公共自行车租赁系统混合锁桩设计与实现第6章上Word格式.docx
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输入24V电源经电源转换芯片LM2596S-12降压至12V，转换后的12V经LM2596S-5.0芯片转至5V，LM1117IMPX-3.3芯片负责5V到3.3V电压的转换。
为调试方便，在锁桩PCB板设计时预留12V、5V以及3.3V电源测试点，测试点在板卡中的物理位置如图6.1所示。
图6.1测试点物理位置
使用数字万用表测量各电源测试点电压，测试结果如表6.1所示。
从下表的测试结果可知电源工作正常，满足设计需求。
表6.1电源电压测量结果
测试管脚
标准值/V
测量值/V
电源输入
24
24.0
测试点1
12
12.0
测试点2
5
5.0
测试点3
3.3
3.29
3.时钟信号测试
在确认电源正常工作后，对锁桩板供电，使用示波器检测时钟信号。
其中，STM32F107主控的工作时钟为25MHz，FM1702的工作时钟为13.56MHz，由数字示波器测试时钟电路的工作频率，如图6.2所示。
由图可知时钟电路工作正常。
图6.2时钟信号测试
4.充电板测试
测试内容主要有充电配置、充电使能、电量与状态检测、充电关闭功能。
锂电池（电压：
24V，容量：
8AH）安装于公共自行车车身，电池电量为26.3V（50%），充电控制板与电池两极导通，通过USB（UniversalSerialBus，通用串行总线）转串口线与电脑通信，串口助手安装在电脑中，测试时借助串口助手工具接收和发送数据帧。
搭建测试平台：
测试前按照图6.3搭建测试平台，打开串口助手软件，首先配置通信端口号，波特率设置为9600，采用无校验方式，停止位为1，发送和接收缓冲区选择HEX（16进制）模式。
图6.3充电板测试平台
测试内容：
通过串口助手模拟锁桩向充电板发送充电允许指令，在此之前要配置充电阈值；
然后发送在位不充电命令和在位充电允许命令，收到正确响应后获取充电状态及容量。
在功能测试的同时对电动助力车电量显示精度进行测试。
测试前测量电池输出电压，然后使能充电板，充电板显示电池百分比，对比电池电压与容量百分比对应表6.2，测试电量检测误差。
表6.2电池电压与容量百分比
采样电压/mV
容量百分比
容量/mAh
26081
40%
3141.73
26106
41%
3225.05
26130
42%
3308.36
26156
43%
3393.07
26184
44%
3479.16
26215
45%
3563.87
测试结果：
充电板调试指令的发送与接收通过串口助手实现，如图6.4所示。
测试结果证明充电板工作正常。
使用万用表测量充电电池电压为26.14V，查找电池电压与容量百分比对应表，屏幕显示电池容量与容量百分比一致，均为42%，满足电量显示的要求，达到设计目标。
图6.4充电板指令的发送与接收
5.锁止器测试
稳压电源辅助测试锁止器开关，稳压电源输出两路直流电压，其中一路提供24V电源为锁止器供电，另一路为控制信号，两路直流电压源的地线相互连接。
图6.5分别测试了锁止器打开和关闭时的控制门限电压，电压高于4.5V开锁，电压低于4.5V关锁。
其中，开锁电压不能高于12V。
图6.5锁止器开关锁
本文4.2.8小节介绍了锁止器控制电路，LOCK引脚拉低，5V电压与CTRL接口经过隔离分压电阻导通。
从上述测试知，R22和R23电阻分压必须低于0.5V。
本设计分压电阻阻值为330欧姆，压降0.19V，满足开锁要求。
26.1.2硬件高低温测试
根据锁桩板工作温、湿度的要求，温度范围-30℃-+70℃，湿度要求90%（恒定）。
结合电工电子产品环境试验标准，GB/T2423.1-2001第2部分规定的试验方法A试验低温；
GB/T2423.2-2001第2部分规定的试验方法B试验高温；
GB/T2423.3-1993电工电子产品基本环境试验规程试验Ca：
恒定湿热试验方法，试验恒定湿热。
（a）高低温测试（b）恒定湿热测试
图6.6高低温测试图
测试样品送至山西省电子信息产品检验所委托检验，样品首先经24小时高温（70℃）测试，检验样品功能的正常工作；
然后经24小时低温（-30℃）测试，再次检测样品功能；
最后经24小时恒定湿度（90%）测试，样品功能正常；
以上测试大气压力范围均为91.8-92.0kPa。
高低温测试现场如图6.6（a）所示，恒定湿热测试现场如图6.6（b）所示。
36.1.3锁桩功耗测试
锁桩需求分析知，同一站点下锁桩总功率小于800W。
因此，对锁桩板启动功耗和工作功耗测试，根据站点电源规格与锁桩功耗，设计锁桩外设加载顺序，错峰功率消耗。
即使掉电重启，供电电源能保证站点与锁桩正常启动。
1.搭建测试环境
稳压电源提供锁桩和锁止器24V供电，锁桩板及其外设作为测试对象，通过线束相连，线束制作时提供吻合的接口，小天线处射频卡为钱币卡（直径3cm的M1卡），大天线处射频卡为标准M1卡。
2.测试记录
搭建完测试平台，依次接入外设负载，观察稳压电源的电流变化，对测试结果做测试记录。
记录时，0表示不接入，1表示接入，无卡表示射频卡未进入天线读卡区，有卡表示天线已识别到射频卡，小天线为车辆卡刷卡区，大天线为用户IC卡刷卡区。
锁桩功耗测试记录如表6.3所示：
表6.3锁桩功耗测试记录
序号
主锁
副锁
大天线
小天线
显示板
充电板
CAN
电流/A
动态
稳定
1
0.22
0.08
2
0.09
3
0.21
0.12
4
1（无卡）
1（有卡）
0.23
6
7
8
9
10
0.7
11
3.测试结果分析
（1）测试1数据显示，锁桩板裸板电流0.08A。
测试2与测试3可知，显示模块电流0.03A，充电板电流0.01A。
（2）对比测试4-9数据，小天线识别到车辆卡后，无论大天线处有无射频卡，锁桩电流增加0.11A。
（3）测试10，稳压电源供电时锁止器处于关闭状态（锁舌弹出），此时锁桩检测到大小天线处均无射频卡，发送开锁命令改变锁止器为打开状态（锁舌弹入），锁舌跳动瞬间产生0.5A电流，状态稳定后无电流消耗。
（4）测试11，因为小天线处有射频卡，锁桩关闭锁止器，锁止器当前状态与关闭状态一致，无电流消耗。
（5）测试12，锁止器当前状态发生更改，锁止器状态改变时增加电流损耗。
锁桩功耗分析如表6.4所示。
启动后，单个锁桩静态功耗：
5.52W，按照最大站点布局100个锁桩计算，锁桩工作稳定后总功率：
552W，小于600W。
当20名用户同时租还车时，主、副锁止器同时弹动，锁止器功率消耗240W。
此时，总功率792W，满足小于800W总功率的设计需求。
表6.4锁桩功耗
项目
功耗/W
锁桩板
1.92
0.01
0.24
0.03
0.72
锁止器（主、副）
0.5
读卡模块（双天线）
0.11
2.64
6.2软件功能与性能测试
测试平台的搭建是软件功能测试的基础，为达到商用需求，将测试分三阶段实施：
实验室测试、小规模并发测试以及系统上线测试。
内测测试的目的：
租还车功能测试；
测试通过后搭建小规模测试平台，模拟现场高峰时段的突发量，以测试总线性能为目的；
在满足性能要求后，由用户上线测试。
测试之初，编写测试案例，测试时严格按照测试例实施，并做好测试记录，分析测试结果，针对测试中出现的问题给出解决办法。
16.2.1实验室内测
1.搭建测试平台
内测平台的搭建是实验室测试的基础，图6.7为系统功能测试连接图。
个人电脑安装串口助手，打开串口助手软件，首先配置通信端口号，波特率设置为115200，采用偶校验方式，停止位为1，发送和接收缓冲区选择HEX（16进制）模式。
在租还车功能测试时通过CAN转串口抓包工具抓取总线数据，实时查看租还状态，智能读卡器用于站点处用户卡的读取。
图6.7功能测试连接图
2.测试内容
在实验室内测平台包含：
锁桩（6个）、站点（1个）和后台服务器（1台）。
室内测试用户卡、调度卡为M1卡，自行车卡使用IC钱币卡。
测试时使用IC钱币卡模拟普通自行车，电动助力车钱币卡安装于车头。
首先，在后台入库车辆卡，车辆卡内写入调度记录；
然后放入锁桩U型槽内，由小天线感应，自行车卡紧贴U型槽，防止测试租车或下架时车辆卡远离车辆卡感应区，影响正常功能的测试；
最后使用用户卡刷卡租还车，实验室内测平台如图6.8（a）所示。
3.测试结果
测试租车功能时语音提示大天线读取到车辆卡；
还车时屏幕显示消费金额和卡余额，移除用户卡后仍然提示卡片未取走。
（a）裸露测试环境（b）在桩测试环境
图6.8实验室测试环境
（a）普通车租用（b）助力车租用
（c）普通车归还（d）助力车归还
图6.9租还车功能测试
4.解决办法
从测试结果分析，在裸露测试环境下，天线附近磁场受到干扰，影响天线读卡。
为此，重新搭建测试环境，将测试平台安装至锁桩内部，用户天线和车辆天线隔离，测试平台如图6.8（b）所示。
图6.10功能测试数据
使用用户卡分别测试普通车租赁、助力车租赁、还车未刷卡、还车刷卡功能，现场测试如图6.9所示。
测试结果表明，锁桩功能满足设计要求。
串口抓包工具数据测试结果如图6.10所示，从测试数据分析，租车、还车记录、调度上下架测试数据与通信协议吻合，证明锁桩板满足系统功能性要求。
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