CN104459604B - 一种应用于智能电表生产线的自动测试仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种应用于智能电表生产线的自动测试仪及其使用方法，所述自动测试仪包括针床和底座，针床通过活动杆与底座相连；针床上分布有16根探针，2个一组分别探测电路板火线零线、主电源电压、CPU模块电源电压、计量模块电源电压、485模块电源电压、载波模块电源电压、静态电流、485通信接口，针床上对应液晶屏的正上方安装有红外通信模块；每一根探针和红外收发管均通过排线与底座上的牛头插座相连。使用本装置，测试人员只需观察指示灯的颜色即可，与目前所用的观察数显表相比，使用更加方便、快速、准确。通过牛头插座相连的优点主要体现在，当需要检测其他型号电能表时，只需更换针床，而底座可以继续使用，大大降低了成本。

Description

一种应用于智能电表生产线的自动测试仪

技术领域

本发明属于电磁测量技术领域，具体涉及电力仪表检测工装的技术领域，特别涉及一种电能表的电路板自动检测装置。

背景技术

智能电能表生产过程中，为了保证产品的质量，需通过板检测工装对已焊接完的成品电路板上几个重点部位电压、电流进行检测，判断焊接质量好坏，保证不良品不流入下道工序。

目前用的电路板检测装置大多数是针对电能表成品的，对电能表电路板的监测装置较少，而且功能不全。现有产品是用数显表显示电压、电流，这种方式的不足之处是：1、测量电路不带电气隔离，可能对电能表电路板造成损坏；2、需要人工读取数显表，再与合格阈值对比，效率低且容易出错；3、无法测量通信功能；4、每台测试仪只能检测一款型号电能表，电路板改动后无法重复利用，成本高。目前，尚无集电压和通信功能于一体的监测装置。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种应用于智能电表生产线的自动测试仪，其针对现有电能表电路板检测工作功能不全，需要观察数显表读数，判断时间长且容易出错等问题而提出的应用于智能电表生产线的自动测试仪。

依据本发明的第一方面，提供一种应用于智能电表生产线的自动测试仪，其包括针床和底座，针床通过活动杆与底座相连；针床上分布有16根探针，2个一组分别探测电路板火线零线、主电源电压、CPU模块电源电压、计量模块电源电压、485模块电源电压、载波模块电源电压、静态电流、485通信接口，针床上对应液晶屏的正上方安装有红外通信模块；每一根探针和红外收发管均通过排线与底座上的牛头插座相连。

其中，底座包括开关按钮、牛头插座、指示灯、电路板；底座上方设置有8个双色LED指示灯，分别指示主电源电压、CPU模块电源电压、计量模块电源电压、485模块电源电压、载波模块电源电压、静态电流、485通信、红外通信的状态，红色表示故障，绿色表示正常。

优选地，底座内部安装电路板，由单片机最小系统、采样电路、通信测试电路、电源电路组成，采样电路采集被测电表各个模块电压，并输入到微处理器A/D端口，微处理器将转换结果与设定值对比，判断电压是否存在故障，并控制相应指示灯显示；通信测试电路通过485和红外通信端口发送读表命令，微处理器根据收到的报文判断通信线路是否存在故障，并控制相应指示灯显示。

优选地，电路板与牛头插座相连，并进一步与探针相连，这样就可以将被测电路板的检测点通过导线引入单片机相应引脚，完成信号的采集和通信的监测。

依据本发明的第二方面，提供一种应用于智能电表生产线的自动测试仪，其包括CPU模块、AD转换模块、485通信模块、红外通信模块、液晶显示模块、LED显示模块、设置按键模块；其中CPU模块是整个系统的核心，控制整个检测过程，进行数学和逻辑运算，判断检测结果；AD转换模块将被测电路板的电压、电流信号转换为数字信号，输入到CPU进行运算，并能实现电气隔离，保护CPU模块；485通信模块和红外通信模块分别检测被测电路板的485和红外通信功能；液晶显示模块和设置按键模块用于设置合格阈值范围；LED显示模块用于显示检测结果，绿色为合格，红色为不合格。

优选地，AD转换模块包括两个单通道AD转换芯片U7和U9、一个四通道AD转换芯片U11和DC-DC隔离芯片U3；AD转换芯片U7用于转换485模块电源电压并实现电气隔离，AD转换芯片U9用于转换计量模块电源电压并实现电气隔离，AD转换芯片U11用于转换CPU模块电源电压、载波模块电源电压、主电源电压、电流采样电压并实现电气隔离，DC-DC隔离芯片U3为三个AD转换芯片供电并实现了自动测试仪主电源和AD转换芯片电源电压的电气隔离；AD转换芯片U7的IN+端口接被测电路板的485模块电源端V485+、IN-端口接被测电路板的485模块地端V485-、VSS端口接地端、VDD端口接电源端、CLK端口接CPU的I/O口PA0端、DOUT端口接CPU的I/O口PA1端、CS端口接CPU的I/O口PA2端；电压基准U4的VSS端口接地端、Vout端口接电容C6及U7的VREF端、Vin端口接电容C8及电阻R8；电容C6一端接U4的Vout端及U7的VREF端、电容C6的另一端接地端；电容C8一端接U4的Vin端及电阻R8、电容C8的另一端接地端；电阻R8一端接U4的Vin端及电容C8、电阻R8的另一端接U7的VDD端及电源端；AD转换芯片U9周围电路连接同AD转换芯片U7周围电路。

优选地，DC-DC隔离芯片U3的Vin端口接电感L1、GND端口接电容C4及测试仪主电源地端、+Vo端口接AD转换芯片电源端及电容C5、0V端口接电容C5及AD转换芯片电源地端；电感L1一端接U3的Vin端口、电感L1的另一端连接测试仪主电源端及电容C4；电容C4一端接测试仪主电源端及电感L1、电容C4的另一端连接测试仪主电源地端及U3的GND端口；电容C5并联在U3的+Vo端口和0V端口两端。

更优选地，AD转换芯片U11的CH0端口接被测电路板的CPU模块电源端、CH1端口接被测电路板的载波模块电源端、CH2端口接被测电路板的主电源端、CH3端口接被测电路板的静态电流采样电压端、AGND端口接被测电路板的主电源地端、DGND端口接AD芯片电源地端、CLK端口CPU的I/O口PA6端、DOUT端口CPU的I/O口PA7端、DIN端口CPU的I/O口PF0端、CS端口CPU的I/O口PF1端；电压基准U10的VSS端口接AD转换芯片电源地端、Vout端口接电容C12及U11的VREF端、Vin端口接电容C13及电阻R24；电容C12一端接U10的Vout端及U11的VREF端、电容C12的另一端接AD转换芯片电源地端；电容C13一端接U10的Vin端及电阻R24、电容C13的另一端接AD转换芯片电源地端；电阻R24一端接U10的Vin端及电容C13、电阻R24的另一端接U11的VDD端及AD转换芯片的电源端。

依据本发明的第三方面，提供一种使用上述应用于智能电表生产线的自动测试仪的方法，其包括以下步骤：

第一步，自动测试仪上电后完成参数初始化(上电初始化)；

第二步，等待3秒钟，检测是否有设置按键被按下，如果有键按下则进入设置模式，扫描按键，判断键值，根据不同键值更新参数的合格阈值范围，并显示到液晶屏，设置完成后自动退出设置模式；

第三步，无键按下或设置完成后自动进入测试模式，开始检测，首先进行AD转换，其次进行485通信测试，然后进行红外通信测试；

第四步，根据测试结果和阈值范围判断被测电路板是否合格，并驱动8个LED灯显示，全部为绿色即为合格，如某项故障则显示红色；

第五步，结束。

有益效果：使用本装置，测试人员只需观察指示灯的颜色即可，与目前所用的观察数显表相比，使用更加方便、快速、准确。通过牛头插座相连的优点主要体现在，当需要检测其他型号电能表时，只需更换针床，而底座可以继续使用，大大降低了成本。

附图说明

图1是应用于智能电表生产线的自动测试仪的机械结构图；

图2是应用于智能电表生产线的自动测试仪的电气结构框图；

图3是应用于智能电表生产线的自动测试仪的AD转换模块原理图；

图4是应用于智能电表生产线的自动测试仪的485通信模块原理图；

图5是应用于智能电表生产线的自动测试仪的红外模块原理图；

图6是应用于智能电表生产线的自动测试仪的CPU及LED显示模块原理图；

图7是应用于智能电表生产线的自动测试仪的程序流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。另外地，不应当将本发明的保护范围仅仅限制至下述具体结构或部件或具体参数。

本发明采用的技术方案为一种应用于智能电表生产线的自动测试仪，包括针床和底座，针床通过活动杆与底座相连。针床上分布有16根探针，2个一组分别探测电路板火线零线、主电源电压、CPU模块电源电压、计量模块电源电压、485模块电源电压、载波模块电源电压、静态电流、485通信接口，针床上对应液晶屏的正上方安装有红外通信模块。每一根探针和红外收发管均通过排线与底座上的牛头插座相连。

底座包括开关按钮、牛头插座、指示灯、电路板。底座上方设置有8个双色LED指示灯，分别指示主电源电压、CPU模块电源电压、计量模块电源电压、485模块电源电压、载波模块电源电压、静态电流、485通信、红外通信的状态，红色表示故障，绿色表示正常。底座内部安装电路板，由单片机最小系统、采样电路、通信测试电路、电源电路组成，采样电路采集被测电表各个模块电压，并输入到微处理器A/D端口，微处理器将转换结果与设定值对比，判断电压是否存在故障，并控制相应指示灯显示。通信测试电路通过485和红外通信端口发送读表命令，微处理器根据收到的报文判断通信线路是否存在故障，并控制相应指示灯显示。电路板与牛头插座相连，并进一步与探针相连，这样就可以将被测电路板的检测点通过导线引入单片机相应引脚，完成信号的采集和通信的监测。

参考附图1，具体给出应用于智能电表生产线的自动测试仪的机械结构图，包括开关101、底座102、LED指示灯103、红外通信模块104、针床105、卡扣106、探针107、排线108、活动杆109以及牛头插座110。其中针床105上分布有16根探针107，探针107两两一组分别探测电路板火线零线、主电源电压、CPU电压、计量电压、485模块电压、载波模块电压、静态电流、485通信接口；针床105上对应被测电能表电路板液晶屏的正上方安装有红外通信模块104；每一根探针107和红外通信模块均通过排线108与底座102上的牛头插座110与底座102内的主电路板实现电气连接。底座102前方有开关按钮101、左侧有牛头插座110、右侧有8个LED指示灯103、中间空位用于放置被测电能表电路板。针床105通过活动杆109与底座102相连，针床105可以在0-180度范围内旋转，检测时，首先向上抬起针床102，将被测电能表电路板放入底座102中间的空位，然后向下压针床102，使针床102上的卡扣106与底座卡紧，使探针107与被测电路板充分接触，最后打开开关按钮，开始检测。

参考附图2，进一步给出智能电表生产线的自动测试仪的电气结构框图，自动测试仪包括CPU模块、AD转换模块、485通信模块、红外通信模块、液晶显示模块、LED显示模块、设置按键模块。其中CPU模块是整个系统的核心，控制整个检测过程，进行数学和逻辑运算，判断检测结果。AD转换模块将被测电路板的电压、电流信号转换为数字信号，输入到CPU进行运算，并能实现电气隔离，保护CPU模块。485通信模块和红外通信模块分别检测被测电路板的485和红外通信功能。液晶显示模块和设置按键模块用于设置合格阈值范围。LED显示模块用于显示检测结果，绿色为合格，红色为不合格。

参考附图3，进一步给出智能电表生产线的自动测试仪AD转换模块原理图，AD转换模块包括两个单通道AD转换芯片U7和U9、一个四通道AD转换芯片U11和DC-DC隔离芯片U3。AD转换芯片U7用于转换485模块电源电压并实现电气隔离，AD转换芯片U9用于转换计量模块电源电压并实现电气隔离，AD转换芯片U11用于转换CPU模块电源电压、载波模块电源电压、主电源电压、电流采样电压并实现电气隔离，DC-DC隔离芯片U3为三个AD转换芯片供电并实现了自动测试仪主电源和AD转换芯片电源电压的电气隔离。AD转换芯片U7的IN+端口接被测电路板的485模块电源端V485+、IN-端口接被测电路板的485模块地端V485-、VSS端口接地端、VDD端口接电源端、CLK端口接CPU的I/O口PA0端、DOUT端口接CPU的I/O口PA1端、CS端口接CPU的I/O口PA2端；电压基准U4的VSS端口接地端、Vout端口接电容C6及U7的VREF端、Vin端口接电容C8及电阻R8；电容C6一端接U4的Vout端及U7的VREF端、电容C6的另一端接地端；电容C8一端接U4的Vin端及电阻R8、电容C8的另一端接地端；电阻R8一端接U4的Vin端及电容C8、电阻R8的另一端接U7的VDD端及电源端。AD转换芯片U9周围电路连接同AD转换芯片U7周围电路(参见图3)。

DC-DC隔离芯片U3的Vin端口接电感L1、GND端口接电容C4及测试仪主电源地端、+Vo端口接AD转换芯片电源端及电容C5、0V端口接电容C5及AD转换芯片电源地端；电感L1一端接U3的Vin端口、电感L1的另一端连接测试仪主电源端及电容C4；电容C4一端接测试仪主电源端及电感L1、电容C4的另一端连接测试仪主电源地端及U3的GND端口；电容C5并联在U3的+Vo端口和0V端口两端。

AD转换芯片U11的CH0端口接被测电路板的CPU模块电源端、CH1端口接被测电路板的载波模块电源端、CH2端口接被测电路板的主电源端、CH3端口接被测电路板的静态电流采样电压端、AGND端口接被测电路板的主电源地端、DGND端口接AD芯片电源地端、CLK端口CPU的I/O口PA6端、DOUT端口CPU的I/O口PA7端、DIN端口CPU的I/O口PF0端、CS端口CPU的I/O口PF1端；电压基准U10的VSS端口接AD转换芯片电源地端、Vout端口接电容C12及U11的VREF端、Vin端口接电容C13及电阻R24；电容C12一端接U10的Vout端及U11的VREF端、电容C12的另一端接AD转换芯片电源地端；电容C13一端接U10的Vin端及电阻R24、电容C13的另一端接AD转换芯片电源地端；电阻R24一端接U10的Vin端及电容C13、电阻R24的另一端接U11的VDD端及AD转换芯片的电源端。

参考附图4，进一步给出智能电表生产线的自动测试仪485通信模块原理图，光耦隔离芯片OP1输入一端接电阻R6、输入另一端接485芯片U5的R端口；光耦隔离芯片OP1输出一端接电阻R5及CPU的RXD1端、输出另一端地端；电阻R5一端接CPU电源端VCC、电阻R5的另一端接光耦隔离芯片OP1的输出；电阻R6一端接485电源端、电阻R6的另一端接光耦隔离芯片OP1的输入；光耦隔离芯片OP2输入一端接CPU电源端VCC、输入另一端接电阻R9；光耦隔离芯片OP2输出一端接485电源端、输出另一端接电阻R10及485芯片U5的RE、DE端口；电阻R9的一端接CPU的控制端口CTL、另一端接光耦隔离芯片OP2的输入；电阻R10一端接光耦隔离芯片OP2的输出及485芯片U5的RE、DE端口，电阻R10的另一端接485模块地端；光耦隔离芯片OP3输入一端接CPU电源端VCC、输入另一端接电阻R134；光耦隔离芯片OP3输出一端接电阻R12及485芯片U5的D端口、光耦隔离芯片OP3输出的另一端接485模块地端；电阻R14的一端接CPU的TXD1端口、另一端接光耦隔离芯片OP3的输入；电阻R12一端接光耦隔离芯片OP3的输出及485芯片U5的D端口、电阻R12的另一端接485电源端；电容C7一端接485模块电源端及485芯片U5的VCC端口、电容C7的另一端接485模块电源地端；电阻R7一端接485模块电源端及电容C7、电阻R7的另一端接485芯片U5的A端口及瞬变电压抑制二极管TVS1；热敏电阻PTC1一端接瞬变电压抑制二极管TVS1及电阻R11、热敏电阻PTC1的另一端接485总线B端口；瞬变电压抑制二极管TVS1一端接热敏电阻PTC1、瞬变电压抑制二极管TVS1的另一端接电阻R7及485总线A端口；电阻R11一端接485芯片U5的B端口及电容热敏电阻PTC1、电阻R11的另一端接485芯片U5的GND端口及485模块电源地端。

参考附图5，进一步给出智能电表生产线的自动测试仪红外通信模块原理图，红外接收管U1的VOUT端口接CPU的RXD2端及电阻R2、VCC端接电阻R1及电容C2、GND端口接地端及电容C2；电阻R2并联在电源端VCC与U1的VOUT端口之间；电容C3并联在U1的VOUT端口与地端之间；电阻R2并联在电源端VCC与U1的VCC端口之间；电容C1并联在电源端与地端之间；电容C2并联在U1的VCC端口与U1的GND端口之间。

三极管Q1的基极接电阻R4、发射极接地端、集电极接红外发射管U2的阴极；电阻R4一端接CPU的TXD2端口、电阻R4的另一端连接三极管Q1的基极；电阻串联在电源端与红外发射管U2的阳极之间；红外发射管串联在电阻R3与三极管Q1的集电极之间。

参考附图6，进一步给出智能电表生产线的自动测试仪的CPU及LED显示模块原理图，其中CPU及其最小系统电路中，由电阻R13和C10串联组成复位电路，电阻R13一端接电源端及CPU的VCC、AVCC端口、电阻R13另一端连接电容C10及CPU的RESET端口；电容C10一端接电阻R13及CPU的RESET端口、另一端接地端及CPU的AREF、GND端口。LED显示电路由双色LED灯和电阻串联组成，LED灯一端接CPU的I/O端口PB口、电阻一端接CPU的I/O端口PC口，8个同样的电路分别指示8项参数是否合格。

参考附图7，进一步给出智能电表生产线的自动测试仪的程序流程图。

步骤描述：

第一步，自动测试仪上电后完成参数初始化(上电初始化)。

第二步，等待3秒钟，检测是否有设置按键被按下，如果有键按下则进入设置模式，扫描按键，判断键值，根据不同键值更新参数的合格阈值范围，并显示到液晶屏，设置完成后自动退出设置模式。

第三步，无键按下或设置完成后自动进入测试模式，开始检测，首先进行AD转换，其次进行485通信测试，然后进行红外通信测试。

第四步，根据测试结果和阈值范围判断被测电路板是否合格，并驱动8个LED灯显示，全部为绿色即为合格，如某项故障则显示红色。

第五步，结束。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本领域普通的技术人员可以理解，在不背离所附权利要求定义的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节中做出各种各样的修改。

Claims (4)

1.一种应用于智能电表生产线的自动测试仪，其包括CPU模块、AD转换模块、485通信模块、红外通信模块、液晶显示模块、LED显示模块、设置按键模块；其中CPU模块是整个系统的核心，控制整个检测过程，进行数学和逻辑运算，判断检测结果；AD转换模块将被测电路板的电压、电流信号转换为数字信号，输入到CPU进行运算，并能实现电气隔离，保护CPU模块；485通信模块和红外通信模块分别检测被测电路板的485和红外通信功能；液晶显示模块和设置按键模块用于设置合格阈值范围；LED显示模块用于显示检测结果，绿色为合格，红色为不合格；

其中，AD转换模块包括两个单通道AD转换芯片U7和U9、一个四通道AD转换芯片U11和DC-DC隔离芯片U3；AD转换芯片U7用于转换485模块电源电压并实现电气隔离，AD转换芯片U9用于转换计量模块电源电压并实现电气隔离，AD转换芯片U11用于转换CPU模块电源电压、载波模块电源电压、主电源电压、电流采样电压并实现电气隔离，DC-DC隔离芯片U3为三个AD转换芯片供电并实现了自动测试仪主电源和AD转换芯片电源电压的电气隔离；AD转换芯片U7的IN+端口接被测电路板的485模块电源端V485+、IN-端口接被测电路板的485模块地端V485-、VSS端口接地端、VDD端口接电源端、CLK端口接CPU的I/O口PA0端、DOUT端口接CPU的I/O口PA1端、CS端口接CPU的I/O口PA2端；电压基准U4的VSS端口接地端、Vout端口接电容C6及U7的VREF端、Vin端口接电容C8及电阻R8；电容C6一端接U4的Vout端及U7的VREF端、电容C6的另一端接地端；电容C8一端接U4的Vin端及电阻R8、电容C8的另一端接地端；电阻R8一端接U4的Vin端及电容C8、电阻R8的另一端接U7的VDD端及电源端；AD转换芯片U9周围电路连接同AD转换芯片U7周围电路。

2.依据权利要求1所述的应用于智能电表生产线的自动测试仪，其特征在于，DC-DC隔离芯片U3的Vin端口接电感L1、GND端口接电容C4及测试仪主电源地端、+Vo端口接AD转换芯片电源端及电容C5、0V端口接电容C5及AD转换芯片电源地端；电感L1一端接U3的Vin端口、电感L1的另一端连接测试仪主电源端及电容C4；电容C4一端接测试仪主电源端及电感L1、电容C4的另一端连接测试仪主电源地端及U3的GND端口；电容C5并联在U3的+Vo端口和0V端口两端。

3.依据权利要求1所述的应用于智能电表生产线的自动测试仪，其特征在于，AD转换芯片U11的CH0端口接被测电路板的CPU模块电源端、CH1端口接被测电路板的载波模块电源端、CH2端口接被测电路板的主电源端、CH3端口接被测电路板的静态电流采样电压端、AGND端口接被测电路板的主电源地端、DGND端口接AD芯片电源地端、CLK端口CPU的I/O口PA6端、DOUT端口CPU的I/O口PA7端、DIN端口CPU的I/O口PF0端、CS端口CPU的I/O口PF1端；电压基准U10的VSS端口接AD转换芯片电源地端、Vout端口接电容C12及U11的VREF端、Vin端口接电容C13及电阻R24；电容C12一端接U10的Vout端及U11的VREF端、电容C12的另一端接AD转换芯片电源地端；电容C13一端接U10的Vin端及电阻R24、电容C13的另一端接AD转换芯片电源地端；电阻R24一端接U10的Vin端及电容C13、电阻R24的另一端接U11的VDD端及AD转换芯片的电源端。

4.使用权利要求1—3之任一所述的应用于智能电表生产线的自动测试仪的方法，其包括以下步骤：

第一步，自动测试仪上电后完成参数初始化(上电初始化)；

第二步，等待3秒钟，检测是否有设置按键被按下，如果有键按下则进入设置模式，扫描按键，判断键值，根据不同键值更新参数的合格阈值范围，并显示到液晶屏，设置完成后自动退出设置模式；

第三步，无键按下或设置完成后自动进入测试模式，开始检测，首先进行AD转换，其次进行485通信测试，然后进行红外通信测试；

第四步，根据测试结果和阈值范围判断被测电路板是否合格，并驱动8个LED灯显示，全部为绿色即为合格，如某项故障则显示红色；

第五步，结束。