CN110967591A - 一种导电滑环在线并行测试系统及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种导电滑环在线并行测试系统，其包括工作切换模块、高速时钟倍频模块、测试信号产生模块、测试信号反馈模块、测试诊断模块及测试信息通信模块；工作切换模块控制高速时钟倍频模块的初始化，高速时钟倍频模块输出的时钟信号作为测试信号产生模块及测试诊断模块的时钟基准，测试信号产生模块产生输入导电滑环的测试信号，测试信号反馈模块接收导电滑环输出的测试信号，测试诊断模块记录通信测试故障信息，测试信息通信模块传输诊断信息。本发明适用于导电滑环的在线并行测试，实现了对于多种导电滑环的性能测试，提高导电滑环的测试效率，并能够提高导电滑环故障诊断准确度和正确率。

Description

一种导电滑环在线并行测试系统及测试方法

技术领域

本发明属于船舶导航系统用导电滑环测试技术领域，具体是一种导电滑环在线并行测试系统及测试方法。

背景技术

惯性系统广泛地应用在海、陆、空、天、警等诸多领域，随着惯性技术的不断发展，惯性系统的精度在不断提高。旋转机构是平台式、旋转调制式和混合式惯性系统的重要组成部分，而导电滑环也随旋转机构在惯性系统中普遍应用。

导电滑环主要是由电刷、滑环、微型轴承及一些相关的结构件组成，适用于在360°无限制自由旋转条件下，保证设备的固定机构与转动机构之间电信号能够不间断的传递。

然而，惯性系统的工作原理决定了导电滑环从装机工作开始就长期处于磨损状态，当导电滑环因过度磨损导致导电滑环性能失效时，信号通路会发生断路，惯性系统随之发生故障。

在导电滑环发生故障之前的一段时间，导电滑环实际上已经处于亚健康状态，往往会伴随导电滑环信号通路瞬断现象不断增多，断路时间也会不断增长。通过开机后的导电滑环在线自测试，在不额外占用硬件资源，不改动硬件设计的前提下就可以在开机自检时完成滑环的状态检测，通过监测数字脉冲丢失等异常情况检测出导电滑环瞬断频率和持续时长，及时发现导电滑环的亚健康状态，为系统健康管理提供数据支撑。

因此，急需设计实现全自动、在线、一体化的导电滑环测试方法，通过合理的测试流程及数据处理方法对导电滑环进行性能测试与评价，提高导电滑环故障诊断准确度和测试效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种全自动、在线、一体化的导电滑环在线并行测试方法，通过该方法可以兼容测试多种导电滑环，提高导电滑环故障诊断准确度和正确率，提高导电滑环的测试效率。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种导电滑环在线并行测试系统，其包括工作切换模块、高速时钟倍频模块、测试信号产生模块、测试信号反馈模块、测试诊断模块及测试信息通信模块；

工作切换模块使用FPGA内部逻辑单元实现；在DSP判断系统是否为冷启动状态时，DSP和FPGA之间通过EMIF总线进行通信，完成系统健康管理工作流程与正常工作流程的切换；当系统完成冷启动，DSP引导系统进入健康管理工作流程，工作切换模块接收DSP命令完成参数装订，并通过FPGA产生复位信号和使能信号完成高速时钟倍频模块的初始化；

高速时钟倍频模块使用FPGA内嵌的数字时钟管理器实现；FPGA内嵌的数字时钟管理器将低抖动有源石英晶体振荡器输入的25MHz时钟频率信号倍频到100MHz，并将100MHz作为时钟信号输出至测试信号产生模块和测试信号诊断模块，作为该两个模块的时钟基准；

测试信号产生模块使用FPGA内部逻辑单元实现；以高速时钟倍频模块产生的100MHz为时钟产生不少于32路的测试信号；产生的测试信号通过连接器与导电滑环的输入端连接；

测试信号反馈模块使用FPGA内部逻辑单元实现；接收导电滑环输出端的测试信号，并使用FPGA内部逻辑单元实现测试信号的低延时采集；

测试诊断模块使用FPGA内部逻辑单元实现；使用高速时钟倍频模块产生的100MHz作为主时钟信号，将原测试信号和回传信号进行缓冲后进行比较，对每一路滑环瞬断导致的串行通信测试故障的信息进行记录；

测试信息通信模块，数字逻辑部分由FPGA内部实现，并由通信接口芯片完成接口电平转换，在测试完成后由DSP查询FPGA内存储的故障信息，并通过通信接口向系统系统健康管理单元提交测试诊断信息。

而且，所述连接器采用66芯J30J矩形电连接器。

而且，测试信息通信模块的DSP和FPGA之间通过EMIF总线进行通信，总线通信读写逻辑由FPGA内部实现。

一种导电滑环在线并行测试方法，其测试方法的步骤为：

1)生成测试信号：系统上电开机完成初始化，进入系统健康管理工作流程，由DSP按工作流程将工作模式切换到导电滑环测试模式，由FPGA内嵌的数字时钟管理器将低抖动有源石英晶体振荡器输入的25MHz时钟频率信号倍频到100MHz，测试信号产生模块使用倍频生成的100MHz作为测试主时钟，产生1MHz方波测试信号和波特率为921600bps的串行通信测试信号；

2)反馈测试信号：步骤1)产生的1MHz方波测试信号和串行通信测试信号按DSP装订的测试时间通过导电滑环后由测试信号反馈模块将收到的方波激励测试信号低延时缓冲后回传至测试诊断模块，测试诊断模块将原测试信号和回传信号进行缓冲后进行异或比较，得到比较信号，导电滑环瞬断会导致比较信号跳变为高电平，使用100MHz测试主时钟对每一路滑环测试通路的比较信号进行采样，以10ns的采样最小时间对每一路滑环瞬断导致的高电平比较信号的出现次数进行采样计为F1、F2、F3…同时采样高电平持续时间计为T1、T2、T3…。

3)信号诊断测试：串行通信测试信号结合已有的通信接口硬件资源，兼容RS422、RS485、RS232或TTL通信协议，通过导电滑环由测试信号反馈模块将收到的测试信号低延时缓冲后回传至测试诊断模块，测试诊断模块将原测试信号和回传信号进行缓冲后进行比较，每一路滑环瞬断导致的串行通信测试故障的出现次数计为U1、U2、U3…。

4)完成测试：在测试完成后由测试诊断信息通信模块将结果由DSP回传给系统健康管理单元，完成导电滑环测试流程。

本发明的优点和有益效果为：

1、本发明导电滑环在线并行测试系统，包括工作切换模块、高速时钟倍频模块、测试信号产生模块、测试信号反馈模块、测试诊断模块及测试信息通信模块。如图1所示。

2、本发明导电滑环在线并行测试系统，提出了一种导电滑环在线并行测试流程，该流程无需改动硬件设计，不额外占用硬件资源，能够在系统开机后快速完成自动在线测试。

3、本发明导电滑环在线并行测试系统及测试方法，是一种全自动、在线、一体化的导电滑环在线并行测试方法，通过该方法可以兼容测试多种导电滑环，提高导电滑环故障诊断准确度和正确率，提高导电滑环的测试效率。

附图说明

图1本发明导电滑环在线并行测试系统的示意图；

图2本发明导电滑环在线并行测试方法的流程图；

图3本发明导电滑环在线并行测试系统的测试信号示意图。

图4为工作切换模块示意图；

图5为高速时钟倍频模块示意图；

图6为测试信号产生模块示意图；

图7为测试信号反馈模块示意图；

图8为测试诊断模块示意图；

图9为测试信息通信模块示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

如图1所示，一种导电滑环在线并行测试系统，包括工作切换模块、高速时钟倍频模块、测试信号产生模块、测试信号反馈模块、测试诊断模块及测试信息通信模块。使用导航计算机既有的DSP与FPGA硬件和接口器件，由DSP完成工作模式切换、测试信号诊断与测试信息通信等工作。利用FPGA的高速并行处理能力，能够并行完成若干滑环通道的高速时钟倍频生成、测试信号产生、测试信号反馈等功能。

工作切换模块使用FPGA内部逻辑单元实现；在DSP判断系统是否为冷启动状态时，DSP和FPGA之间通过EMIF总线进行通信，完成系统健康管理工作流程与正常工作流程的切换；当系统完成冷启动，则工作切换模块引导系统进入健康管理工作流程，工作切换模块通过FPGA产生复位信号和使能信号完成高速时钟倍频模块的初始化。

高速时钟倍频模块使用FPGA内嵌的数字时钟管理器实现；FPGA内嵌的数字时钟管理器将低抖动有源石英晶体振荡器输入的25MHz时钟频率信号倍频到100MHz，并将100MHz作为时钟信号输出至测试信号产生模块和测试信号诊断模块，作为该两个模块的时钟基准。

测试信号产生模块使用FPGA内部逻辑单元实现；以高速时钟倍频模块产生的100MHz为时钟产生不少于32路的1MHz方波测试信号和波特率为921600bps的串行通信测试信号；产生的测试信号通过连接器与导电滑环的输入端连接。连接器采用66芯J30J矩形电连接器。

测试信号反馈模块使用FPGA内部逻辑单元实现；接收导电滑环输出端的测试信号，并使用FPGA内部逻辑单元实现测试信号的低延时采集。

测试诊断模块使用FPGA内部逻辑单元实现；使用高速时钟倍频模块产生的100MHz作为主时钟信号，将原测试信号和回传信号进行缓冲后进行比较，对每一路滑环瞬断导致的串行通信测试故障的信息进行记录。

测试信息通信模块数字逻辑部分由FPGA内部实现，并由通信接口芯片完成接口电平转换，在测试完成后由DSP查询FPGA内存储的故障信息，并通过通信接口向系统系统健康管理单元提交测试诊断信息。DSP和FPGA之间通过EMIF总线进行通信，总线通信读写逻辑由FPGA内部实现，在测试完成后由DSP查询FPGA内存储的故障信息，并由DSP向系统健康管理单元提交测试诊断信息。

一种导电滑环在线并行测试方法，如图2，其具体的步骤为：

1)生成测试信号：系统上电开机完成初始化，进入系统健康管理工作流程，由DSP按工作流程将工作模式切换到导电滑环测试模式，由FPGA内嵌的数字时钟管理器将低抖动有源石英晶体振荡器输入的25MHz时钟频率信号倍频到100MHz，测试信号产生模块使用倍频生成的100MHz作为测试主时钟，产生1MHz方波测试信号和串行通信测试信号，如图3所示；

2)反馈测试信号：步骤1)产生的方波测试信号通过导电滑环后由测试信号反馈模块将收到的方波激励测试信号低延时缓冲后回传至测试诊断模块，测试诊断模块将原测试信号和回传信号进行缓冲后进行异或比较，得到比较信号，导电滑环瞬断会导致比较信号跳变为高电平，使用100MHz测试主时钟对每一路滑环测试通路的比较信号进行采样，以10ns的采样最小时间对每一路滑环瞬断导致的高电平比较信号的出现次数进行采样计为F1、F2、F3…同时采样高电平持续时间计为T1、T2、T3…。

3)信号诊断测试：串行通信测试信号结合已有的通信接口硬件资源，兼容RS422、RS485、RS232或TTL通信协议，通过导电滑环由测试信号反馈模块将收到的测试信号低延时缓冲后回传至测试诊断模块，测试诊断模块将原测试信号和回传信号进行缓冲后进行比较，每一路滑环瞬断导致的串行通信测试故障的出现次数计为U1、U2、U3…。

4)完成测试：在测试完成后由测试诊断信息通信模块将结果回传给系统健康管理单元，完成导电滑环测试流程。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (4)

1.一种导电滑环在线并行测试系统，其特征在于：包括工作切换模块、高速时钟倍频模块、测试信号产生模块、测试信号反馈模块、测试诊断模块及测试信息通信模块；

工作切换模块使用FPGA内部逻辑单元实现；在DSP判断系统是否为冷启动状态时，DSP和FPGA之间通过EMIF总线进行通信，完成系统健康管理工作流程与正常工作流程的切换；当系统完成冷启动，DSP引导系统进入健康管理工作流程，工作切换模块接收DSP命令完成参数装订，并通过FPGA产生复位信号和使能信号完成高速时钟倍频模块的初始化；

高速时钟倍频模块使用FPGA内嵌的数字时钟管理器实现；FPGA内嵌的数字时钟管理器将低抖动有源石英晶体振荡器输入的25MHz时钟频率信号倍频到100MHz，并将100MHz作为时钟信号输出至测试信号产生模块和测试信号诊断模块，作为该两个模块的时钟基准；

测试信号产生模块使用FPGA内部逻辑单元实现；以高速时钟倍频模块产生的100MHz为时钟产生不少于32路的测试信号；产生的测试信号通过连接器与导电滑环的输入端连接；

测试信号反馈模块使用FPGA内部逻辑单元实现；接收导电滑环输出端的测试信号，并使用FPGA内部逻辑单元实现测试信号的低延时采集；

测试诊断模块使用FPGA内部逻辑单元实现；使用高速时钟倍频模块产生的100MHz作为主时钟信号，将原测试信号和回传信号进行缓冲后进行比较，对每一路滑环瞬断导致的串行通信测试故障的信息进行记录；

测试信息通信模块，数字逻辑部分由FPGA内部实现，并由通信接口芯片完成接口电平转换，在测试完成后由DSP查询FPGA内存储的故障信息，并通过通信接口向系统系统健康管理单元提交测试诊断信息。

2.根据权利要求1所述一种导电滑环在线并行测试系统，其特征在于：所述连接器采用66芯J30J矩形电连接器。

3.根据权利要求1所述一种导电滑环在线并行测试系统，其特征在于：测试信息通信模块的DSP和FPGA之间通过EMIF总线进行通信，总线通信读写逻辑由FPGA内部实现。

4.一种导电滑环在线并行测试方法，其特征在于：所述测试方法的步骤为：

1)生成测试信号：系统上电开机完成初始化，进入系统健康管理工作流程，由DSP按工作流程将工作模式切换到导电滑环测试模式，由FPGA内嵌的数字时钟管理器将低抖动有源石英晶体振荡器输入的25MHz时钟频率信号倍频到100MHz，测试信号产生模块使用倍频生成的100MHz作为测试主时钟，产生1MHz方波测试信号和波特率为921600bps的串行通信测试信号，如图3所示；

2)反馈测试信号：步骤1)产生的1MHz方波测试信号和串行通信测试信号按DSP装订的测试时间通过导电滑环后由测试信号反馈模块将收到的方波激励测试信号低延时缓冲后回传至测试诊断模块，测试诊断模块将原测试信号和回传信号进行缓冲后进行异或比较，得到比较信号，导电滑环瞬断会导致比较信号跳变为高电平，使用100MHz测试主时钟对每一路滑环测试通路的比较信号进行采样，以10ns的采样最小时间对每一路滑环瞬断导致的高电平比较信号的出现次数进行采样计为F1、F2、F3…同时采样高电平持续时间计为T1、T2、T3…。

3)信号诊断测试：串行通信测试信号结合已有的通信接口硬件资源，兼容RS422、RS485、RS232或TTL通信协议，通过导电滑环由测试信号反馈模块将收到的测试信号低延时缓冲后回传至测试诊断模块，测试诊断模块将原测试信号和回传信号进行缓冲后进行比较，每一路滑环瞬断导致的串行通信测试故障的出现次数计为U1、U2、U3…。

4)完成测试：在测试完成后由测试诊断信息通信模块将结果由DSP回传给系统健康管理单元，完成导电滑环测试流程。

Images