某型導(dǎo)彈控制系統(tǒng)電池自動(dòng)測(cè)試儀設(shè)計(jì)

王振華，蕭耀友

(中國(guó)人民解放軍91515部隊(duì)，海南 三亞 572000)

某型導(dǎo)彈控制系統(tǒng)電池為銀鋅貯備電池組，其現(xiàn)有測(cè)試設(shè)備采用較為陳舊的某通用型銀鋅電池測(cè)試儀，主要測(cè)量彈上一次電池組的氣體發(fā)生器橋絲電阻、加熱器電阻及電池絕緣電阻等激活前的各種電氣參數(shù)。其測(cè)試方法為全手動(dòng)測(cè)試，測(cè)試過(guò)程復(fù)雜，易產(chǎn)生人工操作、讀數(shù)、記錄等誤差。針對(duì)此情況設(shè)計(jì)了一種基于PC機(jī)的自動(dòng)化、數(shù)字化、安全可靠的測(cè)試儀，可完成電池組氣體發(fā)生器電阻、加熱和保溫電阻及絕緣電阻等參數(shù)的自動(dòng)測(cè)量或手動(dòng)測(cè)測(cè)試，滿足測(cè)試過(guò)程快速、準(zhǔn)確、安全、可靠的要求。

1 總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)由PC機(jī)、控制單元（測(cè)量系統(tǒng)）、顯示屏及電源電路等組成，如圖1所示。控制單元由橋絲電阻（小電阻）測(cè)量電路、絕緣電阻測(cè)量電路、數(shù)據(jù)巡檢電路、程控放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路及光繼電器等組成；PC機(jī)完成數(shù)據(jù)接收處理及數(shù)據(jù)顯示功能。測(cè)量量程分別為0~20Ω小電阻和1~100MΩ絕緣電阻。系統(tǒng)軟件采用模塊化、結(jié)構(gòu)化的編程思想，構(gòu)建人機(jī)交互、數(shù)據(jù)處理過(guò)程。

圖1 系統(tǒng)方框圖

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 橋絲電阻測(cè)量電路設(shè)計(jì)

氣體發(fā)生器橋絲電阻要求精度高，阻值較小，安全性要求高。本設(shè)計(jì)采用DC12V作為整機(jī)的輸入電源，保證被測(cè)對(duì)象的安全、可靠。測(cè)量范圍為0~20Ω。橋絲電阻測(cè)量原理如圖2所示。

圖2 橋絲電阻測(cè)量原理框圖

電源經(jīng)過(guò)限流電阻R（提高安全性）、10mA恒流管提供電阻測(cè)量電流，經(jīng)繼電器轉(zhuǎn)換電路將被測(cè)電阻接入測(cè)量回路，測(cè)量電流流過(guò)被測(cè)電阻Rx，再流經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)電阻Rs，Rx和Rs兩端的電壓Vx和Vs經(jīng)模擬開(kāi)關(guān)分時(shí)選通、程控放大、送入A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量經(jīng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)處理后得出被測(cè)電阻阻值，得出的測(cè)量值與系統(tǒng)預(yù)置的參數(shù)進(jìn)行比較判斷，得出合格與否的結(jié)論，并將測(cè)量值和判斷結(jié)果送顯示屏顯示。其運(yùn)算關(guān)系為：

其中，Rx：被測(cè)電阻；Vx：被測(cè)電阻兩端電壓；Rs：標(biāo)準(zhǔn)電阻；Vs：標(biāo)準(zhǔn)電阻兩端電壓。

2.2 絕緣電阻測(cè)量電路設(shè)計(jì)

絕緣電阻測(cè)量電路測(cè)量量程為1~100MΩ，原理如圖3。

圖3 絕緣電阻測(cè)量原理框圖

R為限流電阻；Rv、Ri為分壓電阻，Rv上電壓Vv，Ri上 電 壓 Vi；Rv/Ri=k，Rv和 Ri上 總 壓 V=kVi；Rx為被測(cè)電阻，Rs為電流取樣電阻，Rs上電壓Vs。

2.3 數(shù)據(jù)巡檢電路

繼電器轉(zhuǎn)換陣列原理框圖如圖4所示。

圖4 繼電器轉(zhuǎn)換陣列原理框圖

被測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)繼電器陣A和繼電器陣B中的相應(yīng)繼電器送入測(cè)量通道，可通過(guò)譯碼驅(qū)動(dòng)控制繼電器陣A和繼電器陣B中的繼電器，任意選擇測(cè)量通道來(lái)完成對(duì)被測(cè)對(duì)象的測(cè)試，可選測(cè)量方式方便、靈活。針對(duì)被測(cè)對(duì)象接口固定，將繼電器陣A和繼電器陣B設(shè)計(jì)在一塊印制板上實(shí)現(xiàn)通道切換，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，提高可靠性。測(cè)量時(shí)，自動(dòng)切換被測(cè)通道和被測(cè)點(diǎn)擬采用高可靠微型繼電器進(jìn)行切換。通過(guò)繼電器陣列既切換測(cè)量電源輸入回路至被測(cè)電阻，接通取樣回路從被測(cè)電阻上取樣電壓。

3 軟件設(shè)計(jì)

采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法和思路，各功能模塊化、子程序化，增加程序的可讀性與交互性。可以選擇自動(dòng)測(cè)試或手動(dòng)測(cè)試，測(cè)試流程圖（自動(dòng)測(cè)試）如圖5所示。

圖5 測(cè)試工作流程圖

主界面下通過(guò)下拉菜單選擇相應(yīng)電池組（型號(hào)配備相應(yīng)電池組測(cè)試配置文件，根據(jù)型號(hào)不同對(duì)出廠產(chǎn)品裝載不同電池組測(cè)試配置文件），在啟動(dòng)測(cè)試后自動(dòng)按順序測(cè)量每個(gè)通道的電阻值和絕緣電阻，對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行顯示和自動(dòng)判讀。

3.1 檢測(cè)設(shè)備自檢

檢測(cè)設(shè)備自檢包括上電自檢和測(cè)試自檢。上電自檢包括存儲(chǔ)單元清零、程序初始化、輸出電流值檢查、接口檢查等。上電自檢通過(guò)后，即可進(jìn)行測(cè)試自檢；上電自檢若出現(xiàn)異常則不允許進(jìn)行測(cè)試操作，通過(guò)指示燈、上位機(jī)顯示屏進(jìn)行提示，并對(duì)故障進(jìn)行定位。測(cè)試自檢：將測(cè)試堵頭連接到測(cè)試電纜測(cè)試端，運(yùn)行自動(dòng)測(cè)試程序，對(duì)單元和測(cè)試電纜進(jìn)行檢查。該過(guò)程與真實(shí)的測(cè)試過(guò)程一致。

3.2 對(duì)被測(cè)設(shè)備測(cè)試及數(shù)據(jù)處理

將被測(cè)設(shè)備連接到測(cè)試電纜測(cè)試端；接通供電開(kāi)關(guān)，單元上電自檢，然后自動(dòng)運(yùn)行測(cè)試程序，對(duì)被測(cè)設(shè)備的電阻進(jìn)行測(cè)量；在每一項(xiàng)電阻測(cè)量時(shí)，將結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)（或判據(jù)）進(jìn)行對(duì)比，給出判斷結(jié)論，顯示該項(xiàng)測(cè)量結(jié)果，并將測(cè)量結(jié)果實(shí)時(shí)保存。如果測(cè)量過(guò)程中出現(xiàn)故障，則停止測(cè)量并通過(guò)上位機(jī)顯示屏提示。用測(cè)試主機(jī)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以數(shù)據(jù)庫(kù)形式貯存完整測(cè)試信息。測(cè)試過(guò)程中將數(shù)據(jù)上傳到主機(jī)中。主機(jī)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，形成包含被測(cè)件編號(hào)、參數(shù)序號(hào)、參數(shù)名稱、判據(jù)、測(cè)量值及結(jié)論等的完整的測(cè)試信息貯存在數(shù)據(jù)庫(kù)中；在主機(jī)上實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的瀏覽、查詢和打印。

4 系統(tǒng)調(diào)試

利用本系統(tǒng)對(duì)一個(gè)高精度高阻值的電阻箱比對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)測(cè)試儀的準(zhǔn)確度進(jìn)行測(cè)試，測(cè)量結(jié)果如表1所示。從表1可知，測(cè)試儀的準(zhǔn)確度達(dá)到±1%，多次重復(fù)比對(duì)實(shí)驗(yàn)，準(zhǔn)確度很穩(wěn)定，基本保持不變。

表1 系統(tǒng)調(diào)試數(shù)據(jù)比對(duì)表

5 結(jié)語(yǔ)

該設(shè)計(jì)以安全可靠為研制指導(dǎo)思想，專用于某型戰(zhàn)略導(dǎo)彈控制系統(tǒng)電池組回路阻值及各接點(diǎn)到外殼絕緣電阻進(jìn)行測(cè)試，利用PC機(jī)瀏覽、查詢以及打印測(cè)量數(shù)據(jù)和判斷結(jié)論，避免人工操作、讀數(shù)、記錄中產(chǎn)生的失誤，滿足測(cè)試過(guò)程快速、準(zhǔn)確、安全、可靠的要求。