CN209746049U - 一种用于发送模拟或数字量并同时采集输出量的遥测测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于发送模拟或数字量并同时采集输出量的遥测测试装置，包括电源模块、模拟量输出模块、数字量输出模块、信号实时采集模块、FPGA模块和存储模块；电源模块，用于为其他各个模块供电；模拟量出模块，FPGA模块通过该模块将模拟量输出至外部被测设备；数字量输出模块，FPGA模块通过该模块将数字量输出至外部被测设备；信号实时采集模块，FPGA模块通过该模块采集FPGA模块输出的模拟量和数字量；存储模块，用于测试数据的存储。本实用新型的遥测测试装置既能完成模拟量信号的输出和采集，又能完成数字量信号的输出和采集，可以根据实际需要选择输出和采集的信号类型，具有通用性。

Description

一种用于发送模拟或数字量并同时采集输出量的遥测测试 装置

技术领域

本实用新型涉及遥测信息技术应用领域，具体为一种用于发送模拟或数字量并同时采集输出量的遥测测试装置。

背景技术

遥测技术广泛应用于飞机、火箭、导弹和航天器试验，随着通信理论、通信技术和半导体技术的发展，遥测技术在调制体制、传输距离、数据容量、测量精度以及设备小型化的方面取得了很大的发展，同时遥测产品的种类和用途也取得了极大的发展。

在遥测设备的研发过程中，对设备的测试是一个至关重要的环节，也是产品从研发走向生产的必经阶段。因为遥测产品属于定制类产品，对其所采集的模拟量和数字量信息类型和数量需求各有不同，所以对各种遥测产品进行模拟数据采集测试往往需要多种类型的“信号发生器”，对于操作人员来说，测试过程繁琐，需要的测试设备种类繁多，测试效率较低且容易出现测试方法不当造成测试错误。

实用新型内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种用于发送模拟或数字量并同时采集输出量的遥测测试装置，既能完成模拟量信号的输出和采集，又能完成数字量信号的输出和采集，具有通用性。

本实用新型是通过以下技术方案来实现：

一种用于发送模拟或数字量并同时采集输出量的遥测测试装置，包括电源模块、模拟量输出模块、数字量输出模块、信号实时采集模块、FPGA模块和存储模块；

电源模块，用于为其他各个模块供电；

模拟量输出模块，FPGA模块通过该模块将模拟量输出至外部被测设备；

数字量输出模块，FPGA模块通过该模块将数字量输出至外部被测设备；

信号实时采集模块，FPGA模块通过该模块采集FPGA模块输出的模拟量和数字量；

存储模块，用于测试数据的存储。

优选的，模拟量输出模块包括第一运算放大器和DA转换芯片；FPGA主控芯片的模拟量输出端与DA转换芯片的输入端连接，DA转换芯片的输出端与第一运算放大器的输入端连接，第一运算放大器的输出端通过调试和输出连接器与外部被测设备连接；信号实时采集模块包括模拟量采集模块，模拟量采集模块包括第二运算放大器和AD转换芯片，第二运算放大器的输入端与第一运算放大器的输出端连接，第二运算放大器的输出端与AD转换芯片的输入端连接，AD转换芯片的输出端与FPGA主控芯片连接。

优选的，数字量输出模块包括第一422串口收发器芯片，FPGA主控芯片的数字量输出端与第一422串口收发器芯片的输入端连接，第一422串口收发器芯片的输出端通过调试和输出连接器与外部被测设备连接；信号实时采集模块包括数字量采集模块，数字量采集模块包括第二422串口收发器芯片，第二422串口收发器芯片的输入端与第一422串口收发器芯片的输出端连接，第二422串口收发器芯片的输出端与FPGA主控芯片连接。

优选的，还包括开关量输出模块，开关量信号输出模块包括光MOS继电器，FPGA主控芯片的开关量信号输出端与光MOS继电器的输入端连接，光MOS继电器的输出端通过调试和输出连接器与外部被测设备连接。

优选的，还包括瞬断量输出控制模块，瞬断信号输出模块包括NMOS管和光耦合器，FPGA主控芯片的瞬断信号输出端与光耦合器的输入端连接，光耦合器的输出端与NMOS管的输入端连接，NMOS管的输出端通过调试和输出连接器与外部被测设备连接。

优选的，还包括图像输出采集模块，图像输出采集模块包括LVDS图像收发器芯片和CML图像收发器芯片，FPGA主控芯片分别与LVDS图像收发器芯片和CML图像收发器芯片连接，LVDS图像收发器芯片和CML图像收发器芯片分别通过调试和输出连接器与外部被测设备连接。

优选的，还包括安控指令信号输出模块，安控指令信号输出模块包括射频连接器和差分运放芯片，FPGA主控芯片的安控指令信号输出端与差分运放芯片的输入端连接，差分运放芯片输出端通过射频连接器与外部被测设备连接。

优选的，电源模块输入接适配器或24V稳压电源。

优选的，存储模块包括EMMC存储芯片。

优选的，还包括USB标准接口和以太网标准接口，USB标准接口通过USB协议芯片与FPGA主控芯片连接；以太网标准接口通过以太网协议芯片与FPGA主控芯片连接。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型的遥测测试装置包括模拟量输出模块、数字量输出模块和信号实时采集模块，既能完成模拟量信号的输出和采集，又能完成数字量信号的输出和采集，可以根据实际需要选择输出和采集的信号类型，不需要采用不同的信号发生器，是一种便携式通用型遥测测试装置，方便外出携带，方便测试人员操作，测试过程简单。对输出的所有模拟量和数字量进行实时采集，起到监控输出信号的目的，方便后期与遥测设备的采集信息进行对比，验证遥测功能的正确性。

进一步的，供电可用直流24V电源供电或通过通用标准的24V适配器连接到220V交流电源上供电。

进一步的，带有USB标准接口、以太网标准接口，方便程序升级。

附图说明

图1为本实用新型的原理框图；

图2为本实用新型结构框图；

图3为本实用新型电源模块的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。

如图1所示，一种用于发送模拟或数字量并同时采集输出量的遥测测试装置，包括电源模块、模拟量输出模块、数字量输出模块、开关量输出模块、瞬断量输出控制模块、图像输出采集模块、信号实时采集模块和存储模块。

如图2所示，本实用新型的结构组件包括遥测测试装置电路、FPGA主控芯片、调试和输出连接器、DA转换芯片、AD转换芯片、运算放大器、光耦合器、NMOS管、光MOS继电器、422串口收发器芯片、LVDS图像收发器芯片、CML图像收发器芯片、CAN收发器、USB芯片及接口、以太网协议芯片及接口、DB9标准接口、EMMC存储芯片、SDRAM存储芯片、EEPROM存储芯片和时钟芯片。

电源模块输入接适配器或24V稳压电源，输出给数字板各个模块供电。

模拟量输出模块电路是将调试和输出连接器J30J-100ZKW-J与外部被测设备连接，调试和输出连接器的另一端通过电压转换芯片即第一运算放大器LM324与DA转换芯片连接，DA转换芯片与FPGA主控芯片连接。信号实时采集模块中的模拟量采集模块电路是将第一运算放大器LM324的输出端与第二运算放大器OPA4340输入端连接，然后第二运算放大器OPA4340输出端通过AD转换芯片AD7328与FPGA主控芯片连接。

数字量输出模块电路是将调试和输出连接器J30J-100ZKW-J与外部被测设备连接，调试和输出连接器的另一端通过第一422串口收发器芯片MAX3032与FPGA主控芯片连接。信号实时采集模块中数字量采集模块电路是将第一422串口收发器芯片的输出端与第二422串口收发器芯片MAX3094的输入端连接，第二422串口收发器芯片MAX3094的输出端连接FPGA主控芯片。

图像信号输出模块是将调试和输出连接器J30J-100ZKW-J与外部被测设备连接，调试和输出连接器的另一端分别通过LVDS图像收发器芯片TLK1501和CML图像收发器芯片DS92LV18芯片分别与FPGA主控芯片连接。

开关量信号输出模块是将调试和输出连接器J30J-100ZKW-J与外部被测设备连接，调试和输出连接器的另一端通过光MOS继电器芯片TLP176GA与FPGA主控芯片连接；瞬断信号输出模块是将调试和输出连接器J30J-100ZKW-J与外部被测设备连接，调试和输出连接器的另一端依次通过NMOS管和光耦合器PS2801与FPGA主控芯片连接。

USB标准接口通过USB协议芯片CY7C68013与FPGA主控芯片连接；以太网标准接口通过以太网协议芯片W5300与FPGA主控芯片连接；DB9标准接口通过串口芯片MAX3490与FPGA主控芯片连接；EMMC存储芯片与FPGA主控芯片连接；SDRAM存储芯片与FPGA主控芯片连接。

存储模块采用EMMC存储芯片，型号为8GB容量的东芝THGBMHG7C2LBAWR，用于测试数据的存储。

如图3为本装置电源模块部分，24V电压为电源模块的输入，输出有1V、1.8V、3.3V、2.5V、5V、±15V和30V，为数字板上的各个芯片提供工作电压，整板功耗设计为23W。

本实用新型还可以包括中频70MHz的安控指令信号输出模块，安控指令信号输出模块包括射频连接器和差分运放芯片，FPGA主控芯片的安控指令信号输出端与差分运放芯片AD8130的输入端连接，差分运放芯片AD8130输出端通过射频连接器SMA-KFD451与外部被测设备连接。

模拟量输出模块中的电压转换芯片型号为LM324DR，用于调节输出模拟量的输出电压幅度，使输出的模拟量符合被测设备的测试要求。模拟量采集模块的电压转换芯片型号为OPA4340，用于调节采集的模拟信号的电压范围，使其符合后级AD转换芯片的输入要求；AD转换芯片型号为AD7328BRUZ，用于接收电压转换芯片调整后的模拟信号，并将接收的模拟信号转换成数字信号传送给FPGA主控芯片；FPGA主控芯片采用Xilinx公司的高性能Kintex-7FPGA作为主要处理器，型号XC7K325T-2FFG900I；FPGA主控芯片采用SPI加载方式，FLASH芯片选用N25Q128A13ESE40E，SPI加载方式连接方式简单，占用FPGA芯片IO端口少。两个422串口收发器芯片型号分别为MAX3094和MAX3032，用于RS422信号通信；SDRAM存储芯片，型号为MT48L32M16A2TG-75，用于存储缓存数据。EEPROM存储芯片，型号为24LC02B，用于存储系统参数。时钟芯片，用于提供FPGA工作时钟40MHz。USB标准接口芯片型号为CY7C68013A，用于数据的回收和读取。

该遥测装置在采集电路和FPGA主控芯片采用数字隔离器进行隔离，保证了模拟信号具有较好的线性度及抗干扰能力。

本实用新型工作原理为：电源模块用于给电路板各个模块供电，包括LED灯等。模拟量输出模块通过FPGA主控芯片控制DA转换芯片输出固定频率的正弦波、方波或者恒定电压值信号，再经过运算放大器，进行同向的比例放大或缩小，从而输出所需幅值和所需频率可控的模拟量。数字量输出模块通过FPGA主控芯片控制专用串口芯片，发送和接收所需数字量，数字量的参数，如波特率等可在程序中设置。开关量输出模块通过FPGA主控芯片控制光MOS继电器输出通断量信号。瞬断量输出模块通过FPGA主控芯片控制光耦合器进而控制NMOS管控制瞬断电源的地信号的导通与否来输出时间可控的瞬断信号，瞬断量控制输出模块可以控制输出外部电源，外部电源对待测设备的通电时间可由测试装置精确设置。图像输出采集模块通过FPGA主控芯片控制图像收发器芯片输出和接收CML和LVDS格式的图像信息。信号实时采集模块通过运算放大器芯片调理所采集的模拟量的幅值已满足AD转换芯片对模拟量幅值的要求，再通过FPGA主控芯片控制AD转换芯片，对所采集且幅值调理完成的模拟量进行模数转换，转换后的数字量可存储在存储模块中，也可发送至上位机进行实时监控所采集模拟量信号的质量。存储模块通过FPGA主控芯片控制存储芯片进行各种信号的存储。

信号实时采集模块中的多路数据采集电路完成遥测数据采集并输送至FPGA主控芯片；FPGA主控芯片将采集的遥测数据输出至存储模块中进行保存，同时将遥测数据通过DA数模转换模块转换成数字信号，在经过运放芯片对数字信号的幅度进行调整后通过发射模块无线发射至上位机。

本实施例提供的用于产生模拟量和数字量并同时采集输出量的测试装置采用FPGA主控芯片+DA转换芯片/AD转换芯片+运放芯片+FLASH架构，FPGA主控芯片+DA转换芯片+运放芯片完成多路模拟量的输出，FPGA主控芯片+AD转换芯片+运放芯片完成模拟量的采集；采集的模拟信号通过电压转换芯片调理至-5V～+5V范围内，FPGA主控芯片根据AD数据手册通过SPI接口对AD转换芯片进行操作，获取采集数据。FPGA主控芯片+FLASH芯片完成采集数据量的存储，作为数据记录的载体，在以往的设计中常采用NAND阵列完成设计，但nandFLASH芯片的坏块管理比较繁琐，其设计复杂，后期维护较难，本遥测装置采用EMCC存储芯片+FLASH芯片，内部集成MMC管理模块，其坏块可通过MMC内部模块进行管理，FPGA芯片对其操作则相对简单，缩短了硬软件开发周期。

本实用新型的遥测测试装置是一种便携式通用型遥测测试装置，它的整个体积不超过300mm×200mm×50mm，方便外出携带，供电可用直流24V电源供电或通过通用标准的24V适配器连接到220V交流电源上供电。它主要由四方面主要功能：一，信号输出：1、输出各种如正弦波、方波、恒定电压等模拟量，同时精确控制输出模拟量的幅度和频率以适应不同的测试要求。2、输出多路例如RS422、RS485、CAN等数字量信息，同时可对数字量信息的波特率、数据位等参数进行灵活设置。3、输出CML和LVDS格式的视频图像和70MHz的中频信号。4、输出开关量和瞬断控制。二，信号采集：它可以对输出的所有模拟量和数字量进行实时采集，起到监控输出信号的目的，方便后期与遥测设备的采集信息进行对比，验证遥测功能的正确性。三，存储：通用遥测测试装置具有大容量存储芯片，存储测试数据，且带有USB接口、以太网接口，方便程序升级。四，扩展功能：通用遥测测试设备设计有扩展接口，如果需要其他测试类型型号，本设备可通过扩展口连接扩展板，对测试设备进行功能升级。例如，连接1553B信号测试板可实现1553B信号的测试功能。

本实施例的测试装置，可完成12路6种电压幅度模拟量的输出，输出类型可为正弦波、方波、恒定电压值等模拟量，同时对该12路模拟量信号进行调理采集；可完成20路RS422发送、20路RS422接收和1路CAN信号的数据收发功能；可完成4路通断量信号的输出，及1路瞬断时间可控的瞬断量输出。具有数据存储功能，可存储大量测试数据。具备可扩展接口，可进行功能扩展。

该测试装置具有较强的自适应、可扩展能力具有开放化、标准化、模块化硬件平台可以实现兼容性和可扩展性的特点，用户可以方便的基于此链路进行二次开发，快速搭建自定义的系统。

以上内容仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于发送模拟或数字量并同时采集输出量的遥测测试装置，其特征在于，包括电源模块、模拟量输出模块、数字量输出模块、信号实时采集模块、FPGA模块和存储模块；

电源模块，用于为其他各个模块供电；

模拟量输出模块，FPGA模块通过该模块将模拟量输出至外部被测设备；

数字量输出模块，FPGA模块通过该模块将数字量输出至外部被测设备；

信号实时采集模块，FPGA模块通过该模块采集FPGA模块输出的模拟量和数字量；

存储模块，用于测试数据的存储。

2.根据权利要求1所述的用于发送模拟或数字量并同时采集输出量的遥测测试装置，其特征在于，模拟量输出模块包括第一运算放大器和DA转换芯片；FPGA主控芯片的模拟量输出端与DA转换芯片的输入端连接，DA转换芯片的输出端与第一运算放大器的输入端连接，第一运算放大器的输出端通过调试和输出连接器与外部被测设备连接；信号实时采集模块包括模拟量采集模块，模拟量采集模块包括第二运算放大器和AD转换芯片，第二运算放大器的输入端与第一运算放大器的输出端连接，第二运算放大器的输出端与AD转换芯片的输入端连接，AD转换芯片的输出端与FPGA主控芯片连接。

3.根据权利要求1所述的用于发送模拟或数字量并同时采集输出量的遥测测试装置，其特征在于，数字量输出模块包括第一422串口收发器芯片，FPGA主控芯片的数字量输出端与第一422串口收发器芯片的输入端连接，第一422串口收发器芯片的输出端通过调试和输出连接器与外部被测设备连接；信号实时采集模块包括数字量采集模块，数字量采集模块包括第二422串口收发器芯片，第二422串口收发器芯片的输入端与第一422串口收发器芯片的输出端连接，第二422串口收发器芯片的输出端与FPGA主控芯片连接。

4.根据权利要求1所述的用于发送模拟或数字量并同时采集输出量的遥测测试装置，其特征在于，还包括开关量输出模块，开关量信号输出模块包括光MOS继电器，FPGA主控芯片的开关量信号输出端与光MOS继电器的输入端连接，光MOS继电器的输出端通过调试和输出连接器与外部被测设备连接。

5.根据权利要求1所述的用于发送模拟或数字量并同时采集输出量的遥测测试装置，其特征在于，还包括瞬断量输出控制模块，瞬断信号输出模块包括NMOS管和光耦合器，FPGA主控芯片的瞬断信号输出端与光耦合器的输入端连接，光耦合器的输出端与NMOS管的输入端连接，NMOS管的输出端通过调试和输出连接器与外部被测设备连接。

6.根据权利要求1所述的用于发送模拟或数字量并同时采集输出量的遥测测试装置，其特征在于，还包括图像输出采集模块，图像输出采集模块包括LVDS图像收发器芯片和CML图像收发器芯片，FPGA主控芯片分别与LVDS图像收发器芯片和CML图像收发器芯片连接，LVDS图像收发器芯片和CML图像收发器芯片分别通过调试和输出连接器与外部被测设备连接。

7.根据权利要求1所述的用于发送模拟或数字量并同时采集输出量的遥测测试装置，其特征在于，还包括安控指令信号输出模块，安控指令信号输出模块包括射频连接器和差分运放芯片，FPGA主控芯片的安控指令信号输出端与差分运放芯片的输入端连接，差分运放芯片输出端通过射频连接器与外部被测设备连接。

8.根据权利要求1所述的用于发送模拟或数字量并同时采集输出量的遥测测试装置，其特征在于，电源模块输入接适配器或24V稳压电源。

9.根据权利要求1所述的用于发送模拟或数字量并同时采集输出量的遥测测试装置，其特征在于，存储模块包括EMMC存储芯片。

10.根据权利要求1所述的用于发送模拟或数字量并同时采集输出量的遥测测试装置，其特征在于，还包括USB标准接口和以太网标准接口，USB标准接口通过USB协议芯片与FPGA主控芯片连接；以太网标准接口通过以太网协议芯片与FPGA主控芯片连接。