CN110855320B - 宽带电力线载波通信模块pcba单板的自动化检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种宽带电力线载波通信模块PCBA单板的自动化检测系统及方法，采用屏蔽措施及外加特殊干扰信号的方法解决了检测过程中存在的载波信号空间耦合干扰问题；采用多工位并行检测方式，大幅节省人力、设备和时间成本；将超级电容充电功能检测与其他检测项同步执行，提高检测效率。本发明的自动化检测系统和方法非常适用于对产线新装配完成的PCBA单板性能及功能进行大批量检测。

Description

宽带电力线载波通信模块PCBA单板的自动化检测系统及方法

技术领域

本发明涉及宽带电力线载波通信技术领域，具体涉及一种检测系统及方法。

背景技术

随着近年来“坚强智能电网”和“泛在电力物联网”等概念的提出，用电信息采集系统已经由简单的电力数据采集向智能化、信息化、自动化、互动化的方向发展，通过表计终端设备在用户和电网公司之间构建一个庞大而高效的通信网络，从而实现电力、信息、应用数据的高速传输和远程家电监控等功能。

相对其他通信技术，宽带电力线载波通信技术采用低压电力线作为传输介质，具有线路资源丰富、传输速率高、网络建设成本低等优势，在用电信息采集系统通信网络的建设中起到重要作用。

最近几年智能电网建设正处于高速发展阶段，因此宽带电力线载波通信模块产品市场前景非常广阔，总容量将达到亿级。所有模块在生产完成后必须进行全检，工作量巨大。已有厂家设计专用设备用于量产检测，按需定制，比较有针对性，但一般存在以下问题：

（1）由于高频载波信号的空间耦合因素，数米内的载波信号之间会互相干扰，较难实现真正意义上的一拖多工位并行检测；

（2）对各检测项设置或安排不够合理，存在检测不够全面或检测效率低的问题。

发明内容

针对上述背景及问题，本发明提供一种能够对宽带电力线载波通信模块PCBA单板（以下简称被测模块）进行自动化检测的系统及方法，实现对被测模块的一拖多并行检测，并对其多个功能及性能设计独特的检测方法和流程，提高效率和可靠性。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案如下：

一种宽带电力线载波通信模块PCBA单板的自动化检测系统，其特征在于包括上位机和设备端，所述上位机和设备端通过串口连接；所述上位机用于配置检测参数，显示检测结果；所述设备端设置了多个工位，每个工位包括一个主控板，所述主控板通过弹簧探针及屏蔽线与被测模块连接，用于完成对被测模块的自动化检测；所述主控板包括：

MCU控制器，用于整个检测流程的控制；

电源模块，为单个工位所有电路/模块供电；

供电及缓启动模块，用于给被测模块供电；

弱电接口模块，用于采集功耗信息、检测串口通信及IO串口状态；

电信号检测模块，用于采集多个测试点电压，送至片内ADC外设；

信号传输线，用于载波信号传输；

固定衰减网络，与所述信号传输线相连接，用于给载波通信路径增加固定值衰减；

方波干扰源模块，向信号传输线的屏蔽网上加载干扰信号；

载波抄控器模块，主要起信号的调制解调功能，用于载波通信功能的检测；

调试及校准模块，用于检测设备运放零点飘移和基准电压的校准；

存储器模块，存储由上位机发送的配置参数等信息、调试及校准信息；

第一串口模块，1号工位与上位机连接，其他工位与前一工位连接，上传本工位测试结果信息；

第二串口模块，与后一工位连接，接收后一工位上传的测试结果信息；

串口隔离电路，对两工位间的串口通信进行隔离。

本发明还提供了上述检测系统的检测方法，其特征在于各工位并行检测，至少包括以下检测项：串口通信功能检测、软件版本信息比对、静态功耗和电压测试点检测、载波通信功能检测、IO口状态检测、超级电容充电功能检测；具体检测步骤如下：

在开始检测前，为每个工位的MCU控制器配置不同MAC地址；

串口通信功能检测:被测模块上电初始化完毕后，主动向主控板读取交互信息，主控板以MAC地址形式回复，同时回复命令控制被测模块进入检测模式；

软件版本信息比对：主控板向被测模块发送读取版本命令，被测模块进行回复；

静态功耗和电压测试点检测：电信号检测模块读取被测模块功耗信息、各电压测试点电压和超级电容电压；

静态功耗和电压测试点检测结束时立即控制被测模块开启超级电容充电；

载波通信功能检测：方波干扰源模块向信号传输线的屏蔽网上加载干扰信号；然后，MCU控制器向载波抄控器模块发送抄读帧，载波抄控器模块把接收到的信号调制成载波信号后发送至被测模块，被测模块接收到后原路径返回应答帧；最后，MCU控制器接收到应答帧后，方波干扰源模块停止向信号传输线的屏蔽网上加载干扰信号；

IO口状态检测：首先，MCU控制器采集被测模块各IO接口电平，检测是否正常；然后，MCU控制器控制被测模块输入接口电平变化，再采集其输出接口电平变化，再次检测是否正常；

超级电容充电功能检测：电信号检测模块读取超级电容电压，同时MCU控制器向被测模块发送命令使其停止超级电容充电；将本步骤读取的超级电容电压值与静态功耗和电压测试点检测步骤中读取的超级电容电压值作差，以此检测充电功能是否正常。

本发明的宽带电力线载波通信模块PCBA单板的自动化检测系统及方法，采用屏蔽措施及外加特殊干扰信号的方法解决了检测过程中存在的载波信号空间耦合干扰问题；采用多工位并行检测方式，大幅节省人力、设备和时间成本；将超级电容充电功能检测与其他检测项同步执行，提高检测效率；采用精确的衰减网络确保抗衰减性能；利用软件版本比对确保软件版本烧录正确；通过对功耗及关键电压值进行检测确保被测模块整体工作状态正常；除检测IO口静态电平状态外还对其进行主动控制并检测电平变化确保能正常工作；检测完成后向被测模块存储器中写入详细的检测结果，可追溯。本发明解决了载波信号空间耦合干扰问题，对其多个功能及性能的检测方法和流程进行了独特设计和优化，大幅提高检测效率和可靠性。本发明的自动化检测系统和方法非常适用于对产线新装配完成的PCBA单板性能及功能进行大批量检测。

附图说明

图1为本发明的系统框图；

图2为单个工位的详细原理框图；

图3为本发明的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明检测方法的实现作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明的自动化检测系统主要包括两大部分：PC端（上位机）和设备端（本实施例以带有PCBA单板槽位的工装夹具为例，工装夹具是检测领域的常用装置），PC端与设备端通过串口进行通信。

PC端用于配置检测参数，显示检测结果；

设备端包括一个触发开关，该开关可以按需安装在设备端内部或外部，用于在压合装置闭合时和打开时给主控板提供信号。

设备端外部安装一个压合装置，同时按需设计多个工位，每个工位设置一个放置被测模块PCBA单板的槽位和一个指示灯。每个槽位下方按需放置多根弹簧探针，非检测状态下，压合装置处于打开状态，被测模块弹起与弹簧探针不接触。检测状态下，压合装置处于闭合状态，被测模块被压下与弹簧探针接触；指示灯用于指示对应工位当前是否处于检测状态。

设备端内部安装电源模块和主控板。电源用于给主控板模块和被测模块供电，主控板通过弹簧探针及屏蔽线与被测模块连接，用于完成对被测模块功能和性能的自动化检测。

弹簧探针在设备端内部始终与主控板相连，包含弱电接口探针、电压测试点接口探针、载波测试接口探针三部分，其中：

1-弱电接口探针，用于电源供电（同时通过电源接口实现功耗信息的采集）、串口功能检测、IO口检测等；

2-电压测试点接口探针，用于被测模块测试点电压信息的采集；

3-载波测试接口探针，用于连通被测模块与主控板之间的载波通信回路。

如图2，主控板上包含：MCU控制器、电源输入模块、供电及缓启动模块、弱电接口模块、功耗及测试点电压检测模块、信号传输线、固定衰减网络、方波干扰源模块、载波抄控器模块、指示灯模块（外接）、启动触发装置（外接）、调试及校准模块、存储器模块、第一串口模块（连接PC或前一工位）、第二串口模块（连接后一工位）、串口隔离电路、测试及预留接口。

其中：

4-MCU控制器，用于整个检测流程的控制。

5-电源模块，为单个工位所有电路/模块供电。

优选地，电源模块选用带有隔离变压器的AC-DC电源。

优选地，各个工位采用独立电源供电，从而使各工位间电源/地全部相互隔离，保证单个工位损坏不影响其他工位。

6-供电及缓启动模块，用于给被测模块供电。

7-弱电接口模块，与弱电接口探针相连，用于采集功耗信息、检测串口通信及IO串口状态等项目。

优选地，功耗通过运放电路进行采集。

8-电信号检测模块，与电压测试点接口探针相连接，用于采集多个测试点电压，最后均送至片内ADC外设。

9-信号传输线，与载波测试接口探针相连接，用于载波信号传输。

优选地，采用带屏蔽网的双芯铜线作为载波信号传输路径。

10-固定衰减网络，与所述信号传输线相连接，用于给载波通信路径增加固定值衰减，从而检验被测模块的信号发射功率及抗衰减性能是否符合要求。

优选地，采用耦合变压器-差分电阻网络（T-iR）实现精确衰减。

11-方波干扰源模块，该干扰为由MCU模块产生的PWM方波信号，信号频率介于通信频段下限和中心频段之间，加载到所述信号线的屏蔽网上。该干扰信号产生的基波和低次谐波一方面避免在本工位进行载波信号收发时将可识别信号空间耦合到相邻工位，另一方面干扰相邻工位在载波收发时产生的耦合信号，最终实现各工位间的载波通信功能检测互不影响。

这一处理能够使各工位之间间距尽可能小，而且各工位的载波通信功能检测可以同步进行，大大提高空间利用率和检测效率。

12-载波抄控器模块，主要起信号的调制解调功能，用于载波通信功能的检测。

主控板为主机，被测模块为从机。测试时，MCU控制器通过UART外设接口向载波抄控器模块发送抄读命令帧，载波抄控器模块将其调制成载波信号，经由带屏蔽的固定衰减网络、载波测试接口探针发送至被测模块，被测模块回复的应答帧经由此路径返回。

13-指示灯模块，该指示灯位于工装夹具外部，用于每工位检测过程中的状态指示。

14-启动触发装置，当各被测模块被放置妥当、夹具闭合时通知MCU开始新一轮的检测工作。

15-调试及校准模块，用于对新组装好的测试设备进行运放零点飘移和基准电压的校准。

16-存储器模块，PC机进行配置时，存储接收到的由PC机发送的配置参数等信息、调试及校准信息。

17-第一串口模块，1号工位与PC机连接，其他工位与前一工位连接，上传本工位测试结果信息。

18-第二串口模块，与后一工位连接，接收后一工位上传的测试结果信息数据帧。

19-串口隔离电路，对两工位间的串口通信（主要是参考地）进行隔离。

20-测试及预留接口，用于自测及扩展应用；配合调试及校准模块完成校准动作。

本发明自动化检测方法流程如图3所示，主要分为两个阶段：准备阶段和正常检测阶段

1.准备阶段

1.1-对系统中各模块进行装配和导线连接；

1.2-设备端上电后进行校准：

1.2.1-按下测试及预留接口中按键1，MCU控制器自动向存储器写入零点漂移校准参数c1；

1.2.2-准备已知测试点电压参数的模块A，模块A预先处理为一个稳定状态（即上电后保持状态不变），将A放置在第k（k=1，2……n）工位后闭合压合装置，使其上电，按下第k工位主控板上测试及预留接口中按键2，MCU控制器自动向存储器写入测试占电压校准参数c2；

1.2.3-所有工位重复1.2.1和1.2.2条动作。

1.3-打开上位机软件进行参数配置，主要指检测项的合格判定参数。

说明：准备阶段仅在首次使用时执行。

2.正常检测阶段

基本检测项包括：（1）串口通信功能检测，（2）软件版本信息比对，（3）静态功耗和电压测试点检测，（4）载波通信功能（含抗衰减性能）检测，（5）IO口状态检测，（6）超级电容充电功能检测等等。

2.1-放置模块并启动

具体地，将被测模块放置在各工位对应位置槽位并启动检测，供电及缓启动模块经由弱电接口探针向被测模块供电。

2.2-串口通信功能检测

在开始检测前，为每工位MCU控制器配置不同MAC地址，MAC地址预先设置在存储器中，不同工位的主控板回复不同MAC地址，严格保证各工位间的相互独立性，进一步避免检测过程中各工位的相互干扰。

被测模块上电初始化完毕后，主动通过串口经由弱电接口探针向主控板读取交互信息，主控板以MAC地址形式回复，同时回复命令控制被测模块进入检测模式，从而实现在后续检测中进行一些特殊控制，例如在载波通信功能检测中对自定义抄读命令的响应，在超级电容充电功能检测中对超级电容充电开始和停止命令的影响；在全部检测流程结束时对检测结果存储命令的响应等。

合格判定：被测模块执行了主动读取交互信息动作并且完成了后续的检测动作。

2.3-软件版本信息比对

具体地，主控板通过串口经由弱电接口探针向被测模块发送读取版本命令，被测模块进行回复。

合格判定：被测模块回复的版本信息与之前在上位机配置的信息完全一致。

2.4-第一次ADC采样并启动充电

具体地，电信号检测模块经由弱电接口探针读取被测模块功耗信息，经由电压测试点接口探针读取各电压测试点电压和超级电容电压，同时通过串口向被测模块发送命令使其开启超级电容充电。如此可使得检测项（6）超级电容充电功能检测所花费的总时间不超过1秒，否则每一轮检测至少多浪费10秒以上的时间。

合格判定：读取到的功耗大小及测试点电压符合之前在上位机配置的范围。

2.5-载波通信功能检测

具体地，首先，方波干扰源模块向信号传输线的屏蔽网上加载干扰信号。然后，MCU控制器通过串口向载波抄控器模块发送抄读帧，载波抄控器模块把该信号调制成载波信号后经由固定衰减网络、信号传输线、载波测试接口探针发送至被测模块，被测模块接收到后原路径返回应答帧。最后，MCU控制器接收到应答帧后，方波干扰源模块停止向信号传输线的屏蔽网上加载干扰信号。

屏蔽网上的方波干扰时间完全覆盖检测项（4）载波通信功能检测的检测时间，最大程度避免各工位间载波信号的空间耦合干扰；并且仅在检测项（4）开始至结束期间内开启该方波干扰，最大限度减小系统资源浪费。

合格判定：MCU控制器发送抄读帧后在预设置时间内接收到应答帧。

如果第一次载波通信功能检测未通过，则重复且仅重复一次上述步骤。

2.6-IO口状态检测

具体地，首先，MCU控制器经由弱电接口模块、弱电接口探针采集被测模块各IO接口电平，检测是否正常。然后，MCU控制器控制被测模块输入接口电平变化，再采集其输出接口电平变化，再次检测是否正常。

检测项（5）IO口状态检测并非仅读取当前时刻静态值，而是在此基础上追加：对被测模块输入接口进行控制后再识别其输出接口的状态变化，严格保证每个接口的有效性。

合格判定：两次检测均正常。

2.7-第二次ADC采样并关闭充电

具体地，电信号检测模块经由电压测试点接口探针读取超级电容电压。同时通过串口向被测模块发送命令使其停止超级电容充电。

合格判定：本步骤读取到的电压值与第一次ADC采样步骤中读取到的超级电容电压值作差，该差值符合之前在上位机配置的范围。

2.8-检测完成

具体地，首先，MCU控制器对上述检测项检测结果进行组合，通过串口发送至被测模块，被测模块写入存储器。然后，分为两种情况，一种情况为第2、3…n工位，测试完成时经由串口隔离电路、第一串口模块向前一工位上传，或者由第二串口模块接收到后一工位发送来的测试结果后向前一工位上传；另一种情况为第1工位，测试完成时开始等待，等待预设置时间后将所有工位的测试结果进行汇总，重新组帧后经由串口隔离电路、第一串口模块向PC机上传。每条测试结果中附带工位位置信息。最后，PC机根据接收到的包含所有工位检测结果的数据帧进行界面处理，向用户显示本批次最终的检测结果。每个检测项分别对应一个数字序号，某项或某几项检测未通过时，检测完成后其对应的数字序号会显示在PC端显示器上。

Claims (9)

1.一种宽带电力线载波通信模块PCBA单板的自动化检测系统，其特征在于包括上位机和设备端，所述上位机和设备端通过串口连接；所述上位机用于配置检测参数，显示检测结果；所述设备端设置了多个工位，每个工位包括一个主控板，所述主控板通过弹簧探针及屏蔽线与被测模块连接，用于完成对被测模块的自动化检测；所述主控板包括：

MCU控制器，用于整个检测流程的控制；

电源模块，为单个工位所有电路/模块供电；

供电及缓启动模块，用于给被测模块供电；

弱电接口模块，用于采集功耗信息、检测串口通信及IO串口状态；

电信号检测模块，用于采集多个测试点电压，送至片内ADC外设；

信号传输线，用于载波信号传输；

固定衰减网络，与所述信号传输线相连接，用于给载波通信路径增加固定值衰减；

方波干扰源模块，向信号传输线的屏蔽网上加载由MCU控制器产生的信号频率介于通信频段下限和中心频段之间的PWM方波信号；

载波抄控器模块，起信号的调制解调功能，用于载波通信功能的检测；

调试及校准模块，用于检测设备运放零点飘移和基准电压的校准；

存储器模块，存储由上位机发送的配置参数信息、调试及校准信息；

第一串口模块，1号工位与上位机连接，其他工位与前一工位连接，上传本工位测试结果信息；

第二串口模块，与后一工位连接，接收后一工位上传的测试结果信息；

串口隔离电路，对两工位间的串口通信进行隔离。

2.如权利要求1所述的宽带电力线载波通信模块PCBA单板的自动化检测系统，其特征在于所述主控板还包括：

启动触发装置，当各被测模块已被放置妥当且触发开关动作时通知MCU控制器开始新一轮的检测工作；

测试及预留接口，用于系统自测及扩展应用，配合调试及校准模块完成校准动作。

3.如权利要求1所述的宽带电力线载波通信模块PCBA单板的自动化检测系统，其特征在于所述弹簧探针包括弱电接口探针、电压测试点接口探针、载波测试接口探针；所述弱电接口探针与弱电接口模块相连接；所述电压测试点接口探针与电信号检测模块相连接；所述载波测试接口探针与信号传输线相连接。

4.如权利要求1所述的宽带电力线载波通信模块PCBA单板的自动化检测系统，其特征在于所述设备端设置有触发开关、压合装置；所述触发开关用于在所述压合装置闭合和打开时给所述主控板提供信号；每个工位设置有放置被测模块的槽位，每个槽位下方设置所述弹簧探针与主控板相连，非检测状态下，压合装置处于打开状态，被测模块与弹簧探针不接触；检测状态下，压合装置处于闭合状态，被测模块与弹簧探针接触。

5.如权利要求1所述的宽带电力线载波通信模块PCBA单板的自动化检测系统，其特征在于所述固定衰减网络采用耦合变压器-差分电阻网络实现精确衰减。

6.如权利要求1所述自动化检测系统的检测方法，其特征在于各工位并行检测，至少包括以下检测项：串口通信功能检测、软件版本信息比对、静态功耗和电压测试点检测、载波通信功能检测、IO口状态检测、超级电容充电功能检测；具体检测步骤如下：

在开始检测前，为每个工位的MCU控制器配置不同MAC地址；

串口通信功能检测:被测模块上电初始化完毕后，主动向主控板读取交互信息，主控板以MAC地址形式回复，同时回复命令控制被测模块进入检测模式；

软件版本信息比对：主控板向被测模块发送读取版本命令，被测模块进行回复；

静态功耗和电压测试点检测：电信号检测模块读取被测模块功耗信息、各电压测试点电压和超级电容电压；

静态功耗和电压测试点检测结束时立即控制被测模块开启超级电容充电；

载波通信功能检测：方波干扰源模块向信号传输线的屏蔽网上加载干扰信号；然后，MCU控制器向载波抄控器模块发送抄读帧，载波抄控器模块把接收到的信号调制成载波信号后发送至被测模块，被测模块接收到后原路径返回应答帧；最后，MCU控制器接收到应答帧后，方波干扰源模块停止向信号传输线的屏蔽网上加载干扰信号；

IO口状态检测：首先，MCU控制器采集被测模块各IO接口电平，检测是否正常；然后，MCU控制器控制被测模块输入接口电平变化，再采集其输出接口电平变化，再次检测是否正常；

超级电容充电功能检测：电信号检测模块读取超级电容电压，同时MCU控制器向被测模块发送命令使其停止超级电容充电；将本步骤读取的超级电容电压值与静态功耗和电压测试点检测步骤中读取的超级电容电压值作差，以此检测充电功能是否正常。

7.如权利要求6所述的检测方法，其特征在于载波通信功能检测步骤中，屏蔽网上的方波干扰时间完全覆盖检测时间，避免各工位间载波信号的空间耦合干扰；并且仅在载波通信功能检测开始至结束期间内开启方波干扰，减小系统资源浪费。

8.如权利要求6所述的检测方法，其特征在于每个检测项分别对应一个数字序号，检测项未通过时，检测完成后在上位机上显示检测项对应的数字序号。

9.如权利要求6所述的检测方法，其特征在于检测完成后向被测模块存储器中写入详细的检测结果。

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