ALCI自动测试装置的设计
摘要：以AT89S51为核心，并结合A/D转换器ADC0809、E2PROM(CAT24WC64)以及键盘显示芯片ZLG7290的自动测试装置系统，采用汇编语言编写的程序，完成对ALCI（漏电保护开关）流水线生产中的抗干扰测试、空载测试和负载测试三道工序的综合。该装置可以自动完成测试步骤，并可以对相应的不符合项进行报警或者数据打印的，这样就大大减少了对员工的伤害，同时可以节省1.5-4个劳动力，提高产品的生产效率。
关键词：ALCI  自动检测漏电流单片机
1、前言及研究意义
ALCI产品是一种防止人身触电的电子产品，它在生产的过程中必须经过严格精密的测试。公司生产流水线上都是人为的手工操作，一来不能尽可能地节省劳动力资源，再者，人为的测试肯定会带来更大的测试误差，加上频繁的手工操作对员工的劳动强度来说就显得比较大，这样就降低了产品的生产效率。为了减少生产过程的人力资源浪费，减少人为的操作误差，减少对员工的损伤以及提高产品的生产效率，设计了这套自动测试装置。
汇编语言清华大学出版社ALCI生产流水线中，其中有就好多的工序是类似的，比如，负载测试时就包含了抗干扰测试步骤；负载
测试中包含了空载测试等。公司的现状是把这些类似的工序独立来做，这样就加大了产品的误差范围与人力劳力的浪费。如果把这些类似的工序都集中到同一个设备装置中来，这样就能减少至少一个半劳动力，多则可以节省4个劳动力，同时就可以腾出人力出来去做其它相应的检测工序上，从而提高该产品的生产效率，同样也可以提高产品的一次性合格率。
ALCI作为一种漏电保护的电子产品，就必须有着很高的安全性与精确度，所以在生产的过程就要经过很严格的测试步骤才可以出厂。由于测试的项目比较多，过程要花费大量的人力和时间，这样就导致了必不可少地存在一些安全隐患与指标参数的误差率高，也导致了产品的一次性合格率低。为了提高生产效率，减少人为的测试误差，设计这套自动测试装置。该设计应用单片机的指令系统来实现自动测试步骤的实现，并对测试参数进行相应的处理，及时反映出产品的质量问题。利用该装置可以实现产品测试的自动化，从而提高产品的生产效率与合格率。
该设计只适用于ALCI产品中的测试，而对于其它产品的测试，它并不能达到相应的测试要求，这就决定了该设计的局限性。所以，该装置只能用于本公司产品流水线的生产，而不能当成一种商品在市场中销售。也就是说，设计出来的装置只有达到产品的技术参数要求，就不用花太多的时间和精力在产品的美观与包装上。
该设计所要解决的问题就是ALCI产品测试的自动化。设计包括了硬件电路的设计与软件源程序的编写。
硬件电路主要以MCS-51系列单片机为核心，并结合了其它一些相关的芯片来实现功能要求。而软件部分，则是主程序模块与子程序模块的综合。这样，把软件程序固化在单片机内，就能完成一个具有自动完成测试任务的整机系统，也是该设计的最终结果。
该设计实现把公司产品生产流水线中类似的工序都集中到同一个设备装置中来，完成对
产品的测试从手工到自动的过渡。也同样实现了减少生产过程的人力资源浪费，减少人为的操作误差，提高产品的生产效率与一次性产品合格率。
2、设计背景
福建晋江振泰科技有限公司是全国唯一一家生产ALCI（漏电保护开关）的厂家，由于ALCI是一种漏电保护的电器产品，固对它的技术参数的要求非常严格，也就是它的生产流水线的每道工序必须经过严格的测试之后才能通过产品的生产。生产流水线上，空载、负载、抗干扰测试三道工序是该产品的主要技术参数，它们的把关对产品的质量尤为重要。在流水线中，这三道工序都是手工操作，这样造成了以下几点不足：
1.不能尽可能地节省劳动力资源
2.人为测试带来更大的测试误差
3.频繁手工操作对员工伤害过大
以上三点造成产品生产率的下降。基于上述背景，我们提出了这样一个自动检测装置的设计方案。
要解决的问题：
A.为了减少生产人力资源浪费
B.减少人为的操作误差
C.减少对员工的损伤
D.提高产品的生产效率
3、研究方案
方案主要由硬件方案与软件方案组成。
1.硬件方案
硬件部分由五大模块组成：
1.CPU控制模块
2.参数检测模块
3.键盘显示模块
4.直流电源模块
5.继电器控制模块
在CPU控制模块中，包括了模数转换器的接口和打印机接口问题。采用了EEPROM存储器来对数据进行保护。采用周立功公司的专门的键盘显示驱动器7290来控制键盘显示。
参数检测模块主要对输入电压、输出电压、负载电流进行检测，把它们相应的模拟量转换为单片机所能进行比较的数字量。采用多路开关控制哪路的模拟量要进行检测。
直流电源模块用的是78与79系列专用芯片，并对电源进行相应的抗干扰措施，大电容滤波，减少对电源的干扰，保持电源的稳定性。
继电器模块是把原来仪器上的开关或按钮，用继电器的常开常闭开关进行替换，这样就可以少了些手工的操作，实现装置的自动测试。
2.软件方案
软件设计主要从主程序与子程序入手。
1.主程序设计
主程序是主要对一些初值的设置，以及初始化中断与定时器等，接下来调用测试程序，调用判断程序，调用键盘显示程序，调用A/D采样子程序，调用打印子程序，直到最后停机。初值设置包括：设置初始状态为空载、正向、复位键不动作、假脱扣不动作等。由于这些端口都是直接由单片机I/O口直接控制，所以，采用以下三条指令
MOV A，＃00H；把累加器清零
MOV P1，A；把P1口清零
MOV P2，A；把P2口清零
把端口直接清零，就使这些端口处于初始状态。
中断1与定时器1初始化：T1初始化主要是对单片机内部定时计数器设一定的初值，并对其方式、中断允许及控制进行设置;INT1初始化主要是用户对单片机内部与外部中断的特殊功能寄存器中的各控制位进行赋值，并进行中断方式、中断允许进行设置。
调用测试程序：是整个程序的主体，包括102V、120V、132V的低漏、时延与高漏测试以及假脱扣测试。程序主要就是故障的判断，如何判断，怎么判断，判断什么参数，精确度怎么样，都是程序设计时必须考虑到的。当然，有些参数是硬件部分来实现的。
调用判断子程序：主要就是对一个故障的类型进行准确的判断，包括它的参数指标，技术要求等等。因为判断的准确与否，直接影响到产品的成品率。如果把故障1与故障2对调的话，则就是一个截然相反的情况，这就影响到了产品的合格率与成品率。
调用键盘显示子程序：主要是对一个故障进行显示，并用键盘进行一些相应的操作，比如说复位键，开关等等动作。
调用打印子程序：也就是对数据进行相应的打印显示，以提供给在线维修人员进行维修。维修人员有丰富的故障判断经验，如果给出相应的故障编号，他们只要根据我们提供的打印数据，就可以直接判断出产品故障的出处，并根据积累的经验加与维修。
2.子程序设计
子程序段包括前面所讲的测试子程序，判断子程序，打印子程序，还包括了模数转换子程序，延时子程序，软件陷阱程序等等。
模数转换子程序：主要是对三个模拟输入量，即输入电压、输出电压、负载电流进行模数转换，转换成单片机需要的数字量，从而进行数据的比较以及故障的类型的判断。采用的是ADC0809芯片，该芯片具有8通道模拟输入量，转换精度和转换速度足以满足装置设计的要求。利用地址锁存器的输出端来控制8道模拟输入量的选择，时钟频率与单片机同步，均
为6MHZ。
延时子程序：主要包括1000MS，300MS，200MS，100MS，36MS，28MS，25MS的延时。其中1000MS是用单片机内部定时器1利用中断服务来实现的，而其它的，则利用程序执行的指令周期数来大致确定其延时的时间的。比如说延时1MS的程序段如下所示：
1MS:    MOV  6DH, #0FFH
DE1:    DJNZ 6DH, DE2
RET
则像0～256MS之内的都可以用调用1MS程序段来实现延时的。比如说延时36MS，则其程序如下所示：
36MS:  MOV  6EH, #24H  ；延时约36ms
36MSLP: LCALL 1MS        ；调用延时子程序1MS
DJNZ  6EH, 36MSLP
RET
而要300MS的延时时，则把子程序改为10MS或100MS的子程序段，这样就可以进行相应的改写，而成为300MS的延时了。
软件陷阱程序：当程序误跳入非程序区时，可每间隔一段地址，设置拦截失控程序的指令，将捕获的程序强行引向出错处理程序或将系统重新复位，使程序转入正轨。这也就是软件陷阱的作用。
在程序设计中，总在RET、RETI、ACALL、LCALL、LJMP、JZ、JNZ、JC、JNC和DJNZ 等指令之前，大部分都插入两条NOP指令，这样可将误入程序迅速纳入正轨，确保程序正确执行。这就是软件抗干扰技术中的指令冗余技术。
4、结论与分析
该设计主要利用单片机系统来实现ALCI产品中的测试与故障处理功能，并对一些不正常项目进行报警或打印处理，一来方便对产品的二次维修，二来提高产品的自动操作能力，节省人力资源。本单片机设计系统具有价格低，使用方便，程序易懂，可进行参数设置，并具有一定的端口与键盘的扩展功能，便于以后新产品的开发的测试装置的改进。本设计有几个优点，其一摆脱常规下的矩阵式键盘或用串并行接口芯片来驱动键盘显示，而直接采用较新的键盘显示芯片ZLG7290，从而减少了键盘与显
示的冗余。在装置的要求上没有键盘显示这一项，但综合考虑到公司产品的系列品种较多，型号不同，其技术参数要求也不一样，为了使该设计具有一定的开发能力，在设计中也把键盘显示考虑在内，便于以后新产品的参数设定。其二采用的芯片数量较少，有利于PCB板的设计与布局，再者，单片机端口可以进行扩展，存储容量也可以进行扩展，为以后的开发奠定下好的基础。
该设计通过单片机的硬件和软件设计，实现了ALCI的自动测试，改善了测试设备，有效利用了人力资源，降低了劳动损耗，提高了产品生产率。
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