一種檢測通信模組的多功能夾具

摘 要：針對物聯網通信模組檢測領域，設計了一種能夠檢測模組的多功能測試夾具。該夾具基于STM32單片機，并運用了各類傳感器、4G模組通信及3D打印等技術，能夠對模組進行全功能檢測、識別模組軟硬件版本和生產日期等信息、快速定位故障部件，并能將測試情況保存在云端，方便工程技術人員查看，適用于中移物聯網MN316/M5310-E/ML302/ML305等或市面上其他與其封裝兼容的各類型模組。該夾具可用于故障模組診斷或生產來料檢驗，能夠提升售后工程師的檢測效率，幫助模組采購商確認模組來料信息，適用于各類模組生產工廠。

關鍵詞：通信模組；3D打印；4G數傳；阻抗檢測；電流檢測；故障診斷；來料檢驗；OneNET云平臺

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2024）09-00-04

DOI：10.16667/j.issn.2095-1302.2024.09.023

0 引 言

無線通信模組是物聯網智能終端的核心部件，是智能終端與物聯網之間的連接紐帶[1]，在萬物互聯的大趨勢下扮演著重要角色，是獲取“物”、大數據中最關鍵、最核心的基礎通信單元，是新基建領域的核心通信器件，正加速滲透到生產、消費、安防和社會管理等各層面、各領域[2]。而隨著物聯網的發展，各類終端產品也呈現井噴式增長。物聯網終端廠商在對模組進行二次生產貼片、測試過程中，存在如下問題：版本管理混亂，易導致產品功能或性能出現兼容性異常，引發批次售后問題；產線測試人員缺乏模組基礎知識，簡單模組故障無法排除和甄別；部分廠商通過定制模組夾具的方式進行測試，但定制夾具功能單一，且需搭配PC端操作，測試步驟復雜。

文獻[3]提出了一種模組通信測試系統，實現了對通信模組的自動化測試。文獻[4]提出了一種可以提高通信模組測試效率的通信模組測試系統，同時提供了一種通信模組測試方法。但上述測試裝置無法實現模組的工作電流監測、關鍵引腳的阻抗檢測，且體積大，不便于攜帶，無法兼容多款模組產品。

本文設計了一種能夠檢測物聯網通信模組的多功能測試夾具，通過采集模組在開機、駐網、數據交互等不同工作狀態下的電流相關特征參數（如峰值/谷值/平均值等）、關鍵引腳阻抗參數、AT指令交互結果，依據特定的算法，綜合判斷樣品損壞情況，快速定位損壞部件，并將檢測結果進行智能顯示。該夾具小巧輕便，便于攜帶，并采用兼容性設計，能夠測試多款模組。

1 系統整體設計

本夾具系統具有對模組進行軟硬件版本/生產信息查詢與確認、測試數據云端存儲和查看、AT指令（終端設備與PC應用之間的連接與通信指令）交互測試、網絡參數測試、功耗測試、關鍵引腳阻抗測試、自動識別故障問題等功能。

當夾具內放入待測模組后，在LCD觸摸屏上選擇對應型號模組的腳本，并選擇測試類型，可分為來料檢測和故障診斷兩種模式。來料檢測模式下會查詢模組的軟/硬件版本和生產信息，并與服務器端的封樣信息進行對比，若版本信息不一致，會通知來料檢測工程師進行確認，也可將新的軟硬件版本和生產信息上傳到服務器，對原始封樣信息進行更新。故障診斷模式下會對模組進行AT指令交互測試、網絡參數測試、功耗測試、關鍵引腳阻抗測試，根據測試數據將故障問題類型及可能原因顯示在LCD屏。

2 系統硬件設計

本夾具系統采用STM32 M3內核MCU，搭載3.5寸電阻觸摸屏，合理設計電源管理邏輯，實現整機的基本功能框架。硬件部分包含控制器模塊、LCD顯示模塊、電流檢測模塊、阻抗檢測模塊、4G數傳模塊和夾具檢測殼體。系統組成原理如圖1所示。

2.1 控制器模塊

控制器模塊主要包含MCU和電子開關。MCU選用STM32F103VCT6，主要負責電源管理、電子開關的切換、LCD觸摸屏交互式管理以及各輸入輸出接口的控制。電子開關分為繼電器和模擬開關。

由于不同封裝類型的模組供電電源要求不同，因此夾具系統需根據放入模組的類型進行電源切換。繼電器選用JZC-32F/5-ZS3，其為單刀雙擲開關，可以切換3.3 V和3.8 V

電源，當在LCD觸摸屏選擇模組腳本后，夾具系統將自動切換為合適的電源。模擬開關選擇TMUX1108RSVR和TMUX1204DQAR，分別為8路和4路復用開關，前者主要用于切換模組測試引腳，后者用于切換阻抗測試的檔位，不同檔位對應不同的量程和精度。

2.2 LCD顯示模塊

LCD顯示模塊選用3.5寸電阻觸摸屏，技術人員可通過觸摸屏選擇不同的測試模式及測試腳本，也可選擇是否將測試信息上傳到服務器。在各個測試模式結束后，系統會將測試結果顯示到觸摸屏，測試人員可根據測試結果進行下一步分析與處理。

2.3 電流檢測模塊

電流檢測模塊的核心元器件為INA190A1精密電流感應放大器，它是一款低功耗、電壓輸出的電流檢測放大器。通過選擇不同的采樣電阻以及增益倍數，可以獲得不同的量程和精度、較寬的共模電壓輸入范圍，使其適用于不同的測量需求。本系統中電路采樣電阻選擇0.08 Ω，增益選擇

25倍，量程為0～2 A，精度為1 mA，可以滿足模組的基本測試需求。將采樣放大后的輸出信號傳輸給后端AD采集模塊ADC122S021進行模擬采樣。同時，為了防止電路中工作電流過大，超出測試量程，如電源引腳對地短路的模組會產生超過2 A的短路電流，因此在電流檢測模塊前端增加

一個電子保險絲FUSB120F。

2.4 阻抗檢測模塊

阻抗檢測模塊主要根據電阻分壓的原理，將阻抗轉換成電壓值，并使用OPA189IDR運放進行電壓跟隨采集，傳輸給后端AD采集模塊ADC122S021進行模擬采樣。電路中通過模擬開關切換不同的采樣電阻，用以切換測試量程和精度。本夾具系統測試量程為0～20 MΩ。

2.5 4G數傳模塊

4G數傳模塊[5]的核心部件為中移物聯網公司出品的LTE CAT1模塊ML302，其支持TD-LTE/FDD-LTE通信制式，擁有豐富的Internet協議、行業標準接口和功能，可廣泛應用于M2M領域中，如共享、金融支付、POC、工業控制等。本夾具系統將需要上傳的數據通過4G數傳模塊上傳至中移物聯網OneNET云平臺。

2.6 夾具檢測殼體

夾具檢測殼體采用國產樹脂3D打印[6]，主要用來放置各種硬件模塊，結構上采用兼容性設計，適用于中移物聯網MN316/M5310-E/ML302/ML305等或市面上其他與其封裝兼容的各類型模組。實物模型如圖2所示。

3 系統軟件設計

根據本夾具系統的功能需求及硬件架構設計，系統軟件設計主要包含無線通信模塊程序設計、LCD觸摸屏模塊程序設計、故障診斷模塊程序設計。

3.1 無線通信模塊程序設計

無線通信模塊主要用于無線數據的發送和接收。系統可將測試數據，如故障診斷數據、來料檢測數據，通過MQTT協議上傳至OneNET云平臺[7]。工程技術人員也可通過云平臺將云端保存的數據下發給無線通信模塊，如封樣信息，用于對比校準來料檢測過程中的樣品信息。通信流程如圖3

所示。

同時，無線通信模塊集成了在線FOTA升級功能[8]，可通過OneNET云平臺將完整固件包或差分包下載到本地，進行OTA遠程升級操作。升級示意圖如圖4所示。

3.2 LCD觸摸屏模塊程序設計

LCD觸摸屏作為與用戶之間的重要交互界面，負責檢測用戶的輸入，執行相關操作指令，并顯示相關檢測狀態和提示信息。LCD初始化完成后，提示用戶選擇測試模式及對應模塊腳本。當系統檢測到樣品模塊放入時，啟動測試流程，并顯示相關狀態信息，用戶可以根據提示信息對模組進行故障診斷，也可進一步排查故障原因。LCD觸摸屏模塊工作流程如圖5所示。

3.3 故障診斷模塊程序設計

故障診斷模塊主要用于對模組進行功能測試和故障檢驗。當MCU啟動故障診斷模式后，系統將會按照預設的腳本對模塊發起AT指令測試，依次檢測模組的開機、讀卡、駐網、網絡信號參數、數據交互是否正常，同時記錄每個狀態的工作電流數據。若工作狀態存在異常大電流，則對模組相關引腳進行阻抗檢測，最終確定問題類型及可能損壞部件。故障診斷流程如圖6所示。

電流特征數據[9]可用來表征模組的工作狀態。通常模組上電后會經過內部初始化、各GPIO引腳供電、讀卡、駐網、業務交互、網絡資源釋放等階段，不同階段下電流特征數據不一致。因此通過設定特定的檢測規則，對不同階段特征數據進行分析處理后，可將其作為模組故障診斷的

依據。

本系統在故障診斷過程中會提取不同階段的特征值，并根據該特征的重要性設置不同的分值與專家評價規則[10]，符合規則得滿分，否則得0分，最后將分值相加，低于9分（總分值為10分）的模組為不良品。若需對模組進一步分析，也可將某幾項特征值單獨與標準值進行比對，通過差異性對比綜合判定故障類型及可能損壞的部件。特征值主要選取峰值、谷值、平均值、待機值等。故障診斷評價見表1

所列。

4 系統測試

當用戶將模組放入本系統相應工裝位置后，可根據需求選擇來料檢測模式或故障診斷模式，系統實物如圖7

所示。

如圖8所示，來料檢測模式中系統將更新后的封樣信息通過MQTT協議上傳到OneNET云平臺，用戶可在線查看。圖9是故障診斷模式中上傳的故障診斷結果。圖10是模組故障診斷后LCD屏的顯示結果，用戶可根據分析結果對模組進行故障分類，也可進一步進行根因排查。

5 結 語

本文結合傳感器技術、3D打印技術及物聯網技術設計了一種能夠檢測通信模組的多功能夾具。該夾具可對模組進行來料檢驗，幫助來料檢測工程師進行版本驗證、生產信息確認；也可對模組進行故障診斷，篩選不良品并判定異常原因。本文設計的裝置小巧便攜、測試效率高、測試功能豐富、兼容多款主流封裝類型模組、操作簡單，特別適用于從事模組生產及檢測的相關人員。

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收稿日期：2023-09-08 修回日期：2023-10-10

作者簡介：王恩明（1991—），男，中級通信工程師，研究方向為物聯網相關技術。

王 超（1984—），男，中級通信工程師，研究方向為物聯網相關技術。

李 鑫（1992—），男，中級通信工程師，研究方向為物聯網相關技術。

何 旋（1990—），男，中級通信工程師，研究方向為物聯網相關技術。

王雙超（1989—），男，中級通信工程師，研究方向為物聯網相關技術。