基于ARM的壓力開關(guān)綜合檢測(cè)系統(tǒng)

　　作者：湯建斌1，蔣慶1，古小紅2
　　
　　摘要：為了實(shí)現(xiàn)壓力開關(guān)的作動(dòng)壓力、作動(dòng)壓差、接觸電阻、同步性能等多項(xiàng)指標(biāo)的快速檢測(cè)，研制了一種新型的基于ARM的壓力開關(guān)多參量自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)能在一個(gè)壓力升降流程內(nèi)完成所有參數(shù)的檢測(cè)、實(shí)時(shí)存儲(chǔ)并顯示數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了多工位的同時(shí)在線檢測(cè)。由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)引人了條碼技術(shù)，
　　
　　引言
　　
　　壓力開關(guān)是空調(diào)系統(tǒng)的重要部件，其性能參數(shù)直接影響到整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。目前，各壓力開關(guān)生產(chǎn)廠家對(duì)壓力開關(guān)的檢測(cè)普遍采用人工方法，即工人根據(jù)作動(dòng)聲音以及觸點(diǎn)指示燈等信息讀取壓力表，判斷是否合格。這種檢測(cè)方法對(duì)工業(yè)環(huán)境要求*，測(cè)試結(jié)果很大程度上取決于工人的主觀評(píng)判。有的廠家采用自動(dòng)化檢測(cè)設(shè)備，但是設(shè)備只能對(duì)其中某項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，不同指標(biāo)檢測(cè)要通過不同的檢測(cè)裝置，檢測(cè)周期長、檢測(cè)方式離散。
　　
　　目前很多行業(yè)尤其是汽車電子，對(duì)產(chǎn)品的要求是“*”，即要求出廠產(chǎn)品要全部達(dá)到客戶的要求，這就要求產(chǎn)品檢測(cè)過程中做到“零差錯(cuò)”。所謂“零差錯(cuò)”指的是在檢測(cè)環(huán)節(jié)中，通過一定技術(shù)和手段，防止人為和設(shè)備差錯(cuò)，使次品的剔除率達(dá)到，確保出廠*。
　　
　　本文利用傳感器技術(shù)，采用ARM處理器，研制了壓力開關(guān)多參數(shù)綜合檢測(cè)裝置。該裝置能在一個(gè)加減壓流程內(nèi)，對(duì)壓力開關(guān)的各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)進(jìn)行快速準(zhǔn)確地檢測(cè)。并且能根據(jù)不同客戶要求，靈活地轉(zhuǎn)變檢測(cè)策略，保證系統(tǒng)工作在*狀態(tài)，大大提高了工作效率和測(cè)試精度。
　　
　　1壓力開關(guān)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　
　　為滿足工業(yè)生產(chǎn)需要，檢測(cè)系統(tǒng)必須具有以下功能：①能夠完成多工位同步測(cè)試；②每個(gè)工位獨(dú)立完成各個(gè)參數(shù)的自動(dòng)檢測(cè)、良品／不良品判斷、閥組控制、數(shù)據(jù)傳輸?shù)龋虎勰軌蛲瓿筛鞴の粩?shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、查詢、統(tǒng)計(jì)、分析以及各工位參數(shù)的設(shè)置等功能；④滿足“零差錯(cuò)”檢測(cè)要求。
　　
　　技術(shù)方面要求低壓作動(dòng)壓力的測(cè)量精度小于0.01MPa、中高壓小于0.1MPa；低壓作動(dòng)壓差測(cè)量誤差小于0.01MPa，中高壓小于0.1MPa；接觸電阻的量程為200μΩ或2mΩ；同步信號(hào)的測(cè)量誤差小于50ms[l]。
　　
　　綜合檢測(cè)精度、檢測(cè)速度以及設(shè)備成本等方面的考慮，設(shè)計(jì)相應(yīng)的檢測(cè)系統(tǒng)，如圖1所示[2]。
　　
　　每個(gè)工位以ARM控制器為核心，其內(nèi)核采用具有高性能和低功耗特性的馮·諾依曼結(jié)構(gòu)[3]。根據(jù)檢測(cè)要求，驅(qū)動(dòng)控制閥組，同時(shí)檢測(cè)各待檢參數(shù)。工位之間通過RS－485總線與上位機(jī)連接，上位機(jī)通過公司局域網(wǎng)與其他PC連接。這樣公司管理層就可以通過訪問局域網(wǎng)來實(shí)時(shí)監(jiān)控各生產(chǎn)單位的工作狀態(tài)。
　　
　　為了滿足行業(yè)“零差錯(cuò)”的要求，系統(tǒng)引人了條碼技術(shù)，即在每個(gè)被檢測(cè)的產(chǎn)品上貼上產(chǎn)品標(biāo)簽。檢測(cè)前將產(chǎn)品條碼掃描進(jìn)系統(tǒng)；檢測(cè)完成后，系統(tǒng)會(huì)將對(duì)應(yīng)于該條碼的各數(shù)據(jù)打包上傳到上位機(jī)儲(chǔ)存。出廠前，產(chǎn)品流通到出廠檢測(cè)工位，檢驗(yàn)員將條碼掃人系統(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)存儲(chǔ)好的數(shù)據(jù)比對(duì)該產(chǎn)品，防止由于員工誤操作導(dǎo)致不合格產(chǎn)品未能全部剔除。另外，配合員工條碼，便于監(jiān)管。
　　
　　2控制器硬件設(shè)計(jì)
　　
　　測(cè)控系統(tǒng)以ARM為控制核心[4]，其硬件組成如圖2所示。

　　
　　中央控制模塊是處理各傳感器數(shù)據(jù)和控制輸出的核心。由ARM、電源、基準(zhǔn)電壓模塊、信息存儲(chǔ)模塊和I/O口擴(kuò)展模塊組成。按鍵由專門的按鍵集成芯片完成，以中斷的方式通過I2c總線實(shí)現(xiàn)按鍵讀取；按鍵采樣的實(shí)時(shí)性好，基本不占用CPU的資源，且操作簡單。顯示部分采用5.6英寸（1英寸＝25.4mm）256色液晶顯示。
　　
　　通信模塊實(shí)現(xiàn)ARM控制器與上位機(jī)系統(tǒng)通信。采用RS-485通信協(xié)議，它的優(yōu)點(diǎn)是具有良好的抗噪聲干擾性、很長的傳輸距離和多站通信能力。ARM控制器把處理好的數(shù)據(jù)通過該總線接口與上位機(jī)通信，同時(shí)，可以接收上位機(jī)的控制命令和參數(shù)設(shè)置等數(shù)據(jù)。條碼模塊用來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)*。條碼閱讀器選用Argox的AS-8150型2D手持虹光掃描器。其接口為PS2，讀取響應(yīng)速度快。產(chǎn)品條碼和員工條碼掃描到工位控制器，然后控制器根據(jù)設(shè)置，將其和對(duì)應(yīng)產(chǎn)品數(shù)據(jù)打包傳送到上位機(jī)。
　　
　　壓力傳感器選用0.25級(jí)4-20mA電流信號(hào)，低壓量程為0~0.6MPa、高壓量程為0~6MPa，兩者精度都比目標(biāo)精度高一個(gè)數(shù)量級(jí)，保證了系統(tǒng)的精度目標(biāo)。接觸電阻測(cè)量電路采用四線測(cè)量法，能有效地消除引線電阻的影響[5-6]。選用法蘭式振動(dòng)傳感器TZD23-26，在沒有振動(dòng)情況下，其輸出信號(hào)是2.5V直流信號(hào)；有振動(dòng)時(shí)，輸出是以2.5V為中心、上下波動(dòng)幅度大于50mV的電壓信號(hào)，幅值大小對(duì)應(yīng)振動(dòng)大小[7-8]。
　　
　　3控制器軟件結(jié)構(gòu)
　　
　　主程序流程如圖3所示。它首先完成各硬件的初始化，包括按鍵初始化、顯示初始化、控制閥組初始化、AD初始化和通信初始化等；然后讀取存儲(chǔ)器里的系統(tǒng)參數(shù)。主界面即待機(jī)畫面，等待各功能鍵按下，進(jìn)入設(shè)置、標(biāo)定、自檢以及檢測(cè)功能子模塊。


　　
　　檢測(cè)程序流程如圖4所示。它是檢測(cè)系統(tǒng)的主體部分，集成了各種修正、濾波以及檢測(cè)策略制定的功能，保證了系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和較高的檢測(cè)精度。控制器根據(jù)不同的檢測(cè)對(duì)象和檢測(cè)指標(biāo)，制定出相應(yīng)檢測(cè)策略，發(fā)送控制命令到控制閥組，優(yōu)化氣體流程，達(dá)到*檢測(cè)狀態(tài)。壓力開關(guān)對(duì)壓力產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作，控制器檢測(cè)各動(dòng)作參數(shù)及當(dāng)前壓力值，實(shí)時(shí)調(diào)整控制策略，直到檢測(cè)流程結(jié)束或根據(jù)用戶需要提前終止。
　　
　　在壓力流程中，實(shí)時(shí)采樣并顯示壓力值，當(dāng)有開關(guān)觸點(diǎn)動(dòng)作時(shí)，記錄作動(dòng)點(diǎn)壓力值，計(jì)算顯示，同時(shí)檢測(cè)接觸電阻參數(shù)；同步時(shí)間是用以檢測(cè)壓力開關(guān)的觸點(diǎn)動(dòng)作和振動(dòng)信號(hào)間的時(shí)間間隔，檢測(cè)時(shí)將其中一種信號(hào)作為計(jì)數(shù)器開始觸發(fā)信號(hào)，并以另一種信號(hào)為結(jié)束觸發(fā)信號(hào)，計(jì)數(shù)器對(duì)應(yīng)的時(shí)間即為同步時(shí)間。各功能子程序可移植性強(qiáng)、模塊效果明顯，便于檢查、修改、擴(kuò)充和閱讀。
　　
　　4實(shí)驗(yàn)結(jié)果
　　
　　表l是同一個(gè)壓力開關(guān)件在系統(tǒng)中不同工位的測(cè)試結(jié)果。結(jié)果表明，系統(tǒng)經(jīng)過標(biāo)定后，測(cè)量精度高、一致性好。

　　
　　5結(jié)束語
　　
　　2實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)測(cè)試精度高、一致性好，且檢測(cè)時(shí)間短，單個(gè)產(chǎn)品若完成全部高中低壓作動(dòng)壓力、壓差、接觸電阻、同步時(shí)間的檢測(cè)只需要20-30s的時(shí)間，而原有的測(cè)試裝置耗時(shí)要2min。同時(shí)系統(tǒng)的“零差錯(cuò)”設(shè)計(jì)，保證了出廠產(chǎn)品的合格率。其設(shè)備成本低、自動(dòng)化程度高，可以大量節(jié)省人力資源的費(fèi)用。
　　
　　參考文獻(xiàn)
　　
　　[1]蔣慶，蔡晉輝，梁國偉．傳感器在壓力開關(guān)綜合測(cè)試裝置中的應(yīng)用[J]．傳感技術(shù)學(xué)報(bào)，2006，19（3）:658－661。
　　
　　[2]張劍平．壓力開關(guān)智能化動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]信號(hào)與系統(tǒng)，2004（2）35－37.
　　
　　[3]周立功，張華．深入淺出ARM7[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005:51－52.
　　
　　[4]洪小麗，肖弦．微機(jī)測(cè)量系統(tǒng)中的抗干擾措施[J]．自動(dòng)化儀表，2007,28（7）:55－60.
　　
　　[5]熊經(jīng)先，朱煊暉．電觸點(diǎn)材料接觸電阻的測(cè)量方法[J]．電氣制造，2006（7）:45－46.
　　
　　[6]劉幗巾，李文華，藩蔣棟．電器觸點(diǎn)接觸電阻測(cè)量裝置的研究[J]，電測(cè)與儀表，2002（11）15-16
　　
　　[7]郭俊杰．機(jī)械振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中的抗干擾問題[J]．現(xiàn)代機(jī)械，2007（4）:19-21.
　　
　　[8]周華，徐華，朱均．ADXL202加速度計(jì)在振動(dòng)測(cè)試中的應(yīng)用[J].傳感器技術(shù)，2003（3）:36-35.