一种基于FPGA开发板设计的仓储机器人电路老化测试系统

摘要

本实用新型公开了一种基于FPGA开发板设计的仓储机器人电路老化测试系统，包括有上位机监控系统、以及通过线缆相连接的老化电路测试器,还包括与老化电路测试器相适配的快速插接器，老化电路测试器包括有仪器外壳、以及安装在其背面上的盖板，在仪器外壳内分别安装有FPGA开发板、串口传输模块、电流测量电路模块、电压测量电路模块，其分别与FPGA开发板相连接，电流测量电路模块和电压测量电路模块分别与设置于仪器外壳上的待测插口相连接，其用于连接快速插接器。本实用新型老化电路测试器采用技术比较成熟FPGA开发板为设计，对于关键的电流测量电路模块、电压测量电路模块进行优化设计，以此来解决测试电路的反应灵敏程度、高精度的参数。

说明书

技术领域

本实用新型涉及集成电路测试的技术领域，是一种基于FPGA开发板设计的仓储机器人电路老化测试系统。

背景技术

随着近几年网购方式的兴起，目前各大快递公司大都采用自主研发或者使用其他智能仓储系统来分拣快递。在智能仓储系统中，依靠数量巨多仓储机器人来运行，仓储机器人使用一段时间后需要对其电路系统进行检测，进行修复和更新。

电路老化试验按照国家军用标准微电子器件试验方法和程序文件GJB548B-2005中方法1015.1的规定：在筛选老化试验时用最大额定工作条件或在最大额定工作条件之上对微电路施加应力，或施加能以相等的或更高的灵敏度揭示出随时间和应力变化的失效模式的等效筛选条件。因此综合上述规定要求，我们可以总结老化试验具体需要的环境条件如下：（1）元器件老化所需的电环境条件，通过提供老化电路实现；（2）上位机进行实时监控并记录数据。

我发明人通过对现有专利技术进行检索，检索发现：现有技术一提供了一种用于产品老化及可靠性试验的电源供电系统（公告号为CN110007118A），该系统包括上位机监控系统、供电电压输出电路、供电功率检测电路、故障保护电路和MCU控制电路，上位机监控系统用于显示被测仪表的故障，并用于设置被测仪表的测试参数；供电电压输出电路为被测仪表提供供电电源，供电功率检测电路用于检测被测仪表的供电功率，MCU控制电路检测到被测仪表发生故障时，通过故障保护电路断开供电电压输出电路。现有技术二提供了一种集成电路高温老化测试装置（公告号为CN211905591U），该装置包括上位机、监控模块、电源管理模块、通用模块和专用模块，其中，所述上位机与监控模块连接，用于与监控模块通信；所述监控模块分别与上位机、电源管理模块连接，用于根据上位机命令执行相应的操作，并监控待测试芯片的IO信号；所述电源管理模块分别与监控模块、通用模块连接，用于通用模块的供电；所述通用模块分别与电源管理模块、专用模块连接，用于配置待测试芯片的通用电路；所述专用模块与通用模块连接，用于配置待测试芯片的必要外围电路。

上述两种技术方案分别提供了不同电路老化测试的设计方案，但对于测试电路的反应灵敏程度、高精度的参数以及适用环境存在一定的局限性，尤其是对于仓储机器人特定场景需求也有一定弊端，这就需要对具体的电压测试电路和电流测试电路进行优化设计，使其满足要求。

2016年，陈文际发表的“基于FPGA的集成电路老化测试系统设计”论文中，针对微电子集成电路的可靠性电性能试验，本文提出一种基于FPGA实现用于集成电路老化测试实验的设计解决方案。通过对集成电路可靠性保障实验流程的不断实践，总结老化及测试项目存在的问题与不足，针对这些问题，结合目前实验所用的设备，进行需求分析，提出将测试老化设备集成化的解决方案。利用FPGA优秀的实时控制能力和数据采集能力，以ALTERA公司生产的FPGA芯片cyclone系列4代EP4CE6F22C8N为基础，设计完成集成了老化和测试功能的实验板，以验证了解决方案的可行性。电源性能老化及可靠性试验。

2013年07期《电子世界》中公开了“基于FPGA的集成电路测试系统设计”的文章，该文章用FPGA进行了一个芯片功能测试系统，并对其功能进行了验证，实验结果表明该系统测试方法简单，测试过程迅速，测试结果准确。

由此可见，上述两篇文章均公开了以FPGA设计为主进行电路老化测试的尝试，这足以证明FPGA在电路老化测试设计中存在的优越性。当然其中电压测试电路和电流测试电路的设计对于整个测试系统至关重要。

实用新型内容

本实用新型利用背景技术中以FPGA设计为主进行电路老化测试存在的优越性，针对电压测试电路和电流测试电路进行优化设计，提供了一种基于FPGA开发板设计的仓储机器人电路老化测试系统。为仓储机器人电路系统的老化测试提供一种新的技术方案，使其反应灵敏程度、高精度的参数以及适用环境更满足仓储机器人电路老化测试的要求。

为达到上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：一种基于FPGA开发板设计的仓储机器人电路老化测试系统，包括有上位机监控系统,所述上位机监控系统与老化电路测试器通过线缆相连接,除此之外还包括与所述老化电路测试器相适配的快速插接器，其用于连接待测老化电路板；所述老化电路测试器包括有仪器外壳、以及安装在其背面上的盖板，在所述仪器外壳内分别安装有FPGA开发板、串口传输模块、电流测量电路模块、电压测量电路模块，其中串口传输模块、电流测量电路模块、电压测量电路模块分别与FPGA开发板相连接，电流测量电路模块和电压测量电路模块分别与设置于仪器外壳上的待测插口相连接，所述待测插口用于连接快速插接器；所述上位机监控系统采用线缆与串口传输模块的线缆接口连接、并与FPGA开发板相连接，上位机监控系统通过FPGA开发板给电流测量电路模块和电压测量电路模块发送不同的命令，以及通过FPGA开发板接收电流测量电路模块和电压测量电路模块检测数据并进行处理和转化；所述电流测量电路模块用于采集被测电路的电流数据，并将其传输至FPGA开发板中；所述电压测量电路模块用于采集被测电路的电压数据，并将其传输至FPGA开发板；所述FPGA开发板用于将被测电路的电流数据和电压数据处理转化为相应的电流数值和电压数值，并通过串口传输模块传输给上位机监控系统，同时执行上位机监控系统发送的指令调用电流测量电路模块和电压测量电路模块进行被测电路的数据采集。

作为上述实施例的进一步，在所述仪器外壳上还分别设置有与FPGA开发板相连接的数码管显示模块、用户按键、参数设置按键、电源开关，其中电源开关用于控制FPGA开发板的启动，数码管显示模块用于显示被测电路的电流数值和电压数值，在所述仪器外壳上还分别设置有与电源开关、待测插口相对应的电源指示灯、插口指示灯。

作为上述实施例的进一步，在所述仪器外壳的相对两侧壁上分别设置于散热格栅，其用于老化电路测试器工作状态下产生热量的扩散。

作为上述实施例的进一步，在所述老化电路测试器的顶壁外侧上安装有提手，其便于老化电路测试器的提携及移动。

作为上述实施例的进一步，所述FPGA开发板包括有数码管显示模块、用户按键、参数设置按键、电源开关、电源指示灯、插口指示灯、外置电源插口、JTAG接口、PMOD接口、拨动开关相连接的FPGA芯片及外围电路，其中串口传输模块的线缆接口、外置电源插口、JTAG接口、PMOD接口、拨动开关设置在其盖板上，所述拨动开关用于控制老化电路测试器电源的通断，所述JTAG接口用于编程数据的下载，所述串口传输模块、电流测量电路模块、电压测量电路模块分别与FPGA芯片相连接，所述FPGA芯片用于将被测电路的电流数据和电压数据处理转化为相应的电流数值和电压数值，以及执行上位机监控系统发送的指令。

作为上述实施例的进一步，在所述FPGA开发板上还设置有与所述FPGA芯片相连接的时钟模块，所述时钟模块为MHz有源晶振，其用于给FPGA芯片提供时钟输入并驱动FPGA芯片内的用户逻辑电路，从而保证所有模块在共用一个时钟时，避免出现不可预测的延时。

作为上述实施例的进一步，在所述FPGA开发板上还设置有与所述FPGA芯片相连接的时钟模块，所述时钟模块为50MHz有源晶振，其用于给FPGA芯片提供时钟输入并驱动FPGA芯片内的用户逻辑电路，从而保证所有模块在共用一个时钟时，避免出现不可预测的延时。

作为上述实施例的进一步，所述串口传输模块为RS-422通讯模块，所述RS-422通讯模块使用串口通信芯片PL2303，其中PL2303的RXD和TXD端连接FPGA芯片上、以及其DM和DP端与线缆接口相连接。

作为上述实施例的进一步，所述快速插接器包括有盒座、其相对两侧壁上分别设置有拿手槽，在所述盒座上固定有接线盒，在所述接线盒内设置有两个第一金属导电片，每个所述第一金属导电片通过两个绝缘块固定在接线盒内，并通过接触导线与插接连线电连接，所述插接连线固定在接线盒上，其用于连接待测插口，在所述接线盒的顶部和底部上对应两个所述第一金属导电片开设有滑槽，且在每个滑槽内滑动设置接线拨动杆，在所述盒座内固定连接有两个滑轨，在两个所述滑轨上共同滑动设置有卡座，在所述卡座的底部上对应两个所述滑轨固定有滑槽块，其顶部上垂直固定有拨动板，在所述拨动板上固定有限位块，在所述盒座与卡座之间安装有复位弹簧。

作为上述实施例的进一步，所述接线拨动杆包括有金属杆、以及在其上下两端分别设置有绝缘帽和接触端，在所述金属杆分别固定有上限位片、下限位片、导电柱，在所述导电柱上通过导电连接块固定有与第一金属导电片相接触的第二金属导电片。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：1.本实用新型由上位机监控系统、老化电路测试器以及相适配的快速插接器三部分组成，其中老化电路测试器采用技术比较成熟FPGA开发板为设计，对于关键的电流测量电路模块、电压测量电路模块进行优化设计，以此来解决测试电路的反应灵敏程度、高精度的参数。2.本实用新型快速插接器中盒座与卡座之间采用滑动设计以及接线拨动杆也采用滑动设计，这样使得快速插接器能够适用不同测试老换电路板的应用场景。尤其对于仓储机器人数量众多，使用频繁，对其电路元器件进行定期测试，因而保证仓储系统高效安全运行。

附图说明

图1为本实用新型实施例中系的连接示意图；

图2为本实用新型实施例中老化电路测试器与快速插接器的连接示意图；

图3为本实用新型实施例中老化电路测试器的立体示意图；

图4为本实用新型实施例中快速插接器的立体示意图；

图5为本实用新型实施例中快速插接器的结构示意图；

图6为本实用新型实施例中快速插接器的接线拨动杆的结构示意图；

图7为本实用新型实施例中系统的电路连接框图；

图8为本实用新型实施例中FPGA开发板的结构示意图；

图9为本实用新型实施例中FPGA芯片与50MHz有源晶振的电路连接图；

图10为本实用新型实施例中RS-422通讯模块的电路连接图；

图11为本实用新型实施例中电压测量电路模块的电路连接图；

图12为本实用新型实施例中电流测量电路模的电路连接图；

图13为本实用新型实施例中数码管显示模块的电路连接图；

图14为本实用新型实施例中插口指示灯的电路连接图；

图15为本实用新型实施例中存储模块的电路连接图。

具体实施方式

为了进一步阐述本实用新型的技术方案，下面通过实施例对本实用新型进行进一步说明。

如附图1至7所示，一种基于FPGA开发板设计的仓储机器人电路老化测试系统，包括有上位机监控系统1,所述上位机监控系统1与老化电路测试器2通过线缆相连接，还包括与所述老化电路测试器2相适配的快速插接器3，其用于连接待测老化电路板。

其一、老化电路测试器2包括有仪器外壳201、以及安装在其背面上的盖板202，在所述仪器外壳201的相对两侧壁上分别设置于散热格栅215，其用于老化电路测试器2工作状态下产生热量的扩散，在所述老化电路测试器2的顶壁外侧上安装有提手214，其便于老化电路测试器2的提携及移动，在所述仪器外壳201内分别安装有FPGA开发板4、串口传输模块5、电流测量电路模块6、电压测量电路模块7，其中串口传输模块5、电流测量电路模块6、电压测量电路模块7分别与FPGA开发板4相连接，电流测量电路模块6和电压测量电路模块7分别与设置于仪器外壳201上的待测插口206相连接，所述待测插口206用于连接快速插接器3；所述上位机监控系统1采用线缆与串口传输模块5的线缆接口连接、并与FPGA开发板4相连接，在所述仪器外壳201上还分别设置有与FPGA开发板4相连接的数码管显示模块209、用户按键203、参数设置按键204、电源开关205，其中电源开关205用于控制FPGA开发板4的启动，数码管显示模块209用于显示被测电路的电流数值和电压数值，在所述仪器外壳201上还分别设置有与电源开关205、待测插口206相对应的电源指示灯207、插口指示灯208。所述FPGA开发板4包括有数码管显示模块209、用户按键203、参数设置按键204、电源开关205、电源指示灯207、插口指示灯208、外置电源插口210、JTAG接口211、PMOD接口212、拨动开关213相连接的FPGA芯片401及外围电路，其中串口传输模块5的线缆接口、外置电源插口210、JTAG接口211、PMOD接口212、拨动开关213设置在其盖板202上，所述拨动开关213用于控制老化电路测试器2电源的通断，所述JTAG接口211用于编程数据的下载，所述串口传输模块5为RS-422通讯模块，所述RS-422通讯模块使用串口通信芯片PL2303，其中PL2303的RXD和TXD端连接FPGA芯片401上、以及其DM和DP端与线缆接口相连接，所述串口传输模块5、电流测量电路模块6、电压测量电路模块7分别与FPGA芯片401相连接，所述FPGA芯片401用于将被测电路的电流数据和电压数据处理转化为相应的电流数值和电压数值，以及执行上位机监控系统1发送的指令。

其二、快速插接器3包括有盒座301、其相对两侧壁上分别设置有拿手槽316，在所述盒座301上固定有接线盒309，在所述接线盒309内设置有两个第一金属导电片313，每个所述第一金属导电片313通过两个绝缘块310固定在接线盒309内，并通过接触导线312与插接连线303电连接，所述插接连线303固定在接线盒309上，其用于连接待测插口206，在所述接线盒309的顶部和底部上对应两个所述第一金属导电片313开设有滑槽314，且在每个滑槽314内滑动设置接线拨动杆315，其中所述接线拨动杆315包括有金属杆315a、以及在其上下两端分别设置有绝缘帽315c和接触端215b，在所述金属杆315a分别固定有上限位片315d、下限位片315e、导电柱315f，在所述导电柱315f上通过导电连接块315g固定有与第一金属导电片313相接触的第二金属导电片315h，在所述盒座301内固定连接有两个滑轨304，在两个所述滑轨304上共同滑动设置有卡座302，在所述卡座302的底部上对应两个所述滑轨304固定有滑槽块305，其顶部上垂直固定有拨动板306，在所述拨动板306上固定有限位块307，在所述盒座301与卡座302之间安装有复位弹簧308，复位弹簧308可以使卡座302维持靠近盒座301，依靠其弹力约束待测电路板位于盒座301与卡座302之间，并采用两个接触端215b使待测电路板与电流测量电路模块6和电压测量电路模块7接通。

进一步优化设计，在所述FPGA开发板4上还设置有与所述FPGA芯片401相连接的时钟模块402，所述时钟模块402为50MHz有源晶振，其用于给FPGA芯片401提供时钟输入并驱动FPGA芯片401内的用户逻辑电路，从而保证所有模块在共用一个时钟时，避免出现不可预测的延时。

进一步优化设计，在所述FPGA开发板4上还设置有与所述FPGA芯片401相连接的存储模块403，其用来存储检测的数据和执行代码。

如附图8至15所示，为了便于更详细了解本实施例中电路连接及其原理，我们在结合上述背景中陈文际发表的“基于FPGA的集成电路老化测试系统设计”论文中部分内容进一步解释。以此便于本领域技术人员对于本技术方案有更好地了解。

参见图9，FPGA芯片中的AD0N引脚与时钟模块402的OUT引脚相连接；参见图10，RS-422通讯模块中PL2303芯片的TXD引脚、RXD引脚分别与FPGA芯片中TX1引脚、RX1引脚相连接，而PL2303芯片的DM引脚、DP引脚与线缆接口相连接；参见图11，电压测量电路模块7包括数模转化器和两个总线收发器，将被测老化电路板模拟参数转化为数字测试数据，其中数模转化器的VA1端、VB1端与待测插口206相连接，数模转化器的转换开始位CONVST端、片选位CS端、读数据位RD端、通道A0端分别与FPGA芯片中的B15L2P引脚、B15L2N引脚、B15L12P引脚、B15L12N引脚相连接；参见图12，电流测量电路模块6包括一个基于霍尔效应的电流检测专用芯（ACS712）和一个低功耗通用运算放大器，其中运算放大器的输出端与FPGA芯片中的B34L1P引脚相连接，电流检测专用芯片的IP+端和IP-端与待测插口206相连接；参见图13，数码管显示模块209包括一个驱动芯片和显示屏，其中驱动芯片的第一至第七引脚分别与显示屏的第一至第七引脚相连接，驱动芯片的第八引脚依次通过第二十四电阻、发光二极管与显示屏的IO端相连接，显示屏的IO端连接三极管的集电极，其发射极接地，而其基极通过第二十三电阻连接FPGA芯片中的B34L9N引脚相连接，驱动芯片的CLK引脚连接第二十五电阻并与FPGA芯片中的B34L7P引脚相连接，驱动芯片的A1引脚和A2引脚共同连接第二十六电阻并与FPGA芯片中的B34L7N引脚相连接，驱动芯片的A1引脚外接第二十七电阻接5V；参见图14，两个待测插口206匹配的两个插口指示灯208，两个发光二极管D1、D2的负极接地，其正极分别连接第二十八电阻连接FPGA芯片中的B14L15P引脚、连接第二十九电阻连接FPGA芯片中的B14L15N引脚；参见图15，存储模块403包括存储芯片，其中存储芯片的SCK端、DQ0端、DQ1端分别与FPGA芯片中B15L20P引脚、B15L20N引脚、B15L19P引脚相连接。

其工作原理：

上位机监控系统1采用线缆与老化电路测试器2中串口传输模块5相连通，进行指令和采集数据的交换，其中通过FPGA开发板4给电流测量电路模块6和电压测量电路模块7发送不同的命令，并采集快速插接器3上放置的老化电路板，电流测量电路模块6和电压测量电路模块7检测数据通过FPGA开发板4接收将被测电路的电流数据和电压数据处理转化为相应的电流数值和电压数值，其中一路由数码管显示模块209显示，另一路检测数据通过串口传输模块5传输给上位机监控系统1进行进一步分析处理。

以上显示和描述了本实用新型的主要特征和优点，对于本领域技术人员而言，显然本实用新型的具体实施方式并不仅限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型的创造思想和设计思路，应当等同属于本实用新型技术方案中所公开的保护范围。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。