用于工业系统外设接口检测的测试用板、检测系统及方法与流程

1.本发明涉及板卡接口检测技术领域，具体地涉及一种用于工业系统外设接口检测的测试用板、系统及方法。


背景技术：

2.工业系统中常使用的各类外设接口，包括常用的通信接口例如以太网接口、rs485总线接口、rs422总线接口、can总线接口以及iic接口等，传感器状态检测接口、led驱动接口、电磁阀驱动接口、继电器开关量输出接口等，还有伺服系统中的编码器、光栅尺信号输入输出等接口，以上列举的各类接口为工业系统常用接口。在系统中，这些接口电路都是集成在某块硬件板卡上的，且板卡上具有作为信息处理中心的主控单元模块。因适配各类工业系统需求，各类接口按照需求任意种类与数量组合在需要设计的硬件板卡上，在一定程度上增加了接口检测的复杂度。硬件板卡作为模块的控制核心，收集所有外设信息并根据信息驱动相关外设，且将模块信息通过任意系统内选定的总线上传。因此硬件板卡作为控制类板卡必有主控单元以及对外通信接口。
3.常规外设类接口可以分为输入和输出两大类接口，例如点亮工业系统中的警示灯，则对硬件控制板卡来是输出类接口，警示灯的亮灭相当于硬件控制板卡向外供电以及不向外供电两种控制状态；因此对于该类接口，测试用板可设计相应的检测电路，检测该接口的供电以及不供电两种状态，以确保输出接口功能正常；同理，接收工业系统中的光电传感器信号，对硬件控制板卡来说需要提供一个输入类接口，用来接入传感器反馈的信号，此时，测试用板则需要模拟光电传感器的输出信号以及切换功能，将该信号接至待测试的硬件控制板卡，实现该输入接口的检测。
4.另外，对于通信类接口，测试用板只需要提供同样的通信接口电路。常规来说，常用的工业标准通信协议，基本上是满足点对点通信的，因为将测试用板与待测试的硬件控制板通信接口连接，则已经具备两板通信的硬件条件，再将两板的板卡经由接口测试用例运行起来，则可建立通信。
5.一般在工业系统中，按照模块划分，不同硬件板卡上集成不同的外围设备接口电路以适配该板卡所在模块的功能，在板卡生产环节，需要对板卡上集成的各类接口进行功能检测，因板卡的特异性，目前现有技术还没有能完全匹配所有工业系统常用的接口检测的检测方案。


技术实现要素：

6.本发明的目的是克服现有技术存在的问题，提供一种用于工业系统外设接口检测的测试用板、系统及方法。
7.为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种用于工业系统外设接口检测的测试用板，所述测试用板包括母板和子板，所述子板与母板信号连接，用于接收并处理来自所述母板的信号，判断待测试板
卡接口是否正常，和/或用于模拟输入信号并传输至所述母板；所述母板上设有接口模块，通过接口模块与待测试板卡接口信号连接，用于将所述输入信号传输至待测试板卡以检测待测试板卡的输入类接口，和/或用于将来自待测试板卡的信号传输至所述子板以检测待测试板卡的输出类接口或通信接口。
8.本发明第二方面提供一种用于工业系统外设接口的检测系统，包括，上述测试用板，用于检测待测试板卡的接口；工业系统电源，用于为所述测试用板和待测试板卡供电；可视化控制模块，与所述测试用板电性连接，通过串口转usb线缆连接，用于向所述测试用板下发测试的控制指令，轮询所述测试用板的检测结果返回信息并显示检测结果。
9.本发明第三方面提供一种用于工业系统外设接口的检测方法，所述方法基于上述系统进行的，包括以下步骤：可视化控制模块控制测试用板和待测试板卡的输出类接口输出有效信号，随后下发开始测试指令，控制测试用板向待测试板卡发起通信；测试用板轮询待测试板卡的编号和检测信息，返回信息至可视化控制模块，可视化控制模块对检测到有效信号的接口通道记录为暂时有效通道；可视化控制模块控制测试用板和待测试板卡的输出类接口输出无效信号，对所述暂时有效通道的检测到无效信号则判断该暂时有效通道为正常通道。
10.通过上述技术方案，将测试用板的子板与集成各种接口的母板匹配以适配各类接口检测，可以通过不同的母板与同一子板配合使用，更快更全面的实现工业系统类各外设接口的检测；由于测试用板母板本身没有fpga等核心模块，只存在接口电路，没有核心组件的母板制板层数基本在4-6层就可满足使用需求，因此最终母板的迭代成本极大降低；母板能够根据待测试板的接口类型、接口数量等信息灵活匹配组合集成相关接口检测电路，极大缩减开发周期。
附图说明
11.图1为本发明测试用板的结构示意图；图2为本发明测试用板的子板结构示意图；图3为本发明实施例检测系统测试流程示意图。
具体实施方式
12.以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。本发明中的“前”、“后”以单轨道的传入端为“前”，以单轨道的传出端为“后”。
13.本发明实施例第一方面提出一种用于工业系统外设接口检测的测试用板，如图1所示，所述测试用板包括母板和子板，子板可以灵活安装或从母板上取下；所述子板与母板信号连接，用于接收并处理来自所述母板的信号，判断待测试板卡接口是否正常，和/或用于模拟输入信号并传输至所述母板；所述母板上设有接口模块，通过接口模块与待测试板卡接口信号连接，用于将所
述输入信号传输至待测试板卡以检测待测试板卡的输入类接口，和/或用于将来自待测试板卡的信号传输至所述子板以检测待测试板卡的输出类接口或通信接口。
14.进一步地，如图2所示，子板包括用于处理信号的fpga，所述子板四周设有用于与所述母板信号连接的子母板连接器，所述子母板连接器与所述fpga的各bank io管脚相连。
15.子板的电路设计是基于fpga的最小系统开展设计，因此子板还包括用于存储fpga运行逻辑的存储器、晶振、jtag接口、复位电路，晶振是产生fpga运行代码需要的打拍时钟；jtag接口是烧写更新逻辑使用的；复位电路是在代码运行异常时，对fpga进行整体复位的。子板上具有给fpga供电的各电源模块，由此子板作为测试用板的主控单元，fpga中运行的程序可控制各连接器上连接的bank io信号，实现与母板的信息交互。
16.进一步地，所述接口模块包括至少一个通信接口，所述母板上的通信接口与待测试板卡上的通信接口相同，以实现点对点通信硬件链路连通；当检测待测试板卡上的多路相同通信接口时，各路通信接口可复用接口逻辑用例向所述母板传输同类信号；当检测待测试板卡上的多路不相同通信接口时，各路通信接口可基于调用测试逻辑用例基础上向所述母板传输同类型信号。
17.母板需要具有与待测试的硬件控制板相同的通信接口，完全可沿用待测试硬件控制板接口电路，实现常用工业通信接口的点对点通信硬件链路连通。不同的通信接口有不同的通信标准，但由于测试用板与待测试板卡之间的通信接口为相同接口，因此不存在无法正常通信的问题。测试用板与待测试板卡按照通信标准制定初始协议并调用通信接口运行测试逻辑用例，通过通信接口测试用板能够获取待测试板卡各类接口检测结果信息，然后再结合测试用板输入类接口收集的来自待测试板卡的信息，将所有信息打包，遵循串口协议将信息传递至pc端，交由pc端软件分析处理后显示出来。在通信建立的同时，也实现了通信接口的电路检测。通信接口是待测试接口的硬件控制板卡的核心接口，只有通信接口正常，才有各模块间信息交互的基础。若待测试板卡只有1路通信接口且异常，则不需要再继续推进其他接口测试；若待测试板卡有多路相同通信接口，则各路通信接口可复用接口逻辑用例，传递同类信息，此时可正常收集其他待测试接口的信息，同时也可检测多路通信接口是否正常；若待测试板卡有多路不同的通信接口，遵循各接口协议标准，但可基于调用测试逻辑用例基础上传输内容相同的待测试板卡接口检测信息。
18.进一步地，所述接口模块还包括测试用板输入类接口或测试用板输出类接口，所述测试用板输入类接口，用于接收待测试板卡的输出类接口传输的信号，并将信号转换成所述fpga可识别信号，经所述子母板连接器传输至所述fpga；所述测试用板输出类接口，用于将所述输入信号传输至待测试板卡的输入类接口，所述母板将所述输入信号传输至待测试板卡后，再经通信接口接收来自待测试板卡的与所述输入信号对应的检测结果信息，并将所述检测结果信息传输至所述子板进行处理。
19.本发明的一个实施例中，针对待测试板卡的输入类接口，子板的fpga模拟输入信号并传输至所述母板，母板通过相应接口电路设计，将输入信号通过通信接口传输至待测试板卡的输入类接口。模拟过程的实现同样是由子板上的fpga运行驱动相关bank io输出，输入信号经由子母板连接器送至母板上对应的接口电路，由接口电路最终转换至待测试板卡的输入类接口所需的信号，待测试板卡的主控单元将检测到的信号收集，母板通过通信接口接收待测试板卡的信号并传输至所述子板，子板接收并处理来自所述母板的信号，判
断待测试板卡输入类接口是否正常，若正常则连同通信接口检测正常。
20.本发明的另一个实施例中，针对待测试板卡的输出类接口，母板上设计了相应的检测电路即母板的输入接口，能准确检测待测试的接口信号的变化，并能通过输入接口电路将信号转换至fpga bank io能识别的信号,经由子母板连接器送至子板的fpga管脚上，这样fpga中的运行程序就可收集对应bank io口的信号变化，用于子板后续判断并存储检测结果。
21.本发明的另一个实施例中，同时对待测试板卡的输出类接口和输入类接口进行检测。
22.其他待测试接口的检测方式类似，例如待测试的接口是恒流驱动输出接口，那么在母板上就可以设计电流检测电路，并将检测到的信息反馈至子板fpga中；待测试的接口是编码器信号输入接口，那么在母板上就可以设计差分输出接口，按照特定频率发送固定脉冲数，待测试的接口所在板卡的主控单元对脉冲进行计数并存储信息。
23.将测试用板的子板与集成各种接口的母板匹配以适配各类接口检测，可以通过不同的母板与同一子板配合使用，更快更全面的实现工业系统类各外设接口的检测；由于测试用板母板本身没有fpga等核心模块，只存在接口电路，没有核心组件的母板制板层数基本在4-6层就可满足使用需求，因此最终母板的迭代成本极大降低；母板能够根据待测试板的接口类型、接口数量等信息灵活匹配组合集成相关接口检测电路，极大缩减开发周期。
24.本发明实施例第二方面提供一种用于工业系统外设接口的检测系统，包括，如上述用于工业系统外设接口的测试用板，测试用板上设有串口，通过串口转usb线缆与可视化控制模块电性连接，用于检测待测试板卡的接口；工业系统电源，用于为所述测试用板和待测试板卡供电；可视化控制模块，与所述测试用板电性连接，通过串口转usb线缆连接，用于向所述测试用板下发测试的控制指令，轮询所述测试用板的检测结果返回信息并显示检测结果。
25.可视化控制模块可以是上位机，也可以是pc，以软件为实现载体。母板首先必须要有的是电源模块，电源模块设计匹配工业系统电源供电标准，其次必须是要有一路接口电路为串口，用于与上位机或pc端测试软件进行信息交互。
26.进一步地，所述可视化控制模块包括：配置单元，用于配置待测试板卡的编号、接口类型或数量，方便软件扩充待测试板卡种类；控制设定单元，用于设定待测试板卡的编号、接口类型或数量，向所述测试用板下发开始测试指令，轮询所述测试用板的检测结果返回信息，当测试完成后向所述测试用板下发结束测试指令；分析显示单元，用于根据所述返回信息显示测试状态和测试结果，再将测试状态反馈至控制设定单元。
27.配置单元是配置文件的开放，对应的测试软件支持加载固定格式的配置文件，配置文件中主要信息有3项，分别是待测试板卡名称/编号、接口类型、接口数量。
28.控制设定单元有三个控制按钮和状态显示按钮，第一个控制按钮用于待测试板卡选择，根据待测试板卡名称/编号选中待测试板卡后，对应显示待测试接口的接口类型的名
称以及接口数量。第2个控制按钮用于“开始测试”，当测试用板与待测试板卡之间的接口线缆连接完成，工业系统供电电源已连接以及测试用板与pc间的串口线缆连接完毕后，对两板卡进行上电，查看串口状态显示成功后，选择待测试板卡，然后点击“开始测试”按钮，测试软件向测试用板发送“开始测试”指令，之后继续循序协议继续轮询测试用板的返回信息。第3个控制按钮用于“结束测试”当测试完成后向所述测试用板下发结束测试指令。状态显示按钮用于串口状态显示，是pc端测试软件通过usb口经usb转串口，按照约定的协议内容轮询测试用板，轮询正常则显示串口连接成功，轮询异常则显示串口连接失败。
29.分析显示单元用于ui界面显示，包括“测试状态”和“测试结果”显示，测试软件解析来自测试用板的反馈信息，并将结果显示。pc端测试软件在轮询测试用板的时候，会先收集待测试板卡的编号信息，若与控制设定单元设定的一致，则继续处理信息，若不一致，则进行报错显示。“测试状态”主要显示三种状态，分别为测试未开始、测试进行中与测试已完成。“测试结果”则是pc端收集的所有接口类型对应的接口检测结果，若各类型、数量的接口测试均通过，则显示“测试通过”，若有部分接口未通过，则显示已通过的总数量以及为通过的接口通道，“测试结果”显示为“测试未通过”。
30.本发明能够通过将子板与带有各种接口的母板匹配以适配各类接口检测，同时检测系统中的可视化控制模块能够灵活扩展接口类型与接口数量匹配显示检测结果，主测试用板与待测试接口的硬件板卡的测试用例同样可灵活拓展接入各类接口硬件测试逻辑，极大提高了检测系统的灵活性与接口类型检测的覆盖面。
31.本发明实施例第三方面提供一种用于工业系统外设接口的检测方法，所述方法上述用于工业系统外设接口的检测系统进行的，包括以下步骤：可视化控制模块控制测试用板和待测试板卡的输出类接口输出有效信号，随后下发开始测试指令，控制测试用板向待测试板卡发起通信；测试用板轮询待测试板卡的编号和检测信息，返回信息至可视化控制模块，可视化控制模块对检测到有效信号的接口通道记录为暂时有效通道；可视化控制模块控制测试用板和待测试板卡的输出类接口输出无效信号，对所述暂时有效通道的检测到无效信号则判断该暂时有效通道为正常通道。
32.检测系统测试流程如图3所示，先行条件是测试用板与待测试板卡已固化相关测试逻辑用例。首先系统内的线缆连接完毕，之后对系统进行上电，由工业系统电源供电，打开pc端测试软件即可视化控制模块，查看串口状态是否正常，若不正常则检查系统内线缆连接，直至串口状态正常；接着操作测试软件，先根据编号或名称选择待测试板卡，然后点击开始测试，测试用板发起通信，测试用板通过通信接口收集待测试板卡接口检测信息，将收集到的信息反馈至pc端，pc端测试软件解析信息显示测试结果，最后点击结束测试按钮，流程结束。
33.测试用板输入类接口可直接检测待测试板卡的输出类接口，并在测试用板上直接进行检测结果收集；测试用板输出类接口与待测试板卡的输入类接口连接，检测信息收集在待测试板卡的硬件控制板上，此时测试用板获取检测结果信息，则需要通过输入输出类接口，即通信类接口来获取待测试接口的硬件控制板上的信息，同时此步骤中的输入输出类接口交互建立成功的同时，也完成了输入输出类接口的检测，测试用板整合两板收集到的信息，然后pc端的测试软件一直在轮询，实现了测试用板的信息收集。
34.因此，对于待测试板卡的各类接口单独或同时进行检测时，可视化控制模块控制测试用板和待测试板卡之间的检测过程具体如下：待测接口中有输入类接口和输出类接口时，为了能简化系统提高效率，所有接口都希望是并行检测的；因此，对于待测试输出类接口，使其上电输出有效信号（这个信号是给到测试用板的）；对于待测试输入类接口，使测试用板上电后输出有效信号（这个信号是给到待测试板卡的）。所以两板同时上电后，两板默认输出有效信号，同时两板的输入类接口进行检测。各板主控单元收集信息，当检测到接口有效时记录各检测通道状态为“暂时有效通道”，部分通道没有检测到有效信号，则记录两板间相连通的接口为“异常通道”；接着pc端测试软件下发“开始测试”指令，测试用板通过输入输出类接口（即通信类接口），向待测试接口的硬件控制板发起通信，同样采用轮询方式，收集待测试接口的硬件控制板板卡编号，用于pc端测试软件收集获取该信息，同时测试用板将“测试状态”标志为“测试进行中”；定时2s，测试用板向待测试接口的硬件控制板发送“切换输出类接口信号”指令，同时测试用板本身将输出类接口置为无效输出状态，待测试接口的硬件控制板也将输出类接口置为无效输出状态，两板再次各自收集输入类检测接口信号，若对应通道检测结果检测结果变为无效信号，且原先状态是“暂时有效通道”，则此时可将该接口通道记录为“正常通道”，若仍然还是检测到有效信号，则认为该接口通道是“异常通道”；测试用板等待1s后收集本次变动后的待测试接口的硬件控制板的相关信息，测试用板整合两次接口检测结果信息，并将“测试状态”置为“测试已完成”，pc端测试软件收集到该信息，解析测试用板反馈的信息并对比“控制设定”中的相关信息，将检测结果显示出来。
35.综上所述，本发明技术方案将测试用板的子母板拆分设计，子板上只有主控单元核心器件，母板上各类接口电路可任意组合或者迭代，实现了迭代成本低，开发周期短，使得测试系统更加灵活，检测覆盖面更多；简化了系统设计与pc端或上位机测试功能设计，测试架构简单易开发并支持配置文件加载，可任意扩展板卡编号、接口类型和数量，并且操作简便，只需要管理3条指令，分别是“开始测试”、“结束测试”和状态轮询指令；测试用板与待测试板卡之间的检测步骤简单，耗时短且能一次性批量检测完所有待测试接口，测试用例可任意组合与复用，测试逻辑开发周期短，测试效率高，待测接口有效和无效信号的反复测试使检测更全面；整个系统组成简单，各组件交互以接口类型划分，遵循统一原则，协议传输内容也极简，系统稳定性极高。
36.以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种用于工业系统外设接口检测的测试用板，其特征在于，所述测试用板包括母板和子板，所述子板与母板信号连接，用于接收并处理来自所述母板的信号，判断待测试板卡接口是否正常，和/或用于模拟输入信号并传输至所述母板；所述母板上设有接口模块，通过接口模块与待测试板卡接口信号连接，用于将所述输入信号传输至待测试板卡以检测待测试板卡的输入类接口，和/或用于将来自待测试板卡的信号传输至所述子板以检测待测试板卡的输出类接口或通信接口。2.根据权利要求1所述的测试用板，其特征在于，所述接口模块包括待测试板卡上所有接口类型。3.根据权利要求1所述的测试用板，其特征在于，所述子板包括用于处理信号的fpga，所述子板四周设有用于与所述母板信号连接的子母板连接器，所述子母板连接器与所述fpga的各bank io管脚相连。4.根据权利要求3所述的测试用板，其特征在于，所述接口模块包括至少一个通信接口，所述母板上的通信接口与待测试板卡上的通信接口相同，以实现点对点通信硬件链路连通。5.根据权利要求4所述的测试用板，其特征在于，当检测待测试板卡上的多路相同通信接口时，各路通信接口可复用接口逻辑用例向所述母板传输同类信号；当检测待测试板卡上的多路不相同通信接口时，各路通信接口可基于调用测试逻辑用例基础上向所述母板传输同类型信号。6.根据权利要求4所述的测试用板，其特征在于，所述接口模块还包括测试用板输入类接口或测试用板输出类接口，所述测试用板输入类接口，用于接收待测试板卡的输出类接口传输的信号，并将信号转换成所述fpga可识别信号，经所述子母板连接器传输至所述fpga；所述测试用板输出类接口，用于将所述输入信号传输至待测试板卡的输入类接口。7.根据权利要求1-6中任一所述的测试用板，其特征在于，所述母板将所述输入信号传输至待测试板卡后，再经通信接口接收来自待测试板卡的与所述输入信号对应的检测结果信息，并将所述检测结果信息传输至所述子板进行处理。8.一种用于工业系统外设接口的检测系统，其特征在于，包括，如权利要求1-7中任一所述的测试用板，用于检测待测试板卡的接口；工业系统电源，用于为所述测试用板和待测试板卡供电；可视化控制模块，与所述测试用板电性连接，通过串口转usb线缆连接，用于向所述测试用板下发测试的控制指令，轮询所述测试用板的检测结果返回信息并显示检测结果。9.根据权利要求8所述的检测系统，其特征在于，所述可视化控制模块包括：配置单元，用于配置待测试板卡的编号、接口类型或数量；控制设定单元，用于设定待测试板卡的编号、接口类型或数量，向所述测试用板下发开始测试指令，轮询所述测试用板的检测结果返回信息，当测试完成后向所述测试用板下发结束测试指令；分析显示单元，用于根据所述返回信息显示测试状态和测试结果，再将测试状态反馈至控制设定单元。
10.根据权利要求9所述的检测系统，其特征在于，所述分析显示单元，用于根据所述返回信息显示测试状态和测试结果，具体为：根据所述返回信息中的待测试板卡的编号信息，判断与控制设定单元中设定的待测试板卡的编号是否一致，若不一致则报错；若一致则继续接收所述返回信息，当待测试板卡接口的类型和数量均测试通过，则显示测试结果为测试通过，当有部分接口测试未通过，则显示未通过的接口、测试通过的接口总数量并显示测试结果为测试未通过。11.根据权利要求8-10中任一所述的检测系统，其特征在于，所述测试用板上设有串口，通过串口转usb线缆与所述可视化控制模块电性连接。12.一种用于工业系统外设接口的检测方法，其特征在于，所述方法基于如权利要求8-11中任一所述的系统进行的，包括以下步骤：可视化控制模块控制测试用板和待测试板卡的输出类接口输出有效信号，随后下发开始测试指令，控制测试用板向待测试板卡发起通信；测试用板轮询待测试板卡的编号和检测信息，返回信息至可视化控制模块，可视化控制模块对检测到有效信号的接口通道记录为暂时有效通道；可视化控制模块控制测试用板和待测试板卡的输出类接口输出无效信号，对所述暂时有效通道的检测到无效信号则判断该暂时有效通道为正常通道。

技术总结
本发明涉及板卡接口检测技术领域，具体公开了一种用于工业系统外设接口检测的测试用板、检测系统及方法，所述测试用板包括母板和子板，所述子板用于接收并处理来自所述母板的信号，判断待测试板卡接口是否正常，和/或用于模拟输入信号并传输至所述母板；所述母板用于将所述输入信号传输至待测试板卡以检测待测试板卡的输入类接口，和/或用于将来自待测试板卡的信号传输至所述子板以检测待测试板卡的输出类接口或通信接口。该方案将测试用板的子板与集成各种接口的母板匹配以适配各类接口检测，可以通过不同的母板与同一子板配合使用，更快更全面的实现工业系统类各外设接口的检测。检测。检测。


技术研发人员：张婉 周龙杰 马柱贺 陈胜选
受保护的技术使用者：合肥安迅精密技术有限公司
技术研发日：2023.09.13
技术公布日：2023/10/20