某型號點火電路測試系統的設計與改進

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，被廣泛應用于航空航天、武器裝備等軍用領域，確保其質量的工作也是相關科研生產工作的重中之重。某型號點火電路即是這樣一款產品。作為一款年產數千只的產品，因其數量需求大，測試工作任務較為繁重，也極其重要。原有的測試系統測試速度較慢，并不能很好地滿足當前實際的測試需要,而且還存在測試覆蓋不全的問題，不能真正完全保證產品質量，因而需要重新設計一款新的測試系統。

2 需求分析

某型號點火電路的寫入詳細規范中的電特性要求，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。根據詳細規范的要求，該點火電路需要測試功能、導通壓降、電源電流、輸出高電平電流、輸入漏電流、導通時間、關斷時間、輸出高電平電壓、輸出低電平電壓共9項參數指標，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。設計該測試系統需要對這些指標進行全覆蓋考慮，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，故此在設計時增加了通電前的輸出短路測試。

3 測試系統設計

3.1 測試方法確定

根據對詳細規范及用戶要求的分析，在所有參數中，功能測試、導通壓降、輸出高電平電流、導通時間、關斷時間、輸出高電平電壓、輸出低電平電壓這7項參數的測試條件相同，測試結果也可以一并讀出。另外幾項參數則需要單獨測量，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，則會呈現短路或斷路特性；

(2)功能測試、導通壓降、輸出高電平電流、導通時間、關斷時間、輸出高電平電壓、輸出低電平電壓測試：此7項參數，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 電源電流參數測試原理圖

(4)輸入漏電流測試：該參數測試時，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 輸入漏電流參數測試原理圖

(5)模擬用戶使用條件的功能測試：該參數測試時，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 整體設計

為了實現自動測試功能，本系統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備動作，讀取并處理各測試數據；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]。

結合需求分析，將測試系統分為兩部分，一部分負責測試條件相同的7項參數，另一部分進行另外3項參數的測試。由于導通時間和關斷時間受導線長度影響很大，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多只電路高低溫在線測試，稱為在線測試板。

結合詳細規范中對各種激勵信號的范圍與精度的要求，本系統所采用的可編程測量設備如下：

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。

根據此方案設計的兩部分測試系統的實物圖如圖4、圖5所示。

3.3 硬件設計

本測試系統使用型號為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作為繼電器的驅動芯片；采用74HC240芯片防止單片機上電復位后引起繼電器誤操作[3]。

圖4 在線測試系統實物圖

圖5 離線測試系統實物圖

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，控制板負責電參數測試。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。該項測試的結構原理圖大致如圖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，能夠實現導通時間和關斷時間的就近測量，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。其測試結構如圖8所示。

3.4 軟件設計

本系統軟件部分分為上位機軟件和下位機軟件。上位機軟件負責兼容控制在線、離線兩套測試系統的下位機及各測試設備；下位機軟件則負責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構原理略圖

圖8 離線測試系統測試結構

上位機軟件使用多線程的方法，集成了在線、離線測試系統的所有設備及控制方法，通過簡潔的界面選擇，能夠完成不同測試系統的測試工作，同時還集成了報表生成、自動檢測設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“設備連接”按鈕實現可編程設備及下位機的連接，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，且因為常溫已經測試過輸出短路測試，故跳過該項目，直接進行后續測試。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接收并判斷上位機下達的指令，控制繼電器陣列做出相應的動作。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，能夠保質保量地完成測試任務。但由于測試任務較重，在線、離線兩套系統基本上需要同時使用，這就需要使用雙倍的本可以復用的測試設備，占用空間大且不便移動。而且由于在線系統的測試時間較短，離線系統的測試時間相對較長，在兩個系統上測試時，只能將被測電路分批進行不同測試，從而導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

針對兩套測試系統占用設備多，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的控制，增加了一臺合并后不能復用的萬用表，并且根據在測試過程中曾出現過的隱患問題，增加了內部測試項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

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

圖13 整體機柜圖

5 結束語

某型號點火電路測試系統的研制和改進，不僅覆蓋了全部測試項，能夠更好地保證質量，而且提高了測試效率，減少人力物力的投入。但由于經驗不足，對測試過程中可能出現的問題估計不夠，難免出現一些影響測試效率的瑕疵，在此之上經過改進，又再一次提高了測試效率，并且固化了設備，提高了測試一致性，最終能完全滿足大批量生產測試的需求。