智能電表PCBA模塊的功能性測(cè)試設(shè)備

倪晨鴻,宋春偉

(中國(guó)計(jì)量大學(xué),浙江杭州,310018)

智能電表PCBA模塊的功能性測(cè)試設(shè)備

倪晨鴻,宋春偉

(中國(guó)計(jì)量大學(xué),浙江杭州,310018)

針對(duì)智能電表實(shí)裝印刷電路板的質(zhì)量問題，提出了一種針對(duì)智能電表PCBA功能測(cè)試的檢測(cè)設(shè)備。在對(duì)新型FCT設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)描述的基礎(chǔ)上，提出了夾具及機(jī)臺(tái)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)。對(duì)智能電表的各個(gè)測(cè)試項(xiàng)目進(jìn)行研究，提出智能電表在PCBA模塊檢測(cè)階段的功能性測(cè)試方法，并依據(jù)測(cè)試方法提出FCT硬件方案和測(cè)試流程。

智能電表；計(jì)量芯片；檢測(cè)設(shè)備

0　前言

國(guó)家電網(wǎng)公司國(guó)家電網(wǎng)智能電表從零件組成上可以分為如下幾個(gè)部分：電表外殼（包含金具），分流器，互感器，繼電器和實(shí)裝印刷電路板模塊（Printed Circuit Board Assembly, PCBA）。實(shí)裝印刷電路板是指印刷電路板經(jīng)過自動(dòng)貼片焊接，自動(dòng)插件焊接和補(bǔ)充焊接等制程后的零部件產(chǎn)品，以下簡(jiǎn)稱PCBA。PCBA模塊的功能性檢測(cè)（Functional Circuit Test，F(xiàn)CT）就是對(duì)被測(cè)目標(biāo)板提供模擬的運(yùn)行環(huán)境和輸入激勵(lì)，檢測(cè)目標(biāo)板的參數(shù)和輸出響應(yīng)是否符合設(shè)計(jì)要求。智能電表的概念產(chǎn)生于上世紀(jì)90年代，它是一種以電子單片機(jī)為核心的，具有自動(dòng)計(jì)量、電能質(zhì)量監(jiān)控、雙向通訊和遠(yuǎn)程斷供電的計(jì)量設(shè)備。針對(duì)智能電表PCBA模塊的FCT檢測(cè)工作，本文提出一種針對(duì)國(guó)網(wǎng)單相智能費(fèi)控電能表產(chǎn)品所對(duì)應(yīng)的PCBA模塊的檢測(cè)技術(shù)方法和設(shè)備方案。

1　設(shè)備結(jié)構(gòu)

圖1　設(shè)備總體構(gòu)成示意圖

智能電表PCBA模塊的FCT測(cè)試設(shè)備是能夠測(cè)試PCBA模塊中各項(xiàng)電氣性能及電氣參數(shù)，能夠快速，自動(dòng)并且全面的判斷PCBA模塊是否屬于合格產(chǎn)品。PCBA模塊的FCT測(cè)試結(jié)果可以通過上位機(jī)的PC軟件上傳到服務(wù)器，如圖1所示。設(shè)備可以分為設(shè)備測(cè)試機(jī)臺(tái)和夾具兩部分。測(cè)試夾具是安裝于測(cè)試機(jī)臺(tái)上的，被測(cè)目標(biāo)板需要放入其對(duì)應(yīng)的測(cè)試夾具，再由機(jī)臺(tái)進(jìn)行測(cè)試。針對(duì)不同型號(hào)的同類型電表PCBA模塊，檢測(cè)車間人員只需要更換相應(yīng)的夾具。

如圖2所示，自動(dòng)化或者半自動(dòng)化的PCBA模塊FCT測(cè)試設(shè)備，都是通過“針床”式的機(jī)械結(jié)構(gòu)將被測(cè)試的PCBA與機(jī)臺(tái)中檢測(cè)電路連接在一起。FCT設(shè)備一般俗稱“測(cè)試壓機(jī)”，通過專門定制的測(cè)試夾具和壓力機(jī)構(gòu)完成被測(cè)PCBA與測(cè)試電路的電氣連接。測(cè)試夾具上安裝有大量探針，探針數(shù)量和電路板的設(shè)計(jì)測(cè)試點(diǎn)的數(shù)量相同。探針自帶的彈簧和夾具的彈性機(jī)構(gòu)的共同作用將探針與電路板上的測(cè)試點(diǎn)牢牢的壓接在一起，足夠大的壓力才能充分減少了探針和電路板測(cè)試點(diǎn)之間的接觸電阻。

圖2　智能電表PCBA針床測(cè)試示意圖

除了探針以外，針對(duì)智能電表PCBA的檢測(cè)需求，還需要安裝光敏電阻，視頻識(shí)別和微型氣缸。其中光敏電阻是測(cè)試LED指示燈，而視頻識(shí)別設(shè)備是用于識(shí)別電表液晶屏的顯示情況。微型氣缸是用來(lái)檢測(cè)按鈕和開蓋端子，智能電表是不允許用戶自行打開端蓋，如果端蓋被打開就會(huì)觸發(fā)警報(bào)。因此，當(dāng)夾具上的微型氣缸下壓時(shí)電表處于正常狀態(tài)，當(dāng)微型氣缸抬起時(shí)就觸發(fā)了智能電表的報(bào)警機(jī)制，這個(gè)報(bào)警信號(hào)可以觸發(fā)相應(yīng)的LED指示燈，同時(shí)通過485總線也可以讀取到。一般來(lái)講，測(cè)試探針上所施加的壓力根據(jù)探針規(guī)格是有明確的要求的，而機(jī)臺(tái)主氣缸的壓力與探針數(shù)量也存在線性關(guān)系。通常100根左右的探針和轉(zhuǎn)接針，需要施加150 N以上400 N以下的壓力。

2　電氣檢測(cè)技術(shù)

如圖3所示，F(xiàn)CT設(shè)備中針對(duì)智能電表PCBA各部分功能電路分別設(shè)計(jì)不同的檢測(cè)電路進(jìn)行檢測(cè)：（1）對(duì)電表中電源電壓值設(shè)計(jì)了專門的電壓采樣電路進(jìn)行采集；（2）機(jī)臺(tái)中設(shè)計(jì)有485通訊模塊對(duì)目標(biāo)板上的485通訊進(jìn)行功能檢測(cè)；（3）對(duì)于電表核心計(jì)量部分模擬電表實(shí)際工況，在模塊與分流器和互感器接觸的測(cè)試施加模擬電流采樣信號(hào)，在這樣模擬工作狀況下，電表計(jì)量部分開始工作計(jì)算有功和無(wú)功電能；（4）在計(jì)量部分工作的條件下，智能電表特有的功率脈沖信號(hào)開始出現(xiàn)（該信號(hào)用于電表精度的校正），通過脈沖計(jì)數(shù)可以檢測(cè)這部分電路的工作期刊；（5）對(duì)指示燈的亮度用光敏電阻進(jìn)行量化測(cè)試；（6）紅外通訊模塊也是按照與485通訊同樣的規(guī)約進(jìn)行檢測(cè)，紅外通訊模塊安裝于夾具上界面；（7）獨(dú)立的微型氣缸通過自動(dòng)按壓操作實(shí)現(xiàn)對(duì)端蓋和按鍵的邏輯功能的檢測(cè)；（8）液晶屏幕可能存在的“缺筆”問題可以通過視頻識(shí)別技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)，這方面技術(shù)已經(jīng)比較成熟。此外，智能電表模塊的程序燒寫功能也可以集中在FCT檢測(cè)設(shè)備中完成。

圖3　檢測(cè)電路與被測(cè)功能模塊對(duì)應(yīng)關(guān)系圖

設(shè)備測(cè)試流程從檢測(cè)人工放料是否到位開始：首先對(duì)電源電路進(jìn)行檢測(cè)，避免了對(duì)故障PCBA模塊上電過程可能存在的短路或者過流現(xiàn)象的發(fā)生。完成了電源電路部分的檢測(cè)之后，PCBA模塊已經(jīng)進(jìn)入上電工作狀態(tài)，接下來(lái)還是先對(duì)其485通訊模塊進(jìn)行檢測(cè)。這樣的設(shè)計(jì)主要是因?yàn)?85通訊模塊是之后各個(gè)檢測(cè)工序的基礎(chǔ)。剩余幾個(gè)測(cè)試項(xiàng)目，如按鍵端子，負(fù)荷開關(guān)，紅外通訊都可以并行檢測(cè)完成。整個(gè)測(cè)試流程的時(shí)間可以控制在10s以內(nèi)。

3　結(jié)語(yǔ)

本文介紹了一套應(yīng)用于智能電表PCBA模塊的FCT檢測(cè)設(shè)備，介紹了其主機(jī)部分和夾具部分的分體式設(shè)計(jì)思路，論述了機(jī)臺(tái)中電氣檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)方案，采用模塊化的硬件電路對(duì)智能電表PCBA的各項(xiàng)功能進(jìn)行檢測(cè)，介紹了設(shè)備的操作方法和一般測(cè)試流程。

[1]李鵬,王勝勇,盧家斌等.模塊化的開放性PCBA功能測(cè)試平臺(tái)[J].企業(yè)導(dǎo)報(bào),2013(04):261-263.

[2]王晏斌.基于單片機(jī)的PCBA測(cè)試系統(tǒng)研究[J].科技資訊,2011(03):76-78.

[3]王榕模.模擬的動(dòng)態(tài)信號(hào)下電能表試驗(yàn)研究[J].機(jī)電技術(shù),2011(04):54-57.

[4]王思彤,周暉,袁瑞銘等.智能電表的概念及應(yīng)用[J].電網(wǎng)技術(shù), 2010(04):17-23.

倪晨鴻，中國(guó)計(jì)量學(xué)院，碩士，研究方向?yàn)樽冾l器數(shù)字控制原理。通訊作者： 宋春偉，博士，講師，中國(guó)計(jì)量學(xué)院碩士生導(dǎo)師，研究

方向?yàn)榇蠊β首兞髌魍負(fù)渑c控制。

Functional circuit test equipment for PCBA module of smart electric meter

Ni Chenhong,Song Chunwei
(China Jiliang University,Hangzhou,Zhejiang,310018,China)

Aiming at quality problems of printed circuit board assembly (PCBA) for smart meter,a test equipment for PCBA functional circuit test (FCT) of smart meter was proposed.Based on a brief description ofthe mechanical structure of the novel FCT equipment,the main parameters of the fixture and the machine were provided. Each test project of smart meter PCBA was studied, the FCT methods of smart meter in PCBA module testing were proposed, and the FCT hardware scheme and testing process were disscused according to these proposed test methods.

smart meter;printed circuit board assembly;functional circuit test

TM

B

項(xiàng)目來(lái)源：浙江省自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目（LQ16E070001），浙江省“儀器科學(xué)與技術(shù)”重中之重學(xué)科開放基金（JL150512）