雷達(dá)數(shù)字監(jiān)控插件的實(shí)現(xiàn)與測試

□ 王明輝

中國電子科技集團(tuán)第三十八研究所 合肥 230088

1 研究背景

中高空目標(biāo)指示三坐標(biāo)雷達(dá)監(jiān)控系統(tǒng)是現(xiàn)代雷達(dá)實(shí)現(xiàn)整機(jī)系統(tǒng)工作狀態(tài)監(jiān)測、自動控制、遙控、遙測、圖像監(jiān)視，并向智能化無人值守方向發(fā)展的重要組成部分[1]。雷達(dá)監(jiān)控系統(tǒng)主要用于實(shí)時監(jiān)視雷達(dá)整機(jī)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，遙控開關(guān)發(fā)射機(jī)，遙控天線驅(qū)動裝置的工作模式，協(xié)助整機(jī)進(jìn)行干擾分析和雷達(dá)受干擾時自動跳頻，發(fā)生故障時進(jìn)行報(bào)警提示等[2-3]。

數(shù)字監(jiān)控插件是雷達(dá)監(jiān)控系統(tǒng)的一個重要組成部分，由于其位于天線頂部的監(jiān)控分機(jī)內(nèi)，不便于外場測試，因此筆者研究了對其硬件電路進(jìn)行測試的方法。

2 數(shù)字監(jiān)控插件的功能和組成

數(shù)字監(jiān)控插件具有以下功能：采集天線陣面各單元的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過RS 422總線送至監(jiān)控分機(jī)的第一塊監(jiān)控插件，再由此監(jiān)控插件送至計(jì)算機(jī)，上報(bào)至光柵顯示；通過相反的流程，雷達(dá)系統(tǒng)接收光柵顯示下達(dá)的控制命令，控制開關(guān)發(fā)射組件等。在PC 104計(jì)算機(jī)模塊（BPC-Y5041L-B）和低電壓晶體管邏輯電路信號輸入輸出模塊的相互作用下，可以控制相關(guān)的晶體管邏輯電路接口狀態(tài)。在PC104計(jì)算機(jī)模塊和差分信號輸入輸出模塊的相互作用下，可以對各個差分信號接口進(jìn)行故障狀態(tài)采集與控制操作。在PC104計(jì)算機(jī)模塊和EMM-4M-XT通信擴(kuò)展模塊的相互作用下，可以與外界進(jìn)行串口通信。在PC104計(jì)算機(jī)模塊和模擬信號輸入模塊的相互作用下，可以處理輸入的環(huán)境溫度模擬信號，并經(jīng)過RS422總線送至主控分機(jī)的主控計(jì)算機(jī)，再送至光柵顯示。

數(shù)字監(jiān)控插件的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 監(jiān)控插件結(jié)構(gòu)示意圖

3 硬件電路工作原理

3.1 低電壓晶體管邏輯電路端口設(shè)置

數(shù)字監(jiān)控插件的命令控制和故障狀態(tài)采集，主要通過設(shè)置插件上的可擦除可編程邏輯器件控制各個端口的方向控制管腳來實(shí)現(xiàn)。以數(shù)字監(jiān)控插件的第一個端口為例，具體設(shè)置如圖2所示。

圖2 低電壓晶體管邏輯電路端口設(shè)置

（1）故障狀態(tài)采集的設(shè)置。D1的1號腳（1OE）為低電平，48號腳（2OE）為低電平，這樣就可以監(jiān)測輸入信號。

（2）命令控制輸出的設(shè)置。D1的25號腳（3OE）為低電平，24號腳（4OE）為低電平，這樣就可以輸出控制信號。

3.2 差分信號端口設(shè)置

監(jiān)控對外有56路差分信號接口，每一路接口均可任意配置輸入、輸出。差分信號輸出接口可以輸出所需型式的門套、方波信號，以及可以作為通用異步收發(fā)傳輸器控制口使用。差分信號輸入接口可以監(jiān)測輸入的差分信號電平，經(jīng)計(jì)算機(jī)和可擦除可編程邏輯器件處理后，上報(bào)至光柵顯示。具體的方向控制由可擦除可編程邏輯器件輸出方向控制管腳來實(shí)現(xiàn)。以數(shù)字監(jiān)控插件的第一個差分接口為例，具體設(shè)置如圖3所示。

（1）輸入端口使能端的設(shè)置。D7的4號腳（1，2EN）為高電平，12號腳（3，4EN）為高電平，這樣就可以監(jiān)測輸入信號。

（2）輸出端口使能端的設(shè)置。D21的4號腳（1，2EN）為高電平，12號腳（3，4EN）為高電平，這樣就可以輸出控制信號。

圖3 差分信號端口設(shè)置

3.3 微處理器模塊

BPC-Y5041L-B是與IBM-PC/AT標(biāo)準(zhǔn)完全兼容的高可靠、高集成度PC 104計(jì)算機(jī)模塊，采用高性能、低功耗嵌入式專用處理器，主頻為500 MHz，主板包含直接內(nèi)存存取控制器、中斷控制器、定時器、實(shí)時時鐘、256 MB DDR內(nèi)存，外部有4個串口、1個10 Mbit/100 Mbit自適應(yīng)網(wǎng)口、2個通用串行總線2.0接口，以及陰極射線管顯示器接口、便攜式數(shù)據(jù)存儲設(shè)備插座、硬盤驅(qū)動器接口[4]。

BPC-Y5041L-B的設(shè)計(jì)充分考慮了惡劣環(huán)境下的應(yīng)用，采取了多種措施，確保系統(tǒng)在各種應(yīng)用環(huán)境中均能穩(wěn)定、可靠、高效的運(yùn)行[5]。它采用工業(yè)級器件，高智能布線系統(tǒng)，應(yīng)用防靜電及抗干擾電路，盡可能地降低功耗，提高了可靠性及寬溫操作能力。此外，還專門為嵌入式應(yīng)用在單板上設(shè)計(jì)了一系列附加特性，使功能大大增加[5]。

3.4 通信擴(kuò)展模塊

EMM-4M-XT通信擴(kuò)展模塊具有高性能特性，無需任何驅(qū)動程序就可擴(kuò)展系統(tǒng)的COM3、COM4、COM5和COM6接口，可根據(jù)需要通過板上的跨接跳線，自由選擇RS 232、RS 422或RS 485通信協(xié)議，自由設(shè)定BIOS/DOS中規(guī)定的擴(kuò)展串行通信口地址。對于每個通信口的中斷請求，也可以通過板上的跨接自由選擇[6]。

4 測試方法

數(shù)字監(jiān)控插件供電有兩種方式：一是直接插入監(jiān)控分機(jī)210芯插座供電，觀察監(jiān)控界面插件的狀態(tài)，紅色為故障，灰色為串口不通，綠色為正常；二是通過XS15插座外接5 V電源直接供電。計(jì)算機(jī)模塊在DOS系統(tǒng)下運(yùn)行TRANS測試程序，如圖4所示。在被測試芯片的輸入端發(fā)送寫信號，測試程序檢測輸出端的讀信號是否一致，并測試4個串口的收發(fā)通道。測試數(shù)據(jù)10s變換一次，使數(shù)據(jù)位全部覆蓋，保證測試的準(zhǔn)確性[7]。測試數(shù)據(jù)界面如圖5所示。

圖4 測試程序執(zhí)行界面

圖5 測試數(shù)據(jù)界面

（1）數(shù)字輸入輸出接口測試。數(shù)字輸入輸出接口包括晶體管邏輯電路輸入輸出接口和RS 422輸入輸出接口。測試時主要利用插件自身的自閉環(huán)設(shè)計(jì)，無需任何外部接線。用中央處理器模塊對數(shù)字輸入輸出接口分別注入邏輯0、邏輯1信號，并回讀對比，即可判斷相應(yīng)接口電路是否正常[8]。

（2）插件熱測試。插件熱測試主要利用MAX6673數(shù)字式板載溫度傳感芯片完成。如圖6所示，MAX6673芯片支持單5 V或3.3 V供電，直接輸出脈沖寬度調(diào)制溫度檢測脈沖，由現(xiàn)場可編程門陣列完成解算后直送PC104計(jì)算機(jī)模塊。測試軟件根據(jù)現(xiàn)場可編程門陣列送達(dá)的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。一般在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，監(jiān)控單板測試溫度不超過50℃，否則應(yīng)檢查該批次印制電路板是否合格[9]。

圖6 數(shù)字式板載溫度傳感芯片

（3）串口通信測試。對數(shù)字監(jiān)控插件板載4路RS 422串口進(jìn)行測試，需要在插件的管腳上進(jìn)行收、發(fā)短接。RS422串口管腳如圖7所示。測試軟件定時發(fā)送秒級計(jì)時數(shù)據(jù)，中斷接收串口數(shù)據(jù)，并在測試界面上進(jìn)行顯示，可以人工比對收、發(fā)數(shù)據(jù)是否一致[10-11]。

圖7 RS 422串口管腳

（4）插件身份標(biāo)志號測試。在雷達(dá)產(chǎn)品中，共有6塊數(shù)字監(jiān)控插件，硬件完全相同，通過軟件讀取插件身份標(biāo)志號來選擇不同的執(zhí)行程序。利用現(xiàn)場可編程門陣列模擬產(chǎn)生插件1～6的地址序列編碼，測試軟件讀取該編碼，并在測試界面上進(jìn)行顯示，工作原理如圖8所示。

通過上述4個步驟，可以實(shí)現(xiàn)對插件的100%測試覆蓋，并在分系統(tǒng)調(diào)試之前完成模塊級測試，因而可以減少系統(tǒng)調(diào)試時間，提高產(chǎn)品可靠性。

圖8 地址序列模擬工作原理

5 結(jié)束語

筆者所述數(shù)字監(jiān)控插件在實(shí)際應(yīng)用中很好地發(fā)揮了功能，狀態(tài)監(jiān)視具備極高的準(zhǔn)確性和可靠性。通過便捷的測試方法，可以快速檢測數(shù)字監(jiān)控插件的功能及性能。這一數(shù)字監(jiān)控插件及相關(guān)測試具有實(shí)用推廣價(jià)值。

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