張振山,李培富,李 挺

(裝甲兵工程學院 兵器工程系，北京 100072)

裝甲車輛自動裝彈機是一個復雜的機電一體化系統(tǒng)，在部隊使用中故障率較高[1]。目前的故障檢測設備結構復雜、體積龐大，智能化程度不高。因此，故障檢測的效率在很大程度上依賴于維修檢測人員的技術水平，存在檢測時間長、故障定位錯誤率高的問題，影響了裝甲車輛的作戰(zhàn)性能，長期以來一直是困擾部隊使用的難題。本文介紹了一種使用方便、結構簡單，能夠進行智能診斷的裝彈機故障檢測系統(tǒng)。

1 工作原理

檢測系統(tǒng)由上位機和下位機兩部分組成，如圖1所示。下位機包括信號采集模塊、數(shù)據(jù)通信、電源管理模塊、單片機和報警指示組成。

該系統(tǒng)采用高集成度的AT89C52單片機，內部集成了豐富的功能模塊資源。對裝彈機進行故障檢測時，下位機檢測設備數(shù)據(jù)采集接口插入裝彈機數(shù)據(jù)接口，當觸發(fā)信號來到，系統(tǒng)開始數(shù)據(jù)采集，16路模擬量信號經A/D轉換器MAX197轉換為數(shù)字量，存入單片機內部存儲器中。64路開關量信號經光耦隔離后輸入采集系統(tǒng)，根據(jù)上位機終端指令，下位機終端通過PCI接口與上位機進行數(shù)據(jù)傳輸，上位機讀取存儲器中采集的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)終端自檢和自動裝彈機故障的檢測。一次自動裝彈機工作周期后，單片機啟動中斷，關閉A/D轉換器和電源電路，系統(tǒng)進入省電待機模式，系統(tǒng)完成了一次故障檢測數(shù)據(jù)的采集。采集的數(shù)據(jù)進行特征提取，進行故障的推理，最后實現(xiàn)故障的定位。采用這種方式可以讓不同裝甲車輛共享一套計算機檢測終端，成本低，通用性高，也便于進行維護和備件管理，打印和報表等[2]。

自動裝彈機智能故障檢測系統(tǒng)是集信號采集、工況分析、狀態(tài)顯示以及故障診斷為一體的多任務信息處理系統(tǒng)。

2 硬件設計

硬件電路設計主要模擬自動裝填系統(tǒng)各部件外部開關控制信號的動作，采集電路檢測節(jié)點的數(shù)據(jù)，并負責將采集的數(shù)據(jù)傳輸給上位計算機[3]，實現(xiàn)控制計算機和硬件電路的通信。

2.1 電源電路

開關量輸入模塊所需電壓為24 V，單片機及大多數(shù)芯片工作電壓為+12 V，模擬信號采集模塊核心芯片MAX197的工作電壓為+5 V。CAN收發(fā)器和微控制器及其外圍電路的工作電壓分別為+5 V和+3.3 V，而外部供電為車載電源的+24 V和USB電源的+5 V，因此設計了一種DC-DC電源轉換器(如圖2)，采用LM2576 LDO線性穩(wěn)壓電源芯片完成從車載提供的+24 V電壓到+5 V電壓的轉換。

Z3為防反接保護二極管，保護整個硬件電路,穩(wěn)定輸入端的電壓，防止出現(xiàn)較大的擾動，起到保護LM2576的作用；Cl1和C13分別為輸入端的低頻濾波和高頻濾波；L3使輸出電壓變得平滑。

2.2 數(shù)據(jù)輸入模塊

此系統(tǒng)采集64路開關輸入量，經16個光電耦合器TLP521-4隔離，然后輸入到8片8路同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器74LS245，8片74LS245的使能信號由譯碼器74LS138的8個位輸出引腳提供。輸入電路采集程控盒、旋轉傳感器、裝彈操縱臺、提升機電磁鐵、拋殼機構電磁鐵、旋轉輸彈機電磁鐵的電平信號，經光耦隔離變換后，經并行數(shù)據(jù)總線傳輸至主機電路。輸入電路的設計圖如圖3所示。

2.3 CAN接口電路

本設計采用分立器件設計CAN總線通信模塊電路，選用Phillips公司的SJA1000 CAN總線控制芯片，以SJA1000構建CAN通信模塊具有方便、簡單、可靠性較強和系統(tǒng)成本低廉的優(yōu)點。經過簡單總線連接的SJA1000可完成CAN總線的物理和數(shù)據(jù)鏈路層的所有功能，電路圖如圖4所示。

2.4 抗干擾設計

裝甲車輛自動裝彈機工作環(huán)境較為惡劣，既有外部其他設備的電磁干擾，又有內部如發(fā)動機、繼電器等工作時產生的干擾。故障檢測系統(tǒng)需要與裝彈機電氣部件連接通信，而如果讓數(shù)據(jù)采集模塊直接與裝彈機信號相連，會產生許多意想不到的問題，比如引起電源的波動，產生干擾的信號等。通常解決此類問題的有效辦法就是使用光耦進行電氣隔離。本設計中選用了TLP521-4高速光耦，能夠同時進行4路信號轉換，性能穩(wěn)定。在處理器復位端設計了看門狗芯片電路，確保系統(tǒng)在受到強烈的干擾的情況下可以正常復位。另外，采用了軟件陷阱技術，用引導指令強行將捕獲到的亂飛程序引向復位入口地址。當程序計數(shù)器失控，造成程序飛出而進入非程序區(qū)時，在非程序區(qū)設置攔截措施，使程序進入陷阱，然后強迫程序進入初始狀態(tài)。

實際PCB板印制時，系統(tǒng)中的模擬地和數(shù)字地在共地時采用了磁珠進行連接，與直接用導線連接兩個地相比,采用磁珠可以有效抑制數(shù)字電路的開關噪聲對模擬信號的影響[4]。

3 軟件開發(fā)

本系統(tǒng)軟件包括上位機軟件和下位機軟件。上位機軟件基于VB開發(fā)，操作系統(tǒng)采用WinXP。下位機軟件為嵌入式系統(tǒng)控制軟件，采用C語言開發(fā)，通過KeilC51開發(fā)環(huán)境進行。

上位機軟件軟件完成系統(tǒng)自檢和自動裝彈機故障檢測，主要包括輸彈機、提升機、推彈機和控制盒的故障檢測以及檢測信息錄入、報表生成等模塊[5]。

下位機軟件包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)傳輸、抗干擾等模塊的程序設計。上位機軟件與下位機軟件信息交互采用CAN2.0B和RS232通信協(xié)議，波特率為1 Mbps，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，2位標識碼，無奇偶校驗。上位機發(fā)起通信，下位機根據(jù)控制指令進行上傳數(shù)據(jù)和清理存儲等操作。

4 測試與分析

以自動裝彈機程序控制盒故障檢測為例對系統(tǒng)工作情況進行說明。程控盒檢測主要用于對裝彈機控制時序的檢測，被檢測量包括繼電器開關、行程開關、晶體二極管及邏輯電路。它可以進行檢測部件電氣開關的通斷設置。在進行故障測試時，上位機軟件發(fā)起CAN命令字，存儲器中數(shù)據(jù)通過CAN bus傳輸至上位機，此時上位機完成對檢測數(shù)據(jù)的讀取。在測試結果區(qū)內顯示當前故障狀態(tài)、故障部位和測試結果等信息。使用VB編寫的系統(tǒng)界面如圖5所示。進行功能測試時，測試結果區(qū)內顯示自動裝彈測試正常、半自動裝彈測試正常、靜態(tài)測試正常等信息，為正常狀態(tài)。

5 結束語

本文主要針對目前自動裝彈機故障檢測問題，基于輕便智能化的需求，設計了一種智能故障檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)了對自動裝彈機主要電氣部件的綜合測試。經過多次驗證表明：所設計的檢測系統(tǒng)不僅能快速采集裝彈機控制信號，進行裝彈機功能檢測，而且能夠確定裝彈機故障部位，實現(xiàn)了智能診斷，滿足了檢測需求。

參考文獻(References)

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