壁挂炉主控板工装测试系统设计

万盛勇 武永华 张涛

摘 要：从壁挂炉主控板的功能和性能出发，设计生产线上工装测试系统。该系统通过PC软件、基于瑞萨微控制器R7F0C907B工装测试硬件装置的交互操作，完成对壁挂炉主控板的一系列功能测试，满足产品的质量设计要求。该系统设计实现了壁挂炉主控板的生产线在线性能测试，为后续壁挂炉整机测试系统提供了可靠的依据。

关键词：壁挂炉;工装测试;主控板;微控制器;系统设计;在线测试

中图分类号：TP206文献标识码：A文章编号：2095-1302（2020）02-00-04

0 引 言

壁挂炉是一种集采暖、淋浴、供生活热水于一体，满足现代化生活舒适感要求的家用电器[1]。由于壁挂炉是燃气类产品，对产品的安全性能要求较高[2]，所以壁挂炉主控板在工厂生产的功能和安全检测无疑是产品质量的重中之重。本文结合实际生产实践设计了一种较有实际应用价值的主板工装测试系统，通过PC端软件和工装测试装置交互操作完成对壁挂炉主控板风机、水泵、比例阀[3]、电磁阀、风压开关、压力开关、过热保护开关、检火和点火电路、取暖温度、淋浴温度、水流传感器等[4]功能的硬件和性能测试。本测试系统提高了产品的质量设计要求，在一线工廠得到广泛应用。

1 壁挂炉主控板工装测试系统

为满足工厂生产的壁挂炉主控板硬件品质检查，设计了该主控板的工装测试系统，满足主控板量产的品质要求。测试系统主要由壁挂炉主控板[5]（被测硬件）、工装测试装置、 PC端工装测试软件三部分构成，系统框图如图1所示。

生产线PC端工装测试软件通过USB接口连接工装测试装置硬件进行测试功能的交互。工装测试硬件通过TTL串口和壁挂炉主控板进行功能的设置，其他接口部分的具体测试设计如下。

风机接口：输出AC 220 V，直接连接220 V交流表头，通过交流表头的显示可判定主控板对应硬件电路是否有异常。

水泵接口：输出AC 220 V，直接连接220 V交流表头，通过交流表头的显示可判定主控板对应硬件电路是否有异常。

电磁阀接口：输出DC 24 V，直接连接24 V直流表头，通过直流表头的显示可判定主控板对应硬件电路是否有异常。

比例阀接口[6]：输出20～250 mA PWM电流信号给比例阀。比例阀等效电路为一个约80 mH线圈和一个100 Ω的电阻，如图2所示。本测试系统中，直接串联交流电流表头和等效电感及等效电阻，形成回路，通过交流电流表头的显示可以判定主控板对应部分硬件电路是否有异常。

检火检测接口[7]：判断火焰是否熄火，采用的方法是检测火焰的离子电流。火焰离子检测可以等效成一个二极管和一个兆欧级电阻的串联。工装测试装置硬件控制继电器来控制二极管的导通， 仿真点火，检火等效电路如图3所示。

风压开关接口：输入开关量，由工装测试装置硬件GPIO口输出频率为1 Hz的方波信号，壁挂炉主控板检测到有3次以上的高低电平翻转次数，则判定主控板对应硬件电路正常。

采暖压力开关接口：输入开关量，由工装测试装置硬件GPIO口输出频率为1 Hz的方波信号，壁挂炉主控板检测到有3次以上的高低电平翻转次数，则判定主控板对应硬件电路正常。

过热保护开关接口：输入开关量，由工装测试装置硬件GPIO口输出频率为1 Hz的方波信号，壁挂炉主控板检测到有3次以上的高低电平翻转次数，则判定主控板对应硬件电路正常。

采暖温度接口：输入模拟量，在其端口上接入50 kΩ电阻（对应温度为25 ℃）提供固定电阻为50 kΩ（25 ℃），壁挂炉主控板检测到其温度范围在20～30 ℃之间，则判断对应部分硬件正常。

沐浴温度接口：输入模拟量，在其端口上接入50 kΩ电阻（对应温度为25 ℃）提供固定电阻为50 kΩ（25 ℃），壁挂炉主控板检测到其温度范围在20～30 ℃之间，则判断对应部分硬件正常。

水流传感器接口：工装测试装置硬件产生200 Hz方波信号，主控板判断脉冲计数是否大于100，若是，则判断主控板对应部分硬件正常。

点火检测：直接连接两个点火针，看是否有火弧，若有，则判断主控板对应部分硬件正常。

2 壁挂炉主控板工装测试装置硬件设计

2.1 壁挂炉主控板工装测试装置硬件最小系统电路

单片机选择瑞萨的R7F0C907B，R7F0C90X系列微控制器[8]采用了RL78内核，在该类产品上同时实现了高速处理性能与最低的功耗，并且拥有一系列低引脚数的广阔产品阵容，适用于消费产品应用。高精度±1%片上振荡器（TA=-20～85 ℃）使CPU运行可达到24 MHz，同时内置可选上电复位和看门狗定时器等功能，该系列产品具有32引脚的LQFP封装（0.8 mm间距），适合于家电和普通消费者使用。 R7F0C907B的22管脚TXD0、23管脚RXD0和壁挂炉主控板的串口连接，实现测试命令的交互。工装测试装置硬件最小系统如图4所示。

2.2 USB接口电路

CP2104是一个高度集成的USB[9]转UART桥，并采用 4 mm×4 mm 的紧凑封装。CP2104是USB 2.0全速设备，配有集成 USB 时钟、稳压器和可编程内存。PC端工装测试软件通过USB接口J3连接CP2104，通过CP2104转化为TTL串口数据和工装测试装置硬件最小系统R7F0C907单片机通信，其中20管脚RXD1、21管脚连接R7F0C907单片机的30管脚RXD1、31管脚TXD1。USB接口电路如图5所示。

3 PC端上位机工装测试软件

PC端工装测试软件如图6所示，上位机软件首先选择USB虚拟串口，测试具体操作过程如下。

首先按下复位开关，使壁挂炉主控板复位。

（1）测试“水泵开”。点击上位机“水泵开”，上位机显示设置成功，串口电路没问题。AC 220 V水泵表头是否有220 V显示。有显示220 V，则水泵开正常;没有显示220 V，则水泵开异常。

（2）测试“水泵关”。点击上位机“水泵关”，上位机设置成功后，AC 220 V水泵表头是否0 V显示。有变为0 V，则水泵关正常;没有变为0 V，则水泵关异常。

（3）测试“风机开”。点击上位机“风机开”，上位机显示设置成功后，AC 220 V风机表头是否有220 V显示。有显示220 V，则风机开正常;没有显示220 V，则风机开异常。

（4）测试“过热保护开”。按下自锁开关，使其为按下状态。点击上位机“过热保护开”，上位机设置成功后，有则正常，否则电路异常。

（5）测试“电磁阀开”。点击上位机“电磁阀开”，上位机显示设置成功后，DC 220 V电磁阀表头是否显示有高压。有显示则电磁阀正常，无显示则电磁阀异常。

（6）测试“电磁阀关”。点击上位机“电磁阀关”，上位机显示设置成功后，DC 220 V电磁阀表头是否显示0 V，有则电磁阀关正常，无则电磁阀关异常。

（7）测试“硬件电磁阀输出”。点击上位机“硬件电磁阀输出”，上位机显示是否显示设置成功。有则硬件电磁阀输出检测正常，无则重复两次点击操作后，若还是异常，则电路异常。

（8）测试“过热保护关”。按下自锁开关，使其为未按下状态。点击上位机“过热保护关”，上位机是否返回成功。有则过热保护关正常，无则重复两次点击操作后，若还是异常，则电路异常。

（9）测试“点火开”。点击上位机“点火开”，上位机显示设置成功后，点火针是否有火花，有则点火开正常，无则点火开异常。

（10）测试“点火关”。点击上位机“点火关”，上位机显示设置成功后，点火针是否有火花，无则点火关正常，有则点火关异常。

（11）测试“风机关”。点击上位机“风机关”，上位机显示设置成功后，AC 220 V风机表头是否有0 V显示。有显示0 V，则风机关正常;没有显示0 V，则风机关异常。

（12）测试“比例阀开”。点击上位机“比例阀开”，上位机显示设置成功后，电流表头是否有110～150 mA之间显示，有则比例阀开正常，无则比例阀开异常。

（13）测试“比例阀关”。点击上位机“比例阀关”，上位机显示设置成功后，电流表头是否0 mA显示，是则比例阀关正常，否则比例阀关异常。

（14）测试“采暖压力检测”。点击上位机“采暖压力检测”，观察上位机是否有显示设置成功，有则采暖压力检测正常，无则重复两次点击操作后，若还是异常，则电路异常。

（15）测试“采暖温度”。点击上位机“采暖温度”，观察上位机是否有显示设置成功，有则采暖温度检测正常，无则重复两次点击操作后，若还是异常，则电路异常。

（16）测试“沐浴温度”。点击上位机“沐浴温度”，观察上位机是否有显示设置成功，有则沐浴温度检测正常，无则重复两次点击操作后，若还是异常，则电路异常。

（17）测试“水流传感器”。点击上位机“水流传感器”，观察上位机是否有显示设置成功，有则水流传感器检测正常，无则重复两次点击操作后，若还是异常，则电路异常。

（18）测试“检火检测”。点击上位机“检火检测”，观察上位机是否有显示设置成功，有则检火检测正常，无则重复两次点击操作后，若还是异常，则电路异常。

（19）测试“风压开关检测”。点击上位机“风压开关检测”，观察上位机是否有显示设置成功，有则风压开关检测正常，无则重复两次点击操作后，若还是异常，则电路异常。

4 PC端工装测试软件和工装测试装置通信协议

PC端工装测试软件和工装测试装置通信模式如图7所示。数据发送失败，重发三次，当重发第三次时，主控板端应给予响应，当作自动放弃当前这组数据，等待接收下组数据。命令包格式组成见表1所列，校验采用CRC[10]校验。

5 结 语

本文在研究壁挂炉主控板的基础上，设计一种简单、实用、稳定的壁挂炉主控板工装测试系统。目前该工装测试系统已经能够有效地协助工厂生产人员完成对壁挂炉主控板的整体功能和性能测试，不仅大大提高了生产的自动化程度和效率，而且提高了产品的设计质量。同时该系统升级方便，维护简单，为后续壁挂炉整机测试系统提供了可靠的依据。

参 考 文 献

[1]赵会刚.燃气壁挂炉分户采暖室内温度环境和能耗研究[J].节能技术，2018（2）：188-192.

[2]郇新，吴文兵，李晨阳.家用壁挂炉温度控制系统的设计[J].数字技术与应用，2016（11）：6.

[3]杨志杰.燃气热水器中水比例阀控制方式的探讨[J].日用电器，2016（4）：59-61.

[4]张宇.某型号燃气采暖热水炉控制系统的设计与实现[D].成都：电子科技大学，2013.

[5]崔杰.长江中下游地区典型户式燃气壁挂爐采暖系统研究[D].青岛：青岛理工大学，2015.

[6]鲁泓，冯良，刘永芳，等.燃气比例阀的结构及原理分析实例[J].煤气与热力，2013（10）：17-21.

[7]展召敏.基于EN298：2003安全标准的自动燃气控制器设计[J].单片机与嵌入式系统应用，2016（12）：70-73.

[8]林建和，吴小泽，梁启志.基于瑞萨单片机的燃气壁挂炉可移动控制器设计[J].中国仪器仪表，2018（4）：74-80.

[9]范晓光，赵晶，李小平，等.USB接口高速数据传输技术研究[J].军民两用技术与产品，2019（3）：56-59.

[10]何海珍，李欣，周勇，等.CRC-16算法及其单片机实现[J].工业控制计算机，2012（7）：94-95.