房齐 于庆 饶琼
（西安派瑞功率半导体变流技术股份有限公司，陕西省 西安市 710077）
摘要：研制出一种用于测试晶闸管、整流管及其派生器件的通态及正向峰值电压测试系统。采用工业串口屏及STM32单片机技术，实现精准的电流设定，信号采集及数据显示功能，并具有测试数据自动存储及U盘导出等特点。该测试系统具有测试精度高、操作简便、人机交互环境友好等优点。
关键词：工业串口屏；STM32单片机技术；通态及正向峰值电压测试；
1引言
在电力半导体测试领域，传统的晶闸管单参数测试设备由于其体积及成本要求，不能使用工控机及显示器作为人机界面，以往设备均采用纯手动拨码设定及数字表显示，且需测试人员手动记录测试数据，这样操作复杂且测试效率低，工业串口屏的推出为测试设备的研制提供了一个更好的选择。工业串口屏作为一种带串口控制的触摸液晶屏，近年来在工控领域中使用越来越广泛。其采用高速数字芯片控制，标准化指令集进行编程，功能强大。因此，本文针对晶闸管通态及正向峰值电压参数的测试，研制出一种基于工业串口屏的新型测试系统。
2 系统整体设计
本设计以晶闸管通态电流3000A为例，通态及正向峰值电压测试系统的主要参数指标如下：通态电流ITM：300~3000A；精度±5％；电流波形：近似正弦波，波形前沿宽度≥5ms；通态电压VTM：0.50~5.00V±5％；分辨率0.01V；精度±5％；
测试频率：单次。
本测试系统由三部分组成，分别是主电路，控制电路，串口屏显示部分。原理框图如图1所示。主电路部分包含AC电源，充电储能及振荡放电。控制电路采用STM32F4系列单片机作为主控制器，实现主电路部分元器件的工作时序控制，信号的采集及处理以及与串口屏的数据通信。串口屏负责参数设定，数据显示及数据存储。
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图1 通态及正向峰值电压测试原理框图
3主电路原理阐述
主电路部分包含AC电源，充电储能及振荡放电。交流电源经过单相移相触发模块YV7，控制高漏抗变压器YT1的原边电压，移相触发模块的功能是根据控制电压的大小，产生180°到0°范围内可移相的触发信号，去触发模块内可控硅移相导通，从而达到移相调压的目的。当YT1原边带电，副边输出电压经整流桥V1为电容YC1充电。待电容电压达到设定值时，控制电路发出单次触发脉冲，同时触发可控器件YV1和被测器件DUT，电容电压经由YL1,YV1以及被测器件，产生LC振荡，为被测元器件提供通态电流。当被测元器件有符合测试要求的通态电流流过时，元器件A、K两端产生的电压（VA与VK两端电压差）即为通态及正向峰值电压参数。主电路原理简图如图2.
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图2 主电路原理简图
4 软件设计
4.1串口屏设计
本设计采用的是广州大彩光电科技有限公司生产的物联型工业组态串口屏，此串口屏开发步骤如下：
首先，根据测试系统的功能要求，初步设计开机画面、各界面背景图片，按钮图标，各种状态指示及提示框。由美工人员利用Photoshop等软件工具将所需的图片及动画设计好。
其次，利用大彩科技公司配套开发的串口屏开发调试软件Visual TFT，新建自己的工程后，导入设计好的美工图片，然后利用软件中的文本控件、按钮控件、进度条控件及图标控件等对每个画面进行界面排版和控件配置，配置完成后进行模拟仿真，可在虚拟串口屏上对各控件进行操作，查看相应的操作指令，模拟仿真正确后，通过U盘将整个工程下载到串口屏内部存储器中。
最后，PC软件生成完整工程以后，会对工程中的每个画面、图片和控件分配一个唯一的ID号。根据串口屏指令集格式，系统主控制器STM32F407编程实现数据解析，接收和发送相应的串口指令，控制画面显示及数据传输。
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图3 串口屏主界面
串口屏界面由左侧索引栏及右侧显示区构成，依次包含操作界面、查看数据、操作步骤、注意事项、参数指标、设备校准及技术支持七个界面。如图3所示，主界面上测试人员通过触摸文本输入控件可输入元件号及设定测试电流值，通过电容充电量进度条控件，实时显示及监测电容充放电过程。图标控件指示设备当前状态为安全状态或高压警示。测试结束后，电压文本控件显示采样被测元件两端电压。另外，可显示测试环境的温湿度及系统时间。查看数据界面采用数据记录控件来存储测试数据，自定义存储表格形式及大小。其他界面为操作步骤、注意事项、参数指标等文字内容展示页。
4.2 STM32单片机流程
本设计选用意法半导体公司生产的STM32F407ZG作为主控制器。单片机与工业串口屏进行开机握手通信后，单片机进入中断接收状态，等待机械测量信号及串口屏传送指令，待测量开关按下后，单片机发送控制信号给移相触发模块，电容开始充电，待电容充电到达设定要求值，单片机发送触发脉冲信号，触发被测元件，在主回路中产生测试元件所需要的通态电流，单片机通过AD采样，进行电流波形及电压波形采集，采样数据通过编程算法处理，查询设定通态电流前沿、后沿或者峰值时刻的电压值，最后，单片机发送测试数据及测试相关信息给串口屏，进行数据显示及表格存储。STM32单片机程序流程如图4所示。
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图4 STM32单片机程序流程图
5 系统调试结果
最终设计完成的晶闸管通态及正向峰值电压测试系统经过试验，测试数据精准，工作稳定可靠，利用工业串口屏内置的1G存储空间，可存储大于1000条测试数据，并实现方便快捷的数据导出。
6 结论
相对于数码管、单色屏等传统设备方案，基于工业串口屏的晶闸管通态及正向峰值电压测试系统可以由用户自定义界面风格，效果更炫彩，给用户带来更好的展示效果，同时，测试人员无需再手动记录数据，减少人为失误，大大提高了测试效率。
参考文献
【1】沈红卫，朱敏杰等.STM32单片机应用与全案例实践[M].中国工信出版社，2017.06:60-69.
【2】王佳，赵耕云，雷小强.基于串口屏的纯电动汽车组合仪表设计[J].汽车实用技术,2018.08:15-17.
【3】广州大彩光电科技有限公司.www.gz-dc.com