一種綜合控制設備的便攜式檢測設備設計

江蘇自動化研究所 孫日明 李 臣 彭益智

引言

綜合控制設備是某武器系統的指揮控制設備，作為近年來服役的核心控制設備，綜合控制設備采用了串口、PCI總線通信方式，擔負著信息處理、火炮控制，數據記錄，以及目標探測信息顯示等功能。設備復雜的功能和繁瑣的通信協議為故障排查帶來了一定困難。對于某些復雜故障，采用萬用表、示波器等工具幾乎無法檢測。設備雖然具有一定自測試功能，但測試功能不完整，故障定性、定位不準確。

為了滿足綜合控制設備現場維修保障的需求，提高維修保障效率，本文設計了基于一體化計算機的便攜式檢測設備[1]，對通信接口和內部模塊進行檢測，可定位設備故障到現場可更換單元。

1 測試需求分析

圖1 綜合控制設備原理

如圖1所示，綜合控制設備基于PCI總線形式掛載了計算機主板、綜合顯示模塊及串口擴展模塊。計算機主板為PCI總線主設備，運行程序安裝于掛載的電子盤，通過USB接口外聯了鍵盤和跟蹤球，用于命令輸入和設備操控。綜合顯示模塊接收來自探測設備的視頻信號和主板的顯示信號,處理后的顯示信號輸出至顯示器。串口擴展模塊通過串口與外圍探測設備和武器系統通信，實現對周圍探測信息的感知和武器系統的控制。電源模塊輸出穩定的+3.3V、+5V和+12V直流電源，為各模塊供電。

基于綜合控制設備的模塊組成和功能，便攜式檢測設備的功能及設計要求如下：

a)可在線監聽綜合控制設備與探測設備和武器系統的通信內容，按照通信協議進行解析，輔助判斷故障設備（綜合控制設備、探測設備或武器系統）；

b)可對綜合控制設備內部模塊/插件進行功能檢測，定位故障至模塊級（現場可更換單元）；

c)結構簡潔，減少殼體、夾具、測試線纜等不必要部件，滿足便攜式使用要求。

2 方案設計

2.1 通信監聽

通信監聽方案如圖2所示，在綜合控制設備與探測設備或武器系統線纜間接入一小段測試線纜，從二者串口發送端連線至便攜式檢測設備兩個串口的接收端。綜合控制設備與探測設備或武器系統正常通信的同時，也會把數據發往檢測設備[2]。檢測設備把數據保存至設備文件，并根據通信協議解析相關數據，把解析內容以文字的形式顯示出來。檢測人員可查閱通訊流程、通訊數據及相關解析內容，判斷設備（綜合控制設備、探測設備或武器系統）是否故障。

圖2 在線監聽線纜連接圖

2.2 模塊/插件檢測

通過通信監聽，可判斷故障設備，若為綜合控制設備故障，可再按照模塊/插件的檢測方法，定位故障到具體某一模塊，實現現場可更換單元的故障檢測。具體的檢測方法如圖3所示。

圖3 模塊檢測線纜連接圖

把綜合控制設備上的電子盤換為專門設計的測試電子盤，運行測試程序，配合檢測設備提供的測試資源，共同完成綜合控制設備內部模塊/插件的功能檢測。

2.2.1 操控模塊檢測

針對鍵盤和跟蹤球等操控模塊，僅采用測試程序即可實現功能檢測。例如，鍵盤測試程序設計為一文本輸入框，敲擊鍵盤輸入字符，可判斷按鍵功能。跟蹤球測試程序可顯示按鍵的狀態和光標的實時坐標，滾動跟蹤球并按下按鍵可判斷跟蹤球功能。

2.2.2 插件檢測

插件檢測主要是針對綜合顯示模塊和串口擴展模塊。在測試設備內加入視頻信號源模塊和串口通訊模塊，具體檢測方法為：

a)綜合顯示模塊檢測：采用電視信號線連接視頻信號源和綜合控制設備的電視輸入接口。綜合顯示模塊測試程序設計為包含兩路電視的顯示畫面，檢測時，可調整顯示設置，觀察電視畫面的質量，判斷綜合顯示模塊功能；

b)串口擴展模塊檢測：采用串口通信線連接串口擴展模塊和綜合控制設備的串口。測試程序設計為一串口通信程序，檢測設備與綜合控制設備互相發送數據，判斷串口功能。

2.2.3 電源模塊檢測

電源模塊不能采用測試程序檢測，專門設計了電源檢測模塊，原理如圖4所示。

電源檢測模塊采用串口通信線連接至便攜式計算機。輸入的220V交流電源一路接至數據采集板，另一路接至電源模塊交流輸入端，為二者供電。電源模塊輸出的直流電源一路接至功率電阻，模擬帶負載運行。另一路接至數據采集板的AD采樣端。數據采集板收到測量命令后采集電源電壓并反饋便攜式計算機，由計算機軟件判斷電源模塊功能。

圖4 電源檢測模塊原理

3 設計實現

3.1 計算機硬件平臺

綜合考慮功能需求和設備性能，最終選擇了泛華測控的PXI-9106和PXI-3051組成的一體化計算機作為計算運行平臺，該平臺采用6槽棧式結構便攜式PXI機箱，集成了液晶顯示器、鍵盤、觸摸屏、觸控板等，結構堅固緊湊，重量輕，滿足便攜使用要求。

串口通訊模塊選用了凌華的PCI-3544，輸出4路可配置串口，用于通訊監聽和串口擴展模塊檢測。視頻信號源模塊為自研模塊，可輸出視頻信號，用于綜合顯示模塊和顯示器檢測。便攜式檢測設備最終的硬件組成如表1所示。

表1 便攜式檢測設備組成

3.2 電源檢測模塊

根據設備功耗情況(如表2所示)，電源檢測模塊選用了四川永星的RX24系列功率電阻。該系列電阻體積小，安裝在電源檢測模塊的金屬內壁上，利用設備殼體散熱，短時間內可滿足散熱要求。

表2 功率電阻選型

數據采集板采用了意法半導體公司32位STM32F103微控制器[3]，最多可采集16個通道數據，測量電壓范圍為0-3.3V。為了擴展測量范圍，數據采集板上采用了精密電阻分壓的方式。

3.3 軟件功能

通信監聽軟件如圖5a所示，用于在線監聽綜合控制設備與探測設備或武器系統的通信內容。點擊“開始錄取”按鈕，系統開始錄取、解析和顯示通信內容[4-5]。點擊“停止”按鈕，將保存錄取數據并終止數據錄取。點擊“查看”按鈕可查看已保存的通信記錄。電源模塊檢測軟件如圖5b所示，點擊“開始測試”按鈕，系統將發送測試命令至電源檢測模塊，接收到測量數值后經軟件判斷是否正常，通過界面顯示出來。電子盤測試程序如圖5c所示，系統啟動后，程序會自動掃描并顯示模塊狀態（未加載、已加載、未發現設備），點擊已加載模塊會彈出相應測試程序，可配合進行插件/模塊功能檢測。

圖5 軟件界面

4 結語

本文介紹了一種綜合控制設備的便攜式檢測設備設計方法，重點介紹了設計原理、硬件組成和軟件設計。該設備為現場維修人員提供了一種有力的故障檢測手段，可檢測和定位故障到現場可更換單元。設備盡量采用了被測設備自身的線纜和測試資源，精簡了設備結構。

[1]柳愛利,周紹磊.自動測試技術[M].北京:電子工業出版社,2007.

[2]郭保青.單片機原理與接口技術[M].北京:北京交通大學出版社,2012.

[3]黃智偉.STM32F 32位ARM微控制器應用設計與實踐[M].北京:北京航空航天大學出版社,2012.

[4]高福成.C語言程序設計[M].北京:清華大學出版社,2009.

[5]孫鑫.VC++深入詳解[M].北京:電子工業出版社,2006.