CN1955866A - 一种零部件的可编程试验控制器、用户编程方法和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种零部件的可编程试验控制器，由单片机、电源电路、用户输入显示电路、信号输入采集电路和输出驱动电路组成，实现用户功能命令的输入、执行、智能判断与实施跟踪，所述用户输入显示电路是可输入编程用户功能代码的按键输入显示电路；信号输入采集电路包括采集温度、湿度模拟信号和开关信号；输出驱动电路控制压缩机、加热器、加湿器、定时负载、开关负载、位控负载、多路脉冲负载的动作。本发明的控制器可用户编程，在运行中循环检测各控制逻辑、参量要求并智能纠错，可满足多种零部件的可靠性试验需求，能产生多种不同的试验工况和试验条件，适用性非常强大，特别适用于家电电器零部件的可靠性试验需要。

Description

一种零部件的可编程试验控制器、用户编程方法和控制方法

技术领域

本发明涉及电器件的试验控制技术领域，更具体地说是涉及如电冰箱、制冰机、冷柜等产品的电器零部件的可编程试验控制器、用户编程方法和控制方法。

背景技术

对于电冰箱、制冰机、冷柜等家电产品，进行关键零部件的可靠性试验是非常有必要的。因零部件的种类、功能、安装位置的不同，使用环境条件差异较大，使得模拟现有零部件工况的试验条件内涵状况、区间范围、同步逻辑关系变的异常复杂。产品可靠性试验不同于产品的性能检验，试验主要用于验证产品保持原有性能的寿命。通常的试验手段有两种，一是采用分立器件如温控表、电脑控制板、时间继电器、多路脉冲发生器、电计数器、固态继电器、中间继电器等器件组成试验控制器；二是采用工业PLC。

零部件的可靠性试验按试验方法类分，通常大于十种组合控制条件。试验控制手段除满足试验条件项目外，还需解决被试部件模拟使用条件。针对试验需求，上述两种控制手段主要存在以下几个问题：

1)对于分立器件的组合体，简单且经济，但若涵盖电压、温度、湿度、定时、多路脉冲、位置开关、单开关等试验逻辑组合全部试验条件，则逻辑组合繁琐，制作周期长，可靠性差，同时又不能解决试验零部件的模拟工况实施。

2)工业PLC可达到试验控制功能，但不同类型零部件同时试验，添加模块成本较高，且编程复杂。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种可适用于恒温器、风扇电机、湿度传感器等多种电器零部件试验的可编程试验控制器。该控制器可编译执行用户输入的功能程序命令，采集温度、湿度工况参数、开关状态，通过功能通道、脉冲通道驱动外围功能部件，达到电压、温度、湿度、定时、多路脉冲、位置开关、单开关等试验条件的组合控制的目的，以克服现有技术的不足。

本发明要解决的另一技术问题是，提供一种用于上述可编程试验控制器的用户编程方法，用户可针对不同零部件的试验项目及内容，实现多种功能组合编程或逻辑组合编程。

本发明要解决的又一技术问题是，提供一种上述可编程试验控制器的试验控制方法，根据用户指令，驱动外部安装在试验设施上的功能部件，实现温度、湿度、定时、脉冲等多种不同的试验工况和试验条件，达到满足多种零部件的可靠性试验需求的目地。

解决上述问题的方案是这样的：一种零部件的可编程试验控制器，由单片机以及与其电连接的电源电路、用户输入显示电路、信号输入采集电路和输出驱动电路组成，实现用户功能命令的输入、执行、智能判断与实施跟踪，所述用户输入显示电路是可输入编程用户功能代码的按键输入显示电路；信号输入采集电路包括采集温度、湿度模拟信号和开关信号；输出驱动电路控制压缩机、加热器、加湿器、定时负载、开关负载、位控负载、多路脉冲负载的动作。

上述的可编程试验控制器，还包括EEPROM掉电记忆电路，所述EEPROM掉电记忆电路可对试验控制器的用户自编程序进行保护；所述EEPROM掉电记忆电路可对包括用户功能、通道、逻辑状态、现行参数、现行计数值在内的试验运行过程动态情况进行保护。

一种对上述可编程试验控制器的用户编程方法，包括以下步骤：

1)建立涵盖试验工况和试验条件的用户功能基本编码及基本功能组合方式。

2)确定各功能相应输出通道的类型与代码。

3)建立各功能代码的逻辑及温度、湿度、定时功能相关逻辑编码；逻辑组合。

4)根据功能特征确定各功能的相关参数及控制范围；

5)编译计数器参数及计数控制范围。

一种控制上述可编程试验控制器的控制方法，包括以下步骤：

1)建立用户功能编码表识别功能，输入用户功能程序，编程错误智能纠错。

2)利用控制器硬件实施用户自编程序的功能、通道、逻辑、参数、计数模块的动态检查跟踪与实施跟踪，完成对功能通道、或脉冲通道外部负载的控制。

3)系统控制程序的故障检测及报警、系统自检验功能实施。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

本发明的可编程试验控制器，通过温湿度等采样电路，控制功能通道、脉冲通道来驱动外围负载，实现电压、温度、湿度、定时、多路脉冲等试验条件的组合输出，可满足多种零部件的可靠性试验需求，能产生多种不同的试验工况和试验条件，适用性非常强大。特别适用于家电电器零部件的可靠性试验需要。

附图说明

图1为本发明可编程试验控制器硬件系统示意图；

图2为本发明可编程试验控制器的温度、湿度、开关采样电路示意图；

图3为本发明可编程试验控制器的LED显示电路示意图；

图4为本发明可编程试验控制器的控制程序流程图。

具体实施方式

本发明的可编程试验控制器可对多种电器零部件按试验条件进行多种工况、不同环境条件的可靠性试验控制。下面以电冰箱的零部件试验为例，详细说明本发明的具体实施方式。

冰箱产品按配置功能需求，配有恒温器、温度传感器、风扇电机等部件，带碎冰功能电磁铁，半导体冰箱的致冷组件等等，在进行如上述各种零部件的可靠性试验时，通常需要电压、温度、湿度、定时、脉冲等试验条件的组合输出。因此需要控制器硬件具备温度、湿度、开关状态检测、控制手段与相应定时、多路脉冲、动态计数控制功能。本发明的可编程试验控制器采用ST公司的高性价比单片机(含32K的程序存储器、1024个数据存储器、32个I/O口、4个定时器、12路A/D转换器)ST72F324J6B6为控制核心，控制器的硬件线路系统如图1所示。单片机主要连接三大部分：一是通过控制器内部按键扫描电路、8位LED显示器进行按键操作，输入用户按试验条件编制的功能命令；二是外部输入信号，包括温度、湿度模拟量、位置开关及门开关采样电路；三是输出部分，6路功能通道分别连接外部安装在试验装置上的压缩机、加热器、加湿器、定时负载、开关负载、位控负载，8路脉冲驱动通道连接外部试验部件负载或用于试验部件的工况模拟。电路系统还包括掉电记忆电路(EEPROM存储器)、蜂鸣器报警、电源滤波电路。

1)电源及滤波电路

电源及滤波电路由+5V电源电路、+12V电源电路、浪涌吸收电路和电源抗干扰电路等组成。+5V电源主要向控制器供电，+12V电源向继电器供电。

2)温度采样电路、湿度采样电路、开关采样电路

参见图2，温度传感器采用热敏电阻，共2路；湿度传感器采用湿敏模块，开关采样电路包括水位开关和门开关电路。温度传感器和湿敏模块的输入均采用电阻分压原理，通过与其串接的精密电阻分压后便可得到精确的模拟电压。

采样温度、湿度、开关信号的电压值分别送到多路模拟选择开关CD4051B的相应端口，被选择输入到单片机的AD输入口。由软件控制AD口进行模数转换及算法运算、通过查表即可得到相应的温度、湿度值和开关状态。为了提高AD转换精度和克服传感器本身的离散性，在单片机AD采样电路输入口增加RC滤波电路。电路如图3所示。

3)8位LED显示电路

参见图3，为了降低控制器开发成本和合理利用单片机资源，控制器采用高亮8位LED显示，采用数字集成电路74HC595控制显示数据以减少数码管与单片机间连线。

4)功能通道、脉冲通道驱动电路

功能通道和脉冲通道驱动均为开关控制量，系统中采用具有大电流驱动能力的ULN2003集成电路驱动接口继电器，由继电器驱动相应外部试验装置上的负载，实现了强弱电之间的电隔离，有效地防止了强电磁和工频电压信号对单片机弱电控制系统的干扰。

5)掉电记忆电路

通用试验控制器要求在无人值守时、在电源断电后重新上电时系统能够按掉电前的状态自动运行，为了满足上述功能，在电路中增加了外部EEPROM掉电记忆电路，该电路采用ATmel公司的AT93C56作为掉电记忆单元，AT93C56性能稳定，状态保持时间可达100年。

本发明的试验控制器具有可编程功能，针对不同的零部件，用户可根据试验条件需要对控制控制器进行逻辑组合编程，或功能组合编程。编好后的程序按输入顺序逐条存储于外部的EEPROM中，程序即使在系统掉电后电亦能够自动恢复。若编程错误控制器会自动提示错误类型，此时用户可按表1所示的用户编程方法，按键进行修改。直至编程正确。

控制器系统程序会根据用户编程功能指令，在运行中循环检测外部输入参量及关联逻辑通道的变化，判断其是否满足用户命令中控制逻辑、参量要求，通过控制相应功能通道或脉冲通道上的外部试验装置功能部件开、停；达到实施试验条件工况、状态的目的。当功能、或脉冲通道动作次数满足用户自编程计数需求时，控制器能够自动停止其输出并报警提示。另外，该控制器还设有故障检测及报警、系统自检验等功能程序。

参见图4，试验控制器的软件采用模块化设计，便于软件的兼容性和可维护性，根据控制系统功能的要求，将软件按分时处理思想进行模块化划分，整个系统程序可以划分为主程序、中断服务程序和子程序等。系统初始化子程序包括单片机资源分配、堆栈指针初始化、控制寄存器初始化、RAM初始化等。

温度和湿度采样子程序包括AD采样、数字滤波、温度和湿度转化等。

水位开关和门开关检测子程序。

时基运算子程序根据时基中断中产生的基本时基来产生0.25S、0.5S、1S、8S、64S等时间基准，进而可以实现分时处理功能。

外部EEPROM数据处理子程序在系统上电时读AT93C56，从而可以得到系统掉电前的状态；当系统状态发生改变时立即改写AT93C56，以存储系统当前状态参数。

系统自编程子程序用于对输入的用户功能程序由控制器软件进行智能纠错判断。

系统故障检测与处理子程序，当单片机系统检测到控制器发生故障时保证单片机系统进入故障运行程序。

系统自检子程序，为了便于电路板的检验与维修，系统设置了自检子程序，自检子程序可以检验各负载的开关控制、各传感器的通断控制等。

由于软件采用模块化设计，提高了软件的可读性和可维护性，也有利于软件移植；通过软件的容错性设计，使得系统能在各种异常环境下正常运行，提高了系统的可靠性；通过指令冗余、数字滤波、用软件复位的硬件看门狗等措施，大大提高了系统的抗干扰性。

系统程序包括对用户自编程序输入代码的确认，用户编程的执行(包括功能、逻辑的编译，现场采样参数与设定参数的对比)，执行过程状态处理。其中，系统自编程的方法参见下表1用户编程方法，表2编程逻辑组合表，表3编程基本功能组合表。

                                          表1  用户编程方法

编程功能	N	N功能与n同步	功能参数		空位	计数	用户编程输入举例及代码说明
								N开/闭n逻辑	通	断	致冷℃1编程： A0100F10F300130D40EDA01(通道)00 (按参数) -10℃(通)-30℃(断)0(空位) 1(1#计数器) 30D40(20万次)ED
		致冷A0	1	00按参数通断			50～40℃					-40～50℃	0	130D40
致热A1	2				00按参数通断	致热℃2编程：A1200F050050000000EDA12(通道)00(按参数)-5℃(通)5℃(断)0(空位)000000(不计数)ED(结束)
		加湿A2	3	00按参数通断11致冷已导通RH％按参数通断02致热已关断RH％按参数通断				10～95RH％	10～95RH％	2187A0
加湿RH％编程：A230003009502187A0EDA23(通道)，00(按参数)30％(通)，95％(断)0(空位)2(2#计数器)187A0(10万次)ED
	定时A3T时间设定				4	00按参数通断11致冷已导通T4按参数通断12致热已导通T4按参数通断13加湿已导通T4按参数通断	1～960S				1～960S	0		000000	定时输出编程：A34110600600000000EDA3T(N)4(通道)，11(℃1通时)60S(同步通)060S(关断)0(空位)000000不计数ED
脉冲编程：B49240080000000000ED T0～T3通道以8S脉宽顺序导通。0(空位)不计数ED脉冲编程：B49380080000000000ED T0～T7通道以8S脉宽顺序导通。0(空位)不计数ED
		脉冲B4设定	9	24 T0～T3脉冲38 T0～T7脉冲				000
	门开关编程：B654700000000000000EDB6(门开关)5(通道)，47(开关通，N输出)000000(由输入定)，0(空位)000000不计数ED
门开关B6水位					1～8	47开关通N输出48开关断N输出			000S
		水位开关编程：B76490000000000000EDB7(水位开关)6(通道)，49(上断下通)000000(由输入定)0(空位)000000不计数ED
	开关B7		49上断下通N输出50下断上通N输出

                  表2  用户实用编程逻辑组合

                  表3  用户实用编程基本功能组合

表3说明：允许致冷、致热、加湿、定时功能编程在整个用户应用编程中容许出现两次，其功能相同，但输出通道不允许重叠，控制参数区间可以设置不同。

本发明的用户编程方法是：模拟温度、湿度、时间，脉冲、位置开关，单开关、计数等试验条件，建立用户程序基本功能代码表；以7种用户基本功能代码编程逻辑组合或编程基本功能组合的方法检验用户程序基本功能代码表。以软件评价输入单条或多条用户代码程序及应用来验证用户程序基本功能代码表，达到满足试验条件的目的。例如：

I.温度控制：通过编程致冷、致热功能方式，设逻辑代码＝00，相应通道外接压缩机和电加热器，按设定参数控制，完成单点温控或双点循环温控，可同时编程周期计数。单点温控例如50℃，双点循环温控如-40℃～50℃。

II.湿度控制：湿度功能编程方式1，设逻辑代码＝00，输出通道外接加湿器，按设定参数控制，完成单点湿度控制，如50％的湿度。

湿度功能编程方式2，改设逻辑代码＝11时，加湿功能通道外接加湿器，在外接制冷压缩机的致冷功能通道通的情况下，按设定参数控制同步动作，完成双点(如10％～90％)循环湿度控制，可同时编程周期计数。

湿度功能编程方式3，改设逻辑代码＝02，加湿功能在外接电加热器的致热通道关的情况下才能输出，按设定参数控制。

III.定时控制：定时功能编程方式1，设逻辑代码＝00，时间通道外接定时负载，按设定参数控制，可编程周期计数。

定时功能编程方式2，改设逻辑代码＝11，定时功能在致冷通道通的情况下，时间通道按设定参数控制。

定时功能编程方式3，改设逻辑代码＝12，定时功能在外接电加热器的致热通道通的情况下，时间通道按设定参数控制。

定时功能编程方式4，改设逻辑代码＝13，定时功能在外接加湿器的加湿通道通的情况下，时间通道按设定参数控制。

IV.脉冲控制：脉冲功能编程方式1，设逻辑代码＝24，控制连续4路脉冲通道输出，可同时编程周期计数，经外部电路驱动4路脉冲负载。脉宽范围为1～960S，由设定参数给定。

脉冲功能编程方式2，改设逻辑代码＝38，控制8路连续脉冲通道输出，经外部电路驱动8路脉冲负载。脉宽范围为1～960S，由设定参数给定。

V.位置开关(例如水位开关)控制：位置开关功能编程方式1，设逻辑代码＝49，可由外部位置开关(该开关上断下通)，输入状态控制编程通道(通道外接水泵)起动补水。

位置开关功能编程方式2，改设逻辑代码＝50，可由外部位置开关(该开关下断上通)，输入状态控制编程通道(外接负载)动作。

VI.门开关控制：门开关功能编程方式1，设逻辑代码＝47，可由外部门开关在开关接通的输入状态控制外接负载的编程通道动作。

门开关功能编程方式2，改设逻辑代码＝50，可由外部门开关在开关断的输入状态控制外接负载的编程通道动作。

VII.试验控制过程，功能计数可查询，计数完成，停止涉及功能通道N输出。

本发明的试验控制器的突出优点在于可编程和适用性强，试验控制器按照试验条件要求：用户可采用实用逻辑组合编程或以实用功能组合编程。

因此通过对控制器编程可实施多种零部件的可靠性试验需求，可产生温度、湿度不同的试验工况，定时、脉冲不同的试验条件，试验过程不同的行程(开关)，位置检测，具备了良好的控制效果。本发明的试验控制器已应用在冰箱、冷柜、制冰机、酒柜的关键电器零部件的可靠性试验上，经过对多种部件的试验证明，控制准确，而且试验数据真实可靠，对照以前的可靠性试验手段，具有显著的效果和突出的进步。下面以常用零部件试验为例：

I.恒温器部件：

部件的导通温度-7±6℃；断开温度6±3℃。

试验条件：要求试验容器温度范围20℃～-15℃循环交替变化，循环周期计数。

在投入试验时，编程致冷(外控压缩机)和致热(外控电加热器)2个功能通道实现温度循环。致冷通道外接压缩机，致热通道外接电加热器。

致冷功能编程为：A0100020F200101784ED。编程代码说明：试验容器20℃时压缩机通电运行，-20℃时压缩机停止工作，试验装置用1#计数器累计周期，计数达6000次时结束。

致热功能编程为：A1200F200200000000EE。编程代码说明：试验容器-20℃时加热器通电，20℃时加热器断电，无计数。

II.湿度传感器：

试验条件：在温度0℃～20℃、相对湿度25％～95％(RH)偱环交替变化的容器中试验，编程致冷、致热、加湿3个功能通道控制实现。

致冷功能编程为  A01000200000000000ED

致热功能编程为：A12000000200000000ED

加湿功能编程为：A23110250950202710EE  加湿编程代码说明：加湿功能通道在致冷功能通道通的情况下，湿度在20％时加湿器通电工作，湿度达95％时加湿器断电。2#计数器累计周期，计数达1万次时结束。

III.风扇电机

要求在高低温环境下定时控制负载工作：具体是-30℃试验24小时，50℃试验24小时，由编程通电9秒，断电9秒定时输出通道实现。定时功能编程为：A3400009009000000ED。编程代码说明：9秒接通负载，9S关断外接负载，无计数。

IV.碎冰电磁铁部件

试验要求：脉冲控制，在常温中，步幅＞10mm，通电，带牵应力试验，由编程开2秒，关闭14秒，8路脉冲输出通道实现。

脉冲功能编程为：B4938002000000000ED  编程代码说明：T0～T7脉冲通道以8秒脉宽顺序导通。无计数。

V.半导体致冷组件

试验要求用位置开关控制：将半导体致冷组件置于27℃±3℃的散热板上，给组件连续通最大温差电流5A，进行168小时的试验，而27℃±3℃的散热板冷却水水箱水位的控制方法是：编程检测水位开关的工作状态，控制N通道水泵电机实现。

位置开关功能编程为：B76490000000000000ED。编程代码说明：B7为水位开关代号，6指通道，49表示开关上断下通，试验无计数。

Claims (4)

1.一种零部件的可编程试验控制器，由单片机以及与其电连接的电源电路、用户输入显示电路、信号输入采集电路和输出驱动电路组成，实现用户功能命令的输入、执行、智能判断与实施跟踪，其特征在于：所述用户输入显示电路是可输入编程用户功能代码的按键输入显示电路；信号输入采集电路包括采集温度、湿度模拟信号和开关信号；输出驱动电路控制压缩机、加热器、加湿器、定时负载、开关负载、位控负载、多路脉冲负载的动作。

2.根据权利要求1所述的可编程试验控制器，其特征在于：还包括EEPROM掉电记忆电路，所述EEPROM掉电记忆电路可对试验控制器的用户自编程序进行保护；所述EEPROM掉电记忆电路可对包括用户功能、通道、逻辑状态、现行参数、现行计数值在内的试验运行过程动态情况进行保护。

3.一种对如权利要求1所述可编程试验控制器的用户编程方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)建立涵盖试验工况和试验条件的用户功能基本编码及基本功能组合方式；

2)确定各功能相应输出通道的类型与代码；

3)建立各功能代码的逻辑及温度、湿度、定时功能相关逻辑编码；逻辑组合；

4)根据功能特征确定各功能的相关参数及控制范围；

5)编译计数器参数及计数控制范围。

4.一种控制如权利要求1所述可编程试验控制器的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)建立用户功能编码表识别功能，输入用户功能程序，编程错误智能纠错；

2)利用控制器硬件实施用户自编程序的功能、通道、逻辑、参数、计数模块的动态检查跟踪与实施跟踪，完成对功能通道、或脉冲通道外部负载的控制；

3)系统控制程序的故障检测及报警、系统自检验功能实施。

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