CN205427131U - 一种水情数据采集模块电路板自动测试设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种水情数据采集模块电路板自动测试设备，包括机箱，所述机箱的上表面设有夹持待测电路板的工装夹具，所述机箱内设有测试待测电路板功能的测试系统，利用工装夹具夹持住待测电路板，从而便于测试系统对待测电路板进行检测。本实用新型公开的水情数据采集模块电路板自动测试设备，整个测试流程由CPU控制独立完成，杜绝人工干预，避免了人为误差，无需外接测量仪器仪表，大大降低了测试成本，显著提高了生产效率，也极大的减少了测试人员的工作量，使用工装夹具进行待测电路板的固定，并通过测试探针接触测试点的方式，去除了原来人工测试时待测电路板的机械磨损，提升了生产测试环节的安全性，也提高了信号连接的可靠性。

Description

一种水情数据采集模块电路板自动测试设备

技术领域

本实用新型属于测试技术领域，具体涉及一种水情数据采集模块电路板自动测试设备。

背景技术

水情数据采集模块，是用于采集水情数据的功能模块，拥有RS485、RS232、SDI-12等多种通讯接口，与传感器及采集终端进行通讯，搜集数据储存并上送。

测试探针是应用于电子测试中，测试PCBA（PrintedCircuitBoard+Assembly的简称，也就是说PCB空板经过SMT上件，再经过DIP插件的整个制程）的一种测试连接电子元件。探针主要是有三个部分组成的：一是针管：主要是以铜合金为材料外面镀金。二是弹簧：主要是琴钢线和弹簧钢外面镀金。三是针头：主要是工具钢（ＳＫ）镀镍或者镀金。以上三个部分组装成一根探针。另外还有外套管，可以连焊接线。

针床也叫ICT测试治具，就是在线检测、测试治具。是利用电性能对在线元器件进行测试来检查生产制造缺陷及元器件不良的一种非标准测试辅助夹具。它主要用于检查在线的单个元器件以及各电路网络的开、短路、焊接等情况，具有操作简单、快捷迅速、故障定位准确等特点，ICT测试治具可进行模拟器件功能和数字器件逻辑功能测试，故障覆盖率高，对每种单板需制作专用的针床，这个针床在工业生产上就叫它ICT测试治具。

在电子产品的生产过程中，为了保证电路板在装入外壳后能正常工作，通常需要提前对电路板进行功能和性能的测试。在目前的生产工序中，通常需要人工借助大量的调试设备进行测试。比如上述数据采集模块，在测试串口时，需要借助PC机连接对应端口，进行收发测试判断是否正常；在测试开关量输入端口时，需要借助电压源，调整至合适的电平接入端口，判断是否采集成功；在测试开关量输出端口时，需要借助万用表，测试输出电平是否满足要求等等，然而传统的人工测试方式存在较大的问题：

传统的人工测试方式，效率较低，完全测试完成一块电路板需要10分钟以上；

传统测试方式需要借助大量仪器仪表，比如万用表、电压源、频率计、雨量计、多种适配器等等，成本较高；

传统测试方式对于测试人员的要求较高，必须会使用多种测量仪器仪表，了解产品基本功能和使用方法，对于故障有一定的辨识和分析能力；。

传统测试方式的测试准确度较低，由于手工操作和观测，导致重复性误差较大，还有各种仪器仪表需要定期校准和调试；

传统测试方式的操作较为复杂，需要同时借助多个仪表观测，连接多个接插件；

传统测试方式对于外部端口的测试，全部需要借助接插件，反复插拔会造成一定的机械磨损，且在测试过程中并没有保护措施，容易造成板件损坏；

因此，这种人工测试的方式成本较高的同时效率低下，且容易产生人为误差，在大批量生产时已不适用。

实用新型内容

为了解决现有技术中存在的不足，本实用新型提供了一种水情数据采集模块电路板自动测试设备，使用该测试设备进行电路板的功能和性能测试，整个测试流程由CPU控制独立完成，杜绝人工干预，避免了人为误差，无需外接测量仪器仪表，大大降低了测试成本，完成一个电路板的测试，由原来人工的10分钟以上，缩短至1分钟，显著的提高了生产效率，也极大的减少了测试人员的工作量。此外，使用工装夹具进行待测电路板的固定，并通过测试探针接触测试点的方式，去除了原来人工测试时待测电路板的机械磨损，提升了生产测试环节的安全性，也提高了信号连接的可靠性，具有良好的应用前景，值得推广。

为解决上述问题，本实用新型具体采用以下技术方案：

一种水情数据采集模块电路板自动测试设备，其特征在于，包括机箱，所述机箱的上表面设有夹持待测电路板的工装夹具，所述机箱内设有测试待测电路板功能的测试系统，所述工装夹具包括卡槽、固定柱、快速夹、压板、以及针板，所述卡槽固定在机箱上，所述卡槽的一侧设置有固定柱，所述卡槽内设有用于放置待测电路板的容纳腔，所述容纳腔内设置有针板，所述待测电路板上的测试点与针板上的测试探针相连接，所述测试探针与测试系统相连接，所述卡槽与固定柱间设有毗邻卡槽外侧面的导轴，所述快速夹设置在固定柱上，所述快速夹上压棒的下端设置有压板，所述压板上设置有适配于导轴的套孔，所述压板通过套孔套设在导轴上，所述压板的下部设有压针。

前述的一种水情数据采集模块电路板自动测试设备，其特征在于，还包括显示区域和蜂鸣器，所述显示区域内设有显示待测电路板各功能测试故障的故障指示灯以及显示待测电路板功能全部正常的OK灯，所述故障指示灯、OK灯分别与测试系统相连接，所述蜂鸣器设置于机箱内。

前述的一种水情数据采集模块电路板自动测试设备，其特征在于，还包括连接PC机的串口通讯端口、控制测试流程的船形开关以及启闭该测试设备的总电源，所述船形开关以及总电源设置于工装夹具的一侧，所述串口通讯端口设置于机箱的侧部，所述串口通讯端口、船形开关以及总电源分别与测试系统相连接。

前述的一种水情数据采集模块电路板自动测试设备，其特征在于，所述测试系统包括CPU、通讯接口、GPIO接口、A/D采集模块、定时器模块、功耗测量模块、电源切换模块以及AC/DC电源模块，所述通讯接口包括RS232接口、RS485接口、SDI-12接口，所述CPU与RS232接口、RS485接口、SDI-12接口、GPIO接口、A/D采集模块、定时器模块、功耗测量模块、电源切换模块以及AC/DC电源模块相连接，所述电源切换模块分别于功耗测量模块、AC/DC电源模块相连接。

前述的一种水情数据采集模块电路板自动测试设备，其特征在于，所述通讯接口与待测电路板的通讯接口相连接，所述GPIO接口与待测电路板的开入量、开出量接口相连接，所述A/D采集模块与待测电路板的模拟量接口相连接，所述定时器模块与待测电路板的时钟频率接口相连接，所述功耗测量模块与待测电路板的电源接口相连接。

前述的一种水情数据采集模块电路板自动测试设备，其特征在于，所述电源切换模块包括12V电源开关电路、16V电源开关电路、9V电源开关电路以及3.3V电源开关电路，分别提供12V、16V、9V以及3.3V电压，所述3.3V电源开关电路由12V电源开关电路转换而来。

本实用新型的有益效果，本实用新型提供的一种水情数据采集模块电路板自动测试设备，使用该测试设备进行测试，可以大大提高效率，工时约1分钟/块，外援只需一台PC机用于下载程序即可，调试人员只需会简单的电脑操作，该测试系统测试时由程序控制整个测试流程，无需人工干预，准确可靠。此外，测试时只需要利用工装夹具固定住待测电路板，操作简单，且由于待测电路板由工装夹具固定，全部接口由测试探针连接，大大降低了板件损坏的可能性。

附图说明

图1为本实用新型的一种水情数据采集模块电路板自动测试设备的结构示意图；

图2为本实用新型的一种水情数据采集模块电路板自动测试设备的主视图；

图3为本实用新型的一种水情数据采集模块电路板自动测试设备的侧视图；

图4为本实用新型的一种水情数据采集模块电路板自动测试设备的俯视图；

图5为测试系统的总体框图；

图6为12V电源开关电路；

图7为16V电源开关电路；

图8为9V电源开关电路；

图9为3.3V电源开关电路；

图10为12V电源转换为3.3V电源的转换电路；

图11为功耗测试切换电路；

图12为功耗放大测量电路；

图13为测试流程图。

附图标记含义如下：1-机箱，2-卡槽，3-固定柱，4-快速夹，5-压板，6-容纳腔，7-导轴。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本实用新型作进一步描述。

如图1至图4所示，一种水情数据采集模块电路板自动测试设备，包括机箱1，所述机箱1的上表面设有夹持待测电路板的工装夹具，通过中间的工装夹具用于固定和连接电路板，所述机箱内设有测试待测电路板功能的测试系统。具体的，所述工装夹具包括卡槽2、固定柱3、快速夹4、压板5、以及针板，所述卡槽2固定在机箱1上，所述卡槽2的一侧设置有固定柱3，所述卡槽2内设有用于放置待测电路板的容纳腔6，所述容纳腔6内设置有针板，所述待测电路板上的测试点与针板上的测试探针相连接，所述测试探针与测试系统相连接，所述卡槽2与固定柱3间设有毗邻卡槽2外侧面的导轴7，所述快速夹4设置在固定柱3上，所述快速夹4上压棒的下端设置有压板5，所述压板5上设置有适配于导轴的套孔，所述压板5通过套孔套设在导轴7上，所述压板5的下部设有压针。使用时将待测电路板放置于卡槽2的容纳腔6内对准后，扳动快速夹4，带动压棒下端的压板5向下压，通过压针抵住待测电路板下降，下压至针板上，使得待测电路板上的测试点与针板上的测试探针相接触，将信号引出，测试系统开始检测待测电路板功能和性能。压紧原理根据机械力学中的死点夹紧原理而来，当连杆与连架杆的两铰接点和其中一连架杆与机架的铰接点，三点同在一直线时，机构处于死点位置，这时，被压紧的待测电路板，无论有多大的反力（除破坏性反力），也无法使机构变动，于是压板也就不会松开，此时测试探针完全压紧在测试点上，测试信号通过测试探针输入输出到待测电路板上，完成测试需求。

此外，还包括显示区域和蜂鸣器，所述显示区域内设有显示待测电路板各功能测试故障的故障指示灯以及显示待测电路板功能全部正常的OK灯，所述故障指示灯、OK灯分别与测试系统相连接，所述蜂鸣器设置于机箱内。按照需测试的功能分为若干个故障指示灯，当对应功能测试不通过时点亮；测试功能全部通过时，点亮最后的OK灯。故障灯采用红色，OK灯采用绿色，以示区分。在内部另设蜂鸣器，出现故障退出时，以声音提示告警。

此外，还包括连接PC机的串口通讯端口、控制测试流程的船形开关以及启闭该测试设备的总电源，所述船形开关以及总电源设置于工装夹具的一侧，所述串口通讯端口设置于机箱的侧部，所述串口通讯端口、船形开关以及总电源分别与测试系统相连接。串口通讯端口用于待测电路板的程序下载；电源模件放置在机箱内部。

所述测试系统包括CPU、通讯接口、GPIO接口、A/D采集模块、定时器模块、功耗测量模块、电源切换模块以及AC/DC电源模块，所述通讯接口包括RS232接口、RS485接口、SDI-12接口，所述CPU与RS232接口、RS485接口、SDI-12接口、GPIO接口、A/D采集模块、定时器模块、功耗测量模块、电源切换模块以及AC/DC电源模块相连接，所述电源切换模块分别于功耗测量模块、AC/DC电源模块相连接。

如图5所示，所述通讯接口与待测电路板的通讯接口相连接，所述GPIO接口与待测电路板的开入量、开出量接口相连接，所述A/D采集模块与待测电路板的模拟量接口相连接，所述定时器模块与待测电路板的时钟频率接口相连接，所述功耗测量模块与待测电路板的电源接口相连接。

根据被测电路板所需测试的功能，在测试系统中设置对应的测试电路。对于通讯接口测试，分别设置RS232接口、RS485接口、SDI12接口，与待测电路板连接，通过收发数据测试端口功能是否正常，任意一个通讯接口功能正常，则可用于测试命令发送端口；对于GPIO接口测试，配置单片机GPIO端口，部分用于接收待测电路板的开关量输出信号，部分用于输出高电平供待测电路板采集，同时设计A/D采集模块，用于采集待测电路板模拟量信号，计算误差，待测电路板信号输出和采集，均通过功能正常的通讯接口发送命令控制；对于时钟校准，配置单片机定时器，采集待测电路板时钟频率信号，根据结果进行校准，校准命令通过功能正常的通讯端口进行发送。

对于电源切换，待测电路板电路由12V直流供电，要求拉偏范围为9V~16V，另外设计一路3.3V供电，用于被测板电源回路短路测试，因此定制可调电源，并由继电器控制切换，提供3.3V/9V/12V/16V四种供电电压，原理图如图6至图9所示，电源切换模块包括12V电源开关电路、16V电源开关电路、9V电源开关电路以及3.3V电源开关电路，VDDS为被测板供电正极，四路供电切换由CPU的4个GPIO端口控制，其中3.3V电源开关电路由12V电源开关电路转换而来，如图10所示。

对于短路及功耗测量，在被测板电源回路中串接电阻，采集电阻上的电压判断被测板电流消耗是否正常，与电源切换模块配合使用，被测板为低功耗设备，需要保证休眠及唤醒时，功耗都保持在一定范围内。测试时，通过功能正常的通讯端口发送休眠指令，测试休眠功耗；然后通过外部中断进行唤醒，测试唤醒功耗。另外还需进行3.3V供电状态下的短路测试，此时被测板应无法正常启动，其阻抗非常大，判断其电流应小于某个阈值。由于被测板休眠时电流为微安级，而唤醒时达到100毫安，相差近一千倍，为了测量精度和A/D采集的匹配，设计两种不同阻值的串联电阻，分别为0.1Ω和100Ω，电路原理图如图11和图12所示，图中RB（100Ω）为串接在被测板电源回路中的电阻，在休眠状态下，通过运放AD623，将其电压放大100倍后，进入A/D采样；在唤醒状态时，控制继电器K5，使RA（0.1Ω）与RB并联，并联后电阻接近0.1Ω，再通过运放，同样放大100倍后进入A/D采样，通过这种方式，可以使休眠和唤醒状态下，A/D的采样电压均在一个近似的范围内，很好的解决了范围跨度较大的电流测量问题，同时也保证了采样精度。

利用水情数据采集模块电路板自动测试设备进行测试的方法，包括以下步骤，如图13所示，

步骤（1），将串口通讯端口连接于PC机，打开总电源；

步骤（2），将待测电路板放置于工装夹具上，固定住待测电路板，按下压板使下部的测试探针接触待测电路板上的测试点；

步骤（3），将船形开关拨至OFF位置处，进入程序下载状态，通过PC机下载测试程序至待测电路板；

步骤（4），下载完成后，将船形开关拨至ON位置处，进入测试状态，测试系统由CPU控制自动按顺序执行各个功能的测试；

该步骤（4）中，测试系统由CPU控制自动按顺序执行各个功能的测试包括以下几个步骤，

步骤（40），测试开始首先进行短路判断，继电器切换至3.3V供电，采集串联电阻的电压，判断电流是否满足要求，若超限则蜂鸣告警，并断电退出，若合格则继续；

步骤（41），判断船型开关状态，若在OFF，则等待测试人员下载测试程序；若在ON，则继续；

步骤（42），连接待测电路板RS232端口，根据事先定义好的通讯协议进行收发测试，若端口故障，则点亮对应功能故障灯，并继续；若端口正常，则继续；

步骤（43），连接待测电路板RS485端口，根据事先定义好的通讯协议进行收发测试，若端口故障，则点亮对应功能故障灯，并继续；若端口正常，则继续。

步骤（44），连接待测电路板SDI-12端口，根据事先定义好的通讯协议进行收发测试，若端口故障，则点亮对应功能故障灯，并判断是否全部通讯端口均故障，若是，则无法进行后续测试，蜂鸣告警并断电退出，若不是则选择功能正常的通讯端口，作为后续测试命令的发送端口，并继续；若端口正常，则继续；

步骤（45），分别切换9V/12V/16V电源供电，并在每种电平下发送休眠指令，使待测电路板进入休眠状态并采集功耗，然后通过外部中断，唤醒待测电路板并采集功耗，任一情况下功耗超限，则点亮对应功能故障灯，并断电退出；在各个情况下的功耗均满足要求，即视为功能正常，继续；

步骤（46），通过功能正常的通讯端口，向待测电路板发送开关量输出指令，并采集对应端口电平是否满足要求，然后向待测电路板开入端口输出高电平，并命令待测电路板进行采集，通过通讯协议告知测试设备是否采集成功，若出现故障，则点亮对应功能故障灯，并继续；若正常，则继续；

步骤（47），通过功能正常的通讯端口，向待测电路板发送模拟量输出指令，并通过A/D采集模块采集对应端口是否满足要求，若出现故障，则点亮对应功能故障灯，并继续；若正常，则继续；

步骤（48），通过定时器模块采集待测电路板的时钟频率，根据固定时间段内累计的上升沿数量，计算时钟频率的偏差值，通过功能正常的通讯端口，向待测电路板发送校准参数，由待测电路板进行软件校准，操作完成后继续；

步骤（49），全部功能和性能测试完毕，判断是否有故障灯被点亮，若有则蜂鸣报警并断电退出；若全部正常，则点亮OK灯并断电退出；

步骤（5），待蜂鸣器告警声响或OK灯点亮，测试结束。

整个测试平台由CPU控制流程，独立完成测试，并输出结果，整体流程框图如13所示。CPU为STM32F103系列微控制器。

该水情数据采集模块电路板自动测试设备，包括工装夹具、机箱及集成在机箱内的整套测试系统。整个测试装置利用工装夹具将被测电路板固定，通过测试探针接触需要检测的信号通道，一次性将被测板件的通讯接口、I/O接口、电源拉偏、板件功耗等项目测试完毕，最后通过面板上的指示灯显示测试结果和故障类型。解决现有技术所需，利用自动测试装置对数据采集器进行功能和性能的测试，无需外接万用表、示波器等测量设备，由单片机控制测试流程，操作简单可靠，即降低了测试成本，又提高了测试效率，有效保证测试精度，避免人为误差。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种水情数据采集模块电路板自动测试设备，其特征在于，包括机箱，所述机箱的上表面设有夹持待测电路板的工装夹具，所述机箱内设有测试待测电路板功能的测试系统，所述工装夹具包括卡槽、固定柱、快速夹、压板、以及针板，所述卡槽固定在机箱上，所述卡槽的一侧设置有固定柱，所述卡槽内设有用于放置待测电路板的容纳腔，所述容纳腔内设置有针板，所述待测电路板上的测试点与针板上的测试探针相连接，所述测试探针与测试系统相连接，所述卡槽与固定柱间设有毗邻卡槽外侧面的导轴，所述快速夹设置在固定柱上，所述快速夹上压棒的下端设置有压板，所述压板上设置有适配于导轴的套孔，所述压板通过套孔套设在导轴上，所述压板的下部设有压针。

2.根据权利要求1所述的一种水情数据采集模块电路板自动测试设备，其特征在于，还包括显示区域和蜂鸣器，所述显示区域内设有显示待测电路板各功能测试故障的故障指示灯以及显示待测电路板功能全部正常的OK灯，所述故障指示灯、OK灯分别与测试系统相连接，所述蜂鸣器设置于机箱内。

3.根据权利要求1所述的一种水情数据采集模块电路板自动测试设备，其特征在于，还包括连接PC机的串口通讯端口、控制测试流程的开关以及启闭该测试设备的总电源，所述开关以及总电源设置于工装夹具的一侧，所述串口通讯端口设置于机箱的侧部，所述串口通讯端口、开关以及总电源分别与测试系统相连接。

4.根据权利要求1所述的一种水情数据采集模块电路板自动测试设备，其特征在于，所述测试系统包括CPU、通讯接口、GPIO接口、A/D采集模块、定时器模块、功耗测量模块、电源切换模块以及AC/DC电源模块，所述通讯接口包括RS232接口、RS485接口、SDI-12接口，所述CPU与RS232接口、RS485接口、SDI-12接口、GPIO接口、A/D采集模块、定时器模块、功耗测量模块、电源切换模块以及AC/DC电源模块相连接，所述电源切换模块分别于功耗测量模块、AC/DC电源模块相连接。

5.根据权利要求4所述的一种水情数据采集模块电路板自动测试设备，其特征在于，所述通讯接口与待测电路板的通讯接口相连接，所述GPIO接口与待测电路板的开入量、开出量接口相连接，所述A/D采集模块与待测电路板的模拟量接口相连接，所述定时器模块与待测电路板的时钟频率接口相连接，所述功耗测量模块与待测电路板的电源接口相连接。

6.根据权利要求4所述的一种水情数据采集模块电路板自动测试设备，其特征在于，所述电源切换模块包括12V电源开关电路、16V电源开关电路、9V电源开关电路以及3.3V电源开关电路，分别提供12V、16V、9V以及3.3V电压，所述3.3V电源开关电路由12V电源开关电路转换而来。