CN107360477A - 一种多功能远程调试装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多功能远程调试装置，技术人员可以方便的通过笔记本电脑、平板电脑、智能手机等终端设备监测搭载本模块的被测试设备的内部运行信息。包括：主处理器，无线通信模块，接口功能模块，状态监测模块，声光报警模块，信息记录模块，硬件接口模块。其中：主处理器是调试装置的核心；无线通信模块用于调试装置与远程调试终端建立无线通信连接；接口功能模块用于主处理器与被测试装置的通信数据协议转换；状态监测模块用于监测系统的物理运行状态；信息记录模块用于调试过程中记录调试步骤、调试指令、中间状态或其他信息；硬件接口模块是调试装置与被测试装置的连接接口，用于调试装置与被测试装置的物理连接。

Description

一种多功能远程调试装置
技术领域
本发明涉及一种多功能远程调试装置，主要针对于机器人和无人机研发过程中简化调试步骤。该调试装置也可用于无人车辆、工业设备等自动化设备的运营维护工作。
背景技术
机器人领域一直是科研的热点领域，在研发过程中涉及大量的调试工作。当前市面上的调试设备通常只针对于单一接口或功能，相对较为独立，并具有体积大，依靠物理连接，接口不统一等特点。对于调试单一机器人个体，通常需要超过5种接口调试设备，其在调试过程中所需要的整理线束，反复插拔，特别是机器人移动过程中由线束连接制约的调试环境浪费研发人员大量时间和精力，造成效率低下，甚至影响研发进度。
发明内容
本发明的目的是提供一种多功能远程调试装置，技术人员可以方便的通过笔记本电脑、平板电脑、智能手机等终端设备监测搭载本模块的被测试设备的内部运行信息,并对其进行参数修改、远程调试、固件升级等研发及运维工作，避免了使用单一功能调试模块的接口不统一、拆卸频繁、线束散乱等问题。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种多功能机器人远程调试装置，包括：
主处理器，无线通信模块，接口功能模块，状态监测模块，声光报警模块，信息记录模块，硬件接口模块；其中：
上述模块的连接关系为：其中无线通信模块中的无线网络模块具有两路通信接口，一路与主处理器相连接，另一路与接口功能模块相连接；接口功能模块数据下行端与主处理器相连，数据上行端与硬件接口模块相连，数据下行端指接口功能模块通过主处理器接收调试终端数据的传输方向，数据上行端指接口功能模块接收被测试装置数据，发送至调试装置主处理器的数据传输方向，状态监测模块与硬件接口模块数据上行端相连，负责监测被测试装置的运行状态，并由主处理器采集状态监测模块数据；声光报警模块与主处理器经驱动电路相连接；信息记录模块与主处理器相连；
其中：
主处理器是调试装置的核心，负责调试指令和数据的发送，与调试上位机通信，被测装置状态监测，状态异常报警及数据与日志的记录；
无线通信模块用于调试装置与远程调试终端建立无线通信连接；
接口功能模块用于主处理器与被测试装置的通信数据协议转换，是调试装置中的调试功能执行部分；
状态监测模块用于监测系统的物理运行状态，协同声光报警模块及其他功能模块对被测试装置出现过压、过流、过载、高温的异常情况进行保护和告警；
信息记录模块用于调试过程中记录调试步骤、调试指令、中间状态或其他信息；
硬件接口模块是调试装置与被测试装置的连接接口，用于调试装置与被测试装置的物理连接。
本发明的有益效果：
1、支持当前机器人领域使用的绝大部分通信接口，功能齐全，使用方便。
2、使用无线传输，调试终端与被调试设备无任何物理连接，可方便实现远程调试。
3、可使用蓝牙、无线网络和4G网络连接调试终端，适应不同场景需求。
4、支持一对多调试，可方便实现组网调试。
5、支持多种扩展连接方式，满足不同用户调试需求。
6、结构紧凑，不挤占机器人内部空间。
附图说明
图1是本发明具体实施的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明
如图1所示，本发明的一种多功能远程调试装置包括以下部件：
1、主处理器使用高性能ARM架构Cortex系列处理器，具有体积小，功耗低，接口丰富等特点。
2、无线通信模块包括蓝牙模块、无线网络模块和4G模块：
蓝牙模块使用蓝牙4.0BLE通信协议，在实际使用时需通过调试终端的外置或内置的蓝牙接口进行配对，配对成功后即可建立通信。
无线网络模块具有两路通信接口，分别与主处理器和接口功能模块相连接，即调试终端既可以收发主处理器的数据，也可以收发测试设备的数据。无线网络模块兼容IEEE802.11b/g/n传输标准，适用TCP、UDP、DHCP、HTTP等多种网络协议。
4G模块为可选模块，在调试装置上预留接口，可通过板级连接进行加装。加装4G模块后调试终端和被测试设备可以通过4G网络进行通信。
3、接口功能模块包括CAN总线调试接口，I2C总线调试接口，RS232接口，RS485/RS422接口，USB接口，SWD接口和远程登录接口。
CAN总线模块由主处理器串行外设接口驱动CAN总线控制器，CAN总线控制器连接CAN总线收发器，生成CAN 2.0b协议。CAN总线模块同时负责发送指令及数据至CAN总线节点和接收被测试设备内部CAN总线各个节点的信息，由主处理器转化为特定协议格式，通过无线通信模块发送给调试终端。
I2C模块功能实现是由主处理器的GPIO引脚连接电压跟随电路，主处理器对GPIO引脚的逻辑控制模拟I2C总线的协议格式，进而实现I2C总线协议功能。
RS232、RS485/422接口由主处理器的通用异步收发器接口连接RS232、RS485/422电平逻辑转换芯片实现。其中RS232接口最大可以配置为2路收发端口和一路只读端口。收发端口可进行RS232数据的收发，用于调试装置同被测试设备的RS232接口模块通信；只读端口仅用于被测试设备的内部模块通信的数据监测。RS485/RS422接口用于调试装置与被测试设备内部的RS485/RS422接口模块通信。
RS232、RS485/422接口具有协议格式分析和波特率自适应功能，可根据接收到的数据包自主分析协议格式匹配波特率。协议格式分析指主处理器可以根据接收到的数据自主分析该数据包的数据位、停止位和校验位等参数；波特率自适应指用户可以在没有手动设置波特率的情况下，主处理器可以根据常用模特率进行匹配，找到该数据包传输的波特率。该功能避免了被测试设备接口参数未知而导致无法进行调试等一系列问题。
USB接口采用主处理器的通用异步收发接口通过USB逻辑电平转换芯片的方案，转换为USB接口电平，使用此方案可以避免常规USB接口主从关系，同时简化了设备驱动等繁杂的过程。
SWD接口基于ARM-On Board方案实现使用一片芯片替代传统的J-Link全部功能，大大减小了调试设备的体积。通过无线通信模块与调试终端通信，SWD接口可以实现被测试设备芯片的远程在线调试、远程固件下载等功能。
远程登录接口可以对支持SSH协议的被测试设备进行远程登录，通过配置被测试设备的虚拟网口，调试终端可以实现远程登录被测试设备并在线的更改、更新被测试设备的程序与参数等。
4、状态监测模块包括电流传感器，电压传感器和温湿度传感器。电流传感器采集被测试设备系统的电流；电压传感器采集被测试设备系统的电压；温湿度传感器采集测试环境的温度和湿度。以上传感器的信息由主处理器收集并处理。
5、声光报警模块包括声音报警模块和闪光报警模块。声音报警由驱动电路驱动蜂鸣器实现，通过主处理器引脚的逻辑电平控制发出不同的声音；闪光报警模块由驱动电路驱动LED等实现，通过主处理器的引脚逻辑电平控制LED灯光的闪烁频率和亮暗等状态。
6、信息记录模块由Micro SD卡插入调试设备的相应卡槽，主处理器通过SDIO接口对SD卡进行读写实现。
7、硬件接口模块是调试装置与被测试装置进行硬件连接的接口，调试装置使用Mini PCIe接口，可通过不同的使用需求选择不同的硬件连接方式同被测试设备连接：
●在被测试设备上预留Mini PCIe接插接口，调试装置通过被测试设备预留的插槽直接插入被测试设备并固定。
●通过专用的Mini PCIe转FPC转接模块，将Mini PCIe接口对应至FPC接口，调试装置使用FPC排线连接至被测试设备相应接口。
●通过专用的Mini PCIe转接线端子转接模块，将Mini PCIe接口映射至接线端子。同时，使用主处理器对端子端口对应的接口方式进行映射管理。
本装置的参数配置基于自研发的AT指令集，其基本格式为AT+命令＝配置参数。通过调试终端向调试装置发送AT指令集，实现对调试装置的配置。
本发明装置所使用的调试终端软件界面友好，易于操作，兼容Windows和Linux操作系统，支持协议储存，多条发送，定时发送，自定义发送等功能。软件集成上述AT指令集，可方便调试装置的初始化配置。支持单一终端对多设备的调试，方便实现设备的组网调试。
另外，用户可根据自身需求配置协议解析并显示，增加调试信息的可读性。协议解析的基本原理是对协议某些特定位的特定数值进行匹配，对匹配的结果形成与或关系，根据位间的与或关系和用户的配置显示成特定的汉字和数字。协议解析支持将单个或多个字节转换为ASCII码、十进制数、按公式换算、隐藏、增加或替换为其他字母或汉字等方式。例如，用户通过调试装置串口1向调试终端发送协议0xFE 0x08 0xC2 0xD2 0x01 0x11 0x210x0D 0x0A,其中0xFE表示协议的字头；0x08表示协议的有效长度；0xC2D2表示被测试设备地址；0x01表示被测试设备工作模式；0x1121代表数值，0x0D0A表示协议的结尾。解析后最终显示为：
串口1：
驱动轮正转，转速：2m/S
其中，串口1表示数据通过测试模块串口1接收到，为自动显示；驱动轮是通过协议中地址替换出来的；正转是通过协议中设备工作模式替换出来的；转速是用户自行增加的；数值2是通过特定的转换关系转换出的十进制数；m/S是用户自行增加的。
本装置的使用流程为：
1、将本调试装置插入被测试设备主板，或使用转接模块通过线束连接。
2、在调试终端界面上配置调试装置无线通信模块，建立无线连接。
3、通过调试终端界面通过AT指令集设置调试模块调试装置调试模式。
4、预设调试指令，配置协议解析。
5、开启被测试设备，发送调试指令/下载固件/在线调试。
6、读取被测试设备发回的参数。

Claims (4)

1.一种多功能机器人远程调试装置，其特征在于：包括：
主处理器，无线通信模块，接口功能模块，状态监测模块，声光报警模块，信息记录模块，硬件接口模块；其中：
上述模块的连接关系为：其中无线通信模块中的无线网络模块具有两路通信接口，一路与主处理器相连接，另一路与接口功能模块相连接；接口功能模块数据下行端与主处理器相连，数据上行端与硬件接口模块相连，数据下行端指接口功能模块通过主处理器接收调试终端数据的传输方向，数据上行端指接口功能模块接收被测试装置数据，发送至调试装置主处理器的数据传输方向，状态监测模块与硬件接口模块数据上行端相连，负责监测被测试装置的运行状态，并由主处理器采集状态监测模块数据；声光报警模块与主处理器经驱动电路相连接；信息记录模块与主处理器相连；
其中：
主处理器是调试装置的核心，负责调试指令和数据的发送，与调试上位机通信，被测装置状态监测，状态异常报警及数据与日志的记录；
无线通信模块用于调试装置与远程调试终端建立无线通信连接；
接口功能模块用于主处理器与被测试装置的通信数据协议转换，是调试装置中的调试功能执行部分；
状态监测模块用于监测系统的物理运行状态，协同声光报警模块及其他功能模块对被测试装置出现过压、过流、过载、高温的异常情况进行保护和告警；
信息记录模块用于调试过程中记录调试步骤、调试指令、中间状态或其他信息；
硬件接口模块是调试装置与被测试装置的连接接口，用于调试装置与被测试装置的物理连接。
2.如权利要求1所述的一种多功能机器人远程调试装置，其特征在于：所述的无线通信模块包括蓝牙模块、无线网络模块和4G模块；其中，
蓝牙模块使用蓝牙4.0BLE通信协议，在实际使用时通过调试终端的外置或内置的蓝牙接口进行配对，配对成功后即可建立通信；
无线网络模块具有两路通信接口，分别与主处理器和接口功能模块相连接，即调试终端既可以收发主处理器的数据，也可以收发测试设备的数据；无线网络模块兼容IEEE802.11b/g/n传输标准，适用TCP、UDP、DHCP、HTTP多种网络协议；
4G模块为可选模块，在调试装置上预留接口，可通过板级连接进行加装，加装4G模块后调试终端和被测试设备可以通过4G网络进行通信。
3.如权利要求1或2所述的一种多功能机器人远程调试装置，其特征在于：接口功能模块包括CAN总线调试单元，I2C总线调试单元，RS232单元，RS485/RS422单元，USB单元，SWD单元和远程登录单元；
CAN总线调试单元由主处理器串行外设接口驱动CAN总线控制器，CAN总线控制器连接CAN总线收发器，生成CAN 2.0b协议，CAN总线调试单元同时负责发送指令及数据至CAN总线节点和接收被测试设备内部CAN总线各个节点的信息，由主处理器转化为特定协议格式，通过无线通信模块发送给调试终端；
I2C总线调试单元由主处理器的GPIO引脚连接电压跟随电路，主处理器对GPIO引脚的逻辑控制模拟I2C总线的协议格式，进而实现I2C总线协议功能；
RS232、RS485/422单元由主处理器的通用异步收发器接口连接RS232、RS485/422电平逻辑转换芯片实现；其中RS232单元最大可以配置为2路收发端口和一路只读端口，收发端口进行RS232数据的收发，用于调试装置同被测试设备的RS232接口模块通信；只读端口仅用于被测试设备的内部模块通信的数据监测；RS485/RS422接口用于调试装置与被测试设备内部的RS485/RS422接口模块通信；
USB单元由主处理器的通用异步收发接口通过USB逻辑电平转换芯片，转换为USB接口电平；
SWD单元基于ARM-On Board方案实现使用一片芯片替代传统的J-Link全部功能，通过无线通信模块与调试终端通信，实现被测试设备芯片的远程在线调试、远程固件下载功能；
远程登录单元用于对支持SSH协议的被测试设备进行远程登录，通过配置被测试设备的虚拟网口，调试终端可以实现远程登录被测试设备并在线的更改、更新被测试设备的程序与参数。
4.如权利要求3所述的一种多功能机器人远程调试装置，其特征在于：进一步地，RS232、RS485/422单元具有协议格式分析和波特率自适应功能，根据接收到的数据包自主分析协议格式匹配波特率；协议格式分析指主处理器根据接收到的数据自主分析该数据包的数据位、停止位和校验位参数；波特率自适应指用户可以在没有手动设置波特率的情况下，主处理器根据常用模特率进行匹配，找到该数据包传输的波特率。
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