专利名称：卫星低频信号接口自动测试系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种卫星自动化测试系统，特别是一种适用于卫星整星AIT各阶段低频信号接口测试的系统。
背景技术：
卫星AIT阶段中，综合测试任务重，而目前测试数据和测试过程完全依赖人工操作，测试信息化和自动化水平低，如何提高综合测试信息化水平和测试效率，降低测试人员劳动强度，是综合测试领域研究的一个重要课题。卫星低频信号接口(简称低频接口)测试属于整星综合测试一项重要测试内容， 也是目前整星综合测试中自动化程度最低的测试项目。随着卫星功能的增加，卫星单机设备持续增多，设备间低频接口错综复杂，然而目前低频接口测试方法和手段并没有随着卫星的变化而发生变化，低频接口测试时主要还是人工操作、人工比对和记录，测试受人工主观因素影响较大、测试信息化程度低，测试效率不高。
实用新型内容本实用新型的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供一种可靠性高、通用性好的卫星低频接口自动测试系统，适用于整星低频信号间的接口测试，同时也适应于整星电缆网和地面测试电缆网的导通绝缘检查。本实用新型的技术解决方案是卫星低频信号接口自动测试系统，包括接点切换装置、示波器、数字万用表、监控计算机和转接电缆；接点切换装置通过转接电缆与星上设备连接，监控计算机分别与接点切换装置、示波器和万用表连接；测试时，监控计算机分别向接点切换装置、示波器和万用表发送指令，接点切换装置将当前测点与示波器和万用表同时接通，接点切换装置返回继电器状态信息至监控计算机，同时示波器和万用表返回星上设备的测试数据至监控计算机。所述的接点切换装置包括两块分别用于电缆端和设备端测量通道切换控制的通道切换板、一块通道通断板和一块控制板；通道切换板共有80个通道，每一个通道有两个继电器，分别连接到测量口的正端和负端；通道通断板由80个通道组成，每个通道设置一个连接电缆端和设备端接点的继电器；通道通断板共80个继电器，分别连接在通道通断板和控制板之间形成测量通道；控制板接收监控计算机的控制指令，同时将各继电器的状态信息反馈给监控计算机。所述的通道切换板包括控制FPGA、双刀双置继电器和反馈检测FPGA ；控制FPGA接收监控计算机的控制指令，对控制指令进行译码，输出指令脉冲将与待测点对应的双刀双置继电器接通，反馈检测FPGA检测控制FPGA的指令信息和双刀双置继电器的状态信息，当控制FPGA输出的指令脉冲的唯一且与仅有与待测点相连的双刀双置继电器闭合时，对待测点进行测量同时将双刀双置继电器的信息反馈至监控计算机，否则向监控计算机发出异常报警。[0008]所述的通道通断板包括控制FPGA、双刀双置继电器和反馈检测FPGA ；控制FPGA接收监控计算机的控制指令，对控制指令进行译码，输出指令脉冲将与待测点对应的双刀双置继电器接通，反馈检测FPGA检测双刀双置继电器的状态信息并反馈至监控计算机。所述的监控计算机与接点切换装置和示波器采用以太网方式进行通信。所述的监控计算机与万用表采用USB转以太网的方式进行通信。本实用新型与现有技术相比的优点在于1、本实用新型低频接口自动测试系统将现有的无源转接盒替换成有源的接点切换装置，通过接口测试软件控制接点切换装置完成接点自动切换，接口测试软件采集测量仪器(万用表和示波器)的测量结果并进行比对，比对正确后保存测试结果并生成测试报告，从而提高低频接口测试的信息化水平和测试效率，并最大限度地降低测试人员的劳动强度和危险性；2、对于电缆网的并点，现有方法无法保证逐点遍历，本实用新型低频接口自动测试系统采用并点属性等同于正常测试点的原则，有效的保证了逐点遍历测量，测试覆盖性得以提高；3、现有低频接口测试需要测试人员在星旁进行操作，星旁操作危险性高，人员劳动强度大，本实用新型低频接口测试系统采用远程控制接点切换装置来完成低频接口测试，测试人员在测试间内即可进行，测试人员劳动强度大幅降低；4、对于同一个接口测试项目，如果进行了多次测试，现有测试方法无法保证每次测试的测试条件完全一致，低频接口测试系统对每一个测试项目均按照固定的测试流程进行，每次测试的测试条件完全一致，有效地保证了每次测试数据的可比性；5、对于低频接口测试数据判读，现有的方法完全依赖人工一次判读，判读人员往往要依据经验和记忆来进行，判读可靠性受判读人员主观因素影响较大，本实用新型低频接口自动测试系统可以将测试数据进行历史查询，并且可以回放测试过程，数据判读人员可以更准确的把握当时的测试状态，测试数据判读可靠性高。
图1为本实用新型测试系统的组成原理图；图2为本实用新型接点切换装置结构图；图3为本实用新型接点切换装置的控制原理图；图4为本实用新型接点切换装置通道切换板工作原理图；图5为本实用新型接点切换装置通道通断板工作原理图；图6为本实用新型控制FPGA工作流程图；图7为本实用新型反馈检测FPGA工作流程图；图8为本实用新型使用示波器测试时的测试流程图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型卫星低频信号接口测试系统由接点切换装置、示波器、数字万用表、监控计算机和转接电缆组成。监控计算机与接点切换装置和示波器采用以太网通信方式，监控计算机与万用表采用USB转以太网通信方式。接点切换装置通过转接电缆与星上设备连接正确后，监控计算机分别向接点切换装置、示波器和万用表发送指令，接点切换装置返回继电器状态信息，示波器和万用表返回星上设备的测试数据。如图2所示，接点切换装置由电路板、蓄电池、内置万用表和接插件组成，蓄电池选用12V/5Ah锂离子电池；万用表模块选择Agilent U2741A模块，该模块直流供电，迷你 USB接口，可配备USB转LAN接口 ；接插件型号选用⑶1-51ZJ和⑶1-37ZJ。监控计算机发送指令到接点切换装置的控制板，控制板解析指令并产生指令脉冲到目标切换板，目标切换板继电器进行相应动作，同时将继电器状态返回到控制板，控制板将所有继电器状态打包发送到监控计算机。监控计算机判读继电器状态正确后，读取示波器或者万用表测量结果，从而完成一次测量过程。如图3所示，接点切换装置的电路板由两块通道切换板(分别用于电缆端和设备端测量通道的切换控制)、通道通断板、控制板组成。通道切换板共有80个通道，每一个通道有两个继电器，分别连接到测量口的正端和负端，因此一个通断切换板共160个继电器。 通道切换板继电器选用欧姆龙G6K系列非磁保持继电器，继电器耐压AC750V以上，接触电阻小于ΙΟΟπιΩ，绝缘电阻1000ΜΩ以上，使用寿命5，000万次以上。通道通断板由80个通道组成，每个通道一个继电器，分别连接电缆端和设备端的接点，通断板共80个继电器。 通断板继电器选用欧姆龙G6K系列磁保持继电器，继电器耐压AC750V以上，接触电阻小于 IOOm Ω，绝缘电阻1000Μ Ω以上，使用寿命5，000万次以上。控制板选用单片机和FPGA进行控制和状态采集，单片机选用Atmegl64型单片机，FPGA选用altera公司30万门FPGA。图4和图5分别给出了接点切换装置中，通道切换板和通道通断板的原理图。在图4中，单片机接收到上位机指令，经过CRC校验分析正确后，将指令数据发送给控制FPGA， 控制FPGA译码产生控制脉冲信号，脉冲信号经过驱动电路后驱动继电器接通和断开，同时将每一个继电器状态返回到反馈检测FPGA中，进行唯一性判决，唯一性判决分两步进行， 第一步检查控制FPGA输出指令脉冲的唯一性，第二步检测目标测量端(正端或者负端)当前处于空闲状态(没有接通任何测量通道)，只有两步都满足判决通过，控制FPGA的指令正常输出。当判决不通过时，FPGA返回异常状态到单片机，单片机发送到监控计算机，计算机报警提示人工进行确认。下面以一路继电器通路为例说明图4测量通道切换板中的连接关系。单片机通过 16位地址总线低8位AD0-AD7和16位数据总线低8位D0-D7将指令数据发送到控制FPGA 中，控制FPGA进行指令译码，同时反馈检测FPGA进行唯一性判决，判决通过后输出指令脉冲ql，ql经过驱动电路成为Q1，Q1加载到继电器Dl线圈上，使得继电器Dl线圈流有电流， 继电器Dl线圈吸合继电器Dl触点，将星上测点nl与测量端口 +连接，星上测点nl由星上测点ml经过40mA保险管得到，由于继电器Dl为双刀双置继电器，所以当继电器Ql线圈流有电流时，继电器Ql的VCC与检测信号pi连接，检测信号Pl通过电阻R，得到FQl进入反馈检测FPGA进行状态检测，检测结果通过16位地址总线高8位AD8-AD15和16位数据总线高8位D8-D15返回给单片机。图4中剩余各路与第一路的工作方式相同。图5与图4类似，区别在于图5中只控制通道的通断，接点不接入示波器或者万用表的测量端口，故不进行唯一性判决。另外，该通道继电器需要长时间保持一个状态，为了节省功耗，选用磁保持继电器。同样，以一路继电器通路为例说明图5中测量通道通断板的连接关系。单片机通过16位地址总线低8位AD0-AD7和16位数据总线低8位D0-D7将指令数据发送到控制 FPGA中，控制FPGA译码产生指令脉冲ql_S和ql_R，ql_S为继电器Dl接通线圈控制信号， ql_R为继电器Dl断开线圈控制信号，ql_S和ql_R经过驱动电路后得到Q1_S和Q1_R分别加载到继电器Dl接通线圈和断开线圈上，当Q1_S为高电平时，继电器Dl接通，星上测点 ml与星上测点nl接通，代表设备端和电缆端的1点接通。同时VCC和检测信号pi接通， Pl经过电阻R得到FQO送进反馈检测FPGA，FPGA将检测结果通过16位地址总线高8位 AD8-AD15和16位数据总线高8位D8-D15返回给单片机。同理，当Q1_R为高电平时，星上测点ml与星上测点nl断开。图5中剩余各路与第一路相似。图6为控制FPGA工作流程图。控制FPGA在进行上电初始化后，循环检测单片机指令，当检测到指令时，读取数据，将数据锁存到寄存器中，然后判读反馈检测FPGA返回的状态信息，信息正常则译码输出指令脉冲，信息异常则清空寄存器数据，返回初始状态。图7为反馈检测FPGA工作流程图。反馈检测FPGA上电初始化后，循环检测控制 FPGA输出I/O端口电平，当端口电平高电平唯一或者没有高电平，则满足唯一性判决条件， 反馈检测FPGA输出控制信号给后续指令驱动电路加电，并返回正常信息到控制FPGA，若检测到控制FPGA输出端口高电平不唯一，则不满足唯一性判决条件，反馈检测FPGA不给后续驱动电路加电，并将错误I/O端口返回给单片机，同时返回异常信息到控制FPGA。当加电正常后，反馈检测循环检测测量继电器状态，如果测量正端同一时刻有小于或者等于一个继电器接通，同时测量负端同一时刻有小于或者等于一个继电器接通，则判定继电器状态正确，反馈FPGA将继电器状态信息编码返回到单片机，同时返回正常信息至控制FPGA。图8为示波器的通用测试流程。上位机与示波器和万用表采用Agilent和 Tektronix公开协议，上位机和接点切换控制器通信采用动态链接库进行通信通信纠错方式采用16bits CRC校验方式。整个测试流程分为设置接点切换装置状态确认、示波器状态设置、接点切换装置接点设置、读取和处理测试数据，以及恢复接点切换装置状态等步骤组成。在测试开始前，需要确认接点切换装置地址以及所有测量继电器状态，保证所有测量继电器状态均为断开状态。当有多个切换装置时，需要分配地址。然后设置示波器状态，根据测试项目中待测信号的标称值来设置示波器横、纵坐标分辨率、触发源和触发电平等信息，示波器设置完成后，再根据测试项目中待测信号的接点信息对接点切换装置进行设置，注意接通接点时一定是先接通信号的负点、地点或回线，然后再接通信号正线，断开接点则恰恰相反，先断信号正点再断信号负点、地点或回线。在判定设置正确后，读取测试结果并将测试结果与标称值进行比对，判断数据是否正常。最后恢复接点切换装置状态，保证一次测试完成后，接点切换装置所有测量继电器均为断开状态。本低频信号接口测试系统主要采用了如下可靠性和安全性设计(1)单片机、FPGA和继电器等关键器件选用普军级芯片，其它器件选用工业级以提高器件的可靠运行。(2)单片机在常态下(不收上位机指令)处于定时传输继电器状态的稳定运行状态，以提高单片机的稳定运行。(3)继电器状态定时采集，当继电器出现异常接通时，FPGA自动断开该继电器，同时将整个过程返回到上位机。[0039](4)在每一路测量通道上接入40mA保险丝，确保在继电器工作异常情况下，通路及时断开，保证星地断开，保护星上设备安全。(5) FPGA设计唯一性判决器，在每次进行继电器接通指令脉冲译码前，需要判断目标测量通路是否有其它继电器接通，如果有，则FPGA终止译码，同时将该继电器编号和继电器状态返回给单片机，单片机再发给上位机进行处理。(6)系统所有有源设备均采用直流供电，以提高系统的运行稳定性。(7)严格控制测试流程，及时采集上位机发送指令前后状态，确保指令执行状态及时可靠判读。本实用新型说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
权利要求1.卫星低频信号接口自动测试系统，其特征在于包括接点切换装置、示波器、数字万用表、监控计算机和转接电缆；接点切换装置通过转接电缆与星上设备连接，监控计算机分别与接点切换装置、示波器和万用表连接；测试时，监控计算机分别向接点切换装置、示波器和万用表发送指令，接点切换装置将当前测点与示波器和万用表同时接通，接点切换装置返回继电器状态信息至监控计算机，同时示波器和万用表返回星上设备的测试数据至监控计算机。
2.根据权利要求1所述的卫星低频信号接口自动测试系统，其特征在于所述的接点切换装置包括两块分别用于电缆端和设备端测量通道切换控制的通道切换板、一块通道通断板和一块控制板；通道切换板共有80个通道，每一个通道有两个继电器，分别连接到测量口的正端和负端；通道通断板由80个通道组成，每个通道设置一个连接电缆端和设备端接点的继电器；通道通断板共80个继电器，分别连接在通道通断板和控制板之间形成测量通道；控制板接收监控计算机的控制指令，同时将各继电器的状态信息反馈给监控计算机。
3.根据权利要求2所述的卫星低频信号接口自动测试系统，其特征在于所述的通道切换板包括控制FPGA、双刀双置继电器和反馈检测FPGA ；控制FPGA接收监控计算机的控制指令，对控制指令进行译码，输出指令脉冲将与待测点对应的双刀双置继电器接通，反馈检测FPGA检测控制FPGA的指令信息和双刀双置继电器的状态信息，当控制FPGA输出的指令脉冲的唯一且与仅有与待测点相连的双刀双置继电器闭合时，对待测点进行测量同时将双刀双置继电器的信息反馈至监控计算机，否则向监控计算机发出异常报警。
4.根据权利要求2所述的卫星低频信号接口自动测试系统，其特征在于所述的通道通断板包括控制FPGA、双刀双置继电器和反馈检测FPGA ；控制FPGA接收监控计算机的控制指令，对控制指令进行译码，输出指令脉冲将与待测点对应的双刀双置继电器接通，反馈检测FPGA检测双刀双置继电器的状态信息并反馈至监控计算机。
5.根据权利要求1所述的卫星低频信号接口自动测试系统，其特征在于所述的监控计算机与接点切换装置和示波器采用以太网方式进行通信。
6.根据权利要求1所述的卫星低频信号接口自动测试系统，其特征在于所述的监控计算机与万用表采用USB转以太网的方式进行通信。
专利摘要卫星低频信号接口自动测试系统，由接点切换装置、示波器、数字万用表、监控计算机和转接电缆组成。监控计算机与接点切换装置和示波器采用以太网通信方式，监控计算机与万用表采用USB转以太网通信方式。接点切换装置通过转接电缆与星上设备连接正确后，监控计算机分别向接点切换装置、示波器和万用表发送指令，接点切换装置返回继电器状态信息，示波器和万用表返回星上设备的测试数据。本实用新型具有可靠性高，通用性好的特点，适用于整星低频信号间的接口测试，同时也适应于整星电缆网和地面测试电缆网的导通绝缘检查。
文档编号G01R31/02GK202189106SQ20112027183
公开日2012年4月11日 申请日期2011年7月28日 优先权日2011年7月28日
发明者李砥擎, 焦荣惠, 陈粤 申请人:中国空间技术研究院