CN115793624B - 一种应用于数据采集卡的测试板卡和数据测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于数据采集卡的测试板卡和数据测试方法，属于硬件测试领域，包括设置在测试板卡上的采集卡插槽，用于插接具有测试功能的数据采集卡；PCIE插槽连接器，用于为测试板卡连接扩展设备；输入电源，为数据整个测试板卡上的插接设备供电；MCU控制单元，用于连接上位机，同时对测试板卡上的网口和数据指示进行管理、数据采集和测试通道切换；UART接口，用于连接上位机，同时完成测试板卡的数据通信控制与传输和数据测试方法。数据测试过程通过步进的方式对每一档的发送数据和接收数据进行比对，找出最佳设置点并对多通道重复实施完成测试，解决了数据采集卡测试比较困难，可以快速的切换数据测试通道，同时对每个数据通道进行管理。
Description
技术领域
本发明涉及硬件测试领域，具体涉及一种应用于数据采集卡的测试板卡和数据测试方法。
背景技术
在激光雷达导航和AI识别系统中，信号数据采集主要体现在数据量大，单位时间要求出来的数据多，一个典型的激光雷达导航系统，数据采集包含模拟信号的输入、模拟信号的输出、数字信号的输入、数字信号的输出。数据采集卡作为数字信号处理必不可少的工作单元，在整个系统的前期工作中起着非常关键的决定性作用。
数据采集卡设置有多个不同接口，可以连接外部智能模块或者感知器件传感器、比如激光雷达导引头、陀螺仪、高速摄像机等。也可以连接模拟量传感器比如温湿度传感器、压力重力传感器、震动声音传感器、红外探测传感器等等。因此，使用数据采集卡构建测控系统中的采集、测量环节，是测控系统必不可少的中间部件。
数据采集卡内部集成有中央处理器，可以控制外部的执行器，比如控制继电器、电机、指示灯、云台等等，在典型的激光雷达导航和AI识别系统中，可以快速的控制运动电机、推力电机、方向电机以及高速相机云台，从而及时的调整载体的运动方向，修正运动轨迹。数据采集卡构建测控系统中的控制子系统，是测控系统的通用中间件。
数据采集卡设置有通信接口，可以与远端基站建立无线通信，也可以与本地服务器建立有线通信。在测控系统中数据采集卡，可以将测量的温度、压力、高速相机图像、电机的转速、载体的运动轨迹等信息通过无线或者有线方式，呈现在本地服务器显示端，并且可以通过控制界面，使用本地服务器来控制载体执行器动作。因此，数据采集卡构建测控系统中控制子系统的控制界面，是测控系统控制界面的数据呈现来源。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种应用于数据采集卡的测试板卡。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种应用于数据采集卡的测试板卡，包括：设置在测试板卡上的
采集卡插槽，用于插接具有测试功能的数据采集卡；
PCIE插槽连接器，用于为测试板卡连接扩展设备；
输入电源，为数据整个测试板卡上的插接设备供电；
MCU控制单元，用于连接上位机，同时对测试板卡上的网口和数据指示进行管理、数据采集和测试通道切换；
UART接口，用于连接上位机，同时完成测试板卡的数据通信控制与传输。
进一步的，所述数据采集卡通过VPX/CPCI连接器插接于测试板卡上。
进一步的，所述输入电源包括级联连接电源输入、第一电压转换器和第二电压转换器，所述第一电压转换器和第二电压转换器均连接至所述采集卡插槽，所述第二电压转换器连接至MCU控制单元。
进一步的，所述采集卡插槽和MCU控制单元均通过以太网收发器组依次连接至变压器组和RJ45网口组，其中以太网收发器组中的以太网收发器与变压器组中的变压器和RJ45网口组中的RJ45网口数量相同且一一对应连接。
进一步的，所述采集卡插槽合MCU控制单元还通过RS485收发器组连接至RS485弹簧端子组，其中，所述RS485收发器组中的RS485收发器与RS485弹簧端子组中的弹簧端子数量相同且一一对应连接；所述MCU控制单元用于完成对RS485收发器组的管理与切换。
进一步的，所述MCU控制单元还连接多个数据指示灯，用于对测试板卡指示实时测试通道，并同时开启一个通道或者多个通道。
一种应用于数据采集卡的测试板卡的数据测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、上位机通过通讯接口与MCU控制单元连接，由MCU控制单元控制环路控制器闭合并对任意单通道进行数据发送和接收；
S2、MCU控制单元控制干扰源发生器产生第一共模电压加载到发射通道TX上，同时产生第二共模电压加载到接收通道RX上并按照步进逐渐增加；当干扰源发生器每增加一个5mV的步进时，上位机发送一个数据包并对每个数据包进行比对；当发送数据与接收数据不一致时，则由MCU控制单元控制干扰源发生器减退回到上一档，点亮对应的数据指示灯并重新发送数据包；若一致则进入步骤S3；
S3、MCU控制单元控制负载控制器产生负载电阻并按照步进逐渐增加；当负载控制器每增加一个1Ω的步进时，上位机发送一个数据包并对数据进行比对；当发送数据与接收数据不一致时，则由MCU控制单元控制负载控制器减退回上一档，点亮对应的数据指示灯并重新发送数据包；若步骤S3中一致则进入步骤S4，数据比对结束后环路控制器断开；
S4、由上位机抓取干扰发生器的设置值和负载控制器的设置值并绘制成曲线，观测得到最佳设置点；
S5、切换通道后重复执行上述步骤S1-S4直至找到每个通道的最佳设置点即完成测试。
本发明具有以下有益效果：
数据采集卡作为测控系统的数据采集中间件，数据接口采用VPX/CPCI连接器，具有集成度高，体积小等特点，并且连接器结构件在测控系统中，处于系统的内层位置，不利于测试。数据采集卡采用VPX/CPCI连接器公座，测控系统采用VPX/CPCI连接器母座，在测控系统中数据采集卡插接在测控系统背板的母座上，结构非常紧密，无外接端子，能有效的保证整个测控系统在高速运动以及恶劣环境中工作。
本发明为数据采集卡提供3路电源供电，1路PCIE数据接口插槽，5路以太网数据接口，6路RS485数据接口，11路数据状态指示，1个调试接口，以及数据通道管理。将数据采集卡直接插接在测试板卡上，即可方便快捷的对数据板卡进行调试与测试。
本发明设置有测试数据通道管理，通过MCU对数据通道进行开关和选择，能方便快捷的管理各个数据通道，并可通过后续的控制电路和通信接口电路，收集测试数据，方便快捷的进行数据采集卡的测试和数据收集。
附图说明
图1为本发明网口电路示意图。
图2为本发明RS485电路示意图。
图3为本发明控制信号指示电路示意图。
图4为本发明电路的逻辑控制顺序示意图。
图5为本发明单通道测试方法中外接电路示意图。
图6为本发明单通道测试具体逻辑控制方法示意图。
实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
一种应用于数据采集卡的测试板卡，包括：设置在测试板卡上的
采集卡插槽，用于插接具有测试功能的数据采集卡，测试板卡上设置采集卡插槽，插槽的连接器采用VPX/CPCI连接器母座，与数据采集卡VPX/CPCI连接器公座齐套，在实际操作中，数据采集卡插接在测试板卡的VPX/CPCI连接器上。
PCIE插槽连接器，用于为测试板卡连接扩展设备；
本实施例里设置有1个PCIE插槽连接器，为测试板卡通过PCIE通道，测试板卡可以通过PCIE接口插接扩展设备。
输入电源，为数据整个测试板卡上的插接设备供电；
MCU控制单元，用于连接上位机，同时对测试板卡上的网口和数据指示进行管理、数据采集和测试通道切换；
UART接口，用于连接上位机，同时完成测试板卡的数据通信控制与传输。
具体而言，如图1所示，电源输入A1设置为DC24V电源输入端，为整个测试板卡和数据采集卡供电，型号为：DBT50B-9.5-2P，电源输入A1与电压转换器A2连接，电压转换器A2的型号为K7812MT-500R4，其电压转换为24V/12V的降压转换，电压转换器A2与采集卡插槽A5连接，为采集卡插槽A5提供DC12V电源，供数据采集卡使用，电压转换器A2与电压转换器A3连接，为电压转换器A3提供电源输入,A3型号为LM5145，为12V/3.3V降压转换。电压转换器A3连接到采集卡插槽A5和MCU控制单元A4,同时为MCU控制单元A4和采集卡插槽A5提供DC3.3V电源输入。
A4为测试板卡的控制单元，连接到以太网收发器A7、A8、A9、A10、A11，A4型号为GD32E230C8T6，负责完成对以太网收发器A7、A8、A9、A10、A11的管理与切换。
A6为PCIE插槽，连接到采集卡插槽A5。
采集卡插槽和MCU控制单元均通过以太网收发器组依次连接至变压器组和RJ45网口组，其中以太网收发器组中的以太网收发器与变压器组中的变压器和RJ45网口组中的RJ45网口数量相同且一一对应连接，具体而言：
A17为RJ45-1网口，型号为J0011D21BNL，连接到变压器A12, A12型号为HR682430E，变压器A12连接到以太网收发器A7,A7为PHY1,型号为RTL8211F，A7连接到采集卡插槽A5。
A18为RJ45-2网口，型号为J0011D21BNL，连接到变压器A13, A13型号为HR682430E，变压器A13连接到以太网收发器A8,A8为PHY2,型号为RTL8211F，A8连接到采集卡插槽A5。
A19为RJ45-3网口，型号为J0011D21BNL，连接到变压器A14， A14型号为HR682430E，A14连接到A9,A9为PHY3,型号为RTL8211F，A9连接到采集卡插槽A5。
A20为RJ45-4网口，型号为J0011D21BNL，连接到变压器A15, A15型号为HR682430E，变压器A15连接到以太网收发器A10,A10,A10为PHY4,型号为RTL8211F，A10连接到采集卡插槽A5。
A21为RJ45-5网口，型号为J0011D21BNL，连接到变压器A16， A16型号为HR682430E，变压器A16连接到以太网收发器A11,A11为PHY5,型号为RTL8211F，A11连接到采集卡插槽A5。
采集卡插槽合MCU控制单元还通过RS485收发器组连接至RS485弹簧端子组，其中，所述RS485收发器组中的RS485收发器与RS485弹簧端子组中的弹簧端子数量相同且一一对应连接；所述MCU控制单元用于完成对RS485收发器组的管理与切换，具体而言，如图2所示：
B1为RS485-1弹簧端子，型号为WJ128V-5.0-4P，连接到RS485收发器B7,B7型号为SSP485，RS485收发器B7连接到采集卡插槽A5。
B2为RS485-2弹簧端子，型号为WJ128V-5.0-4P，连接到RS485收发器B8，型号为SSP485，RS485收发器B8连接到采集卡插槽A5。
B3为RS485-3弹簧端子，型号为WJ128V-5.0-4P，连接到RS485收发器B9，型号为SSP485，RS485收发器B9连接到采集卡插槽A5。
B4为RS485-4弹簧端子，型号为WJ128V-5.0-4P，连接到RS485收发器B10，型号为SSP485，RS485收发器B10连接到采集卡插槽A5。
B5为RS485-5弹簧端子，型号为WJ128V-5.0-4P，连接到RS485收发器B11，型号为SSP485，RS485收发器B11连接到采集卡插槽A5。
B6为RS485-5弹簧端子，型号为WJ128V-5.0-4P，连接到RS485收发器B12，型号为SSP485，RS485收发器B12连接到采集卡插槽A5。
MCU控制单元A4连接到RS485-4弹簧端子B7、B8、B9、B10、B11、B12，负责完成对RS485收发器B7、B8、B9、B10、B11、B12的管理与切换。
MCU控制单元A4连接到采集卡插槽A5，负责管理采集卡插槽的通道切换和管理，以及数据采集与传输。
MCU控制单元还连接多个数据指示灯，用于对测试板卡指示实时测试通道，并同时开启一个通道或者多个通道，具体而言，如图3所示：
电压转换器A3连接到MCU控制单元A4，电压转换器A3为DC-DC/12V-3.3V，型号为LM5145，为MCU控制单元A4供电；MCU控制单元A4型号为GD32E230C8T6；
C1为数据指示灯1，型号为LTST-C191TGKT，连接到MCU控制单元A4；
C2为数据指示灯2，型号为LTST-C191TGKT，连接到MCU控制单元A4；
C3为数据指示灯3，型号为LTST-C191TGKT，连接到MCU控制单元A4；
C4为数据指示灯4，型号为LTST-C191TGKT，连接到MCU控制单元A4；
C5为数据指示灯5，型号为LTST-C191TGKT，连接到MCU控制单元A4；
C7为数据指示灯6，型号为LTST-C191TGKT，连接到MCU控制单元A4；
C8为数据指示灯7，型号为LTST-C191TGKT，连接到MCU控制单元A4；
C9为数据指示灯8，型号为LTST-C191TGKT，连接到MCU控制单元A4；
C10为数据指示灯9，型号为LTST-C191TGKT，连接到MCU控制单元A4；
C11为数据指示灯10，型号为LTST-C191TGKT，连接到MCU控制单元A4；
C12为数据指示灯11，型号为LTST-C191TGKT，连接到MCU控制单元A4；
C6为UART数据传输口，型号为PZ254V-11-05P，连接到MCU控制单元A4；
MCU控制单元A4负责管理以太网收发器A7、A8、A9、A10、A11和RS485收发器B7、B8、B9、B10、B11、B12，管理的数据通过UART数据传输口C6发送给后台，并且通过数据指示灯C1、C2、C3、C4、C5、C7、C8、C9、C10、C11、C12指示管理和数据传输状态，其开关控制逻辑如图4所示。
本实施例还提供一种应用于数据采集卡的测试板卡的数据测试方法，其测试构架如图5所示，具体流程如图6所示，包括：
S1、上位机102通过通讯接口101与MCU控制单元A4连接，开启环路控制器107并对任意单通道进行数据发送和接收；
S2、MCU控制单元A4控制干扰源发生器103产生第一共模电压加载到发射通道TX上，同时产生第二共模电压加载到接收通道RX上并按照步进逐渐增加；当干扰源发生器104每增加一个5mV的步进时，上位机102发送一个数据包并对每个数据包进行比对；当发送数据与接收数据不一致时，则由MCU控制单元A4控制干扰源发生器103减退回到上一档，点亮对应的数据指示灯并重新发送数据包；若发送数据与接收数据一致则进入步骤S3，数据比对结束后环路控制器107断开；
S3、MCU控制单元A4控制负载控制器106产生负载电阻并按照步进逐渐增加；当负载控制器106每增加一个1Ω的步进时，上位机102发送一个数据包并对数据进行比对；当发送数据与接收数据不一致时，则由MCU控制单元A4控制负载控制器106减退回上一档，点亮对应的数据指示灯并重新发送数据包；若发送数据与接收数据一致则进入步骤S4；
S4、由上位机抓取干扰发生器的设置值和负载控制器的设置值并绘制成曲线，观测得到最佳设置点；
S5、切换通道后重复执行上述步骤S1-S4直至找到每个通道的最佳设置点即完成测试。
在本实施例里，上位机102通过通讯接口101与MCU相连接，负责数据的发送与接收，MCU控制单元A4控制干扰源发生器103，产生第一共模电压加载到TX, 第二共模电压加载到RX，共模电压从50mV开始，按照步进5mV逐渐增加，每增加一个测试档5mV,上位机发送一个数据包，上位机对每个数据包进行比对，直到数据包出现错误，MCU控制单元A4控制干扰源发生器103减回到上一档; MCU控制单元A4依次通过RS485收发器104和光耦隔离器105进行通信，光耦隔离器105用于屏蔽环路控制器107和负载控制器106的瞬态干扰，其型号为EL357N(C)(TA)-G。MCU控制单元A4控制负载控制器106从50Ω开始按照1Ω的步进，逐级增加到150Ω，每增加一个测试档，上位机发送一个数据包，上位机对每个数据包进行比对，直到数据包出现错误，MCU控制单元A4控制负载控制器106减回到上一档；当发送数据包与接收数据包不一致，对应的指示灯闪烁；上位机抓取干扰源发生器103的设置值与负载控制器106的值，绘制成抛物线曲线，可观测出最佳设置点。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种应用于数据采集卡的测试板卡，其特征在于，包括：设置在测试板卡上的
采集卡插槽，用于插接具有测试功能的数据采集卡；
PCIE插槽连接器，用于为测试板卡连接扩展设备；
输入电源，用于为所述应用于数据采集卡的测试板卡上的插接设备供电；
MCU控制单元，用于连接上位机，同时用于数据采集和测试通道切换，并对测试板卡上的网口和数据指示进行管理；
UART接口，用于连接上位机，同时完成测试板卡的数据通信控制与传输；
应用于数据采集卡的测试板卡的测试方式包括如下步骤：
S1、上位机通过通讯接口与MCU控制单元连接，由MCU控制单元开启环路控制器并对任意单通道进行数据发送和接收；
S2、MCU控制单元控制干扰源发生器产生第一共模电压加载到发射通道TX上，同时产生第二共模电压加载到接收通道RX上并按照步进逐渐增加；当干扰源发生器每增加一个5mV的步进时，上位机发送一个数据包并对每个数据包进行比对；当发送数据与接收数据不一致时，则由MCU控制单元控制干扰源发生器减退回到上一档，点亮对应的数据指示灯并重新发送数据包；若发送数据与接收数据一致则进入步骤S3；
S3、MCU控制单元控制负载控制器产生负载电阻并按照步进逐渐增加；当负载控制器每增加一个1Ω的步进时，上位机发送一个数据包并对数据进行比对；当发送数据与接收数据不一致时，则由MCU控制单元控制负载控制器减退回上一档，点亮对应的数据指示灯并重新发送数据包；若发送数据与接收数据一致则进入步骤S4，数据比对结束后环路控制器断开；
S4、由上位机抓取干扰发生器的设置值和负载控制器的设置值并绘制成曲线，观测得到最佳设置点；
S5、切换通道后重复执行上述步骤S1-S4直至找到每个通道的最佳设置点即完成测试。
2.根据权利要求1所述的一种应用于数据采集卡的测试板卡，其特征在于，所述数据采集卡通过VPX/CPCI连接器插接于测试板卡上。
3.根据权利要求1所述的一种应用于数据采集卡的测试板卡，其特征在于，所述输入电源包括级联连接电源输入、第一电压转换器和第二电压转换器，所述第一电压转换器和第二电压转换器均连接至所述采集卡插槽，所述第二电压转换器连接至MCU控制单元。
4.根据权利要求1所述的一种应用于数据采集卡的测试板卡，其特征在于，所述采集卡插槽和MCU控制单元均通过以太网收发器组依次连接至变压器组，变压器组连接RJ45网口组，其中以太网收发器组中的以太网收发器与变压器组中的变压器和RJ45网口组中的RJ45网口数量相同且一一对应。
5.根据权利要求1所述的一种应用于数据采集卡的测试板卡，其特征在于，所述采集卡插槽和MCU控制单元还通过RS485收发器组连接至RS485弹簧端子组，其中，所述RS485收发器组中的RS485收发器与RS485弹簧端子组中的弹簧端子数量相同且一一对应连接；所述MCU控制单元用于完成对RS485收发器组的管理与切换。
6.根据权利要求1所述的一种应用于数据采集卡的测试板卡，其特征在于，所述MCU控制单元还连接多个数据指示灯，用于对测试板卡指示实时测试通道，并同时开启一个通道或者多个通道。
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