3. 水下控制模块电气功能与通信链路测试

测试对象与链路构成

水下控制模块（SCM）的电气功能测试，核心不是“通电亮灯”，而是验证三条相互独立的通道：供电通道（从水面UPS经脐带缆到SCM内部电源分配）、绝缘通道（各导体对地及导体间的绝缘电阻）、通信通道（Modbus RTU over RS-485 与 CAN 总线，含冗余A/B链路）。长距离脐带缆带来的分布电容与线路衰减，是误码率上升和冗余切换变慢的主要物理原因，因此测试必须用可调模拟线缆（电感+电容网络）替代真实脐带缆，才能在水面完成可重复的验证。

测试用例设计（供电 / 绝缘 / 通信 / 冗余）

四类用例共用同一套夹具，但激励与判据完全不同。下表给出可直接执行的用例骨架，参数为教学示例值，实际执行前须以SCM规格书和API 17F条款核定。

关键实现：误码率与切换时间的测量方法

误码率不能靠“看着通信正常”判断，必须构造已知帧序列并统计。下面给出一个可运行的 Python 脚本，用串口向 SCM 发送递增序号帧，同时记录回读序号，统计丢帧/错帧率；切换时间则通过记录“A 链路断开时刻”与“B 链路首帧正确到达时刻”的差值得到。脚本中的串口对象需按实际测试台替换端口号。

import serial, time, struct

PORT = "COM3"          # 测试台实际串口
BAUD = 9600
N_FRAMES = 100000      # 10^5 帧
TIMEOUT = 0.05

def crc16(data: bytes) -> int:
    crc = 0xFFFF
    for b in data:
        crc ^= b
        for _ in range(8):
            crc = (crc >> 1) ^ 0xA001 if crc & 1 else crc >> 1
    return crc

def build_frame(seq: int) -> bytes:
    body = struct.pack(">H", seq & 0xFFFF)
    return body + struct.pack(">H", crc16(body))

def run_ber_test(ser, n=N_FRAMES):
    sent = recv_ok = 0
    t0 = time.time()
    for seq in range(n):
        frame = build_frame(seq)
        ser.write(frame)
        sent += 1
        ser.timeout = TIMEOUT
        echo = ser.read(4)
        if len(echo) == 4 and echo == frame:
            recv_ok += 1
    dt = time.time() - t0
    ber = (sent - recv_ok) / sent
    print(f"发送 {sent} 帧, 正确回读 {recv_ok} 帧, BER={ber:.2e}, 耗时 {dt:.1f}s")
    return ber

def measure_switch_time(ser, link_ctrl):
    # link_ctrl: 可调用对象，用于断开 A 链路
    t_disconnect = time.time()
    link_ctrl.disconnect_a()
    while True:
        ser.timeout = 0.01
        data = ser.read(4)
        if len(data) == 4 and data[2:] == struct.pack(">H", crc16(data[:2])):
            t_first_b = time.time()
            break
    switch_ms = (t_first_b - t_disconnect) * 1000
    print(f"冗余切换时间 = {switch_ms:.1f} ms")
    return switch_ms

if __name__ == "__main__":
    with serial.Serial(PORT, BAUD, timeout=TIMEOUT) as ser:
        run_ber_test(ser)
        # measure_switch_time(ser, link_ctrl)  # 接入链路控制夹具后启用

结果判读与常见异常

• 误码率随缆长陡增：多为终端电阻缺失或阻值不匹配（RS-485 应为 120 Ω），先用万用表在断电状态确认 A/B 线间电阻约 60 Ω（两端各 120 Ω 并联）。
• 绝缘电阻偏低但未击穿：检查测试时是否已断开浪涌保护器与滤波器，这些器件在 500 VDC 下会拉低读数，属于测试方法问题而非 SCM 缺陷。
• 切换时间超标：确认心跳超时判据（示例为连续 3 帧超时）与波特率匹配；波特率越低，3 帧超时本身耗时越长，切换时间预算需按最慢波特率核算。
• 切换后首帧 CRC 错误：常见于 B 链路收发器使能时序与总线空闲间隔不足，需在切换逻辑中加入总线静默延时。