激光電源計數器檢測系統研究

陳 誠，王炳奇，黃大山，劉海亮

（中國人民解放軍32272 部隊41 分隊，四川德陽 618408）

0 引言

傳統的目測距離以及光學分劃測距，往往由于所測距離與實際值差距較大，而使車輛性能難以充分發揮。20 世紀60 年代隨著激光的問世，現在用激光測距儀測距已經成為各種車輛的主要測距方式[1]。

在我國各型車輛中，激光測距系統均采用相同技術，應用廣泛。但是由于該系統技術含量高，系統構成相對復雜，相關單位在使用維修上遇到許多新問題。從調研的情況來看，這些車輛測距系統故障頻繁、可靠性問題突出，經常出現的激光測距故障有不測距、測距數據錯誤、測距數據隨機性漂移等，問題的原因主要集中于激光電源計數器各單板故障引起供電電壓波動、控制信號不準、發送能量弱等[2-3]。目前，激光電源計數器的故障排除主要依賴于使用維修人員的經驗，不僅效率低，而且由于人員流動性大等特點，造成故障診斷知識積累困難，難以得到很好的繼承和發展。因此，需開展激光電源計數器故障自動化檢測方面技術的研究。

1 檢測系統架構設計

檢測設備主要由顯示及外設、通用底板、電源綜合輸出板、核心CPU（Central Processing Unit，中央處理器）板和5 個適配器接口板（分別對應激光電源計數器部件、常規電源板、高壓電源板、控制板和計數板）等部分組成（圖1）。

圖1 檢測設備組成

2 檢測系統功能模塊設計

激光電源計數器整體和內部單板具有不同的功能，功能層級也不一樣，工作條件環境差異很大，不容易集成在一個檢測環境中。因此，針對不同的檢測對象設計不同的檢測環境，用特定的適配器來實現不同檢測環境的模擬，這樣有較大的技術優勢。

2.1 計數器部件檢測模塊

計數器部件在正常工作環境中涉及到系統的3 個部件，分別是激光測距儀、車載計算機、觀察鏡。為了實時、完整地檢測計數器部件，須在檢測系統中模擬構建與計數器部件通過電纜相連的這3 個部件軟硬件環境，檢測系統中適配器板實現上述3 部件的檢測環境模擬。其中，模擬激光測距儀功能接收計數器部件產生的高壓、低壓直流電源、測距過程中所需的控制信號、時序等；模擬車載計算機功能接收計數器部件產生的目標距離計算數據、測距過程中所需的控制信號、時序等；模擬觀察鏡功能接收計數器部件產生的送往左目鏡顯示器目標距離數據等（圖2）。

圖2 激光電源計數器部件檢測模塊

2.2 常規電源板檢測模塊

常規電源板在正常工作環境中涉及到3 個方面的信號輸入輸出，分別為輸入+26 V 電源、輸出+5 V 和±6 V 電源、BCD（Binary-Coded Decimal）碼轉換為7 段碼。為了實時完整地檢測常規電源板，須在檢測系統中模擬構建與常規電源板通過插座相連的外圍軟硬件環境，檢測系統中適配器板實現上述3 部分功能的檢測環境模擬。其中，模擬電源輸出功能主要輸出+26 V電源給常規電源板；模擬電源輸入功能主要接收常規電源板輸出的+5 V 和±6 V 電源；模擬控制板功能主要輸出BCD 碼給常規電源板；模擬車載計算機功能主要接收常規電源板輸出的7段碼（圖3）。

圖3 常規電源板檢測模塊

2.3 高壓電源板檢測模塊

高壓電源板在正常工作環境中涉及到3 個方面的信號輸入輸出：輸入+26 V 電源、充放電控制信號、輸出3 路高壓電源（HV（+）、VAPD、VAPD1）。為了實時、完整地檢測高壓電源板，須在檢測系統中模擬構建與高壓電源板通過插座相連的外圍軟硬件環境，檢測系統中適配器板實現上述3 部分功能的檢測環境模擬。其中，模擬電源板功能主要輸出+26 V 電源給高壓電源板；模擬激光測距儀功能主要輸出充電控制信號（TRIG、FIRE）給高壓電源板并接收其輸出的高壓電源（圖4）。

圖4 高壓電源板檢測模塊

2.4 控制單板檢測模塊

控制板在正常工作環境中涉及到3 個方面的信號輸入輸出：電源輸入（+5 V、KHVAPD、VAPD（+））及整形；各種時序控制；出光檢測；自檢電路及目標距離鎖存等。為了實時完整地檢測控制板，須在檢測系統中模擬構建與控制板通過插座相連的外圍軟硬件環境，檢測系統中適配器板實現上述功能的檢測環境模擬，其中：模擬常規電源板功能主要輸出+5 V 電源給控制板；模擬激光電源板功能主要輸出高壓電源給控制板進行整形及出光檢測等；模擬計數板功能主要輸出目標距離信號給控制板并接收自檢等；模擬車載計算機功能主要接收控制板輸出的目標距離信號鎖存、“首/末”邏輯、“正常/坑干擾”邏輯及時序控制等（圖5）。

圖5 控制板檢測模塊

2.5 計數單板檢測模塊

計數板在正常工作環境中涉及到3 個方面信號輸入輸出：電源輸入（+5 V）及整形；計數及存儲；自檢電路及目標距離輸出等。為了實時的完整檢測計數板，須在檢測系統中模擬構建與計數板通過插座相連的外圍軟硬件環境，檢測系統中適配器板實現上述功能的檢測環境模擬。其中，模擬常規電源板功能主要輸出+5 V 電源給計數板；模擬激光測距儀功能主要輸出回波信號給計數板時行計數等；模擬控制板功能主要控制計數板進行自檢、時序控制、目標距離信號鎖存等（圖6）。

圖6 計數板檢測模塊

3 數據采集和處理

將數據采集技術[4-5]應用于激光電源計數器檢測設備，實時收集和處理被檢測部件或單板的故障數據。

3.1 模擬信號處理

模擬信號[6]主要分為輸入和輸出兩部分，輸入的部分主要包括＋26 V、±15 V、±5 V 等工作電源以及被測部件或單板輸出的模擬電壓信號。檢測系統使用兩級AD7501 進行分級“歸一化”處理：第一級AD7501 在綜合控制板上，主要選擇系統工作電壓（＋26 V，±15 V，±5 V）和一路共用通道，然后綜合控制板將各類電壓信號調理到±5 V 范圍內供其A/D 進行實時采樣并計算相應電壓值；第二級AD7501 在各個被測適配器板上，依據被測對象選一路模擬信號進共用通道。第一級和第二級AD7501 配置見表1。

表1 兩級AD7501 模擬開關輸入輸出表

模擬信號的輸出部分主要由DA 產生，經調理后輸出到通用底板，VF2 共用通道，供相應適配器板輸入調理使用。

3.2 數字信號處理

數字信號[7]主要分為I/O（Input/Output）輸入和輸出信號及CPU 總線兩部分，其中I/O 輸入和輸出信號主要包括邏輯電平及脈沖等信號，在通用底板上留有多路I/O 通道，CPU 通過數據總線（經74HC245）讀取各適配器板輸出到I/O 通道的信號，通過54HC373 鎖存數據總線數據到I/O 通道，用于各適配器板控制等功能。

CPU 總線主要分為PC104 地址總線（A0～A31）、數據總線（D0～D15）、控制總線（WR、RD、CS0～CS3 等）。其中，CS0～CS3 為PC104 外擴I/O 地址空間0X280～0X2B0，將PC104 數據總線直接外擴控制各適配器板（間接擴展到各被測對象板），可按字節或字進行讀寫操作。

4 結論

通過對激光電源計數器的檢測環境模擬和數據處理過程進行研究，分析設計了檢測系統的主要功能和結構組成。針對不同的檢測對象設計不同的檢測環境，基于特定的適配器接口板，使用大規模可編程技術來實現計數器部件和單板的檢測環境模擬，利用在CPLD/FPGA 中運行的可編程軟件，可以降低硬件要求，提高集成度。在對模擬和數字兩類信號處理方面，硬件部分按“歸一化”處理，軟件部分按“模塊化”處理，簡化運算過程。