CN101281232B - 机车通用电路板功能测试系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机车通用电路板功能测试系统和方法，针对机车电子插件种类多的特点，采用PXI+GPIB混合总线模式，通过GPIB总线来控制所有的测试用台式仪器，PXI总线控制矩阵开关卡、数字入出卡、通用开关卡，矩阵开关卡、数字入出卡、通用开关卡连接对外接口，对外接口连接不同的测试适配器。采用测量用台式仪器进行权威计量和相应矩阵开关和通用开关进行自检相结合的方法，提供检测精度高、可扩展性高的机车电子插件自动化测试系统和方法。

Description

机车通用电路板功能测试系统和方法

技术领域

本发明涉及一种机车通用电路板(电子插件)功能测试系统和方法，针对机车电子插件，即电路板种类多、调试方法复杂的特点，提供一种具备良好的人机交互界面、高精度检测和智能化的机车通用电路板功能测试系统和方法。

背景技术

目前机车电路板测试系统都具有一定的局限性，如只能限于电力机车某种车型的电路板进行功能测试，测试范围有限，这些测试系统本身的测量精度也非常有限。此外由于这些测试系统自身的保护机制不够完善，测试系统很容易被有故障的电路板损坏，而且目前的机车电路板测试系统自动化程度都非常低，往往测试结果需要很多人工干预去判断。

目前机车产品电路板产品种类多，单类产品产量少，测试方法复杂，测试精度要求高，传统的测试台都采用手动或半自动的测试方法来对电路板进行测试，这样造成产品的测试速度相当缓慢，测试效率不高，在大量生产中，无法符合速度快的低成本要求，且往往产品测试通过与否需要人为去判断，因此可能会由于人为的错误判断而导致测试准确率低。此外测试结果也无法存储，不利于对产品质量的控制。而且此类测试台的通用性都不高，很难满足大部分机车电路板测试的需求。因此，为符合速度快的低成本要求，以及增加测试准确率，曾经有发明的自动化测试系统来代替手动或半自动测试系统，但是该自动化测试系统的通用性不高，往往只能满足某种机车电路板的测试需求，当此种机车电路板的产量少时，则整个测试系统的利用率也不高。

目前电路板测试系统为养路机械测试系统，此测试系统采用上位机和下位机的结构模式，上位机包括工控机、多路函数卡、静态电压信号源、多路信号采集通道、显示器，键盘鼠标等人机界面，下位机包括单片机、信号变换电路和继电器矩阵。其继电器矩阵的规模为16X48的结构，而且供电电源也只能提供5路供电电源，无法满足机车电路板的双96芯及96+48芯接口的需求。此外测试台也无任何自校检程序，无法对整个系统的硬件进行自检。由于养路机械测试系统使用的是自制板卡来提供信号源，对整个系统精度的计量也存在一定的困难，整个系统的精度还取决于所使用的工控机。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供通用性高、精度高的机车通用电路板功能测试系统和方法。

本发明的机车通用电路板功能测试系统，其组成单元包括工控机、测试用台式仪器、矩阵开关卡、数字入出卡、通用开关卡、适配器接口系统、测试适配器、GPIB总线和PXI总线；工控机通过GPIB总线来控制所有的测试用台式仪器，通过PXI总线控制矩阵开关卡、数字入出卡、通用开关卡。测试用台式仪器的输入输出端都连接至矩阵开关，矩阵开关通过适配器接口系统连接至相应的被测电路板上，通过控制整个矩阵开关的自动切换来实现信号的任意路由，并利用数字入出卡对数字量电路板进行测试，通用开关卡切换被测电路板的供电电源。

本发明的机车通用电路板功能测试试方法，利用工控机通过GPIB总线来控制所有的测试用台式仪器，利用PXI总线控制矩阵开关、数字入出卡、通用开关卡，测试用台式仪器的输入输出端都连接至矩阵开关，矩阵开关通过适配器接口系统连接至相应的被测电路板上，通过控制整个矩阵开关的自动切换来实现信号的任意路由，通过数字入出卡对数字量电路板进行测试，通过通用开关卡切换被测电路板的供电电源。

本发明还利用了数字入出卡的数字输入口对测试适配器进行编码，为每种电路板能兼容的适配器建立相应的数据库。

本发明还具备日检、月检及年检功能，在每天、每月、每年第一次开机对产品进行测试时系统自动运行相应的自检程序对整个矩阵开关和通用开关进行通道阻抗计量，并记录下当前自检的日期，为下一次日检、月检及年检程序的自动执行提供参考、当自检不通过时，则系统提示存在问题的地方并且不允许进行测试。

本发明利用系统内的万用表，通过切换两两开关之间的不同闭合状态对矩阵开关进行自检。

本发明采用的是台式仪器加PXI矩阵开关的系统结构，即充分利用了台式仪器精度高、运行稳定、电磁屏蔽性能好等特点，又利用了PXI平台组建的矩阵系统具有成本低，可靠性高，速度快，可选产品种类较多等特点。系统所采用的PXI矩阵开关达到16×184的规模，结合96路数字入出卡，可方便的满足机车电路板的双96芯及96+48芯接口的需求。

本发明开发的相应的测试系统日检、月检、及年检程序，在测试系统每天，每月，每年第一次开机时，自动运行相应的测试系统自检程序，对测试系统矩阵系统，仪器通讯，仪器自检在内的多项性能进行自检，保证了每天产品测试的可靠性。

本发明是在市场上的机车电路板测试系统的基础上进行了多项改进完善，能方便兼容所有机车电路板的测试，并具备非常高的可扩展性，测试精度也大大提高。

附图说明

附图1为本发明的测试系统图

附图2为本发明的矩阵计量原理图

具体实施方式

整个测试系统原理框图如图1所示：整个测试系统采用GPIB+PXI混合总线的控制方式，系统中包括工控机1、测量用台式仪器2-11、PXI系统12-14及适配器接口系统18-25。工控机通过GPIB总线控制所有的测试用台式仪器，包括示波器2、万用表3、第一信号电源4、第二信号电源5、第三信号电源6、第四信号电源7、第一信号发生器8、第二信号发生器9、第五信号电源10、供电电源11。工控机通过PXI总线来控制PXI机箱内的所有板卡，包括矩阵开关卡12、数字入出卡13和通用开关卡14。

示波器2在工控机1的控制下对被测电路板的波形进行采集；

万用表3在工控机1的控制下对被测电路板的电压电流电阻等信号进行采集；

第一信号电源4、第二信号电源5、第三信号电源6、第四信号电源7、第五信号电源10在工控机1的控制下提供0～150V的直流信号源；

第一信号发生器8、第二信号发生器9在工控机1的控制下提供0～20MHZ的方波、正弦波、三角波、调制波等；

供电电源11在工控机1的控制下提供5路-25V～+25V的直流供电电源；

矩阵开关卡12为具备8×184单端继电器的矩阵系统，可方便的通过软件控制切换至16×184规模的矩阵系统，而且系统可方便升级至16×276规模的矩阵。矩阵开关卡12的每个继电器容量为150VDC，0.5A，功率10W。

数字入出卡13在工控机1的控制下可提供96路TTL、CMOS电平的DIO信号。

通用开关卡14为16通道的单刀双掷通用开关，每个开关的容量为150VDC，5ADC，60W。

示波器2、信号电源4-7、10、信号发生器8-9连接至矩阵开关卡12的40列，矩阵开关卡12的其余列连接至系统对外接口15-17。通过相应的软件控制矩阵开关动作来实现信号源和测量源的任意路由。

系统对外接口15-17包括了测试系统所有的对外输入输出信号，通过更换不同的插件适配器来达到满足不同电路板测试的需求。

插件适配器为针对不同电路板测试需求而制作的适配器，改变适配器的布线来满足不同电路板测试的需求。此外在适配器接口系统中还增加了一级级联插座，增加此级联插座的目的在于能大大提高相应适配器的使用次数，当级联的插座插拔次数达到额定的500次时，只需更换相应级联插座既可。这样可使相应适配器的使用次数提高到500×500＝250000次。

作为一个生产线上的测试系统，其测试精度及稳定性要求往往放在第一位。本发明采用PXI+GPIB混合总线模式，工控机通过GPIB总线来控制所有的测量用台式仪器，包括示波器、信号发生器、万用表、电源。所有测试用台式仪器都采用精度等级(如所采用的GPIB台式电源的精度达到了0.05％)、稳定性都非常高的仪器，最大程度上保证整个系统的可靠性和精度。另外利用PXI总线来控制矩阵开关、数字入出卡、通用开关卡。所有的测试用台式仪器的输入输出端都连接至矩阵开关卡，同时矩阵开关卡还通过适配器接口系统连接至相应的被测电路板上面，利用软件控制整个矩阵开关的自动切换来实现信号的任意路由。此外利用数字入出卡能提供96路数字入出信号来实现数字量电路板的测试。而通用开关卡用来切换被测电路板的供电电源，最大可切换5A直流电流。

由于整个测试系统的所有硬件资源都通过矩阵开关卡、数字入出卡、通用开关卡连接至系统对外接口上，通过制作不同的测试适配器连接至系统对外接口来实现所有机车电路板的测试。

本发明还利用数字入出卡的8路数字输入口来实现对适配器进行编码的功能，在编程过程中首先为每种被测电路板所能兼容的适配器编码建立相应的数据库，而且每个适配器上都将数字入出卡的8位不同数字输入口连接至5V电源输出，当需要对电路板进行测试之前，系统会自动先读取数字入出卡的8路数字输入的数值，然后在查询相应的适配器编码数据库，检查是否有对应的编码，如果没有对应的编码则自动停止对电路板的测试，如果有则开始对电路板进行功能测试。

为了保证整个测试系统的精度，本发明采用测试用台式仪器进行权威计量和相应矩阵开关和通用开关进行自检相结合的方法。所有的测试用台式仪器在每年的定期都需送相应计量部门进行计量，最大程度上保证所有测试用台式仪器的精度。而且测试系统具备相应的日检，月检及年检功能，在每天，每月，每年第一次开机对产品进行测试前系统自动运行相应的自检程序对整个矩阵系统和通用开关进行通道阻抗计量，并记录下当前自检的日期，为下一次日检月检及年检程序的自动执行提供参考。当自检不通过时，则系统提示存在问题的地方并且不允许进行相应产品的测试。

本发明的矩阵开关的自检方法如附图2所示，它利用测试系统自带的经过计量的万用表，制作相应的自检系统板，通过切换两两开关之间的不同闭合状态来实现对矩阵开关自检的功能。如图2所示，当第一开关S1闭合，第二开关S2断开时，用万用表5的四线法测量系统板两端的电阻应大于1兆欧，当第一开关S1断开，第二开关S2闭合时，用万用表的四线法测量自检系统板两端的电阻应大于1兆欧，只有当第一开关S1闭合，第二开关S2闭合时，用万用表的四线法测量自检系统板两端的电阻应小于计量合格值(如0.8欧)，利用此方法快速切换矩阵开关上的所有开关，达到对整个矩阵系统计量的目的。这样即保证了整个系统的精度和可靠性。利用此自检方法每天对测试系统进行自检，可在2分钟内完成整个16×184规模矩阵的自检工作。

Claims (8)

1.一种机车通用电路板功能测试系统，其组成单元包括工控机、测试用台式仪器、矩阵开关卡、数字入出卡、通用开关卡，其特征在于：还包括GPIB总线和PXI总线，工控机通过GPIB总线来控制所有的测试用台式仪器，PXI总线控制矩阵开关卡、数字入出卡、通用开关卡，测试用台式仪器的输入输出端连接至矩阵开关卡，矩阵开关卡通过适配器接口系统连接至相应的被测电路板上，通过控制整个矩阵开关的自动切换来实现信号的任意路由，通过数字入出卡对数字量电路板进行测试，通用开关卡切换被测电路板的供电电源。

2.根据权利要求1所述的机车通用电路板功能测试系统，其特征在于：通过数字入出卡的数字输入口还能实现对测试适配器进行编码的功能，为每种电路板能兼容的测试适配器建立相应的数据库。

3.根据权利要求1所述的机车通用电路板功能测试系统，其特征在于：还具备日检、月检及年检功能，在每天、每月、每年第一次开机进行测试前系统自动运行相应的自检程序对整个矩阵开关和通用开关进行通道阻抗计量，并记录下当前自检的日期，为下一次日检、月检及年检程序的自动执行提供参考，当自检不通过时，则系统提示存在问题的地方并且不允许进行测试。

4.根据权利要求3所述的机车通用电路板功能测试系统，其特征在于：利用系统内的万用表，通过切换两两开关之间的不同闭合状态对矩阵开关进行自检。

5.一种机车通用电路板功能测试方法，其特征在于：利用工控机通过GPIB总线来控制所有的测试用台式仪器，利用PXI总线控制矩阵开关、数字入出卡、通用开关卡，测试用台式仪器的输入输出端都连接至矩阵开关，矩阵开关通过适配器接口系统连接至相应的被测电路板上，通过控制整个矩阵开关的自动切换来实现信号的任意路由，通过数字入出卡对数字量电路板进行测试，通过通用开关卡切换被测电路板的供电电源。

6.根据权利要求5所述的机车通用电路板功能测试方法，其特征在于：通过数字入出卡的数字输入口对测试适配器进行编码，为每种电路板能兼容的测试适配器建立相应的数据库。

7.根据权利要求5所述的机车通用电路板功能测试方法，其特征在于：还进行日检、月检及年检，在每天、每月、每年第一次开机进行测试前自动运行相应的自检程序对整个矩阵开关和通用开关进行通道阻抗计量，并记录下当前自检的日期，为下一次日检、月检及年检程序的自动执行提供参考，当自检不通过时，则系统提示存在问题的地方并且不允许进行相应产品的测试。

8.根据权利要求7所述的机车通用电路板功能测试方法，其特征在于：利用自身所带的万用表，通过切换两两开关之间的不同闭合状态对矩阵开关进行自检。

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