嵌入式仪器模块:数据记录模块和自动化测试软件
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引言
在嵌入式仪器研发中，数据记录模块和自动化测试软件是实现高精度测量与高效生产验证的关键组合。本文围绕一款具备 32 位分辨率、250 KSPS 采样率的双通道电压记录模块，以及配套的国产测试操作系统 Archon，详细阐述其技术规格、工作原理、典型应用场景以及软件使用要点，帮助读者快速上手并在实际项目中发挥其最大价值。
数据记录模块技术规格
以下列出了该模块在电压和电流两类输入下的关键参数。所有数值均取自原始技术说明，未作任何改动。
- 32 位分辨率
- 250 KSPS 采样率
- 可以同时并且连续地记录两个通道的电压输入
- 实时上传原始数据至 PC 端通道
| 项目 | 电压输入 | 电流输入 |
|---|---|---|
| 输入阻抗 | 22 kΩ | 0.2 Ω |
| 输入范围 | ± 250 mV | ± 4.5 V |
| 耦合方式 | DC | DC |
| 带宽 | 450 Hz | 385 Hz |
| ADC 分辨率 | 32 Bits | 24 Bits |
| 采样率 | 10 kSPS | 250 kSPS |
| 测量分辨率 | 1 nV | 0.3 µV |
| 测量精度（电压） | ± (0.1% of Reading + 0.006% of F.S.) | ± (0.1% of Reading + 0.006% of F.S.) |
| 测量精度（电流） | ± (0.1% of Reading + 0.002% of F.S.) |
关键参数解读
- 32 位分辨率：相较于常见的 16 位或 24 位 ADC，32 位能够提供更细的量化步长，尤其在低电平信号（如纳伏级）测量时显著提升信噪比。
- 250 KSPS 采样率：每秒 250 000 次采样保证了对快速瞬态信号的完整捕获，适用于高频切换或脉冲宽度测量。
- 双通道连续记录：两路通道可分别配置为电压或电流测量，且同步采样，便于实现 V‑I 同时监测，在功率分析、功耗评估等场景中尤为重要。
- 实时上传：模块内部通过高速 USB 或 Ethernet 接口将原始采样数据实时推送至 PC，省去后期离线读取的步骤，适配自动化测试流水线的低延迟需求。
- 输入阻抗与带宽：电压通道 22 kΩ 输入阻抗与 450 Hz 带宽匹配，可直接接入高阻抗传感器；电流通道 0.2 Ω 低阻抗设计适合直接测量大电流负载，385 Hz 带宽足以覆盖工业电源的基本频率范围。
自动化测试软件 Archon
核心功能
- 仪器管理：自动发现、配置并控制连接的测量模块与其他外设。
- 测试 IP 的开发管理：提供统一的接口库，简化自定义测试脚本的编写。
- 测试计划的开发管理：可视化拖拽式编辑测试流程，支持顺序与并行执行模式。
- 测试报告：自动生成符合 ISO/IEC 标准的测试报告，支持导出 PDF、Excel 等多种格式。
应用案例
- FCT（功能测试）：在生产线上对每个出厂模块进行功能验证，确保电压/电流参数符合设计规范。
- 芯片测试与模组测试：结合高分辨率采样，实现芯片内部电源噪声、功耗泄漏等细节的精准测量。
- 自动化生产线：通过分布式部署，支持多站点并行测试，显著提升产能。
Archon 是一款可立即执行的测试执行管理软件，用于组织、控制和执行您的自动化原型设计、验证或制造测试系统。Archon 是国产测试操作系统的核心软件。
软件界面概览
- 自动发现仪器：软件启动后自动扫描本地网络或 USB 端口，列出所有兼容的测量模块。
- 丰富的系统 API：包括连接管理 API、测试结果判定 API 等，帮助开发者快速集成自定义测试逻辑。
- 图形化拖拉拽：通过拖拽组件到工作区，构建测试流程；系统自动补全参数，降低脚本编写难度。
- CVS 与 Python 保存：测试用例以 CVS（版本控制系统）或 Python 脚本形式保存，便于团队协作与版本追踪。
部署与执行模式
- 分布式部署：可将测试节点部署在不同机器上，通过中心服务器统一调度，实现跨区域并行测试。
- 顺序执行 vs 并行执行：顺序模式适用于资源受限的单机环境；并行模式在多仪器、多工位的生产线上显著缩短测试周期。
- 数据存储与可视化：测试结果可写入关系型数据库（如 MySQL、PostgreSQL），配合内置报表工具进行趋势分析；也可通过自定义模板导出 CSV/Excel，满足离线审计需求。
实际使用指南
1. 硬件接入
- 将数据记录模块通过 USB‑3.0（推荐）或 Ethernet 连接至 PC。
- 启动 Archon 软件，界面左上角的 “仪器发现” 按钮会自动列出已连接的模块。
- 在列表中选中目标模块，点击 “配置” 按钮，可查看并修改采样率、通道增益、耦合方式等参数。
提示：若模块未被识别，请检查驱动是否已正确安装，或尝试更换 USB‑3.0 端口。
2. 创建测试计划
- 在 “测试计划” 页面点击 “新建”。
- 拖拽 “采样” 组件到工作区，设置为 双通道同步采样，采样率选择 250 kSPS。
- 添加 “数据上传” 组件，指定上传目标为本地数据库或文件系统。
- 使用 “判定” 组件设定阈值，例如电压通道的上限为 +200 mV，下限为 ‑200 mV，超出自动标记为 FAIL。
3. 运行与监控
- 点击 “执行” 按钮后，Archon 会自动触发模块开始采样，并实时将数据流展示在 “实时波形” 窗口。
- 若出现 FAIL，系统会弹出提示并记录错误日志，便于后续追溯。
4. 报告生成
- 测试结束后，进入 “报告” 页面，选择对应的测试计划，点击 “导出”。
- 支持的导出格式包括 PDF、Excel、HTML，报告中默认包含 测试概览、参数表、波形截图、判定结果 四大模块。
常见问题与排查
| 问题 | 可能原因 | 解决方案 |
|---|---|---|
| 模块不被识别 | 驱动未安装或 USB 端口供电不足 | 重新安装官方驱动；使用带外部电源的 USB‑3.0 HUB |
| 实时波形卡顿 | PC 端 CPU 负载过高或网络带宽不足 | 关闭不必要的后台进程；在局域网内部署专用千兆交换机 |
| 采样率无法达到 250 kSPS | 采样通道配置为 10 kSPS（默认） | 在仪器配置界面手动将采样率调至 250 kSPS |
| 判定阈值不生效 | 判定组件未关联对应通道 | 确认判定组件的 “输入通道” 已正确指向采样输出 |
小结
本文围绕 32 位分辨率、250 KSPS 采样率 的双通道数据记录模块以及 Archon 自动化测试软件展开，系统阐述了硬件规格、软件功能、典型应用以及实操步骤。通过合理配置硬件参数、利用 Archon 的可视化测试计划与分布式执行能力，工程师可以在 FCT、芯片/模组验证、自动化生产线 等场景中实现高精度、低延迟的测量与快速验证，从而提升产品质量与生产效率。若您对模块的进一步定制或软件二次开发有需求，Archon 提供的丰富 API 与 Python 脚本接口将为您提供强大的扩展空间。祝您在实际项目中顺利落地，收获满意的测量与测试成果。