張 雷，楊振宇，孫 驁，尹冀波

（中國電子科技集團公司第四十七研究所，沈陽110032）

1 引言

點火電路作為點火單元的重要組成部分，被廣泛應(yīng)用于航空航天、武器裝備等軍用領(lǐng)域，確保其質(zhì)量的工作也是相關(guān)科研生產(chǎn)工作的重中之重。某型號點火電路即是這樣一款產(chǎn)品。作為一款年產(chǎn)數(shù)千只的產(chǎn)品，因其數(shù)量需求大，測試工作任務(wù)較為繁重，也極其重要。原有的測試系統(tǒng)測試速度較慢，并不能很好地滿足當(dāng)前實際的測試需要,而且還存在測試覆蓋不全的問題，不能真正完全保證產(chǎn)品質(zhì)量，因而需要重新設(shè)計一款新的測試系統(tǒng)。

2 需求分析

某型號點火電路的寫入詳細規(guī)范中的電特性要求，代表了該電路在使用過程中需要確保的條件，也是證明該點火電路功能正確性的依據(jù)。根據(jù)詳細規(guī)范的要求，該點火電路需要測試功能、導(dǎo)通壓降、電源電流、輸出高電平電流、輸入漏電流、導(dǎo)通時間、關(guān)斷時間、輸出高電平電壓、輸出低電平電壓共9項參數(shù)指標(biāo)，除此之外，通過與用戶溝通，尚需在測試中增加一項模擬用戶使用條件的功能測試。設(shè)計該測試系統(tǒng)需要對這些指標(biāo)進行全覆蓋考慮，而由于在原有的測試中存在通電測試前被測電路管腳自身短路的情況，故此在設(shè)計時增加了通電前的輸出短路測試。

3 測試系統(tǒng)設(shè)計

3.1 測試方法確定

根據(jù)對詳細規(guī)范及用戶要求的分析，在所有參數(shù)中，功能測試、導(dǎo)通壓降、輸出高電平電流、導(dǎo)通時間、關(guān)斷時間、輸出高電平電壓、輸出低電平電壓這7項參數(shù)的測試條件相同，測試結(jié)果也可以一并讀出。另外幾項參數(shù)則需要單獨測量，其測試方法確定如下：

(1)輸出短路測試：分別測試每個輸出端和VCC端之間的二極管特性，如電路有損壞，則會呈現(xiàn)短路或斷路特性；

(2)功能測試、導(dǎo)通壓降、輸出高電平電流、導(dǎo)通時間、關(guān)斷時間、輸出高電平電壓、輸出低電平電壓測試：此7項參數(shù)，是將被測電路各通道依次接入電源、脈沖和負載，再由示波器測試得到波形并進行計算得出的，其測試原理圖如圖1所示（只列出第一通道，其余各通道情況類似）；

圖1 功能測試等7項參數(shù)測試原理圖

(3)電源電流測試：該測試項為空載測試項，電源VCC1接入，輸入端全部接0V，在電源讀取電源電流，其測試原理圖如圖2所示；

圖2 電源電流參數(shù)測試原理圖

(4)輸入漏電流測試：該參數(shù)測試時，電源端接入后，各輸入通道依次接入0V及電流表，再由電流表讀取輸入漏電流，其測試原理圖如圖3所示（只列出第一通道，其余各通道類似）；

圖3 輸入漏電流參數(shù)測試原理圖

(5)模擬用戶使用條件的功能測試：該參數(shù)測試時，電源端接入，各通道依次接入+2.6V信號，由單片機檢測輸出信號進行驗證。

3.2 整體設(shè)計

為了實現(xiàn)自動測試功能，本系統(tǒng)采用上下位機集成的方式：上位機控制下位機與可編程測量設(shè)備動作，讀取并處理各測試數(shù)據(jù)；下位機接收上位機下達的命令，控制繼電器陣列進行工作[1-2]。

結(jié)合需求分析，將測試系統(tǒng)分為兩部分，一部分負責(zé)測試條件相同的7項參數(shù)，另一部分進行另外3項參數(shù)的測試。由于導(dǎo)通時間和關(guān)斷時間受導(dǎo)線長度影響很大，故此部分測試板采取就近測試方式，只能進行單只電路離線測試，稱為離線測試板，而另一部分可以將測試板放入高低溫箱實現(xiàn)多只電路高低溫在線測試，稱為在線測試板。

結(jié)合詳細規(guī)范中對各種激勵信號的范圍與精度的要求，本系統(tǒng)所采用的可編程測量設(shè)備如下：

在線部分：采用中鷹銳儀ZY6974作為電路供電電源，采用固緯GPD-3303S作為高低電平控制電源，采用優(yōu)利德UT61E作為測試萬用表；

離線部分：采用中鷹銳儀ZY6974作為電路供電電源，采用安捷倫33250A作為脈沖信號發(fā)生器，采用愛德克斯IT8512作為負載，采用安捷倫DSO-5032A作為測試示波器。

根據(jù)此方案設(shè)計的兩部分測試系統(tǒng)的實物圖如圖4、圖5所示。

3.3 硬件設(shè)計

本測試系統(tǒng)使用型號為IAP15W1K29S的單片機。其中在線測試板使用兩片單片機，分別控制模塊的4選1操作與3個測試項目的測試，離線測試板使用一片單片機進行各測試項的控制；采用CH340G作為USB接口芯片與上位機通信；采用ULN2803作為繼電器的驅(qū)動芯片；采用74HC240芯片防止單片機上電復(fù)位后引起繼電器誤操作[3]。

圖4 在線測試系統(tǒng)實物圖

圖5 離線測試系統(tǒng)實物圖

在線測試板分為控制板和夾具板兩個部分。夾具板上可插拔4個模塊，可一次測試4個模塊。在高、低溫測試時，夾具板放進高、低溫箱，控制板負責(zé)電參數(shù)測試。在線測試板的功能框圖如圖6所示。

圖6 在線測試系統(tǒng)功能框圖

模擬用戶使用條件的功能測試在此測試板上進行測試，被測電路的每個輸出端均接2Ω電阻，同時并聯(lián)到一個三極管的基極上，三極管的集電極連接74HC244。給模塊某個輸入端上高電平，單片機通過讀取74HC244的輸出值來判斷模塊的輸出功能是否正確。該項測試的結(jié)構(gòu)原理圖大致如圖7所示。

離線測試板將夾具固定在測試板上，一次只能測試一只被測電路，能夠?qū)崿F(xiàn)導(dǎo)通時間和關(guān)斷時間的就近測量，盡量減小誤差。通過上位機來控制下位機，命令繼電器陣列來控制電路的接入方式，用繼電器控制電源、脈沖、負載等激勵信號的切換，實現(xiàn)被測電路輸入方式、輸出通道以及滿/空載完成測試。其測試結(jié)構(gòu)如圖8所示。

3.4 軟件設(shè)計

本系統(tǒng)軟件部分分為上位機軟件和下位機軟件。上位機軟件負責(zé)兼容控制在線、離線兩套測試系統(tǒng)的下位機及各測試設(shè)備；下位機軟件則負責(zé)分別控制兩套測試板上的繼電器陣列[4-5]。

圖7 模仿用戶功能測試結(jié)構(gòu)原理略圖

圖8 離線測試系統(tǒng)測試結(jié)構(gòu)

上位機軟件使用多線程的方法，集成了在線、離線測試系統(tǒng)的所有設(shè)備及控制方法，通過簡潔的界面選擇，能夠完成不同測試系統(tǒng)的測試工作，同時還集成了報表生成、自動檢測設(shè)備是否在計量有效期等功能。上位機軟件的界面如圖9所示。進行測試時，通過測試板選擇部分來確定在線或離線測試板，通過“設(shè)備連接”按鈕實現(xiàn)可編程設(shè)備及下位機的連接，在常溫測試前要先進行輸出短路測試，確保被測電路在通電測試前不會發(fā)生短路，之后進行帶電測試。由于高低溫測試時有一部分是移位測試，為減少測試時間，且因為常溫已經(jīng)測試過輸出短路測試，故跳過該項目，直接進行后續(xù)測試。測試完成后通過“生成Excel”按鈕自動生成測試報表[6]。

圖9 上位機界面

下位機軟件部分是實現(xiàn)接收并判斷上位機下達的指令，控制繼電器陣列做出相應(yīng)的動作。下位機軟件流程圖如圖10所示。

4 存在問題及改進措施

4.1 存在問題

本測試系統(tǒng)研制成功并投入使用后，覆蓋了某型號點火電路的全部測試項，能夠保質(zhì)保量地完成測試任務(wù)。但由于測試任務(wù)較重，在線、離線兩套系統(tǒng)基本上需要同時使用，這就需要使用雙倍的本可以復(fù)用的測試設(shè)備，占用空間大且不便移動。而且由于在線系統(tǒng)的測試時間較短，離線系統(tǒng)的測試時間相對較長，在兩個系統(tǒng)上測試時，只能將被測電路分批進行不同測試，從而導(dǎo)致在高低溫測試過程中，被測電路需要升降溫兩次。這些都大大降低了測試效率。

圖10 下位機軟件流程圖

4.2 硬件部分改進

針對兩套測試系統(tǒng)占用設(shè)備多，測試時間長，被測電路需要升降溫兩次的問題，在改進時將在線、離線兩部分測試板合成為一塊新的測試板，減少了元器件的使用數(shù)量，縮小了測試板尺寸。改進后硬件原理基本不變，可以完成一只被測電路的全覆蓋測試。改進后的測試板如圖11所示[7]。

圖11 改進后的某點火電路測試板

4.3 軟件部分改進

考慮到原有的在線、離線測試系統(tǒng)可能還會再次使用，因此軟件部分保留了原來的所有功能及界面選擇操作，同時又兼容了改進的測試板控制方案。通過增加的“一體化”測試選項進行新系統(tǒng)的控制，增加了一臺合并后不能復(fù)用的萬用表，并且根據(jù)在測試過程中曾出現(xiàn)過的隱患問題，增加了內(nèi)部測試項100℃測試以及超限停止等功能，可以選擇是否啟用這些功能。改進后的軟件界面如圖12所示[8]。

圖12 改進后的上位機軟件界面

4.4 占用空間部分改進

針對原來設(shè)備多、占用空間大、不便移動的問題，改進時將測試板裝箱，內(nèi)部連線固化，并將測試箱與計算機及所有測試設(shè)備裝入標(biāo)準(zhǔn)機柜，既節(jié)省了空間，便于移動，又使得測試系統(tǒng)外觀整潔美觀。改進后的整體機柜圖如圖13所示[9-10]。

圖13 整體機柜圖

5 結(jié)束語

某型號點火電路測試系統(tǒng)的研制和改進，不僅覆蓋了全部測試項，能夠更好地保證質(zhì)量，而且提高了測試效率，減少人力物力的投入。但由于經(jīng)驗不足，對測試過程中可能出現(xiàn)的問題估計不夠，難免出現(xiàn)一些影響測試效率的瑕疵，在此之上經(jīng)過改進，又再一次提高了測試效率，并且固化了設(shè)備，提高了測試一致性，最終能完全滿足大批量生產(chǎn)測試的需求。