新型電子設備的故障自動檢測①

摘要：該文根據檢測、估計理論以及數字信息處理技術，論述了新型電子設備故障自動檢測系統的理論基礎；提出了以微處理器為核心的自動數據采集、故障自動診斷系統以及具體硬軟件電路的實現。實現該系統對于新型電子設備朝著自動化，智能化方向發展，提高新型電子設備的可靠性具有一定的實用價值。

關鍵詞：電子設備 故障 檢測

中圖分類號：TP274 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）04（b）-0224-01

1 系統設計原則

1.1 設計自動故障自檢電路時應預以考慮的問題

（1）自檢電路的可靠性應高于被檢對象的可靠性，所選元件的故障率要比被檢對象元件的故障率小一至二個數量級。

（2）在電子設備上加自檢電路后，不能影響或改變電子設備設計的性能參數。

（3）自檢電路應在自身發生故障后，迅速自動和被檢對象脫離，使被檢對象受到保護，并能給出自檢電路故障指示和被檢對象某部分不再受到監視的指示。

（4）自檢電路的檢測點應首先安排在可能產生危險性故障以及有嚴重經濟后果和故障率高的部位，也要滿足自動分離故障的要求，并使故障覆蓋率達到一定要求。

（5）自檢電路應能將故障無模糊地孤立至規定的區域位置。

（6）自檢電路應具有優良的性能價格比。

（7）本自檢電路的檢測、分離層次定為對電子設備有重要影響的電路。

（8）硬件、軟件相結合，只要內存容量足夠、檢測時間允許，應盡可能地采用軟件完成檢測。

1.2 需要解決的關鍵技術問題是

（1）測試區劃分和測試點確定，被測信號的確定和故障識別準則。

（2）被測信號歸一化。

（3）被測信號檢測、處理和比較，必要時顯示值的大小。

（4）故障的告警等。

1.3 測試點和診斷門限的確定

測試點的配置以不影響原系統的性能為前提，以盡可能少的點判決盡可能多的故障為原則，根據電子設備的結構特點、工作原理、故障的先驗知識、故障率等來劃分檢測區，確定工作點。利用如下技巧：將大系統分成若干個相對獨立的分系統，將分系統按單列可更換單元設計。在本方案中即按電子設備各功能電路板分區，將單列可更換單元定為各級電路級。采用連續多次采樣，然后對其取平均值的方式判別測試點是否有故障，實際上是對觀測數據進行時間平滑，從而減少瞬間波動（躁聲或干擾）引起的虛警。

2 硬件組成

整個硬件以單片機為中心組織電路，組成一個單片機應用系統，包括信號源、微信號提取與放大，模擬量數據采集通道自動切換，A/D轉換接口等，單片機接口電路等電路。

2.1 信號源電路

由自檢系統采用鎖相頻率合成技術產生的信號源，具有被測電子設備相同的頻率穩定度和準確度。在自檢系統微處理器的控制下，適時加到被測電子設備的發射或接收部分，使得電子設備在沒有接收信號和發送信號的情況下，故障自檢系統也能完成檢測，且信號源電平固定，為后面相關通道的診斷門限確定提供了方便。

2.2 信號提取及預處理、放大歸一電路

信號提取應放置在最能拾取故障信息的部位，對故障信息的鑒別能力取決于整個電路的分辨力和精度，要合理分配到各級，以便選擇相應的電路芯片，電路級間的連接和接地應符和抗干擾和降低噪聲的要求，當信號頻率很高時應注意屏蔽和用同軸線連接。提取出的信號進行預處理及放大，要求信號的規一化及放大器輸出不應超出A/D轉換器的輸入范圍，即能將信號放大到A/D轉換器所要求的電平。

2.3 模擬量數據采集子系統

模擬量輸入數據采集系統設計原則：滿足系統功能和性能指標要求，并保證系統可靠。硬件參數選擇要恰當，以A/D轉換器芯片決定其它芯片，要求其它芯片、元器件的誤差比A/D轉換器的小，性能價格比高。

2.4 單片機接口電路

包括單片機、按鍵輸入、故障代號顯示、EPROM擴展等。

3 及軟件設計

為了使自檢系統的硬件設備能靈活地完成多種檢測與控制任務，還必須配合軟件的開發及應用。如采用某些軟件措施后，可以使系統在數據檢測、采集過程中具有一定的智能作用，使系統的性能得到改善，使信號得到恰當的處理與分析，以適應顯示及控制的目的。

在智能檢測方面應用的系統檢測軟件除了某些專用專用程序外，通用的常包括以下幾種：系統開機自檢、自診斷程序，自動量程及測試功能選擇程序，數據自動采集、抑制干擾方面的程序，傳感器及采集通道校正、自補償、線性化處理程序，數據分析、統計、運算處理方面的程序，數據格式及數據輸出方面的程序。以下將針對電子設備故障自檢系統的特點就其中的幾個問題進行說明：

（1）只要內存容量足夠，檢測時間也允許，應盡可能多地采用軟件完成檢測。根據硬件電路圖的各種信息（如端口地址、邏輯關系等）來完成軟件設計，即軟件必需以硬件為基礎。

（2）每個通道的A/D轉換都采用255次轉換取平均值的方法來進行時間平滑，從而減少瞬間波動（噪聲或干擾）引起的誤診斷。

（3）A/D轉換的測試點出現故障原地等待，直到排除故障后，按KG開-關，再重新檢測、看是否正常。若不正常，仍原地等待。若正常，跳到下一個測試點。同理，以下點照此進行。

（4）顯示方式說明：A/D轉換通道采用故障代號顯示，若通道無故障則不顯示。測量通道顯示通道號，頻率計顯示頻率，按KG開關轉下一通道。

（5）由于數據采集完后是單中斷控制方式，所以程序中應有中斷服務程序。這種方式減少了CPU工作時間。

（6）在啟動故障自檢系統之前，電子設備面板顯示的工作狀態應預置。

4 結語

隨著電子信息技術的發展，新型電子設備自動化、智能化水平不斷提高，為充分發揮其效能，對新型電子設備的可靠性和出了故障后能迅速排除提出了更高的要求。所以新型電子設備故障自檢系統將成為其設備重要組成部分。隨著控制論、信息論、檢測和估計理論以及數字信息處理技術等近期研究成果被移植到診斷系統中，故障的計算機模擬和智能識別等新技術新理論的應用，必將使得新型電子設備故障自檢系統得到更快的發展。

參考文獻

[1]Instruction Mannal for MARCONI MARINE DOSIOO VHF RADIOT ELEPHONE，2002.

[2]周青龍.故障診斷與控制[M].兵器工業出版社，2001.

[3]胡瑞雯.智能檢測與控制系統[M].西安交通大學出版社，2001.

[4]沈蘭蓀.數據采集技術[M].北京：中國科大出版社，2004.