基于ARM的壓力開關綜合檢測系統

　　作者：湯建斌1，蔣慶1，古小紅2
　　
　　摘要：為了實現壓力開關的作動壓力、作動壓差、接觸電阻、同步性能等多項指標的快速檢測，研制了一種新型的基于ARM的壓力開關多參量自動檢測系統。該系統能在一個壓力升降流程內完成所有參數的檢測、實時存儲并顯示數據，實現了多工位的同時在線檢測。由于系統設計引人了條碼技術，
　　
　　引言
　　
　　壓力開關是空調系統的重要部件，其性能參數直接影響到整個空調系統的運行狀態。目前，各壓力開關生產廠家對壓力開關的檢測普遍采用人工方法，即工人根據作動聲音以及觸點指示燈等信息讀取壓力表，判斷是否合格。這種檢測方法對工業環境要求*，測試結果很大程度上取決于工人的主觀評判。有的廠家采用自動化檢測設備，但是設備只能對其中某項指標進行檢測，不同指標檢測要通過不同的檢測裝置，檢測周期長、檢測方式離散。
　　
　　目前很多行業尤其是汽車電子，對產品的要求是“*”，即要求出廠產品要全部達到客戶的要求，這就要求產品檢測過程中做到“零差錯”。所謂“零差錯”指的是在檢測環節中，通過一定技術和手段，防止人為和設備差錯，使次品的剔除率達到，確保出廠*。
　　
　　本文利用傳感器技術，采用ARM處理器，研制了壓力開關多參數綜合檢測裝置。該裝置能在一個加減壓流程內，對壓力開關的各項檢測指標進行快速準確地檢測。并且能根據不同客戶要求，靈活地轉變檢測策略，保證系統工作在*狀態，大大提高了工作效率和測試精度。
　　
　　1壓力開關檢測系統設計
　　
　　為滿足工業生產需要，檢測系統必須具有以下功能：①能夠完成多工位同步測試；②每個工位獨立完成各個參數的自動檢測、良品／不良品判斷、閥組控制、數據傳輸等；③能夠完成各工位數據的采集、存儲、查詢、統計、分析以及各工位參數的設置等功能；④滿足“零差錯”檢測要求。
　　
　　技術方面要求低壓作動壓力的測量精度小于0.01MPa、中高壓小于0.1MPa；低壓作動壓差測量誤差小于0.01MPa，中高壓小于0.1MPa；接觸電阻的量程為200μΩ或2mΩ；同步信號的測量誤差小于50ms[l]。
　　
　　綜合檢測精度、檢測速度以及設備成本等方面的考慮，設計相應的檢測系統，如圖1所示[2]。
　　
　　每個工位以ARM控制器為核心，其內核采用具有高性能和低功耗特性的馮·諾依曼結構[3]。根據檢測要求，驅動控制閥組，同時檢測各待檢參數。工位之間通過RS－485總線與上位機連接，上位機通過公司局域網與其他PC連接。這樣公司管理層就可以通過訪問局域網來實時監控各生產單位的工作狀態。
　　
　　為了滿足行業“零差錯”的要求，系統引人了條碼技術，即在每個被檢測的產品上貼上產品標簽。檢測前將產品條碼掃描進系統；檢測完成后，系統會將對應于該條碼的各數據打包上傳到上位機儲存。出廠前，產品流通到出廠檢測工位，檢驗員將條碼掃人系統，系統根據存儲好的數據比對該產品，防止由于員工誤操作導致不合格產品未能全部剔除。另外，配合員工條碼，便于監管。
　　
　　2控制器硬件設計
　　
　　測控系統以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據和控制輸出的核心。由ARM、電源、基準電壓模塊、信息存儲模塊和I/O口擴展模塊組成。按鍵由專門的按鍵集成芯片完成，以中斷的方式通過I2c總線實現按鍵讀取；按鍵采樣的實時性好，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。
　　
　　通信模塊實現ARM控制器與上位機系統通信。采用RS-485通信協議，它的優點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據通過該總線接口與上位機通信，同時，可以接收上位機的控制命令和參數設置等數據。條碼模塊用來實現系統*。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，讀取響應速度快。產品條碼和員工條碼掃描到工位控制器，然后控制器根據設置，將其和對應產品數據打包傳送到上位機。
　　
　　壓力傳感器選用0.25級4-20mA電流信號，低壓量程為0~0.6MPa、高壓量程為0~6MPa，兩者精度都比目標精度高一個數量級，保證了系統的精度目標。接觸電阻測量電路采用四線測量法，能有效地消除引線電阻的影響[5-6]。選用法蘭式振動傳感器TZD23-26，在沒有振動情況下，其輸出信號是2.5V直流信號；有振動時，輸出是以2.5V為中心、上下波動幅度大于50mV的電壓信號，幅值大小對應振動大小[7-8]。
　　
　　3控制器軟件結構
　　
　　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；然后讀取存儲器里的系統參數。主界面即待機畫面，等待各功能鍵按下，進入設置、標定、自檢以及檢測功能子模塊。


　　
　　檢測程序流程如圖4所示。它是檢測系統的主體部分，集成了各種修正、濾波以及檢測策略制定的功能，保證了系統工作的穩定性和較高的檢測精度?？刂破鞲鶕煌臋z測對象和檢測指標，制定出相應檢測策略，發送控制命令到控制閥組，優化氣體流程，達到*檢測狀態。壓力開關對壓力產生相應的動作，控制器檢測各動作參數及當前壓力值，實時調整控制策略，直到檢測流程結束或根據用戶需要提前終止。
　　
　　在壓力流程中，實時采樣并顯示壓力值，當有開關觸點動作時，記錄作動點壓力值，計算顯示，同時檢測接觸電阻參數；同步時間是用以檢測壓力開關的觸點動作和振動信號間的時間間隔，檢測時將其中一種信號作為計數器開始觸發信號，并以另一種信號為結束觸發信號，計數器對應的時間即為同步時間。各功能子程序可移植性強、模塊效果明顯，便于檢查、修改、擴充和閱讀。
　　
　　4實驗結果
　　
　　表l是同一個壓力開關件在系統中不同工位的測試結果。結果表明，系統經過標定后，測量精度高、一致性好。

　　
　　5結束語
　　
　　2實驗結果表明，系統測試精度高、一致性好，且檢測時間短，單個產品若完成全部高中低壓作動壓力、壓差、接觸電阻、同步時間的檢測只需要20-30s的時間，而原有的測試裝置耗時要2min。同時系統的“零差錯”設計，保證了出廠產品的合格率。其設備成本低、自動化程度高，可以大量節省人力資源的費用。
　　
　　參考文獻
　　
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