调和家用音响设备等。

ROM存储单元由SPI Flash MX25V4006EM1I-13G组成。该芯片是Macronix公司生产的一款4Mbit CMOS串行NOR闪存，可在2.35～3.6 V下单电压工作，可在 4 KB 扇区和 64 KB 块上执行程序/擦除命令十万次以上。逻辑控制单元及存储结构如图2所示。

图2 逻辑控制单元及存储结构图

本模块中，逻辑控制单元接收来自触控液晶显示单元输入的测试参数要求和侦测单元反馈的系统工作状态信号；根据测试参数，发送控制信号至开关保护单元并经由时钟晶振线路计时；记录反馈，将实时的运行状态发送到显示单元显示实时工作进度(即循环周期完成次数)。逻辑控制单元控制单元的控制端、输出端和指令输出端均为串行数据通信接口，实时数据存储于ROM单元中。

2.2 侦测单元

侦测单元主要是侦测后端被测设备电源供应器模块(power supply unit，PSU)状态及测试系统的工作状态，并将侦测到的后端信号反馈给逻辑控制单元。逻辑控制单元根据信号的类别不同，控制开关保护模块动作，进而实现上下电操作。信息反馈原理如图3所示。

图3 信息反馈原理图

2.3 开关保护单元

开关保护单元是整个系统的上下电执行机构。开关保护单元接收由逻辑控制单元发送的控制信号，对AC线路开关执行开启与关断动作。定时开关可选择多种方式，可采用通断开关控制器，如MOS管、三极管或晶闸管，串联接入火线位置。例如：选择晶闸管应用于工作过程中，其阳极和阴极与电源和负载连接，组成晶闸管的主电路；晶闸管的门极G和阴极K与控制晶闸管的装置连接，组成晶闸管的控制电路。晶闸管控制基本原理如图4所示[11]。

图4 晶闸管控制基本原理图

2.4 显示单元

显示单元由LQ070S1DW01触控液晶显示设备组成。LQ070S1DW01触摸屏是夏普推出的一款7.0寸a-Si TFT-LCD液晶模组产品，分辨率为600(RGB)×800 (SVGA)，宽高比为3∶4，像素采用RGB垂直条状排列，装配有WLED背光，带触摸屏，白光LED背光。

在显示单元的人机交互界面中，对可靠性测试中的相关参数进行设置，包括循环测试周期、定时开启时间、定时关断时间等。设置后，将参数发送至逻辑控制模块。逻辑控制模块根据设置的参数及侦测单元反馈的信息进行逻辑控制[12]。

3 结束语

本文在可靠性测试环节中，系统引入基于嵌入式系统的、定时可控的自动上下电电测。通过单片机侦测后端系统工作状态，对比输入参数；由开关保护单元控制通路开关控制器管理AC线路的通断，简化了检测环境设备运维需求，实现了自动处理、自动数据存储等功能。通过实际测试，本系统的可靠性、高效性均得到了验证，相比现有传统方式有了极大提高。研究的系统在今后的仪器设备可靠性测试中具有现实意义。