专利名称：基于ZigBee的无线并行测试系统及测试方法
技术领域：
本发明涉及测试技术领域，涉及一种基于无线网络的测试系统及方法。 —种基于ZigBee技术的无线并行测试系统，低成本、高效率地对多个相同待测设
备进行测试。也广泛适用于现代化自动测试领域中各种测试设备的无线测试。
背景技术：
在仪器测试领域，一个现代化的自动测试系统(ATS， automated test system)集 成了多个待测设备，组成一个网络化的测试中心，在这样的测试系统中，各个设备间的通信 是一个影响测试系统性能的重要因素，传统的测试系统一般是由有线网络组成，布线复杂， 成本高，同时由于每次只能对一台待测设备进行测试，因此测试的效率很低。使用起来故障 较多而且不易排除，使用也很不方便。
发明内容
本发明为解决现有测试系统采用有线通信的方式进行测试过程中，存在的现场布 线施工量大以及测试效率低的问题，提供了一种基于ZigBee的无线并行测试方法及测试 系统。 基于ZigBee的无线并行测试系统由多个待测设备、一个主无线通信设备和测试
控制终端组成，每个待测设备中有一个内置的测试模块和一个无线通信模块，所述内置的
测试模块通过UART接口和所述无线通信模块连接，多个待测设备中的无线通信模块和主
无线通信设备组成ZigBee无线网络，测试控制终端与主无线通信设备通过UART接口连接。 基于上述测试系统的并行测试方法的过程为 A、测试控制终端通过UART接口向主无线通信设备发送测试命令； B、主无线通信设备将接收到的测试命令通过ZigBee网络广播发出； C、每个待测设备中的无线通信模块将接收到的测试命令通过UART接口转发给所
述待测设备中的内置的测试模块； D、所述内置的测试模块根据接收到的测试命令开始测试，测试完毕后将测试结果 通过UART接口发送给所述待测设备中的无线通信模块； E、所述无线通信模块将UART接口接收到的测试结果通过ZigBee网络发送给主无 线通信设备； F、主无线通信设备通过ZigBee网络接收测试结果，并将接收到的测试结果数据 通过UART接口发送至测试控制终端，完成测试. 本发明提供了一种基于ZigBee的无线并行测试系统及方法，实现了低成本、短距 离的自动并行测试系统，同时具有信息加密功能，提高了信息传输的安全性。本发明是基于 ZigBee实现的，根据ZigBee的特点，本发明最多可以有255个待测设备。主无线通信设备 和所有待测设备中的无线通信模块组成ZigBee网络系统，实现数据的无线传输，即实现控 制命令的发送和测试结果数据的反馈。主无线通信设备与测试控制终端(PC机或者掌上电脑PDA)通过UART接口接收所述测试控制终端的命令信息，并将所述测试命令信息通过无 线网络发送给相应的待测设备(如果是所有设备，采用广播方式)，每个待测设备的内部无 线通信模块无线接收测试命令并将其传输给内置的测试模块(BIT，buit-in test)，该内置 的测试模块根据接收到的测试命令进行测试，并将测试结果通过相应的无线通信模块发送 给主无线通信设备。所述主无线通信设备通过无线通信的方式接收所有待测设备的测试结 果数据，然后通过UART接口发送给测试控制终端。 本发明所述的ZigBee是一种基于IEEE 802. 15. 4协议的高可靠的无线通信网络 协议，在中国被译为〃 紫蜂〃 ，它与蓝牙相类似.是一种新兴的短距离无线技术。它具有近 距离、低功耗、低速率并且双向无线通信的优点。工作在2.4GHz的ISM频段上，传输速率 为20kb/s-250kb/s，传输距离为10m-75m，ZigBee技术提供了数据完整性检查和鉴权功能， 采用AES-128加密算法，安全性很高，而且具有协议简单、成本低、时延短、网络容量大的优 点。依据IEEE802. 15. 4标准，一个ZibBee网络可以容纳高达65，000个节点。同时这些节 点的功耗很低，单靠2节5号电池就可以维持工作6至24个月。本发明的优点有一、由 于本发明采用了无线通信方式进行测试数据的传送，因此不存在现场布线的问题，完全避 免了由于现场布线而引起的布线工程量大、以及测试效率低，成本高的问题。二、当测试系 统需要扩展，增加待测设备时，不需现场施工布线，只需要增加无线通信模块即可。三、由于 各个无线通信模块之间没有相对位置要求，因此测试系统中各个待测设备的地点的选择灵 活，可以不改变待测系统的原有结构，即只在原有待测系统的结构基础之上，在每个待测 设备的测试端口的位置连接无线通信模块即可。四、由于测试点的选择和安装灵活，因此本 发明的测试系统可根据待测系统的情况灵活、迅速组建。五、本发明的测试系统可以同时对 多个待测设备进行并行测试，提高了测试的效率和资源利用率，减少测试设备的闲置时间， 并通过对贵重设备的共享来节约测试成本。六、由于无线通信模块采用ZigBee通信终端， 成本低，功耗低，降低了整个测试系统的功率和成本，节约了能源和费用。
本发明的测试方法适用于现有各种测试系统，尤其适用于对大批量相同设备的并 行高效率测试。
图l是具体实施方式
一所述的基于ZigBee的无线并行测试系统的结构示意图。图 2是具体实施方式
三所述的主无线通信设备的电路结构框图。图3是具体实施方式
四所述 的主无线通信设备的电路结构框图。图4是具体实施方式
一中所述的基于ZigBee的无线 并行测试方法的流程图。图5是测试控制终端中嵌入的测试用户界面程序的流程图。图6 是具体实施方式
一种所述的主无线通信设备的主工作流程。图7是待测设备中的无线通信 模块的主工作流程示意图。
实施方式具体实施方式
一 参见图1说明本实施方式。本实施方式所述的基于ZigBee的无 线并行测试系统由多个待测设备(DUT，Device Under Test) 3、一个主无线通信设备2和测 试控制终端1组成，每个待测设备3中有一个内置的测试模块(BIT，buit-in test)31和一 个无线通信模块32，所述内置的测试模块31通过UART接口和所述无线通信模块32连接， 多个待测设备3中的无线通信模块32和主无线通信设备2组成ZigBee无线网络，测试控制终端1与主无线通信设备2通过UART接口连接。 本实施方式中所述的测试控制终端1可以采用PC机或者掌上电脑(PDA)实现。
本实施方式中的主无线通信设备是作为整个ZigBee网络的协调器，实现建立、启 动和管理无线网络，以及广播测试命令及收集测试结果的功能。 本实施方式所述的UART接口采用RS232串行通信协议通信。本实施方式中的主 无线通信设备的UART接口用于实现与测试控制终端1连接，UART接口实现数据传输。
采用本实施方式所述的基于ZigBee的无线并行测试系统实现自动测试的过程 为 A、测试控制终端通过UART接口向主无线通信设备发送测试命令； B、主无线通信设备将接收到的测试命令通过ZigBee网络广播发出； C、每个待测设备中的无线通信模块将接收到的测试命令通过UART接口转发给所
述待测设备中的内置的测试模块； D、所述内置的测试模块根据接收到的测试命令开始测试，测试完毕后将测试结果 通过UART接口发送给所述待测设备中的无线通信模块； E、所述无线通信模块将UART接口接收到的测试结果通过ZigBee网络发送给主无 线通信设备； F、主无线通信设备通过ZigBee网络接收测试结果，并将接收到的测试结果数据 通过UART接口发送至测试控制终端，完成测试。 本实施方式所述的ZigBee网络可以采用星型拓扑结构实现信息的传输。 本实施方式采用ZigBee网络，构造简单，适合于设备数量较多，物理范围较小的
场合。例如本实施方式中的主无线通信设备和多个无线通信模块之间可以采用数据传输速
率为250kbps的无线射频收发芯片来实现双向通信，频段为2. 4GHz，并采用良好性能的天
线和较大的发射功率来实现较远的通信距离；同时为使该系统具有信息加密功能，我们采
用射频收发芯片内置的AES功能，有硬件的128位密钥生成器，加密速度快，成本低。也可
采用简化的加密算法，通过软件来实现加密。 本实施方式所述的测试系统在实际工作过程中，通过主无线通信设备和多个待测
设备中的无线通信模块组成ZigBee网络，实现信号的无线传输。在测试过程中，通过测试
控制终端发送测试命令，所述测试命令通过主无线通信设备广播给各个待测设备，每个待
测设备中内置的测试模块根据接收到的测试命令对本待测设备进行测试，并将测试结果数
据通过无线通信模块发送给主无线通信设备，所述主无线通信设备在广播发送完测试命令
后，等待并通过ZigBee接收各个待测设备反馈的测试结果，进而完成测试工作。 本实施方式中的测试控制终端(PC机或者掌上电脑PDA)、主无线通信设备和每个
待测设备中内置的测试模块中均嵌入有软件功能模块，以实现测试功能，具体为 测试控制终端1中嵌入有测试用户界面模块；所述测试用户界面模块可以采用
CVI 8.5进行设计，测试结果存储数据库采用SQL 2005。 所述测试用户界面模块的工作流程参见图5所示 步骤Jl、用于设置参数的步骤；所述参数包括串口号、串口的波特率、SQL数据库 的IP地址； 步骤J2、用于判断用户是否需要显示网络拓扑图的步骤，如果判断结果为是，则执行步骤J10，否则执行步骤J3; 步骤J3、用于判断用户是否需要进行测试的步骤，如果判断结果为是，则执行步骤 J4，否则返回执行步骤J2 ; 步骤J4、用于判断是否测试所有的待测设备的步骤，如果判断结果为是，则执行步 骤J5，否则执行步骤J6; 步骤J5、用于通过串口控制主无线通信设备向所有待测设备发送测试命令的步 骤，然后执行步骤J7; 步骤J6、用于通过串口控制主无线通信设备向被选择的待测设备发送测试命令的 步骤，然后执行步骤J7; 步骤J7、用于接收主无线通信设备发送的测试结果数据的步骤； 步骤J8、用于将接收到的测试结果数据存储在SQL数据库中的步骤； 步骤J9、用于将接收到的测试数据显示输出的步骤，完成本次测试； 步骤J10、用于通过串口控制主无线通信设备采集网络节点拓扑数据的步骤； 步骤J11、用于根据SQL数据库中的拓扑数据，绘制当前网络拓扑图的步骤；然后
执行步骤J3。 所述步骤J10、用于通过串口控制主无线通信设备采集网络节点拓扑数据的步骤 由下述步骤完成 步骤J101、用于通过串口向主无线通信设备发送拓扑请求数据的步骤； 步骤J102、用于接收主无线通信设备反馈的所有网络节点的网络拓扑数据的步
骤，所述网络拓扑数据包括每个节点的父节点和所述节点自身的物理地址以及网络地址； 步骤J103、用于将接收到的所有节点的网络拓扑数据更新后，保存到SQL数据库
中的步骤。
上述流程中，还可以在步骤Jl之前增加下述步骤用于输入用户名和密码的登录
步骤。增加该步骤，能够达到限制使用者权限范围的目的。
主无线通信设备采用串口中断的工作模式，其具体工作流程为 步骤K1、扫描所有信道的状态，选择能量最低的一个信道组建网络，然后开启所述
的无线网络，并允许其它无线设备加入所述网络； 步骤K2、检测是否有射频信号，如果检测到射频信号，判断所述射频信号的类别， 当所述射频信号是新节点申请加入网络的请求时，执行步骤K3，当所述射频信号是上行数 据时，执行步骤K4; 步骤K3、通过主无线网络向申请加入网络的新节点发出响应信号，同时分配一个 16位的网络地址给所述节点；然后执行步骤K5 ; 步骤K4、将所述射频信号中的数据通过UART接口发送给测试控制终端，返回执行 步骤K2 ; 在上述工作过程中，当UART接口接收到测试控制终端发送的测试命令时，串口中 断被触发，执行串口中断程序 接收该测试命令，然后通过无线广播的形式，将所述测试命令发送给所有或者指 定的待测设备，然后跳出中断程序； 所述测试命令中，包括有所有或者指定待测设备的节点网络地址信息。
每个待测设备中的无线通信模块采用串口中断的工作模式，其具体工作流程为
步骤Z1、扫描信道状态，发现网络并通过无线网络发送申请加入网络请求信息；
步骤Z2、检测接收到的信息；判断接收到的信息是否是请求响应信号及分配的网 络地址，如果是，则本待测设备加入网络成功；执行步骤Z3，否则返回执行步骤Z1，继续申 请加入网络； 步骤Z3、检测接收到的信息，如果没有信息，则再次检测，直到检测到接收的信息， 执行步骤Z4 ; 步骤Z4、判断接收到的信号的类型，当所述信号为测试命令时，执行步骤Z5 ;当所 述信息是拓扑信息时，执行步骤Z6 ; 步骤Z5、接收所述测试命令，并将所述测试命令通过UART接口转发给内置的测试 模块，返回执行步骤Z3; 步骤Z6、将本无线通信模块的父节点和本身的物理地址和网络地址以点对点形式 通过无线网络发送给主无线通信设备，返回执行步骤Z3 ; 在上述工作过程中，当UART接口接收到内置的测试模块发送的数据时，串口中断 被触发，执行串口中断服务程序 接收UART接口发送来的所有测试结果数据，同时将接收到的所有测试结果数据 通过无线通信模块发送给主无线通信设备，完成一次测试，退出中断程序。
上述主无线通信设备和待测设备中的无线通信模块均可采用微处理器MCU和射 频芯片来构成。软件开发环境可以采用IAR V4. IOA来开发设计，无线通信功能软件部分通 过ZigBee协议栈实现，ZigBee协议栈可采用TI公司提供的免费协议栈Z-Stack 2006。
具体实施方式
二 本实施方式是对具体实施方式
一的进一步说明。本实施方式与具体实施方式
一所述的基于ZigBee的无线并行测试系统的区别在于，所述主无线通信设 备2和每个待测设备3中的无线通信模块32的结构相同，均采用微处理器和ZigBee专用 的射频通信芯片实现。
具体实施方式
三参见图2说明本实施方式。本实施方式是对具体实施方式
二中 所述的主无线通信设备和每个待测设备3中的无线通信模块的具体结构的进一步说明。本 实施方式所述的主无线通信设备2包括微处理器MCU21、晶振22、射频芯片23和UART接口 电路24，所述晶振22的脉冲信号输出端连接微处理器MCU21的时钟信号输入端，所述微处 理器MCU21通过SPI串行通信端口与射频芯片23连接，所述微处理器MCU21的无线通信模 块控制I/O端口连接射频芯片23的控制I/O端口 ，所述UART接口电路24的串行数据输入 /输出端口与微处理器MCU21的串行数据输入/输出端口连接。
本实施方式所述的晶振根据微处理器MCU性能要求选择配置。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
三所述的基于ZigBee的无线并行 测试系统的区别在于，所述主无线通信设备2还包括键盘25和显示电路26，所述键盘25的 数据输出端连接微处理器MCU21的键盘数据输入端，所述显示电路26的显示数据输入端连 接微处理器MCU的显示数据输出端。 本实施方式中的显示电路可以选用LED电路、LCD电路等常用电路。 本实施方式增加了用于人机交互的显示电路和键盘，更方便测试操作人员对测试
系统的操作和使用。
参见图3是本实施方式所述的主无线通信设备2的一种电路结构图，其中，射频通 信芯片选用CC2520型集成电路，微处理器MCU选用MSP430F2618型集成电路，UART接口电 路采用MAX232芯片实现RS232串行通信接口 ，电路采用LED电路，晶振采用一个6M的高频 晶振和一个32k的低频晶振实现。微处理器MCU通过SPI串行通信端口与射频通信芯片实 现数据通信，所述微处理器MCU还通过I/O端口控制射频芯片的VERG_EN信号和RESETn信 号，实现对射频芯片的功耗和复位的控制，所述微处理器MCU还通过UCAO接口实现与UART 接口电路的通信。电路中的两个晶振分别为高速处理的CPU和低速外设提供时钟信号。
权利要求
基于ZigBee的无线并行测试系统，其特征在于所述测试系统由多个待测设备(3)、一个主无线通信设备(2)和测试控制终端(1)组成，每个待测设备(3)中有一个内置的测试模块(31)和一个无线通信模块(32)，所述内置的测试模块(31)通过UART接口和所述无线通信模块(32)连接，多个待测设备(3)中的无线通信模块(32)和主无线通信设备(2)组成ZigBee无线网络，测试控制终端(1)与主无线通信设备(2)通过UART接口连接。
2. 根据权利要求1所述的基于ZigBee的无线并行测试系统，其特征在于，所述的测试 控制终端(1)是PC机或者掌上电脑。
3. 根据权利要求1所述的基于ZigBee的无线并行测试系统，其特征在于，所述主无线 通信设备(2)和每个待测设备(3)中的无线通信模块(32)的结构相同。
4. 根据权利要求3所述的基于ZigBee的无线并行测试系统，其特征在于，所述的主无 线通信设备(2)包括微处理器MCU(21)、晶振(22)、射频芯片(23)和UART接口电路(24)， 所述晶振(22)的脉冲信号输出端连接微处理器MCU(21)的时钟信号输入端，所述微处理器 MCU(21)通过SPI串行通信端口与射频芯片(23)连接，所述微处理器MCU(21)的无线通信 模块控制I/0端口连接射频芯片(23)的控制I/0端口，所述UART接口电路(24)的串行数 据输入/输出端口与微处理器MCU (21)的串行数据输入/输出端口连接。
5. 根据权利要求4所述的基于ZigBee的无线并行测试系统，其特征在于所述主无线 通信设备还包括键盘(25)和显示电路(26)，所述键盘(25)的数据输出端连接微处理器 MCU(21)的键盘数据输入端，所述显示电路(26)的显示数据输入端连接微处理器MCU的显 示数据输出端。
6. 基于ZigBee的无线并行测试方法，其特征在于它是基于下述测试系统实现的，所述 测试系统由多个待测设备(3)、一个主无线通信设备(2)和测试控制终端(1)组成，每个待 测设备(3)中有一个内置的测试模块(31)和一个无线通信模块(32)，所述内置的测试模 块(31)通过UART接口和所述无线通信模块(32)连接，多个待测设备(3)中的无线通信模 块(32)和主无线通信设备(2)组成ZigBee网络，测试控制终端(1)与主无线通信设备通 过UART接口连接，所述并行测试方法的过程为A、 测试控制终端通过UART接口向主无线通信设备发送测试命令；B、 主无线通信设备将接收到的测试命令通过ZigBee网络广播发出；C、 每个待测设备中的无线通信模块将接收到的测试命令通过UART接口转发给所述待 测设备中的内置的测试模块；D、 所述内置的测试模块根据接收到的测试命令开始测试，测试完毕后将测试结果通过 UART接口发送给所述待测设备中的无线通信模块；E、 所述无线通信模块将UART接口接收到的测试结果通过ZigBee网络发送给主无线通 信设备；F、 主无线通信设备通过ZigBee网络接收测试结果，并将接收到的测试结果数据通过 UART接口发送至测试控制终端，完成测试。
7. 根据权利要求6所述的基于ZigBee的无线并行测试方法，其特征在于，所述测试控 制装置、主无线通信设备和每个待测设备中内置的测试模块中均嵌入有软件功能模块，其 中测试控制装置中嵌入有测试用户界面模块，所述测试用户界面模块的工作流程为步骤Jl、用于设置参数的步骤；所述参数包括串口号、串口的波特率、SQL数据库的IP 地址；步骤J2、用于判断用户是否需要显示网络拓扑图的步骤，如果判断结果为是，则执行步 骤J10，否则执行步骤J3 ;步骤J3、用于判断用户是否需要进行测试的步骤，如果判断结果为是，则执行步骤J4， 否则返回执行步骤J2;步骤J4、用于判断是否测试所有的待测设备的步骤，如果判断结果为是，则执行步骤 J5，否则执行步骤J6 ;步骤J5、用于通过串口控制主无线通信设备向所有待测设备发送测试命令的步骤，然 后执行步骤J7 ;步骤J6、用于通过串口控制主无线通信设备向被选择的待测设备发送测试命令的步骤，然后执行步骤J7;步骤J7、用于接收主无线通信设备发送的测试结果数据的步骤；步骤J8、用于将接收到的测试结果数据存储在SQL数据库中的步骤；步骤J9、用于将接收到的测试数据显示输出的步骤，完成本次测试；步骤J10、用于通过串口控制主无线通信设备采集网络节点拓扑数据的步骤；步骤J11、用于根据SQL数据库中的拓扑数据，绘制当前网络拓扑图的步骤；然后执行 步骤J3，主无线通信设备采用串口中断的工作模式，其具体工作流程为步骤K1、扫描所有信道的状态，选择能量最低的一个信道组建网络，然后开启所述的无 线网络，并允许其它无线设备加入所述网络；步骤K2、检测是否有射频信号，如果检测到射频信号，判断所述射频信号的类别，当所 述射频信号是新节点申请加入网络的请求时，执行步骤K3，当所述射频信号是上行数据时， 执行步骤K4;步骤K3、通过主无线网络向申请加入网络的新节点发出响应信号，同时分配一个16位的网络地址给所述节点；然后执行步骤K5 ;步骤K4、将所述射频信号中的数据通过UART接口发送给测试控制终端，返回执行步骤K2 ;在上述工作过程中，当UART接口接收到测试控制终端发送的测试命令时，串口中断被触发，执行串口中断程序接收该测试命令，然后通过无线广播的形式，将所述测试命令发送给所有或者指定的待测设备，然后跳出中断程序；每个待测设备中的无线通信模块采用串口中断的工作模式，其具体工作流程为步骤Z1、扫描信道状态，发现网络并通过无线网络发送申请加入网络请求信息；步骤Z2、检测接收到的信息；判断接收到的信息是否是请求响应信号及分配的网络地址，如果是，则本待测设备加入网络成功；执行步骤Z3，否则返回执行步骤Z1，继续申请加 入网络；步骤Z3、检测接收到的信息，如果没有信息，则再次检测，直到检测到接收的信息，执行 步骤Z4 ;步骤Z4、判断接收到的信号的类型，当所述信号为测试命令时，执行步骤Z5 ;当所述信息是拓扑信息时，执行步骤Z6 ;步骤Z5、接收所述测试命令，并将所述测试命令通过UART接口转发给内置的测试模 块，返回执行步骤Z3;步骤Z6、将本无线通信模块的父节点和本身的物理地址和网络地址以点对点形式通过 无线网络发送给主无线通信设备，返回执行步骤Z3 ;在上述工作过程中，当UART接口接收到内置的测试模块发送的数据时，串口中断被触发，执行串口中断服务程序接收UART接口发送来的所有测试结果数据，同时将接收到的所有测试结果数据通过 无线通信模块发送给主无线通信设备，完成一次测试，退出中断程序。
8. 根据权利要求7所述的基于ZigBee的无线并行测试方法，其特征在于，在步骤Jl之 前增加下述步骤用于输入用户名和密码的登录步骤。
9. 根据权利要求7所述的基于ZigBee的无线并行测试方法，其特征在于，所述步骤 J10、用于通过PC机的串口控制测试装置采集网络节点拓扑数据的步骤由下述步骤完成步骤J101、用于通过串口向主无线通信设备发送拓扑请求数据的步骤； 步骤J102、用于接收主无线通信设备反馈的所有网络节点的网络拓扑数据的步骤，所述网络拓扑数据包括每个节点的父节点和所述节点自身的物理地址以及网络地址；步骤J103、用于将接收到的所有节点的网络拓扑数据更新后，保存到SQL数据库中的步骤。
全文摘要
基于ZigBee的无线并行测试系统及测试方法，涉及测试技术领域。它解决现有测试系统采用有线通信的方式采集测试信号存在的现场布线施工量大以及测试信号受现场布线质量的影响的问题。本发明的测试系统采用主无线通信设备和多个无线通信模块组成ZigBee网络，主无线通信设备和测试控制终端采用UART接口连接，每个测试设备中的无线通信模块和内置的测试模块采用UART接口连接。上述测试系统实现测试的方法为测试控制终端通过UART接口与主通信设备连接实现测试命令和测试结果的传送，主无线通信设备与多个待测设备之间采用ZigBee网络实现数据通信。本发明适用于现代化的自动测试系统中，可实现几百个设备之间相互协调实现通信，测试效率高。
文档编号H04B17/00GK101783708SQ20101030049
公开日2010年7月21日 申请日期2010年1月21日 优先权日2010年1月21日
发明者乔立岩, 彭喜元, 彭宇, 潘大为, 罗悦, 罗清华 申请人:哈尔滨工业大学