基于单片机控制的家电产品硬件故障诊断
摘要：
在现阶段家用电子产品生产制造的过程中，需要应用到非常多的单片机以及单片机控制技术，单片机凭借着自身体积小、反应快、功耗低的优势迅速抢占了家电产品的市场。并且在单片机实际的应用过程中，通过对单片机控制技术的掌握可以实现快速、精准、科学的电子产品故障诊断，进一步提升单片机的修复效率。基于单片机控制的家电产品硬件故障诊断，已经成为了新时代维修工程师的一项必备专业技能。文章对单片机的控制相关技术理论原理进行分析，然后以此为基础进行单片机控制器维修的研究。
关键词：
单片机；家电维修；硬件故障；电子产品
0 引言
正是因为单片机自身拥有众多的优势，所以现阶段家用电子产品上都有广泛的应用。通过单片机技术以及单片机控制技术的应用，可以对传统机械控制部分进行取代，从而促使家用电子产品走向智能化以及现代化。真实针对此种情况，通过单片机控制技术来对电产品故障进行分析与诊断，已经
成为了时代的需求。以此为背景，笔者将会在本文的论述中以实际的家电诊断为研究对象，与自己的工作经验进行结合，来对家电产品硬件故障的诊断以及方法来进行阐述。
1 单片机简介
1.1 单片机的通信工作原理
单片机是在电子计算机上能够发挥重要作用的电子零件组成部分，通过单片机的组合以及集成可以将其制作成为芯片，从而被人们称之为单芯片计算机。伴随着现阶段各项技术的不断完善与发展，单片机在现如今的电子市场上已经呈现出种类多样化以及结构复杂化的特点，但是所有的单片机
所使用的设计原理以及工作原理还存在着非常大的相似性。单片机自身在设计的过程中预留了提供CPU
、显示、输入输出端口以及通信端口接入的平台，除此之外单片机自身还具有一定的系统管理以及时间管理等自带功能。单片基于单片机之间通过总线的连接，同样可以实现数据上的交互以及信息之间的计算，如果单片机在运行的过程中想要与外部的设备进行数据交换，就必须要使用通信接口。
1.2 单片机的应用分类
单片机作为电子产品以及信息化技术发展过程中极为重要的电子元件，其功能的多样性，导致其可以在电子产品运行过程中承担起多重的角色，并且根据使用方式的不同进行多功能性单片机的选择。
1.2.1 通用型单片机
该种单片机并不是为了某一种用途产品而专门设计的，其设计初衷是为了能够满足多用途的功能，既可以进行数据的运算就可以对设备进行控制，在家用电器市场中应用范围较广，并且有着较为多样化的功能体现。
1.2.2 总线型单片机
总线型单片机就一般情况而言是用来提供并行总线来进行设备运行的，总线型单片机的结构包含有并行地址总线、数据总线、控制总线等等，在这些结构之间可以通过串行端口的应用来进行连接，并且与外围的电子产品设备形成串联，能够为设备的运行提供稳定的数据传输。
1.2.3 控制型单片机
控制性单片机自身具有寻址范围较大以及运算能力较强的特点，一般情况下都会用在家用电子产品的单片机控制领域。并且因为该种类型的单片机封装结构较小、外围的部件以及外接接口的集成度非常高，在很多技术层面较为高级的家用电子产品生产企业中被认定为核心竞争力的体现。
1.3 单片机系统
单片机与外接设备之间的电流回路构成了单片机的运行系统，并且就从单片机自身的功能分类以及应用中来看，单片 机主要的功能就是对设备形成控制，并且进行数据地传输。系统建设最基本的要求就是需要保证单片机与外接设备之间信息交互之间的平衡性，如果想要进行相应软件控制则需要对单片机的外界接口进行连接，只有进行此项操作单片机才能够具有控制功能。
2 单片机的故障及维修
从单片机应用以及工作的原理上不难看出，单片机自身属于一种具有高集成性的微型处理器设备。想要实现单片机控制功能首先需要对单片机所使用的软件来进行设计，同时在单片机设计的过程中要保证单片机自身能够拥有较多的外接端口，提升单片机自身的拓展性。只有通过单片机的平台
进行大量外接设备的应用，才能够保证单片机能够发挥自身的作用。但是在单片机实际应用过程中，不可能百分百避免故障的出现，针对此种情况，就需要通过技术手段的应用来对单片机所产生的故障问题进行分析以及解决。
2.1 单片机的典型故障
2.1.1 元器件故障
电阻器类元件包含有电阻元件以及可变电阻元件，固定电阻经常被称之为电阻，而可变电阻通常就会被称之为电位器。电阻器类的元件在电子设备生产过程中应用的比例还是比较大的，其自身也是属于一种消耗型的弄能元件，因为电阻器使用时间较长自身失效而导致电子设备所产生故障的比例
较高，经过笔者的统计该项比例可以达到
15%
。电器的失效原因与自身的结构构造、工艺制造特点、使用条件等多种因素有着非常密切的关系。而电阻器的失效情况，就具体而言可以分为两个类别，分别是致命失效以及参数漂移失效。笔者对家用电子产品使用详情统计分析可以得到，电阻器失效的绝大多数都属于致命失效，其中包含有断路故障、机械损伤、 接触损伤、短路、绝缘、电流击穿等等，只有一小部分的电阻器失效是因为阻值漂移而出现的。
电阻器与电位器失效因为两者有着不同的情况，非线性电阻器与电位器的主要失效情况为开路、组织漂移、引线机械损伤以及接触损坏等等。而线绕电阻器以及电位器主要的失效情况为开路、引线机械损伤以及接触损伤，具体情况而言分为以下四种类型。
（
1
）碳膜电阻器：引线断裂、集体缺陷、层膜均匀性较差、磨蹭刻槽出现缺陷、膜材料设计不佳、引线段接触出现问题以及膜基体出现污染等等，都有可能会造成碳膜电阻器出现失效情况。
（
2
）金属膜电阻器：导致金属膜电阻器出现失效的原因包含有：电阻膜覆盖表面不够均匀、电阻膜自身出现破裂情况、引线没有完全固定出现脱落情况、电阻膜长时间使用出现分解的情况、电晕放电情况等等。
（
3
）线绕电阻器：导致线绕电阻器出现失效的原因包含有：电阻器内部器件出现接触不良、电流对电阻器产生腐蚀、引线没有完全固定出现脱落、线材的选用不能够达到绝缘的要求、电阻器内部的焊点出现溶解等等。
（
4
）可变电阻器：导致可变电阻器出现失效的原因包含有：电阻器内部器件出现接触不良、电阻器内部的焊点出现溶解、接触簧片出现破裂、引线出现脱落情况、杂质对电阻器产生污染影响等情况。
2.1.2 生产故障
在实际的电子产品设备生产的过程中，因为生产机械臂自身的振动导致金属焊点出现偏移或者是虚焊的情况屡见不鲜，这也会导致设备因为焊点的接触不良从而导致设备本身的故障。
2.2 单片机维修方法
2.2.1 观察法
通过观察法来对单片机进行维修以及设备的故障判断，是最为常用的一种方法，也是维修人员进行检查的第一个步骤，在后续的维修过程中都需要以观察法为基础来进行辅助修理。维修人员在对元器件进行观察的过程中，不仅仅需要有耐心与细心，还需要根据单片机的构造来对其进行全面的检查。并且对硬件与软件的情况进行详细的排查，单片机的连接线路、系统的情况同样是进行认真核对的。观察法最主要的作用就是来检查单片机的内部是否有烧毁的部分，并且对整体的构架进行检查。
2.2.2 最小系统法
通过最小系统法的应用可以对单片机硬件与软件的运行情况进行诊断，因为单片机的内部属于高度集成的状态，所以一旦某一部件出现问题，维修人员必须要对单片机硬件板进行拆除作业，并且将受损部件与完好部件进行剥离作业，通过最小系统法的应用可以将为过程中所产生的硬件损失降至最低。
2.2.3 替换法
替换法在实际的应用过程中原理较为简单且操作直接，通过新零部件的应用来对旧零部件进行替换作业，然后对已经替换的零部件进行观察，查看故障是否已经消除。通过替换发的应用可以避免精密度较高的单片机在维修过程中焊接所导致的性能下降以及二次伤害。所以替换发的技术要求难度较低，但是整个部件进行替换成本较大，可以选择性进行应用。
2.2.4 比较法
通过比较法的应用可以将发生故障的电子产品与没有发生故障的电子产品进行横向的对比分析，从而找到两种电子产品之间的不同。并且对其硬件进行分析，分析的内容以及运转情况、外观情况等等，从而能够对硬件的整体运行状况进行判断。除此之外，通过对软件之间的横向对比，可以检查出设备运行过程中软件事都出现漏洞，并且对波形信号来进行对此分析，就能够准确的判断出单片机哪方面出现了问题。
2.2.5 分割法
可以对检查过程中出现可以的故障区域进行分割作业，将其从整个设备单元中进行剔除，并且做开路处理。在切除完毕之后观察设备的运行情况，如果设备正常运行就可以认定为该区域产生故障，可以对其进行修理作业，如果故障并没有消除，那么就需要对其它区域继续进行切断作业。
3 单片机的家电产品硬件故障诊断实例
3.1 故障现象
笔者本次选择是分体式空调机故障作为本次研究的对象，在空调机开机的时候室内的风机能够正常运转，但是室外机出现了不能够启动也不能够制冷的情况。该研究分体式空调机布局电路图如图一所示，空调外机的型号为 KFR-20W
，该型号的空调外机控制电路所使用的是4 位单片机作为主控器，单片机的型号为
uPD75028.
该控制电路与现阶段较为常见的非门电路以及驱动集成电路共同组成了整机的控制电路。并且主控芯片的 61
脚输出高电平经
D2反相器，从而进行低电平的输出作业，功率继电器得电可以继续进行工作，从而能够驱动室外的风机进行转动，笔者因为篇幅的原因就仅仅只对垫片既控制系统以及室外风机局部电路的故障问题进行具体分析。
3.2 故障诊断步骤
（
1
）首先是需要对
D1
的
61
针脚的信号进行检查，检测其是否能够正常的进行信号的传输，如果检查正常则是需要进行第二部的操作，如果检查不正常应当对其故障进行排查，并且进行单片机最小系统的检查。
（
2
）第二步是需要对
D2
的
11
针脚进行信号的检查工作，检测其是否能够进行正常的信号传输，如果检查正常则是进行第三步的检查工作，如果检查不正常则是需要对D2
工作电压进行检查，如果工作正常就可以进行反相器的更换，然后进行设备的运行检查其故障是否消除。
（
3
）第三步是需要对继电器
12V
电源进行检查工作，检查其是否能够正常的进行电流的传输作业，如果检查正常则是需要进行第四步的检查工作，如果检查不正常，需要对电源线路进行检查工作。
（
4
）第四步是需要对继电器线圈是否开路或者是短路进行检查工作，检查其物理状态是否正常，如果检查正常就需要对室外风机进行检测作业，如果检车出现问题就需要对继电器进行更换作业。
3.3 诊断方法
（
1
）首先使用观察法来对其外观进行判断，来检查外观上是否有异常情况的产生，并且通过嗅觉来检查外机的内部有无断线、原件过热以及其他异味的产生，能够为接下来的诊断工作进行提供良好的思路。
（
2
）对空调室外风机内部的主控芯片进行检查作业，查看
其电源或者是针脚是否出现故障。
（
3
）对空调室外风机内部的芯片是否能够正常产生复位信号来进行测量，当按下复位按钮之后，需要对其高电平进行检测工作，按下抬起按钮的时候需要对其低电平进行检测工作。
（
4
）对空调室外风机内部的单片机时钟信号进行检查工作，通过示波器的使用来观察XTAL2
引脚脉冲幅度、宽度以及脉冲的前后沿是否能够达到应用标准来进行检测工作。除此之外还可以通过逻辑笔的应用来对XTAL2
引脚、观察脉冲指示灯是否出现闪烁，如果没有闪烁情况的出现，则是可判定空调室外风机出现了震荡线路的故障。
（
5
）通过逻辑比的使用可以实现对空调室外风机逻辑信号的追踪，从而能够判定其驱动门以及逻辑门时都出现故障。
3.4 故障排除
主控芯片在工作的过程中能够同时对室内外风机形成控制，在开机作业时，室内的风机能够正产运转那么说明单片机系统自身具备正常工作的条件。使用万用表可以检测到主控新片 61
脚的电平为高电平，但是与之相反的是反相器的
11
脚测得却是高电平，随后测得反相器工作的电压恢复正常。针对此种情况，可以初步判断空调室外风机的故障原因为反相器所引起的，笔者对其进行反相器的更换，重新进行电源的连接，对其系统进行重启，空调就能够正常的运转，故而故障已经排除。
3.5 维修注意事项
（
1
）在进行替换法应用的过程中，替换集成电路的过程中决不允许带电情况的出现，以免造成整体系统芯片被击穿而无法使用的情况。
（
2
）因为空调室外风机处于较高的楼层，在类似的家用电子产品维修的过程中首先需要将自己的人生安全保护好，做好各种意外情况的防护措施。并且注重各种维护细节的应用，举例来说：在进行直接观察法的时候需要用手进行电路板之上元器件触碰的时候，需要将其电源进行关闭作业。
4 结语
想要实现在单片机控制的家用电子产品方面，实现精确地问题诊断以及维修，需要维修工作人员具备一定的理论知识，并且在实际的维修过程中，通过经验的积累逐步走向专业化。在对设备进行检修的过程中，需要对设备所产生的事故进行系统化的分析，然后找到问题的原因并且采取针对性的
维修方法，才能够保证维修的速度以及故障排除的效率，并且根据存在的问题灵活的进行维修方法的选择才能够在最短的时间内解决问题。通过笔者的分析预判断，伴随着现阶段单片机技术的不断发展与进步，将同电子产品在未来必定会向着智能化以及数字化的方向发展，需要维修工作人员在日常的工作过程中不断地进行学习，完成理论知识的积累，并且更新自身的维修理念与知识，通过实践来提升自己的专业节能与维修知识。
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