朱雪彤， 馬 佳， 吳云飛， 韓海生， 蘆 穎， 曹亞杰， 王 銳

(佳木斯大學a.理學院，b.信息學院，黑龍江 佳木斯154002)

0 引 言

隨著計算機、微電子等技術的發(fā)展，電路板上元器件密度愈來愈大，結構更加復雜. 這就給維修帶來很多困難.在使用過程中，由于操作不當、工作環(huán)境惡劣等因素，電路板會經(jīng)常出現(xiàn)故障. 特別是有些國外的設備，出現(xiàn)故障以后，很難維修，使得系統(tǒng)不能正常運轉，傳統(tǒng)檢測手法［1］已經(jīng)很難奏效.高精度電路板故障檢測系統(tǒng)采用紅外熱成像技術，對電路板實施非接觸式故障診斷，通過紅外熱圖像能夠觀察到電路板工作時的紅外熱輻射，電路板發(fā)生故障，能夠對電路板故障作出故障判斷.

1 系統(tǒng)檢測原理

電路在通電狀態(tài)下，每個元件都會有電流流過，由焦耳定律可知電流通過導體將產(chǎn)生熱量，電流不同，產(chǎn)生的熱量不同，則溫度不同.由于自然界所有溫度在絕對零度(-273℃)以上的物體都會發(fā)出紅外線，而紅外輻射的強弱與溫度有關. 根據(jù)斯蒂芬-玻爾茲曼定律:任何高于絕對零度的物體都有紅外輻射，輻射功率W 與其絕對溫度T 的四次方成正比，即:

式中，ε ∈(0，1)，是物體表面發(fā)射率，σ 是斯蒂芬- 玻爾茲曼常數(shù);T 是物體的絕對溫度.溫度不同，產(chǎn)生的紅外輻射也不同. 當電子元件發(fā)生故障時，有兩種情況:一是短路，短路時電流較大，元件較熱，其紅外線輻射量大，此時熱成像較正常是紅外成像變化很大;二是當元件斷路(接觸不良)時，流過元件的電流值幾乎為零，所以，元件溫度較正常工作時低，幾乎沒有紅外輻射，此時，熱成像與正常時熱成像差別較大，從而找出故障點.

2 緩存裝置組成

系統(tǒng)以數(shù)字圖像信號為核心，根據(jù)紅外熱像采集設備的時序信號，利用分離時序邏輯［2］，對采集設備的輸出的信號進行處理，選出有效信號. 再把有效信號傳回計算機進行數(shù)字圖像重構，進行相應的處理.系統(tǒng)主要由激勵信號開關電路，定位電路，地址信號發(fā)生器，緩存裝置，中斷信號產(chǎn)生電路等部分組成. 系統(tǒng)結構框圖如圖1 所示:

圖1 系統(tǒng)的結構框圖

定位電路的設計是為節(jié)省存儲空間，只存儲有效數(shù)據(jù)，去掉同步信號.根據(jù)輸入激勵信號產(chǎn)生四個定位信號，行起信號LSTART，行止信號LEND，列起信號PSTART，列止信號PEND 來實現(xiàn)定位功能.

圖2 硬件調試流程圖

輸入信號每20ms 一幀，在設備剛接通電源或主機在響應中斷時所接收的圖像可能不是一幅完整的畫面，這就需要設計激勵信號開關電路，保證存入一幅完整圖像. 在主機接收完有效數(shù)據(jù)之后，緩存裝置立即封鎖激勵信號，等待主機重新發(fā)出指令，允許激勵信號輸入.

地址信號發(fā)生器產(chǎn)生存儲器所需地址.在接收數(shù)據(jù)時，由于只有三個激勵信號:場信號，行信號及時鐘信號，時鐘周期是70ns，所以我們采用高速器件，采用激勵時鐘信號作為地址信號發(fā)生器的是時鐘信號產(chǎn)生存入數(shù)據(jù)所需地址;讀數(shù)據(jù)地址由主機給出.

由于檢測時采用并行接口進行傳輸，所以采用EPP 模式［3］，需要進行信息交換，設計握手電路來完成此項功能.

3 硬件調試

通過計算機并口調試電路板，測試電路各部分功能是否正確，包括并口應有的讀寫過程和用并口仿真設備輸出信號兩部分.由于并口輸出的信號之間存在干擾，通過接濾波電容來濾除干擾. 對并口進行操作時，首先要對它初始化，對控制端口37A寫入控制字，使端口按要求處于讀或寫狀態(tài)，然后再進行相應的操作.由于采用EPP 模式，這里使用37B 地址端口和37C 數(shù)據(jù)端口進行傳輸操作.首先給地址計數(shù)器預置初值，主機先發(fā)出一個寫地址指令，寫00H 到37B 端口，選擇計數(shù)器1、2，然后發(fā)出寫數(shù)據(jù)指令，寫55H 到37C 端口，對計數(shù)器1、2 置數(shù);再發(fā)出寫地址信號，寫01H 到37B 端口，選擇計數(shù)器3、4，然后發(fā)出寫數(shù)據(jù)指令，寫AAH 到37C端口，對計數(shù)器3、4 進行置數(shù);同樣再發(fā)出寫地址信號，寫02H 到37B 端口，選擇計數(shù)器5，然后發(fā)出寫數(shù)據(jù)指令，寫66H 到37C 端口，對計數(shù)器5 進行置數(shù).在所有計數(shù)器置完初值后，不斷讀入數(shù)據(jù).初始狀態(tài)，LSTART 信號為0，PSTSRT，PEND，PCLK信號任意.具體的程序流程圖如圖2 所示.

圖3 接收數(shù)據(jù)流程圖

圖4 接收的圖像

4 接收數(shù)據(jù)恢復圖像

每個像素都具有兩個屬性:位置和灰度.位置(或稱地址)由采樣點的兩個坐標即行和列決定.灰度表示該像素位置上亮暗程度的整數(shù).在這里我們每次接收8 位數(shù)據(jù)，產(chǎn)生256 種灰度級. 所接收的數(shù)據(jù)為溫度，溫度越高數(shù)值越大，溫度越低數(shù)值越小.由灰度的線性特性［4］，根據(jù)所接收數(shù)據(jù)的不同，得到相應的灰度圖.首先初始化，使端口處于讀狀態(tài).CPU 可以不必經(jīng)常查詢外圍接口，空出時間去處理其他事，直到接口提出需要服務的中斷請求為止.當外設已準備好，需要和CPU 交換數(shù)據(jù)時，它就通過I/O 接口給CPU 一個中斷請求信號.CPU 響應接口的中斷請求，暫停正在執(zhí)行的程序，開始處理中斷信號，主機讀入75k 數(shù)據(jù)并存成文件形式.主機在讀取文件，根據(jù)所讀取得數(shù)據(jù)畫成灰度圖，工作人員可以根據(jù)灰度圖找出故障點，進行故障處理.該程序的流程圖如圖3 所示:

由該程序所得的灰度圖如圖4 所示，其中，黑色表示溫度低，白色表示溫度高. 圖中亮度最高的部分為發(fā)生故障的部分，其紅外線輻射量大.

5 結 論

從接收的圖像中看出電路板中發(fā)生故障的原件位置，進而能夠快速準確地找出故障點，說明所設計電路能夠完成數(shù)據(jù)緩存及傳輸功能.檢測完成后，還要將與計算機的接口改成USB 接口進行傳輸，后續(xù)工作還在進行.

［1］ 應芳琴.電子電路故障檢測［J］.中國現(xiàn)代教育裝備，2009.

［2］ 閻石.數(shù)字電子技術基礎［M］.北京:高等教育出版社，2006.

［3］ 何宏.微機原理與接口技術［M］. 西安:西安電子科技大學出版社，2009.

［4］ 阮秋畸.數(shù)字圖像處理學［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2007.