江蘇自動(dòng)化研究所 孫日明 李 臣 彭益智

引言

綜合控制設(shè)備是某武器系統(tǒng)的指揮控制設(shè)備，作為近年來(lái)服役的核心控制設(shè)備，綜合控制設(shè)備采用了串口、PCI總線通信方式，擔(dān)負(fù)著信息處理、火炮控制，數(shù)據(jù)記錄，以及目標(biāo)探測(cè)信息顯示等功能。設(shè)備復(fù)雜的功能和繁瑣的通信協(xié)議為故障排查帶來(lái)了一定困難。對(duì)于某些復(fù)雜故障，采用萬(wàn)用表、示波器等工具幾乎無(wú)法檢測(cè)。設(shè)備雖然具有一定自測(cè)試功能，但測(cè)試功能不完整，故障定性、定位不準(zhǔn)確。

為了滿足綜合控制設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)維修保障的需求，提高維修保障效率，本文設(shè)計(jì)了基于一體化計(jì)算機(jī)的便攜式檢測(cè)設(shè)備[1]，對(duì)通信接口和內(nèi)部模塊進(jìn)行檢測(cè)，可定位設(shè)備故障到現(xiàn)場(chǎng)可更換單元。

1 測(cè)試需求分析

圖1 綜合控制設(shè)備原理

如圖1所示，綜合控制設(shè)備基于PCI總線形式掛載了計(jì)算機(jī)主板、綜合顯示模塊及串口擴(kuò)展模塊。計(jì)算機(jī)主板為PCI總線主設(shè)備，運(yùn)行程序安裝于掛載的電子盤(pán)，通過(guò)USB接口外聯(lián)了鍵盤(pán)和跟蹤球，用于命令輸入和設(shè)備操控。綜合顯示模塊接收來(lái)自探測(cè)設(shè)備的視頻信號(hào)和主板的顯示信號(hào),處理后的顯示信號(hào)輸出至顯示器。串口擴(kuò)展模塊通過(guò)串口與外圍探測(cè)設(shè)備和武器系統(tǒng)通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)周?chē)綔y(cè)信息的感知和武器系統(tǒng)的控制。電源模塊輸出穩(wěn)定的+3.3V、+5V和+12V直流電源，為各模塊供電。

基于綜合控制設(shè)備的模塊組成和功能，便攜式檢測(cè)設(shè)備的功能及設(shè)計(jì)要求如下：

a)可在線監(jiān)聽(tīng)綜合控制設(shè)備與探測(cè)設(shè)備和武器系統(tǒng)的通信內(nèi)容，按照通信協(xié)議進(jìn)行解析，輔助判斷故障設(shè)備（綜合控制設(shè)備、探測(cè)設(shè)備或武器系統(tǒng)）；

b)可對(duì)綜合控制設(shè)備內(nèi)部模塊/插件進(jìn)行功能檢測(cè)，定位故障至模塊級(jí)（現(xiàn)場(chǎng)可更換單元）；

c)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，減少殼體、夾具、測(cè)試線纜等不必要部件，滿足便攜式使用要求。

2 方案設(shè)計(jì)

2.1 通信監(jiān)聽(tīng)

通信監(jiān)聽(tīng)方案如圖2所示，在綜合控制設(shè)備與探測(cè)設(shè)備或武器系統(tǒng)線纜間接入一小段測(cè)試線纜，從二者串口發(fā)送端連線至便攜式檢測(cè)設(shè)備兩個(gè)串口的接收端。綜合控制設(shè)備與探測(cè)設(shè)備或武器系統(tǒng)正常通信的同時(shí)，也會(huì)把數(shù)據(jù)發(fā)往檢測(cè)設(shè)備[2]。檢測(cè)設(shè)備把數(shù)據(jù)保存至設(shè)備文件，并根據(jù)通信協(xié)議解析相關(guān)數(shù)據(jù)，把解析內(nèi)容以文字的形式顯示出來(lái)。檢測(cè)人員可查閱通訊流程、通訊數(shù)據(jù)及相關(guān)解析內(nèi)容，判斷設(shè)備（綜合控制設(shè)備、探測(cè)設(shè)備或武器系統(tǒng)）是否故障。

圖2 在線監(jiān)聽(tīng)線纜連接圖

2.2 模塊/插件檢測(cè)

通過(guò)通信監(jiān)聽(tīng)，可判斷故障設(shè)備，若為綜合控制設(shè)備故障，可再按照模塊/插件的檢測(cè)方法，定位故障到具體某一模塊，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)可更換單元的故障檢測(cè)。具體的檢測(cè)方法如圖3所示。

圖3 模塊檢測(cè)線纜連接圖

把綜合控制設(shè)備上的電子盤(pán)換為專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的測(cè)試電子盤(pán)，運(yùn)行測(cè)試程序，配合檢測(cè)設(shè)備提供的測(cè)試資源，共同完成綜合控制設(shè)備內(nèi)部模塊/插件的功能檢測(cè)。

2.2.1 操控模塊檢測(cè)

針對(duì)鍵盤(pán)和跟蹤球等操控模塊，僅采用測(cè)試程序即可實(shí)現(xiàn)功能檢測(cè)。例如，鍵盤(pán)測(cè)試程序設(shè)計(jì)為一文本輸入框，敲擊鍵盤(pán)輸入字符，可判斷按鍵功能。跟蹤球測(cè)試程序可顯示按鍵的狀態(tài)和光標(biāo)的實(shí)時(shí)坐標(biāo)，滾動(dòng)跟蹤球并按下按鍵可判斷跟蹤球功能。

2.2.2 插件檢測(cè)

插件檢測(cè)主要是針對(duì)綜合顯示模塊和串口擴(kuò)展模塊。在測(cè)試設(shè)備內(nèi)加入視頻信號(hào)源模塊和串口通訊模塊，具體檢測(cè)方法為：

a)綜合顯示模塊檢測(cè)：采用電視信號(hào)線連接視頻信號(hào)源和綜合控制設(shè)備的電視輸入接口。綜合顯示模塊測(cè)試程序設(shè)計(jì)為包含兩路電視的顯示畫(huà)面，檢測(cè)時(shí)，可調(diào)整顯示設(shè)置，觀察電視畫(huà)面的質(zhì)量，判斷綜合顯示模塊功能；

b)串口擴(kuò)展模塊檢測(cè)：采用串口通信線連接串口擴(kuò)展模塊和綜合控制設(shè)備的串口。測(cè)試程序設(shè)計(jì)為一串口通信程序，檢測(cè)設(shè)備與綜合控制設(shè)備互相發(fā)送數(shù)據(jù)，判斷串口功能。

2.2.3 電源模塊檢測(cè)

電源模塊不能采用測(cè)試程序檢測(cè)，專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了電源檢測(cè)模塊，原理如圖4所示。

電源檢測(cè)模塊采用串口通信線連接至便攜式計(jì)算機(jī)。輸入的220V交流電源一路接至數(shù)據(jù)采集板，另一路接至電源模塊交流輸入端，為二者供電。電源模塊輸出的直流電源一路接至功率電阻，模擬帶負(fù)載運(yùn)行。另一路接至數(shù)據(jù)采集板的AD采樣端。數(shù)據(jù)采集板收到測(cè)量命令后采集電源電壓并反饋便攜式計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)軟件判斷電源模塊功能。

圖4 電源檢測(cè)模塊原理

3 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

3.1 計(jì)算機(jī)硬件平臺(tái)

綜合考慮功能需求和設(shè)備性能，最終選擇了泛華測(cè)控的PXI-9106和PXI-3051組成的一體化計(jì)算機(jī)作為計(jì)算運(yùn)行平臺(tái)，該平臺(tái)采用6槽棧式結(jié)構(gòu)便攜式PXI機(jī)箱，集成了液晶顯示器、鍵盤(pán)、觸摸屏、觸控板等，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固緊湊，重量輕，滿足便攜使用要求。

串口通訊模塊選用了凌華的PCI-3544，輸出4路可配置串口，用于通訊監(jiān)聽(tīng)和串口擴(kuò)展模塊檢測(cè)。視頻信號(hào)源模塊為自研模塊，可輸出視頻信號(hào)，用于綜合顯示模塊和顯示器檢測(cè)。便攜式檢測(cè)設(shè)備最終的硬件組成如表1所示。

表1 便攜式檢測(cè)設(shè)備組成

3.2 電源檢測(cè)模塊

根據(jù)設(shè)備功耗情況(如表2所示)，電源檢測(cè)模塊選用了四川永星的RX24系列功率電阻。該系列電阻體積小，安裝在電源檢測(cè)模塊的金屬內(nèi)壁上，利用設(shè)備殼體散熱，短時(shí)間內(nèi)可滿足散熱要求。

表2 功率電阻選型

數(shù)據(jù)采集板采用了意法半導(dǎo)體公司32位STM32F103微控制器[3]，最多可采集16個(gè)通道數(shù)據(jù)，測(cè)量電壓范圍為0-3.3V。為了擴(kuò)展測(cè)量范圍，數(shù)據(jù)采集板上采用了精密電阻分壓的方式。

3.3 軟件功能

通信監(jiān)聽(tīng)軟件如圖5a所示，用于在線監(jiān)聽(tīng)綜合控制設(shè)備與探測(cè)設(shè)備或武器系統(tǒng)的通信內(nèi)容。點(diǎn)擊“開(kāi)始錄取”按鈕，系統(tǒng)開(kāi)始錄取、解析和顯示通信內(nèi)容[4-5]。點(diǎn)擊“停止”按鈕，將保存錄取數(shù)據(jù)并終止數(shù)據(jù)錄取。點(diǎn)擊“查看”按鈕可查看已保存的通信記錄。電源模塊檢測(cè)軟件如圖5b所示，點(diǎn)擊“開(kāi)始測(cè)試”按鈕，系統(tǒng)將發(fā)送測(cè)試命令至電源檢測(cè)模塊，接收到測(cè)量數(shù)值后經(jīng)軟件判斷是否正常，通過(guò)界面顯示出來(lái)。電子盤(pán)測(cè)試程序如圖5c所示，系統(tǒng)啟動(dòng)后，程序會(huì)自動(dòng)掃描并顯示模塊狀態(tài)（未加載、已加載、未發(fā)現(xiàn)設(shè)備），點(diǎn)擊已加載模塊會(huì)彈出相應(yīng)測(cè)試程序，可配合進(jìn)行插件/模塊功能檢測(cè)。

圖5 軟件界面

4 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了一種綜合控制設(shè)備的便攜式檢測(cè)設(shè)備設(shè)計(jì)方法，重點(diǎn)介紹了設(shè)計(jì)原理、硬件組成和軟件設(shè)計(jì)。該設(shè)備為現(xiàn)場(chǎng)維修人員提供了一種有力的故障檢測(cè)手段，可檢測(cè)和定位故障到現(xiàn)場(chǎng)可更換單元。設(shè)備盡量采用了被測(cè)設(shè)備自身的線纜和測(cè)試資源，精簡(jiǎn)了設(shè)備結(jié)構(gòu)。

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