一種便攜式通用數(shù)字診斷平臺(tái)的設(shè)計(jì)

肖開(kāi)健 李萬(wàn)玉 盧 冀 周 洪

(1.西安電子工程研究所 西安 710100;2.西安市射頻綜合仿真重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 西安 710100)

0 引言

當(dāng)雷達(dá)產(chǎn)品發(fā)生故障后,采取維修的方式有以下兩種:第一種是根據(jù)雷達(dá)本身的自檢系統(tǒng)(BIT),根據(jù)故障提示,進(jìn)行快速簡(jiǎn)單換件處理解決故障;第二種是將懷疑的故障件帶回修理廠使用專用的檢測(cè)維修設(shè)備或平臺(tái)進(jìn)行詳細(xì)的檢測(cè)和維修。對(duì)比兩種維修的方法:第一種單一依靠雷達(dá)本身的自檢系統(tǒng)(BIT),由于受系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的可靠性和成本的限制,雷達(dá)BIT功能很有限,實(shí)際上很難達(dá)到很高的故障檢測(cè)率和隔離率。采用第二種方法可以詳細(xì)準(zhǔn)確地檢測(cè)故障件進(jìn)行維修,解決了第一種帶來(lái)的很低的故障檢測(cè)率、隔離率,但對(duì)維修人員專業(yè)知識(shí)要求較高,且有維修時(shí)間較長(zhǎng)的問(wèn)題。為了準(zhǔn)確快速地檢測(cè)維修,研制開(kāi)發(fā)一種便攜式通用數(shù)字診斷平臺(tái)提高檢測(cè)準(zhǔn)確度和效率很有必要[1]。

1 主要功能

該通用數(shù)字檢測(cè)平臺(tái)可用于不同雷達(dá)產(chǎn)品數(shù)字電路進(jìn)行故障診斷的通用平臺(tái),平臺(tái)采用全自動(dòng)故障診斷定位技術(shù)[2],判斷被測(cè)電路是否存在故障,并進(jìn)行故障元件分離與定位。其主要功能如下:

1)通用檢測(cè)平臺(tái)為被測(cè)件提供所需的電源、激勵(lì)信號(hào)以及同步信號(hào)等。

2)采樣被測(cè)件特性信號(hào),通過(guò)專用檢測(cè)軟件判別被測(cè)件是否有故障,并定位到芯片或模塊。

3)平臺(tái)具有通用的檢測(cè)維修接口,方便適應(yīng)不同檢測(cè)適配器連接,滿足各種數(shù)字電路的檢測(cè)。

4)平臺(tái)具備自檢功能,具有計(jì)量檢測(cè)接口、網(wǎng)絡(luò)通信接口。

2 系統(tǒng)組成

數(shù)字診斷平臺(tái)采用“先進(jìn)、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、可靠、便攜”設(shè)計(jì)原則,采用通用數(shù)字平臺(tái)+適配器組+故障診斷軟件架構(gòu)實(shí)現(xiàn)[3]。該平臺(tái)主要由通用數(shù)字平臺(tái)、適配器組、故障診斷軟件及專用測(cè)試附件組成。

通用數(shù)字平臺(tái)主要由便攜式終端控制計(jì)算機(jī)、示波器測(cè)試單元、數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)試單元、數(shù)字輸入輸出模塊單元、通信接口單元、以太網(wǎng)通信模塊、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、母板轉(zhuǎn)接板單元、電源模塊及適配器組等組成。

故障診斷軟件主要由各被測(cè)單元檢測(cè)軟件、示波器控制軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)軟件等組成。數(shù)字診斷平臺(tái)組成配套表見(jiàn)表1所示。

表1 數(shù)字診斷平臺(tái)組成配套表

3 工作原理

在數(shù)字診斷平臺(tái)上的便攜式終端控制計(jì)算機(jī)、示波器測(cè)試單元、數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)試單元、數(shù)字輸入輸出模塊單元、通信接口單元、以太網(wǎng)通信模塊、母板轉(zhuǎn)接板單元等通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)交換模塊單元相互相連。在平臺(tái)最下方安裝附件箱,用于存放適配器。

在工作過(guò)程中,打開(kāi)便攜式終端控制計(jì)算機(jī)中的檢測(cè)軟件,控制適配器、數(shù)字輸入輸出單元、串口、CAN口產(chǎn)生被測(cè)件所需的激勵(lì)信號(hào),同時(shí)接收被測(cè)件的輸出的特征信號(hào)。檢測(cè)軟件根據(jù)采集到的被測(cè)件的特征信號(hào)進(jìn)行分析,判別被測(cè)件是否故障,并進(jìn)一步分離被測(cè)件故障單元或元器件。數(shù)字診斷平臺(tái)組成原理框圖見(jiàn)圖1所示。

圖1 診斷平臺(tái)組成原理框圖

3.1 通用數(shù)字平臺(tái)設(shè)計(jì)

通用數(shù)字平臺(tái)主要由便攜式終端控制計(jì)算機(jī)、示波器測(cè)試單元、數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)試單元、數(shù)字輸入輸出模塊單元、通信接口單元、以太網(wǎng)通信模塊、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、母板轉(zhuǎn)接板單元、電源模塊等組成。數(shù)字平臺(tái)進(jìn)行了小型化設(shè)計(jì),由原來(lái)的通用機(jī)電檢測(cè)平臺(tái)四個(gè)機(jī)箱變?yōu)橐粋€(gè)便攜式機(jī)箱,攜帶方便。如圖2、圖3所示。

圖2 通用機(jī)電檢測(cè)臺(tái)外形圖

圖3 現(xiàn)平臺(tái)外形圖

3.2 適配器組設(shè)計(jì)

適配器組設(shè)計(jì)的原則:根據(jù)每個(gè)被測(cè)件的工作原理和設(shè)計(jì)圖紙,制定專門的檢測(cè)方法和策略,然后根據(jù)檢測(cè)方法和策略設(shè)計(jì)專用的適配器,完整的測(cè)試被測(cè)件的各個(gè)功能模塊和分離故障元器件[4-5]。為了達(dá)到平臺(tái)的便攜性,對(duì)適配器也進(jìn)行了小型化設(shè)計(jì)。小型化設(shè)計(jì)主要考慮以下兩個(gè)方面:

1)將適配器從以前的組合形式改為單板形式。在保證測(cè)試項(xiàng)目和功能完整性的情況下,有效地減小了適配器體積和重量,方便安裝和攜帶。從體積上來(lái)講由適配器原來(lái)的組合改為了單板,體積大大減少;從重量上來(lái)講由原來(lái)的20kg減少為小于500g左右。適配器小型化設(shè)計(jì)示意圖見(jiàn)圖4所示。

圖4 適配器小型化設(shè)計(jì)示意圖

2)進(jìn)行適配器集成設(shè)計(jì),數(shù)字診斷平臺(tái)被保障對(duì)象為14種,按照一般設(shè)計(jì)思路,適配器組主要包含14種適配器。數(shù)字診斷平臺(tái)配備14種適配器,主要缺點(diǎn)為:適配器數(shù)量偏多,體積較大,不便攜帶,操作過(guò)程復(fù)雜。為了克服和解決適配器眾多的問(wèn)題,在適配器設(shè)計(jì)中增加接口管理技術(shù),將連接器一樣的被保障對(duì)象適配器合成一種,將適配器的數(shù)量由原來(lái)的14種降到3種。適配器集成設(shè)計(jì)示意圖見(jiàn)圖5所示。

圖5 適配器集成化設(shè)計(jì)示意圖

4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該平臺(tái)為了達(dá)到便攜的目的,主要采用拉桿箱的形式進(jìn)行設(shè)計(jì)。平臺(tái)上方為操作平臺(tái),預(yù)留有兩個(gè)適配器安裝位置,方便適配器由上向下插拔。便攜式終端控制計(jì)算機(jī)安裝在第一個(gè)抽屜內(nèi)。終端控制計(jì)算機(jī)在抽屜正常抽出后即可使用。示波器單元、數(shù)字萬(wàn)用表、數(shù)字輸入輸出模塊、通信接口單元、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等設(shè)備安裝在機(jī)箱組合內(nèi)。整體尺寸僅為440mm×280mm×630mm,相當(dāng)于24寸行李箱的大小,重量約為23.8kg。數(shù)字診斷平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖6所示。

圖6 數(shù)字診斷平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖

數(shù)字故障診斷平臺(tái)重量是很重要的一個(gè)技術(shù)指標(biāo),該平臺(tái)設(shè)計(jì)重量估計(jì)表見(jiàn)表2所示。

表2 數(shù)字故障診斷平臺(tái)重量估計(jì)表

5 軟件設(shè)計(jì)

測(cè)試軟件設(shè)計(jì)采用高級(jí)語(yǔ)言VC和WPF,WPF是新一代圖形系統(tǒng),主要為用戶界面、2D/3D圖形、文檔和媒體提供了統(tǒng)一的描述和操作方法。基于DirectX 9/10技術(shù)的WPF不僅帶來(lái)了前所未有的3D界面,而且其圖形向量渲染引擎也大大改進(jìn)了傳統(tǒng)的2D界面。 WPF它提供了超豐富的.NET UI 框架,集成了矢量圖形,豐富的流動(dòng)文字支持(flow text support),3D視覺(jué)效果和強(qiáng)大無(wú)比的控件模型框架。測(cè)試軟件主界面見(jiàn)圖7所示。

圖7 測(cè)試軟件主界面

6 結(jié)束語(yǔ)

雷達(dá)系統(tǒng)是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的電子系統(tǒng),當(dāng)雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)生故障后維修將面臨的諸多困難。為了準(zhǔn)確快速維修雷達(dá)產(chǎn)品,提高雷達(dá)的作戰(zhàn)效能,因此研究開(kāi)發(fā)高效快捷的維修檢測(cè)設(shè)備很有必要。本文不同于與其他維修檢測(cè)設(shè)備,采用通用數(shù)字平臺(tái)+適配器組+故障診斷軟件架構(gòu),提出一種便攜式通用數(shù)字診斷平臺(tái)的方案,易于攜帶,操作簡(jiǎn)單,適用于支援式快速檢測(cè)維修。當(dāng)雷達(dá)產(chǎn)品發(fā)生故障后,可以快速將診斷平臺(tái)送到雷達(dá)維修現(xiàn)場(chǎng),在檢測(cè)軟件的操作提示下進(jìn)行操作,可以簡(jiǎn)單、快速、 準(zhǔn)確對(duì)故障件進(jìn)行性能測(cè)試、故障檢測(cè)、故障隔離,極大程度地減少了雷達(dá)產(chǎn)品的故障檢測(cè)、維修時(shí)間。