亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        某航天載荷通信故障分析與可靠性提升研究

        2022-11-25 06:28:40張澤明李鵬張?chǎng)?/span>梁兆剛
        環(huán)境技術(shù) 2022年5期
        關(guān)鍵詞:單片機(jī)故障產(chǎn)品

        張澤明,李鵬,2,3,張?chǎng)?,梁兆?/p>

        (1.中國(guó)科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心,北京 100094;2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué),北京 100049;3.香港城市大學(xué) 先進(jìn)設(shè)計(jì)與系統(tǒng)工程學(xué)系,香港 999077 ;4.中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所,上海 201800)

        引言

        航天任務(wù)投入大,周期長(zhǎng),風(fēng)險(xiǎn)高,在研制過(guò)程中規(guī)劃了嚴(yán)苛的研制試驗(yàn)、鑒定試驗(yàn)和驗(yàn)收試驗(yàn)等試驗(yàn)考核,以了解、分析、提高、評(píng)價(jià)產(chǎn)品的可靠性,從而降低產(chǎn)品航天應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)。但是從可靠性工程角度,產(chǎn)品可靠性不能僅僅依靠對(duì)系統(tǒng)的檢驗(yàn)和試驗(yàn)來(lái)獲得,還必須從設(shè)計(jì)、制造和管理等方面加以保證。產(chǎn)品設(shè)計(jì)是決定產(chǎn)品固有可靠性的重要環(huán)節(jié),可靠性對(duì)設(shè)計(jì)是極其敏感的[1]。

        眾多航天任務(wù)的失效甚至災(zāi)難性事故都源于可靠性設(shè)計(jì)不充分,盡管在頂層設(shè)計(jì)做了冗余備份,但是往往并沒(méi)有發(fā)揮作用,而由于底層的可靠性細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)存在嚴(yán)重缺陷導(dǎo)致任務(wù)失敗。1994年,加拿大兩顆通信衛(wèi)星Anik E-1和Anik E-2在兩個(gè)小時(shí)內(nèi)沒(méi)有任何故障警報(bào)情況下相繼自旋失控,是因?yàn)榭臻g粒子造成充放電效應(yīng)導(dǎo)致陀螺導(dǎo)航系統(tǒng)電路永久損壞[2]。1996年,阿麗亞娜5號(hào)火箭爆炸自毀,是因?yàn)樵诶^承性使用阿麗亞娜4型火箭的軟件時(shí)沒(méi)有嚴(yán)謹(jǐn)復(fù)核,火箭水平速度的64位浮點(diǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換成16位整數(shù)時(shí)發(fā)生溢出導(dǎo)致重大損失[3,4]。2018年,俄羅斯“聯(lián)盟-FG”型運(yùn)載火箭發(fā)射失敗,原因是某個(gè)傳感器引腳變形造成排氧的噴嘴沒(méi)有打開(kāi),致使捆綁助推器異常分離,擊中了燃油箱區(qū)域的核心級(jí),導(dǎo)致其減壓后火箭失去姿態(tài)控制。這幾個(gè)案例均是由于在軟硬件細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)上對(duì)潛在故障沒(méi)有針對(duì)性識(shí)別,預(yù)防設(shè)計(jì)措施不充分導(dǎo)致的航天災(zāi)難性故障[5]。Martin Langer對(duì)178顆立方星的在軌壽命和故障統(tǒng)計(jì)分析也說(shuō)明設(shè)計(jì)不足是導(dǎo)致大量立方星出現(xiàn)早期故障的主要原因[6]。

        某航天載荷是實(shí)現(xiàn)任務(wù)目標(biāo)的關(guān)鍵核心電子學(xué)設(shè)備,具有驅(qū)動(dòng)控制激光器的功能。本文剖析了某航天載荷在地面可靠性試驗(yàn)階段發(fā)生的通信故障、排故和可靠性設(shè)計(jì)提升過(guò)程,闡述加強(qiáng)軟硬件設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)對(duì)保障產(chǎn)品固有可靠性的重要作用。

        1 某航天載荷基本工作原理

        某航天載荷由五塊板卡組成,如圖1所示,DSP主控板為主機(jī),其它4塊板卡為從機(jī),主機(jī)通過(guò)從機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)激光器的驅(qū)動(dòng)和控制。DSP主控板與FPGA時(shí)序邏輯板、主份激光器驅(qū)動(dòng)板、備份激光器驅(qū)動(dòng)板和重泵浦激光器驅(qū)動(dòng)板之間的通信接口之間采用RS-422總線主從通信方式,從機(jī)是采用單片機(jī)為核心的數(shù)字控制電路,DSP主控板與四個(gè)從機(jī)板卡之間的總線驅(qū)動(dòng)接口和通信使能信號(hào)接口是一致的。DSP主控板與地檢系統(tǒng)采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)RS422通信總線,當(dāng)四個(gè)從板中某個(gè)從板沒(méi)有數(shù)據(jù)傳送給DSP主控板,那么DSP主控板按照通信協(xié)議會(huì)在傳送給地面測(cè)試設(shè)備的數(shù)據(jù)格式中將該從板數(shù)據(jù)塊填充零。

        圖1 載荷通信接口拓?fù)鋱D

        2 某載荷通信故障根本原因分析

        某航天載荷在(-25~60)℃的溫度循環(huán)試驗(yàn)低溫升高溫過(guò)程中,地面測(cè)試設(shè)備先后3次與主控DSP板失去通信,主控DSP板發(fā)送的通信內(nèi)容中重泵浦激光器驅(qū)動(dòng)板和主份激光器驅(qū)動(dòng)板的數(shù)據(jù)塊為零,并且通信異常后沒(méi)有自行恢復(fù),通信終止,主控DSP板與備份激光器驅(qū)動(dòng)板、FPGA時(shí)序邏輯板通信正常。

        經(jīng)敲擊法分析確認(rèn),導(dǎo)致上述故障的原因是在熱機(jī)械應(yīng)力或振動(dòng)情況下程序存儲(chǔ)器與DIP28管座之間接觸不良,對(duì)程序存儲(chǔ)器進(jìn)行綁扎固定處理后,敲打設(shè)備主體底座時(shí)再?zèng)]有發(fā)生驅(qū)動(dòng)板工作異常。

        進(jìn)一步分析,出現(xiàn)通信故障時(shí)驅(qū)動(dòng)板單片機(jī)進(jìn)入了軟復(fù)位中斷服務(wù)程序,如果軟復(fù)位中斷程序沒(méi)有問(wèn)題,軟件會(huì)復(fù)位從地址0000H重新運(yùn)行,不會(huì)造成通信終止問(wèn)題。激光器驅(qū)動(dòng)板的電源監(jiān)控和看門(mén)狗采用集成電路MAX706MJA,外圍電路設(shè)計(jì)如圖2所示,在正常工作條件下,MAX706MJA的WDI輸入引腳有周期小于1 s的喂狗信號(hào)。在通信故障情況下,檢測(cè)發(fā)現(xiàn)WDI輸入引腳為高電平,單片機(jī)沒(méi)有喂狗,而WDO輸出低電平,狗叫起作用,MAX706MJA工作正常。

        圖2 單片機(jī)復(fù)位和看門(mén)狗電路

        看門(mén)狗起了作用,但單片機(jī)沒(méi)有繼續(xù)發(fā)送喂狗信號(hào),說(shuō)明軟復(fù)位中斷程序運(yùn)行異常。經(jīng)排查,單片機(jī)進(jìn)入到軟復(fù)位中斷服務(wù)程序后,運(yùn)行了軟復(fù)位中斷服務(wù)程序中的BUG語(yǔ)句(PUSH 0xCOH),導(dǎo)致軟件沒(méi)有從地址0000H重新運(yùn)行,造成單片機(jī)停止運(yùn)行,從而導(dǎo)致從板和DSP主控板失去通信聯(lián)系。

        因此,管座選型不當(dāng),導(dǎo)致存儲(chǔ)器管腳與管座接觸不良是通信終止故障的誘因,而軟件中斷程序錯(cuò)誤,引起驅(qū)動(dòng)板卡單片機(jī)程序跑飛運(yùn)行異常,是導(dǎo)致失去通信的深層次原因。最終,通過(guò)更換高可靠管座,并將程序存儲(chǔ)器直接落焊在DIP28管座上,并對(duì)單片機(jī)中斷服務(wù)程序做了修正,故障得以排除。

        3 基于軟硬件細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)的可靠性提升策略

        可靠性提升是通過(guò)對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝、使用條件和維護(hù)措施等進(jìn)行有效改進(jìn),使得產(chǎn)品的可靠性逐步改善的過(guò)程。通過(guò)提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì),采用可靠性更高的元器件,改善產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝流程以及使產(chǎn)品運(yùn)行在更安全的操作條件以及更加合理的維護(hù)條件下,達(dá)到不斷降低產(chǎn)品的失效率的最終目標(biāo)。在某載荷通信故障分析和排查過(guò)程中,按照航天故障歸零的要求,對(duì)軟硬件設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)進(jìn)行了復(fù)核和舉一反三,全面排查漏洞,提升可靠性。

        3.1 硬件設(shè)計(jì)優(yōu)化改進(jìn)

        1)程序存儲(chǔ)器選用高可靠管座并落焊。除存儲(chǔ)器管座接觸不良外,重泵浦激光器驅(qū)動(dòng)板上的程序存儲(chǔ)器管座(圖3)的12和17腳有硅橡膠殘余物,也是可能導(dǎo)致接觸不良的因素,通過(guò)更換高可靠管座并落焊措施解決;

        圖3 重泵浦激光器驅(qū)動(dòng)板程序存儲(chǔ)器管座

        2)單片機(jī)取消管座。驅(qū)動(dòng)板上單片機(jī)采用了DIP40管座,舉一反三,將管座取消,單片機(jī)直接落焊在激光器驅(qū)動(dòng)板上;

        3)增強(qiáng)晶振信號(hào)質(zhì)量。激光器驅(qū)動(dòng)板上采用某型號(hào)有源晶振,故障排查時(shí)檢查晶振信號(hào)是否正常,示波器測(cè)試晶振的輸出信號(hào)為11.059 2 MHz的方波信號(hào),如圖4所示,符合單片機(jī)方波輸入(0~5)V電平要求。該檢測(cè)結(jié)果雖然排除了晶振輸出信號(hào)超限對(duì)單片機(jī)造成損傷的可能,但上升和下降沿有振鈴,為進(jìn)一步提高電子學(xué)系統(tǒng)的可靠性,在晶振的電源端增加10 nF的去耦電容;

        圖4 單片機(jī)晶振輸入端波形

        4)空閑管腳抗干擾設(shè)計(jì)。重泵浦激光器驅(qū)動(dòng)板使用了總線收發(fā)器SNJ54LS245J,其5管腳數(shù)字輸入端設(shè)計(jì)為懸空狀態(tài),雖然檢測(cè)為高電平,但在電磁干擾下有可能會(huì)產(chǎn)生下降沿觸發(fā)單片機(jī)掃頻中斷,影響重泵浦激光器的穩(wěn)頻狀態(tài),而且有被靜電損傷的可能性。改進(jìn)措施采取在輸入端口接10 kΩ上拉電阻直接連到+5 V電源,如圖5所示,確保該管腳為抗干擾安全狀態(tài)。

        圖5 總線收發(fā)器SNJ54LS245J外圍電路

        3.2 軟件設(shè)計(jì)優(yōu)化改進(jìn)

        1)修正中斷復(fù)位指令。在看門(mén)狗中斷的軟復(fù)位程序中,機(jī)器碼“0xc0 0xc0”對(duì)應(yīng)的指令為“POP 0xC0”,0xC0寄存器是單片機(jī)內(nèi)部受到保護(hù)的特殊功能寄存器,從0xC0單元讀取的數(shù)據(jù)內(nèi)容是不確定的,所以在退出看門(mén)狗中斷軟復(fù)位程序執(zhí)行“POP 0xC0”指令后,程序地址指針也是不確定的,程序有可能跑飛。機(jī)器碼修改為“0xc0 0xe0”,對(duì)應(yīng)的指令為“POP ACC”,在執(zhí)行指令“POP ACC”后程序從地址0x0000重新開(kāi)始運(yùn)行,確保了軟件正常復(fù)位;

        2)減小中斷執(zhí)行時(shí)間??撮T(mén)狗中斷服務(wù)程序中有一個(gè)激光器保護(hù)函數(shù)FLD_Pro(),該函數(shù)將占用看門(mén)狗軟復(fù)位中斷服務(wù)程序的運(yùn)行時(shí)間,改為在主程序系統(tǒng)初始化函數(shù)InitDevice()中調(diào)用FLD_Pro()函數(shù),增強(qiáng)軟件設(shè)計(jì)合理性和可靠性[7];

        3)確保正常合理喂狗。刪除定時(shí)器中斷服務(wù)程序中的喂狗語(yǔ)句DOG=!DOG,改為在循環(huán)掃描找峰的循環(huán)語(yǔ)句中喂狗,保證合理發(fā)出喂狗信號(hào);

        4)通信錯(cuò)誤預(yù)警和確認(rèn)應(yīng)答。激光器控制軟件增加對(duì)數(shù)據(jù)注入指令的接收錯(cuò)誤計(jì)數(shù)及實(shí)際執(zhí)行參數(shù)的返回,增強(qiáng)故障預(yù)警和通信確認(rèn)機(jī)制,保證可靠傳輸。

        3.3 設(shè)計(jì)驗(yàn)證

        采取以上軟硬件設(shè)計(jì)改進(jìn)和可靠性提升措施后,開(kāi)展了相同試驗(yàn)條件的6個(gè)周期溫度循環(huán)試驗(yàn)進(jìn),該航天載荷無(wú)異常發(fā)生,驗(yàn)證了可靠性提升措施的有效性。

        4 討論

        從本航天載荷通信故障分析案例看,直接的設(shè)計(jì)更改和針對(duì)潛在故障隱患的可靠性細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)包含十余處,通過(guò)測(cè)試驗(yàn)證展示了軟硬件設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)對(duì)于產(chǎn)品可靠性提升的重要性,也落實(shí)了“預(yù)防為主”的質(zhì)量管理思想[8,9]。

        德國(guó)飛機(jī)渦輪機(jī)的發(fā)明者帕布斯·海恩提出了著名的海恩法則:每一起嚴(yán)重事故的背后,必然有29次輕微事故和300起未遂先兆以及1 000起事故隱患。張森等對(duì)130顆衛(wèi)星272次在軌故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì),其中一個(gè)特點(diǎn)是很多故障是重復(fù)發(fā)生的,說(shuō)明故障跟前期設(shè)計(jì)不充分緊密相關(guān)[10]。在航天高可靠領(lǐng)域,航天設(shè)備往往是小子樣產(chǎn)品,缺少大量樣品現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的反饋數(shù)據(jù),更新迭代機(jī)會(huì)少,這就更加要求在前期設(shè)計(jì)階段結(jié)合產(chǎn)品具體實(shí)際,盡可能挖掘潛在隱患[11],預(yù)想故障場(chǎng)景故障模式,通過(guò)必要的設(shè)計(jì)手段消除潛在故障,避免共性事故[12,13]。

        研制階段的例行試驗(yàn)檢驗(yàn)對(duì)于暴露缺陷排除隱患固然重要,但一定是不充分的??煽啃怨こ痰闹攸c(diǎn)更應(yīng)放在早期設(shè)計(jì)階段,遵循預(yù)測(cè)預(yù)防為主的原則,關(guān)鍵是從技術(shù)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)出發(fā)提前識(shí)別產(chǎn)品所有可能發(fā)生的故障[14,15]。任何事情都有兩面性,做了某項(xiàng)技術(shù)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了特定功能,但也可能帶來(lái)意外的潛在隱患,因此強(qiáng)化“可能出錯(cuò)“的風(fēng)險(xiǎn)意識(shí),挖掘潛在的隱患和薄弱環(huán)節(jié),通過(guò)故障模式影響分析、故障案例集、成熟的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、專家審核等手段,早期投入,既做功能測(cè)試也做非功能測(cè)試,排除嚴(yán)重故障,降低殘余故障,這是研制高可靠航天產(chǎn)品的一個(gè)重點(diǎn)。

        錢(qián)學(xué)森曾指出,產(chǎn)品可靠性是設(shè)計(jì)出來(lái)的,生產(chǎn)出來(lái)的,管理出來(lái)的。美國(guó)波音公司曾總結(jié)一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式,高可靠性產(chǎn)品保證=可靠性技術(shù)保證+質(zhì)量保證[16]。實(shí)踐證明,產(chǎn)品的可靠性首先是設(shè)計(jì)出來(lái)的[17],每一條程序語(yǔ)句,每一個(gè)電路連接,每一條布線都伴隨著可靠性問(wèn)題,產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程即是可靠性技術(shù)保證過(guò)程,如何在設(shè)計(jì)過(guò)程中挖掘和確定隱患將對(duì)產(chǎn)品的固有可靠性產(chǎn)生重大的影響。

        5 總結(jié)

        某航天有效載荷是實(shí)現(xiàn)激光器驅(qū)動(dòng)控制的關(guān)鍵核心電子學(xué)設(shè)備。本文針對(duì)其在溫度循環(huán)試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的通信故障問(wèn)題為切入點(diǎn),分析了管座選型不當(dāng)和軟件中斷程序錯(cuò)誤的故障原因,從硬件角度和軟件角度提出了可靠性技術(shù)改正和優(yōu)化措施,論證了軟硬件設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)在研制高可靠產(chǎn)品中的重要性,對(duì)于可靠性提升具有較好的實(shí)踐意義。本文的相關(guān)技術(shù)成果也可為從事航天產(chǎn)品電子學(xué)設(shè)計(jì)、工藝、測(cè)試、質(zhì)量保證的相關(guān)技術(shù)和管理人員提供借鑒和參考。

        猜你喜歡
        單片機(jī)故障產(chǎn)品
        基于單片機(jī)的SPWM控制逆變器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
        電子制作(2019年13期)2020-01-14 03:15:28
        故障一點(diǎn)通
        基于單片機(jī)的層次漸變暖燈的研究
        電子制作(2019年15期)2019-08-27 01:12:10
        基于單片機(jī)的便捷式LCF測(cè)量?jī)x
        電子制作(2019年9期)2019-05-30 09:42:02
        奔馳R320車ABS、ESP故障燈異常點(diǎn)亮
        2015產(chǎn)品LOOKBOOK直擊
        Coco薇(2015年1期)2015-08-13 02:23:50
        故障一點(diǎn)通
        江淮車故障3例
        Microchip推出兩個(gè)全新PIC單片機(jī)系列
        新產(chǎn)品
        玩具(2009年10期)2009-11-04 02:33:14
        97无码免费人妻超级碰碰夜夜| 丝袜美腿爆炒国产在线观看| 日本老熟女一区二区三区| 亚洲男人天堂一区二区| 欧美人妻日韩精品| 国产精品精品| 手机在线免费看av网站| 亚洲国产色婷婷久久精品| 久久久无码精品亚洲日韩蜜臀浪潮 | 日本乱偷人妻中文字幕| 国产亚洲日韩一区二区三区| 久久精品韩国日本国产| 国产三级精品和三级男人| 精品久久久久香蕉网| 久久中文字幕乱码免费| 最大色网男人的av天堂| 少妇一区二区三区久久| 琪琪的色原网站| 亚洲国产成人手机在线观看| 精品久久免费国产乱色也| 国产精品久人妻精品老妇| 欧美人与动人物姣配xxxx| 中国老熟妇506070| 亚洲免费观看在线视频| 素人系列免费在线观看| 国产精品亚洲三级一区二区三区| 曰本无码人妻丰满熟妇啪啪| 亚洲成a人片在线网站| 国产av熟女一区二区三区蜜臀| 亚洲av综合av一区二区三区| 亚洲一区二区三区成人网站| 91精品91久久久久久| 国产一区二区三区 在线观看 | 日韩av无码一区二区三区不卡| 69精品丰满人妻无码视频a片| 熟女白浆精品一区二区| 91偷拍与自偷拍亚洲精品86 | 日产无人区一线二线三线乱码蘑菇| 国产精品久久无码不卡黑寡妇| 午夜宅男成人影院香蕉狠狠爱 | 老熟妇嗷嗷叫91九色|