专利名称：模块化存储测试仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及存储测试仪器，适用于车辆、船舶等运动物体的参数测试， 及用于振动、过载、冲击波压力的测量，具体是一种模块化存储测试仪。
技术背景存储测试技术是在特殊环境条件下完成诸如振动、加速度、冲击波压力及 运动物体参数测试的有效手段，应用前景广阔。现有与传感器配套使用的存储测试仪都是将信号调理电路、A/D采样电路、存储电路、控制电路、接口电路、 电源管理电路等集成为一个电路模块，连同电池、传感器接口、通信接口等灌 封在保护壳体内。测试完成后回收存储测试仪，通过通信接口将数据回读出来。 当测试对象及测试要求发生变化时往往会对存储测试仪的存储容量和/或工作 参数提出不同要求，此时就需要重新设计并生产新的存储测试仪，使其通用性 大大降低，生产成本提高；而且现有存储测试仪大多通过计算机并口或串口与 计算机通信，存在着接口老化、速度低、接口定义不统一等缺点，难以适应当 前计算机外围接口的快速发展；同时在测试现场，存储测试仪回收工作复杂， 需要采用笔记本电脑读取数据，这些都提高了对实验场配置的要求，而且造成 了时间上的浪费。 发明内容本实用新型为了解决现有存储测试仪存在通用性低、回收复杂等问题，提 供了 一种通用性强的模块化存储测试仪。本实用新型是采用如下技术方案实现的模块化存储测试仪，包括上设传 感器接口的壳体和壳体内的内部电路，内部电路包含数据采集模块和存储模块，数据采集模块包括FPGA控制电路、输入端与传感器接口相连的信号调理 电路、以及由FPGA控制电路控制的与信号调理电路输出端相连的A/D采样 电路、和与A/D采样电路输出端相连的FIFO缓存电路，数据采集模块还包括 受FPGA控制电路控制的内嵌有与Windows兼容的FAT32文件系统的USB主 机及接口电路，存储模块为U盘，U盘通过USB接口与USB主机及接口电路 相连，壳体上设有FPGA配置接口。所述FPGA控制电路作为主控单元具有可在线重复配置特性，当测试要求 发生变化时，可提前通过壳体上的FPGA配置接口在线修改其内部逻辑结构， 从而改变包括负延迟点数、信道增益、采样频率、触发电平在内的电路工作参 数。测量过程中，在FPGA控制电路的控制下，USB主机直接操作作为USB 从设备的存储模块一U盘，由于USB主机内嵌了与Windows兼容的FAT32文 件系统，使数据采集模块测量所得的数据可通过USB接口电路以文件的形式 实时保存到存储模块U盘中；测试完成后，将存储模块即U盘回收，带到室 内进行数据处理。所述的USB主机及接口电路是现有公知电路，是本技术领 域的技术人员所公知的，可采用支持USB主机功能的接口芯片加微控制器， 或者集成微控制器的USB主机来实现。另外，所述信号调理电路、A/D采样 电路、FIFO缓存电路是公知电路，本技术领域的技术人员很容易实现，针对 不同应用会有多种变型，因此未对其进行详述，仅提供具体电路一份(如图2 至图7所示)。与现有技术相比，本实用新型采用模块化设计，以数据采集模块和存储模块构成，其中数据采集模块采用FPGA控制电路执行着整个内部电路的工作逻 辑，能通过在线重新配置FPGA的方式方便地更改包括负延迟点数、信道增益、 采样频率、触发电平在内的工作参数，FPGA控制电路的可擦写次数超过上万 次，极大地增强了存储测试仪的通用性，使其可以满足更多的应用；另外，存 储模块采用易于采购、价格低廉的U盘作为数据存储的载体，根据需要可选择 不同容量，现场回收方便，并且可以带回到室内进处理数据，免去了使用笔记 本电脑现场读取数据的过程，极大地减少了现场操作时间；方便与计算机进行 连接，统一了回读数据的通信接口；采用内嵌有与Windows兼容的FAT32文 件系统的USB主机，使采集到的数据能以文件形式实时保存到U盘当中。同 时，当前U盘容量的不断加大，及其在数据稳定性、防电磁干扰、抗震动方面 的不断进步，都保证了 U盘作为数据存储载体的可行性及可靠性。本实用新型结构简单、合理，以U盘作为数据存储载体，回收方便，并能 将采集到的数据以文件的形式实时存储到U盘当中；能在线更改内部电路的工 作参数，避^了大量的重复设计，提高了其针对不同测试要求的通用性。
图1为本发明的电路原理方框图；图2为内部电路中信号调理电路原理图；图3为内部电路中A/D采样电路原理图；图4为内部电路中FPGA控制电路及FPGA配置接口的电路原理图； 图5为内部电路中USB主机及接口电路的电路原理图； 图6为内部电路中FIFO缓存电路的电路原理图；图7为内部电路中电源管理电路的电路原理图。
具体实施方式
模块化存储测试仪，包括上设传感器接口的壳体和壳体内的内部电路，内 部电路包含数据采集模块和存储模块，数据采集模块包括FPGA控制电路、输 入端与传感器接口相连的信号调理电路、以及由FPGA控制电路控制的与信号 调理电路输出端相连的A/D采样电路、和与A/D采样电路输出端相连的FIFO 缓存电路，数据采集模块还包括受FPGA控制电路控制的内嵌有与Windows 兼容的FAT32文件系统的USB主机及接口电路，存储模块为U盘，U盘通过 USB接口与USB主机及接口电路相连，壳体上设有FPGA配置接口 。另外，数据采集模块还包括电池及电源管理电路，壳体上设有充电接口。 为了提高其抗振动、抗冲击性能，内部电路用环氧树脂将其灌封在壳体内，以 适应强振动、高冲击、高过载等特殊条件下的测试需要。所述壳体由内置数据 采集模块的壳体和内置存储模块的壳体构成，两壳体通过螺钉固定于一起， USB接口设置于两壳体之间。这样，在回收电路时，仅需卸下螺钉，回收内置 存储模块的壳体即可。本技术领域的技术人员能够轻松实现上述结构的壳体。如图1所示，传感器信号将其感知的物理量变换为响应的模拟电信号，在 信号调理电路调理之后经A/D采样电路量化为数字信号。在FPGA控制电路 的控制下，A/D采样电路输出的数字量转存到FIFO缓存电路中，达到半满时 由USB主机读出并经由USB接口电路输出到存储模块即U盘当中。图中单箭 头表示模拟信号流，实三角形箭头表示数据流，弧形实三角形箭头表示控制信 号流。具体实施时，如图2至图7所示，FPGA控制电路选用FPGAXC2S50E实现，配置接口芯片采用XC18V01PC20。整个电路的工作时序和工作参数均 由其控制。CON3为FPGA配置端口，引出到了壳体外面。信号调理电路采用 高性能模拟运放OPA2340,实现了电荷放大和滤波放大，调理之后的模拟信号 提供给A/D采样电路;A/D采样电路采用了 12位A/D转换芯片AD7472实现， 其工作时序完全由FPGA控制电路控制，A/D转换之后得到的数据保存到FIFO 缓存电路中；USB主机及接口电路由ATmega32芯片与USB主机芯片CH374 组成，其中USB插座的+5V电源由稳压芯片7805单独供给，并配合了一定措 施，以稳定在U盘插拔过程中的系统工作电压，另外在实际应用中可为USB 接口提供防静电保护，例如采用SN75240; ATmega32采用内置时钟，CH374 的工作时钟由12MHZ的无源晶振输入；FIFO缓存电路采用IDT72V06， 3.3V 供电，由FPGA控制写入数据，达到半满时，由ATmega32负责将数据读出； 电源管理电路主要由芯片TPS70351和LP2985构成，TPS70351能够输出3.3V 和1.8V两个通道的电压，可为数字电路部分提供稳定的工作电压。LP2985可 为模拟电路部分提供可靠的+5V工作电压，LP2985带有使能控制，可以在数 据采集完成后使其自动停止供电，以达到节电功效。
权利要求1、一种模块化存储测试仪，包括上设传感器接口的壳体和壳体内的内部电路，其特征在于内部电路包含数据采集模块和存储模块，数据采集模块包括FPGA控制电路、输入端与传感器接口相连的信号调理电路、以及由FPGA控制电路控制的与信号调理电路输出端相连的A/D采样电路、和与A/D采样电路输出端相连的FIFO缓存电路，数据采集模块还包括受FPGA控制电路控制的内嵌有与Windows兼容的FAT32文件系统的USB主机及接口电路，存储模块为U盘，U盘通过USB接口与USB主机及接口电路相连，壳体上设有FPGA配置接口。
2、 根据权利要求1所述的模块化存储测试仪，其特征在于所述壳体由内 置数据采集模块的壳体和内置存储模块的壳体构成，两壳体通过螺钉固定于一 起，USB接口设置于两壳体之间。
专利摘要本实用新型涉及存储测试仪器，具体是一种模块化存储测试仪，解决了现有存储测试仪存在通用性低、回收复杂等问题，包括上设传感器接口的壳体和壳体内的内部电路，内部电路包含数据采集模块和存储模块，数据采集模块包括FPGA控制电路、信号调理电路、A/D采样电路、FIFO缓存电路，数据采集模块还包括USB主机及接口电路，存储模块为U盘，U盘通过USB接口与USB主机及接口电路相连，壳体上设有FPGA配置接口。本实用新型结构简单、合理，以U盘作为数据存储载体，回收方便，并能将采集到的数据以文件的形式实时存储到U盘当中；能在线更改内部电路的工作参数，避免了大量的重复设计，提高了其针对不同测试要求的通用性。
文档编号G01D21/02GK201107049SQ20072010272
公开日2008年8月27日 申请日期2007年9月30日 优先权日2007年9月30日
发明者孙德冲, 超 邸 申请人:邸 超;孙德冲