CN116520063A - 一种基于高精度仪器的自动测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于高精度仪器的自动测试系统，属于自动化测试领域，本发明是一种基于直流电源、高精度数字万用表的一套集成测试系统，包括智能高精度数字测量仪、测试母板、电源、信号发生器、示波器、传感器模组和数字万用表，本系统可以用于芯片、板卡、系统的电性能测试；采用高精度的数字万用表和直流电源集成出性能与国外测试系统相同性能的测试系统。且成本远低于现有的测试系统。

Description

一种基于高精度仪器的自动测试系统

技术领域

本发明涉及自动化测试领域，具体涉及一种基于高精度仪器的自动测试系统。

背景技术

目前，随着时代不断发展，工业技术不断提升，工业化普及程度越来越高，对于汽车、轮船、潜艇、飞行器等交通各类运输工具的设计研发过程中，需要考虑多项因素如结构强度、刚度、动力装置、控制系统、系统安全性工作及制造工艺等。许多厂家都购置了许多自动化生产仪器或设备，这也导致许多设备以及仪器对其精度的稳定性和准确度要求越来越高，如果有高精度参数测试需求则需要通过示波器、高精度万用表、数字电源等手动安装后进行测试，手动记录，但是该方法测试效率低，且保存数据繁琐。大量的事故表明，造成事故的原因往往是细微的高精度零件损坏或达不到要求导致。

因此，设计出一种能够利用现有的高精度万用表和直流平台配合软件部分可以实现器件自动测试、测试数据保存且能够价格低廉能被广泛利用的装置是很有必要的。

发明内容

本发明克服现有技术的不足，针对上诉缺点本发明做出了以下的改进和优化。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：

提供了一种基于高精度仪器的自动测试系统，包括智能高精度数字测量仪、测试母板、电源、信号发生器、示波器、传感器模组和数字万用表；

所述测试母板、电源、信号发生器、示波器、传感器模组和数字万用表均与智能高精度数字测量仪连接；

其中智能高精度数字测量仪包括摄像头模组、主板、操控屏、传感器接口、摄像头接口、传感器线缆、图像数据线、电源接口、USB_HUB从设备扩展电路和控制模块；

所述摄像头模组包括可见光摄像头和红外摄像头，其中可见光摄像头用于拍摄测试现场灰度图，确定待测设备坐标；红外摄像头用于拍摄测试现场红外热力图，确定待测设备所在坐标位置的温度数据；

所述主板包括单片机、复位电路、模数转换电路和存储器，为智能高精度数字测量仪的核心硬件组成部分；

所述操控屏的显示屏为智能高精度数字测量仪的人机互动端，用于显示图像数据、测量数据，并用于选择修改待测设备坐标，获取待测设备位置数据和用于实现智能高精度数字测量仪的功能操作；

所述传感器接口，用于传感器模组的供电和电压信号输入；

所述摄像头接口，用于摄像头模组的供电和图像信号的输入；

所述传感器线缆，用于连接传感器模组和智能高精度数字测量仪；

所述图像数据线，用于连接智能高精度数字测量仪和摄像头模组；

所述电源接口，用于外接电源为智能高精度数字测量仪供电。

优选的，所述测试母板用于放置待测设备，所述电源用于为系统提供电源，所述信号发生器、示波器、传感器模组和数字万用表用于辅助智能高精度数字测量仪测量输出测试数据。

优选的，所述USB_HUB从设备扩展电路用于智能高精度数字测量仪数据的输入输出，方便试验数据的存储、记录并基于高精度仪器的自动测试系统中增加上位机测试系统管理终端作为主设备，其它设备作为从设备进行通信。

优选的，所述单片机搭载配套软件，用于控制实现测量数据显示、位置图像采集、温度采集、查询补偿系数，通过储存的设备手册数据与实时测量的待测设备数据对比，通过操控屏显示差异数据并上传至上位机主设备。

优选的，所述USB_HUB从设备扩展电路包括SL2.1A芯片、U-USBAR04P-F001芯片和1个micro 5P_C77238芯片。

优选的，所述电源包括直流电平控制电路，所述直流电平控制电路包括开关K1、开关K2、开关K3、开关K4、开关K5、电容C1和电容C2。

更优的，所述开关K1一端与连接，另一端分别与开关K2和电容C1连接，且开关K2和电容C1为并联设置；电容C1还分别与开关K3和电容C2连接，开关K3另一端接地，电容C2还分别与开关K4和开关K5连接，且开关K4和开关K5为并联设置，开关K4另一端与/>连接。

优选的，所述智能高精度数字测量仪的工作方法包括如下步骤，

S1，将待测设备放入到测试母板中，由摄像头模组识别出待测设备，自动导入位于控制模块中储存的设备参数标准，完成设备的参数配置；

S2，在地面已知坐标下拍摄两张待测设备的现场图片，根据图像数据解算测试点坐标；点X1（，/>） ,X2（/>，/>）分别待测设备在图像中呈现的位置，通过相机内参矩阵求得待测设备在的三维点坐标：

其中相机内参矩阵如下：k=｛｝，其中/>和/>表示摄像头焦距，/>和/>分别表示点的横纵坐标；

S3，通过旋转平移操作后与控制模块中储存的设备参数标准匹配，获得待测设备的静态数据对比信息；

S4，通过测试母板与智能高精度数字测量仪连接，为待测设备进行供电，测试待测设备在不同条件下的工作状态即动态数据信息；

S5，通过操控屏或上位机显示静态数据对比信息和动态数据信息，记录并储存数据信息，完成测试。

本发明提供了一种基于高精度仪器的自动测试系统，其系统通过外围设备组建整套测试系统，所以测试系统维护便捷，芯片内部集成多种外设，能够满足系统要求，且该芯片运行速度快，价格合理，能够降低系统成本。价格低廉，易于替换测试组件，适配大多数设备；系统可扩展性优于现有设备；测试系统的测量、电源精度等取决于外围设备的精度，更换设备可以提高系统的整体精度；并能够对待测设备进行自动测试、测试数据自动保存，自动化程度高。系统采用高速高精度时钟8M和RTC时钟作为系统的时钟输入，配合STM32F407VGT6芯片内部的PLL倍频生成芯片内部的高速总线时钟，实现高速信号处理。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1为本发明高精度仪器的自动测试系统的结构示意图；

图2为本发明单片机控制电路的主控芯片电路部分连接示意图；

图3为本发明单片机控制电路的主控芯片电路部分连接示意图；

图4为本发明主控芯片电路的外围部分电路示意图；

图5为本发明操控屏的按钮及显示电路示意图；

图6为本发明USB_HUB从设备扩展部分电路图；

图7为本发明USB_HUB从设备扩展部分电路图

图8为本发明直流电平控制电路图；

图9为本发明信号发生器电路图；

图10为本发明电子负载电路图；

图11为本发明示波器电路图；

图12为本发明数字万用表电路图；

图13为本发明稳压电路示意图；

图14为本发明LT1936连接电路图；

图15为本发明测试系统管理终端使用界面图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对一种基于高精度仪器的自动测试系统作进一步的详细描述，这些实施例只用于比较和解释的目的，本发明不限定于这些实施例中。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、 “左”、“右”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在一实施例中，提供了一种基于高精度仪器的自动测试系统，如图1所示，提供了一种基于高精度仪器的自动测试系统，包括智能高精度数字测量仪、测试母板、电源、信号发生器、示波器、传感器模组和数字万用表；

所述测试母板、电源、信号发生器、示波器、传感器模组和数字万用表均与智能高精度数字测量仪连接；

其中智能高精度数字测量仪包括摄像头模组、主板、操控屏、传感器接口、摄像头接口、传感器线缆、图像数据线、电源接口、USB_HUB从设备扩展电路和控制模块；

所述摄像头模组包括可见光摄像头和红外摄像头，其中可见光摄像头用于拍摄测试现场灰度图，确定待测设备坐标；红外摄像头用于拍摄测试现场红外热力图，确定待测设备所在坐标位置的温度数据；

所述主板包括单片机、复位电路、模数转换电路和存储器，为智能高精度数字测量仪的核心硬件组成部分；

单片机控制电路：

其主要主控芯片控制电路示意图如图2和图2所示，该部分电路主要提供USB与主机进行通信，用于显示测试进程和测试结果，同时控制测试流程，后续利用单片机IO口实现图形功能，可以与待测器件进行通信。

单片机电路实现人机交互系统，提供外部测试按键和测试结果显示；通过按键进行测试流程控制，使用LED显示测试结果和系统状态。在本实施例中，本系统采用高速高精度时钟8M和RTC时钟作为系统的时钟输入，配合STM32F407VGT6芯片内部的PLL倍频生成芯片内部的高速总线时钟，实现高速信号处理。RTC时钟用来实现时钟。

单片机系统通过上位机的指令实现对外部测试仪器的控制，同时采集设备的测量信息，对数据简单处理后将测试信息包发送到上位机，主控芯片采用STM32F407VGT6，该芯片采用ARM Cortex-M4 内核，芯片内部集成多种外设，能够满足系统要求，且该芯片运行速度快，价格合理，能够降低系统成本。

图4为主控芯片电路的外围部分，包括复位电路、8M晶振电路、RTC电路和调试接口电路

所述操控屏的显示屏为智能高精度数字测量仪的人机互动端，用于显示图像数据、测量数据，并用于选择修改待测设备坐标，获取待测设备位置数据和用于实现智能高精度数字测量仪的功能操作；

图5为操控屏的按钮及显示电路，该部分电路主要提供按钮与测试系统管理终端进行通信和提供显示界面，其中图像数据包括待测设备的输出波形及显示界面等；测量数据包括待测设备的温度、电压、电流等。

所述传感器接口，用于传感器模组的供电和电压信号输入；

所述摄像头接口，用于摄像头模组的供电和图像信号的输入；

所述传感器线缆，用于连接传感器模组和智能高精度数字测量仪；

所述图像数据线，用于连接智能高精度数字测量仪和摄像头模组；

所述电源接口，用于外接电源为智能高精度数字测量仪供电。

优选的，所述测试母板用于放置待测设备，所述电源用于为系统提供电源，所述信号发生器、示波器、传感器模组和数字万用表用于辅助智能高精度数字测量仪测量输出测试数据。

优选的，所述USB_HUB从设备扩展电路用于智能高精度数字测量仪数据的输入输出，方便试验数据的存储、记录并基于高精度仪器的自动测试系统中增加上位机测试系统管理终端作为主设备，其它设备作为从设备进行通信。其电路图如图6和图7所示。

优选的，所述单片机搭载配套软件，用于控制实现测量数据显示、位置图像采集、温度采集、查询补偿系数，通过储存的设备手册数据与实时测量的待测设备数据对比，通过操控屏显示差异数据并上传至上位机主设备。

优选的，所述USB_HUB从设备扩展电路包括SL2.1A芯片、U-USBAR04P-F001芯片和1个micro 5P_C77238芯片。

如图8所示，为本发明直流电平控制电路图，由于本发明搭载了摄像头模组，其像素的输出电压范围可能与系统输入电压范围有所偏差，因此为了使系统能够完全转化像素的输出电压，使得系统发挥最优性能，需要在系统电压的输入端加入直流电平搬移技术。

优选的，所述电源包括直流电平控制电路，所述直流电平控制电路包括开关K1、开关K2、开关K3、开关K4、开关K5、电容C1和电容C2。

更优的，所述开关K1一端与连接，另一端分别与开关K2和电容C1连接，且开关K2和电容C1为并联设置；电容C1还分别与开关K3和电容C2连接，开关K3另一端接地，电容C2还分别与开关K4和开关K5连接，且开关K4和开关K5为并联设置，开关K4另一端与/>连接。

系统的输入端有两个相同大小的采样电容C1和C2，假设电路的虚地电平为Vcm。在开关K1连接时电容C1采样电压，电容C2复位；在开关K2时电容C1的左极与摄像头模组的像素输出端断开，连接到Vcm电平上，电容C2的左极板与Vcm电平断开，连接到/>电压上，因此最终的电压Vt变成(/> )/2，可以根据像素输出电压的范围调整/>的取值，使得本发明系统能够量化完整的像素输出电压，从而使得系统能够在最优的输入范围内工作。

如图9~12所示，为本发明信号发生器电路、电子负载电路、示波器电路、万用表电路示意图，该部分电路实现外部设备与子板的连接，将数字电源、信号发生器、电子负载、示波器、万用表等设备与母板进行连接，进行测试。

另外，本发明考虑到部分待测设备接入系统测试时，会瞬时达到较大功率，导致系统损坏，因此在测试母板中，还设置有稳压模块，其中稳压模块内部设置有稳压电路，如图13所示，包括相互连接的升压电路和降压电路，降压电路中，电容C1一端连接PWM脉冲信号，另一端分别与二极管V1和V2连接，二极管V1和V2反向并联设置，二极管V1和V2另一端均与电容C2和电阻R1连接，电容C2和电阻R1并联设置，随后电阻R1分别与电容C3和开关管Q1和Q3连接，其中开关管Q3的发射极与放大器的输出端和电阻R6连接，放大器的正向输入端分别与电阻R6和电阻R5连接，电阻R5还分别与电阻R2和R3并联设置，电阻R2与开关Q4连接，放大器的反向输入端分别与电容C4、电阻R4和开关管Q4连接，其中电容C4和电阻R4并联设置；升压电路中设置有电感L1，其中电感L1与二极管V3和开关Q2连接，二极管V3和开关Q2并联设置，二极管V3与电容C5和C6连接，电容C5和C6并联设置后接入到Vout，开关管Q2用于接受升压启动控制信号，随后与变压器T1连接后对电压进行采样。

其中升压电路和降压电路之间通过开关管Q1连接，通过PWM信号驱动降压电路，对电容C1、C3、C4 和电阻R2的值进行调节，使得Q1在激增状态下的电流值及其持续时间得到控制，使得输入电压的激增电流保持在小于过流保护电流值的状态，并在升压电路中设置有电感L1缓冲电能，使得激增电流的持续时间处于大于过流保护延时时间的状态当中，以此种方式来对待测设备通电瞬时升压过程中让系统的死机现象进行有效的解决。

优选的，所述智能高精度数字测量仪的工作方法包括如下步骤，

S1，将待测设备放入到测试母板中，由摄像头模组识别出待测设备，自动导入位于控制模块中储存的设备参数标准，完成设备的参数配置；

S2，在地面已知坐标下拍摄两张待测设备的现场图片，根据图像数据解算测试点坐标；点X1（，/>） ,X2（/>，/>）分别待测设备在图像中呈现的位置，通过相机内参矩阵求得待测设备在的三维点坐标：

其中相机内参矩阵如下：k=｛｝，其中/>和/>表示摄像头焦距，/>和分别表示点的横纵坐标；

S3，通过旋转平移操作后与控制模块中储存的设备参数标准匹配，获得待测设备的静态数据对比信息；

S4，通过测试母板与智能高精度数字测量仪连接，为待测设备进行供电，测试待测设备在不同条件下的工作状态即动态数据信息；

S5，通过操控屏或上位机显示静态数据对比信息和动态数据信息，记录并储存数据信息，完成测试。

在本实施例中，使用LT1936作为待测设备，如图14所示的LT1936连接电路图，放入测试母板后，本系统其他设备采用两路可控电源0~36V、两路数字万用表（型号2002：八位半）、一路电子负载、两路示波器和一路信号发生器，同时测试母板提供LED显示和按键控制功能，测试母板通过读取LT1936芯片信息，在本实施例中，通过设置上位机，如图15所示的界面，通过以下步骤测试：

1）读取用户配置文件，根据用户配置文件设定测试流程、测试条件等；

2）与LT1936进行连接，自动适配测试设备型号，进行通信，并将通信结果显示；

3）用户填写器件型号、流程卡、人员等信息后进行数据存储；

4）点击开始测试按键进行测试；

5）测试完成后自动处理和保存数据，得出结果。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (8)

1.一种基于高精度仪器的自动测试系统，其特征在于，包括智能高精度数字测量仪、测试母板、电源、信号发生器、示波器、传感器模组和数字万用表；

所述测试母板、电源、信号发生器、示波器、传感器模组和数字万用表均与智能高精度数字测量仪连接；

其中智能高精度数字测量仪包括摄像头模组、主板、操控屏、传感器接口、摄像头接口、传感器线缆、图像数据线、电源接口、USB_HUB从设备扩展电路和控制模块；

所述摄像头模组包括可见光摄像头和红外摄像头，其中可见光摄像头用于拍摄测试现场灰度图，确定待测设备坐标；红外摄像头用于拍摄测试现场红外热力图，确定待测设备所在坐标位置的温度数据；

所述主板包括单片机、复位电路、模数转换电路和存储器，为智能高精度数字测量仪的核心硬件组成部分；

所述操控屏的显示屏为智能高精度数字测量仪的人机互动端，用于显示图像数据、测量数据，并用于选择修改待测设备坐标，获取待测设备位置数据和用于实现智能高精度数字测量仪的功能操作；

所述传感器接口，用于传感器模组的供电和电压信号输入；

所述摄像头接口，用于摄像头模组的供电和图像信号的输入；

所述传感器线缆，用于连接传感器模组和智能高精度数字测量仪；

所述图像数据线，用于连接智能高精度数字测量仪和摄像头模组；

所述电源接口，用于外接电源为智能高精度数字测量仪供电。

2.根据权利要求1所述的一种基于高精度仪器的自动测试系统，其特征在于，所述测试母板用于放置待测设备，所述电源用于为系统提供电源，所述信号发生器、示波器、传感器模组和数字万用表用于辅助智能高精度数字测量仪测量输出测试数据。

3.根据权利要求1所述的一种基于高精度仪器的自动测试系统，其特征在于，所述USB_HUB从设备扩展电路用于智能高精度数字测量仪数据的输入输出，方便试验数据的存储、记录并基于高精度仪器的自动测试系统中增加上位机测试系统管理终端作为主设备，其它设备作为从设备进行通信。

4.根据权利要求1所述的一种基于高精度仪器的自动测试系统，其特征在于，所述单片机搭载配套软件，用于控制实现测量数据显示、位置图像采集、温度采集、查询补偿系数，通过储存的设备手册数据与实时测量的待测设备数据对比，通过操控屏显示差异数据并上传至上位机主设备。

5.根据权利要求1所述的一种基于高精度仪器的自动测试系统，其特征在于，所述USB_HUB从设备扩展电路包括SL2.1A芯片、U-USBAR04P-F001芯片和1个micro 5P_C77238芯片。

6.根据权利要求1所述的一种基于高精度仪器的自动测试系统，其特征在于，所述电源包括直流电平控制电路，所述直流电平控制电路包括开关K1、开关K2、开关K3、开关K4、开关K5、电容C1和电容C2。

7.根据权利要求6所述的一种基于高精度仪器的自动测试系统，其特征在于，所述开关K1一端与连接，另一端分别与开关K2和电容C1连接，且开关K2和电容C1为并联设置；电容C1还分别与开关K3和电容C2连接，开关K3另一端接地，电容C2还分别与开关K4和开关K5连接，且开关K4和开关K5为并联设置，开关K4另一端与/>连接。

8.根据权利要求1所述的一种基于高精度仪器的自动测试系统，其特征在于，所述智能高精度数字测量仪的工作方法包括如下步骤，

S1，将待测设备放入到测试母板中，由摄像头模组识别出待测设备，自动导入位于控制模块中储存的设备参数标准，完成设备的参数配置；

S2，在地面已知坐标下拍摄两张待测设备的现场图片，根据图像数据解算测试点坐标；点分别待测设备在图像中呈现的位置，通过相机内参矩阵求得待测设备在的三维点坐标：

其中相机内参矩阵如下：，其中/>和/>表示摄像头焦距，/>和/>分别表示点的横纵坐标；

S3，通过旋转平移操作后与控制模块中储存的设备参数标准匹配，获得待测设备的静态数据对比信息；

S4，通过测试母板与智能高精度数字测量仪连接，为待测设备进行供电，测试待测设备在不同条件下的工作状态；

S5，通过操控屏或上位机显示静态数据对比信息和动态数据信息，记录并储存数据信息，完成测试。