CN107085177A - 超声水表pcb电路在线检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超声水表PCB电路在线检测方法及装置。装置主要包括机械结构装置、测试系统电路。测量系统电路主要测量待测超声水表PCB主板的关键电路的工作电压及电流、待测M‑BUS电路PCB的工作电流等，测试系统将获得的数据通过485转USB串口发送到上位机，并且上位机利用M‑BUS主机及模块电路采集超声水表PCB流量测量模块的时差数据、温度测量模块信息、存储芯片信息，与预设在上位机里面的超声水表PCB电路正常工作的相关数据进行对比。本发明在使用时只需更换待测PCB板，即可快速、稳定的检测出待测板是否合格，简化了测试流程，提高了测试效率，满足工厂大批量生产的要求。

Description

超声水表PCB电路在线检测方法及装置

技术领域

本发明属于流量自动检测技术领域，涉及一种超声水表PCB电路在线检测方法及装置。

背景技术

随着智慧城市建设的进一步完善，智慧水务已经成为水流量计量领域的发展趋势。目前水流量计量行业，应用在智慧水务的水计量仪表主要是机械式水表，大部分产家在机械式水表上安装电子采集装置，实现远传自动抄表、在线监测用户用水量等功能。机械水表在使用的过程中，机械计量元件磨损大，长时间使用导致水表计量精度降低，并且不能测量小流量。

超声水表作为一种新型的智能化仪表，与其他水计量仪表相比，超声水表具有精度高、灵敏度高、重复性好、压损低、量程比大以及双向测量等特点，并且测量管道内无任何运动部件，对被测介质几乎无要求。超声水表作为一种智能水表，本身的优越性将极大的促进智慧水务的建设。超声水表的研发与生产，已经成为水计量行业的发展趋势，如果超声水表代替各家各户的机械式水表，其需求量将是巨大的。

超声水表的生产过程中，能否快速高效的检定超声水表电路板的好坏，也是超声水表生产过程中的一道重要检测工序。目前，大部分产家检测超声水表电路板是否合格的主要方法是：将超声波换能器连线焊接到待测的电路板上，换能器安装在充满水的管道上，待测电路板上电之后观察液晶是否正常显示，液晶显示是否报错，利用万用表测量待测电路板上不同模块的工作电压和电流，从而判断待测电路板是否合格。该检测方法操作复杂、效率低下，无法满足大批量超声水表的生产要求。待测电路板在以上检测的过程中，任何一个不合理的检测操作，都会引起后面连续的生产问题。整台超声水表安装完成之后，直到做实验标定时才能发现问题，影响了整个生产的效率，大大浪费了人力和物力，也增加了制造的成本。

发明内容

本发明针对现有超声水表电路板检测技术中操作复杂、效率低下等不足，提供了一种快速简单、高效、稳定的超声水表PCB电路在线检测方法及装置。

本发明解决技术问题所采取的技术方案为：

本发明提供一种超声水表PCB电路在线检测方法及装置，该在线检测方法主要通过装置测试系统检测待测超声水表主板PCB的工作电压及电流；待测PCB主板的CPU最小系统电路模块、流量测量电路模块、温度测量电路模块的工作电压；待测M-BUS模块电路的工作电流，通过串行口通讯发送到上位机上显示。上位机软件通过M-BUS主机及M-BUS模块读取待测PCB主板上存储芯片的相关参数、管道换能器的静态时差值、温度传感器参数，与之前预设在上位机软件里面的正常工作PCB的各关键模块的电压、电流值以及相关参数进行比较，自动判断PCB电路是否正常。

本发明装置包括机械装置、测试系统电路。

主要包括用于读取待测超声水表PCB电路板工作电压和工作电流的测试系统电路模块，给待测PCB电路板与测试电路模块供电的开关电源模块，固定待测PCB板的支撑板与压针，控制压针的手柄，由防静电电木板组成的装置壳体，连接待测点的探针，待测PCB电路支撑板，装有换能器的超声水表管道，上位机等。所述装置采用220V交流电源，通过开关电源转换为稳定的5V直流电，然后通过稳压电路输出3.3V直流电给待测PCB电路板及测试电路系统供电，M-BUS模块由M-BUS主机供电。所述连接待测PCB板中待测点的探针与开关电源、测试电路模块、M-BUS模块、装在管道里的换能器连接。所述PCB支撑板为待测电路板定位工装，通过弹簧安装于装置正上面，所述手柄位于PCB支撑板同轴正上方，用于下压压针来固定待测电路板及PCB支撑板。所述测试电路模块以单片机MSP430F437为核心控制芯片，通过芯片AD7799读取待测超声水表PCB电路板的工作电压、工作电流以及待测电路板上的CPU最小系统模块、流量测量电路模块、温度测量电路的工作电压、待测M-BUS模块PCB板的工作电流。所述测试系统电路模块采用串行口通讯的方式将所获数据发送到上位机，测试电路模块内置于防静电电木板组成的壳体当中。所述装有换能器的超声水表管道置于装置一侧，在管道内装满水，上位机软件通过M-BUS主机及M-BUS通讯模块读取换能器的时差数据，可检测待测主板PCB的流量测量模块是否正常工作。上位机软件通过M-BUS主机及M-BUS通讯模块，控制读取待测超声水表PCB电路板上的温度测量模块信息、存储芯片信息，可以在线检测温度测量模块、存储芯片是否工作正常。

本发明的有益效果在于：本发明能够快速检测待测主板PCB电路的工作电压、工作电流以及待测电路板上的CPU最小系统、流量测量电路模块、温度测量电路模块的工作电压、M-BUS模块电路板的工作电流，并通过测试电路模块的串行口通讯把相关数据发送到上位机，与正常工作的超声水表PCB电路板的预设值进行比较，可直接监测待测板的各关键模块的工作电压与工作电流是否正常。上位机通过M-BUS主机及M-BUS模块实时采集超声换能器的时差，可监测流量测量模块是否工作正常；上位机读取待测主板PCB电路的存储芯片数据，在线判断存储芯片是否工作正常。

本发明的方法和装置有效的简化了现有超声水表电路板的检测流程，解决了原有检测技术复杂、效率低等问题，实现了快速、高效检测，一体化显示待测电路板是否合格等功能，提高了检测效率，降低了生产成本。

附图说明

图1是超声水表PCB电路在线检测装置电路整体框图；

图2是超声水表PCB电路在线测试系统模块具体电路图；

图3是超声水表PCB电路在线检测装置机械示意图。

具体实施方式

为更清晰地表达本发明，以下结合附图作进一步说明。

图1是超声水表PCB电路在线检测装置电路整体框图。结合图1简述该超声水表PCB电路在线检测方法及装置的电路设计原理：该装置检测电路采用220V交流电源供电，电源通过开关电源模块（12）转化为5V直流电压，再通过稳压电路转化为3.3V的直流电压给待测超声水表PCB主板（15）与测试系统电路模块（13）供电，M-BUS模块（14）由M-BUS主机供电。测试系统电路模块（13）的核心控制芯片选用单片机MSP430F437，利用AD7799读取待测超声水表PCB主板（15）的工作电压、工作电流，待测主板上的CPU最小系统、流量测量模块、温度测量模块的工作电压以及M-BUS模块（14）的工作电流。将测试电路模块（13）获得的数据通过USB串口通讯传送给上位机（11），利用上位机（11）实时监测待测超声水表PCB主板（15）各关键模块的工作电压与工作电流以及M-BUS模块（14）的工作电流是否正常。此外，待测超声水表PCB主板（15）通过M-BUS主机及M-BUS模块（14）连接到上位机（11），上位机（11）实时采集超声换能器的时差、温度传感器信息，可监测流量测量模块、温度测量模块是否工作正常；上位机（11）读取待测超声水表PCB主板（15）的存储芯片信息，在线检测待测超声水表PCB主板的存储芯片是否工作正常。

图2是超声水表PCB电路在线测试系统模块具体电路图。其中区域1为430单片机最小系统电路连接示意图；区域2为AD芯片处理模块电路连接示意图；区域3为待测主板电路PCB、待测M-BUS电路PCB的检测点连接示意图；区域4为M-BUS主机模块连接示意图；区域5为485通讯模块电路连接示意图；区域6为上位机模块连接示意图。该在线测试系统模块的CPU最小系统的单片机U10采用MSP430F437；AD芯片U11、U12采用24位高精度的AD7799芯片；485通讯模块芯片U16采用MAX3485芯片。各区域模块具体连接方式如下：

如图2所示区域1中的单片机U10的AVcc端与3.3V电源端、电容CD10的“+”端、电容C10的一端连接；U10的DVcc端与3.3V电源端、电容CD10的“+”端、电容C10的一端连接；电容CD10的另一端与数字地DGND连接；电容C10的另一端与数字地DGND连接。

单片机U10的RST端与电阻R10的一端、电容C11的一端连接；电阻R10的的另一端与电源3.3V连接；电容C11的另一端与数字地DGND端连接。

单片机U10的晶振XIN端与晶振的X10的一端、电容C12的一端连接；U10的晶振XOUT端与晶振的X10的另一端、电容C13的一端连接；电容C12的另一端与数字地DGND端连接；电容C13的另一端与数字地DGND端连接。

单片机U10的P2.0端与485通讯芯片U16的/RE端、U16的DE端连接；U10的TXD0端与U16的DI端连接；U10的RXD0端与U16的RO端连接。

单片机U10的P1.1端与2区域的AD芯片U11的/CS端连接；U10的P1.2端与U11的SCLK端、U12的SCLK端连接；U10的P1.3端与U12的/CS端连接；U10的P1.4端与U11的DIN端、U12的DIN端连接；U10的P1.5端与U11的DOUT端、U12的DOUT端连接。

如图2所示区域2中的AD芯片U11的PSW端与U11的REF-端连接；U11的DVdd端与电源3.3V连接；U11的AVdd端与电源3.0V端连接；U11的REF+端与电源3.0V端连接；U11的GND端与DGND端、外接精密电阻R11的一端、U11的AIN3-端连接；AD芯片U11的AIN1+端与3区域待测主板电路PCB的DVCC1检测点连接；U11的AIN1-端与待测主板电路PCB板的DGND1检测点连接；U11的AIN2+端与待测主板电路PCB板的AVCC1检测点连接；U11的AIN2-端与待测主板电路PCB板的AGND1检测点连接；U11的AIN3+端与待测主板电路PCB板的DGND1检测点、外接精密电阻R11另一端连接。

如图2所示区域2中的AD芯片U12的PSW端与U12的REF-端连接；U12的DVdd端与电源3.3V连接；U12的AVdd端与电源3.0V端连接；U12的REF+端与电源3.0V端连接；U12的GND端与DGND端连接；AD芯片U12的AIN1+端与待测M-BUS电路PCB的M-端、外接精密电阻R12的一端连接；U12的AIN1-端与M-BUS主机的“-”端、外接精密电阻R12的另一端连接；

如图2所示区域3中的待测主板电路PCB的U1+检测点与换能器A的一端连接；待测主板电路PCB的U1-检测点与换能器A的另一端连接；待测主板电路PCB的U2+检测点与换能器B的一端连接；待测主板电路PCB的U2-检测点与换能器B的另一端连接；待测主板电路PCB的PT1000+检测点与外接电阻R13的一端连接；待测主板电路PCB的PT1000-检测点与外接电阻R13的另一端连接；待测主板电路PCB的TXD端与待测M-BUS电路PCB的TXD端连接；待测主板电路PCB的RXD端与待测M-BUS电路PCB的RXD端连接；待测主板电路PCB的3.3V检测点与电源3.3V连接。待测M-BUS电路PCB的M+端与M-BUS主机的“+”连接。

如图2所示区域4中的M-BUS主机通过两根USB通讯线与6区域的上位机连接。5区域的通讯芯片U16的VCC与电源3.3V连接；U16的GND与DGND地连接；U16的A端与B端分别通过485数据线转换成USB连接到6区域的上位机。

其中AD芯片U11主要读取待测主板电路PCB各检测点的电压值；通过外接精密电阻R11读取待测主板电路PCB的工作电流。待测主板电路PCB U1+、U1-检测点通过连接装在管道上的换能器A， U2+、U2-检测点连接装在管道上的换能器B，通过获取相关静态时差值，显示待测主板电路PCB的时间测量电路模块是否工作正常。待测主板电路PCB的PT1000+、PT1000-检测点通过连接外部固定电阻值的R13获得固定温度值，检测温度测量模块是否工作正常。

图3是超声水表PCB电路在线检测装置机械示意图。结合图3简述该超声水表PCB在线检测方法及装置的原理：装置通过开关（21）接通220V交流电源，该交流电通过开关电源（22）转化为稳定输出的3.3V直流电源给待测超声水表PCB电路板与测试系统电路模块（23）供电。下压手柄（213），活动杆（210）带动活动压板（29）下压，压针（28）抵住PCB支撑板（26）以及放在支撑板上的待测PCB电路板，压针（28）与弹簧（24）将PCB支撑板（26）与待测PCB板固定，探针（25）从PCB支撑板（26）内部小孔穿出，连接到待测PCB板上的检测点，此时待测电路PCB板通电，测试电路模块（23）测得待测PCB板的各模块检测点的相关数据，并通过485转USB通讯电路将数据发送到上位机（214）。固定在装置一侧的超声水表管道（27）充满水，管道（27）上的换能器通过数据线与待测PCB电路板上换能器安装的位置点连接。上位机（214）通过M-BUS主机与待测M-BUS电路模块相连，上位机（214）通过M-BUS模块实时读取超声水表PCB电路上时间测量模块的时差数据，发送到上位机上显示；上位机（214）通过M-BUS模块读取待测电路PCB电路板上存储芯片内的相关信息，显示在上位机（214）上。上位机（214）实时采集的相关数据与预设在上位机（214）里面的超声水表PCB电路正常工作的相关数据进行对比，可实时一体化显示超声水表PCB各模块的工作情况以及自动判断显示待测PCB电路板是否合格。

相较于目前对超声水表电路板的检测技术，本超声水表PCB电路在线检测方法及装置只需在测试时更换待测超声水表PCB主板及待测M-BUS电路PCB即可快速、稳定的检测出各PCB电路板是否合格，极大地节省了人力物力，提高了生产效率，可给工厂大批量生产超声水表提供了检测技术保障。

Claims (7)

1.一种超声水表PCB电路在线检测装置，其特征在于，包括：

用于读取待测超声水表PCB主板工作电压和工作电流的测试系统电路模块；

提供待测PCB主板与测试系统电路模块电源的开关电源模块；

固定待测PCB主板的支撑架与压针；

控制压针的手柄；

连接待测PCB板中待测点的探针；所述探针与开关电源、测试系统电路模块、M-BUS模块连接；

装有换能器的超声水表管道；

以及上位机；

所述测试系统电路模块检测待测PCB电路板的各关键电路模块的工作电压及电流，通过串行口通讯发送到上位机；上位机通过M-BUS主机及M-BUS模块读取流量测量模块数据、温度测量模块数据、存储芯片相关信息，与预设在上位机软件里的超声水表正常工作时的各参数值进行比较，从而显示待测PCB电路是否合格。

2.根据权利要求1所述的超声水表PCB电路在线检测装置，其特征在于，所述测试电路系统模块以单片机MSP430F437为核心控制芯片，通过AD7799读取待测超声水表PCB电路板的工作电压与工作电流。

3.根据权利要求1所述的超声水表PCB电路在线检测装置，其特征在于，所述测试电路系统模块将测量得到的相关数据通过MAX3485外围485转USB通讯电路发送数据至上位机软件，利用上位机软件实时监测待测PCB电路板的工作电压与工作电流是否合格。

4.根据权利要求1所述的超声水表PCB电路在线检测装置，其特征在于，所述装有换能器的超声水表管道，在管道装满水的情况下，上位机软件通过M-BUS主机及M-BUS模块，读取换能器静态时差数据，检测超声水表PCB电路的流量测量模块是否正常工作。

5.根据权利要求1所述的超声水表PCB电路在线检测装置，其特征在于，所述上位机软件，通过M-BUS主机及M-BUS模块与待测超声水表PCB电路通讯，读取温度传感器数据、数据存储芯片信息，检测超声水表PCB电路的温度测量模块及数据存储芯片是否正常工作。

6.根据权利要求1所述的超声水表PCB电路在线检测装置，其特征在于，装置由220V交流电供电，经开关电源转化为5V电压，再由稳压电路转化为3.3V直流电压给测试电路系统模块和待测超声水表PCB主板电路供电，待测M-BUS电路PCB由M-BUS主机供电。

7.一种超声水表PCB电路在线检测方法，使用权利要求1所述的装置，其特征在于，测试系统电路模块检测待测超声水表主板PCB的工作电压及电流；待测PCB主板的CPU最小系统电路模块、流量测量电路模块、温度测量电路模块的工作电压；待测M-BUS模块电路的工作电流，通过串行口通讯发送到上位机上显示；上位机软件通过M-BUS主机及M-BUS模块读取待测PCB主板上存储芯片的相关参数、管道换能器的静态时差值、温度传感器参数，与之前预设在上位机软件里面的正常工作PCB的各关键模块的电压、电流值以及相关参数进行比较，自动判断PCB电路是否正常。