一種便攜式通用數字診斷平臺的設計

肖開健 李萬玉 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實驗室 西安 710100)

0 引言

當雷達產品發生故障后,采取維修的方式有以下兩種:第一種是根據雷達本身的自檢系統(BIT),根據故障提示,進行快速簡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維修設備或平臺進行詳細的檢測和維修。對比兩種維修的方法:第一種單一依靠雷達本身的自檢系統(BIT),由于受系統的設計的可靠性和成本的限制,雷達BIT功能很有限,實際上很難達到很高的故障檢測率和隔離率。采用第二種方法可以詳細準確地檢測故障件進行維修,解決了第一種帶來的很低的故障檢測率、隔離率,但對維修人員專業知識要求較高,且有維修時間較長的問題。為了準確快速地檢測維修,研制開發一種便攜式通用數字診斷平臺提高檢測準確度和效率很有必要[1]。

1 主要功能

該通用數字檢測平臺可用于不同雷達產品數字電路進行故障診斷的通用平臺,平臺采用全自動故障診斷定位技術[2],判斷被測電路是否存在故障,并進行故障元件分離與定位。其主要功能如下:

1)通用檢測平臺為被測件提供所需的電源、激勵信號以及同步信號等。

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

3)平臺具有通用的檢測維修接口,方便適應不同檢測適配器連接,滿足各種數字電路的檢測。

4)平臺具備自檢功能,具有計量檢測接口、網絡通信接口。

2 系統組成

數字診斷平臺采用“先進、實用、經濟、可靠、便攜”設計原則,采用通用數字平臺+適配器組+故障診斷軟件架構實現[3]。該平臺主要由通用數字平臺、適配器組、故障診斷軟件及專用測試附件組成。

通用數字平臺主要由便攜式終端控制計算機、示波器測試單元、數字萬用表測試單元、數字輸入輸出模塊單元、通信接口單元、以太網通信模塊、網絡交換機、母板轉接板單元、電源模塊及適配器組等組成。

故障診斷軟件主要由各被測單元檢測軟件、示波器控制軟件、數據庫軟件等組成。數字診斷平臺組成配套表見表1所示。

表1 數字診斷平臺組成配套表

3 工作原理

在數字診斷平臺上的便攜式終端控制計算機、示波器測試單元、數字萬用表測試單元、數字輸入輸出模塊單元、通信接口單元、以太網通信模塊、母板轉接板單元等通過工業以太網交換模塊單元相互相連。在平臺最下方安裝附件箱,用于存放適配器。

在工作過程中,打開便攜式終端控制計算機中的檢測軟件,控制適配器、數字輸入輸出單元、串口、CAN口產生被測件所需的激勵信號,同時接收被測件的輸出的特征信號。檢測軟件根據采集到的被測件的特征信號進行分析,判別被測件是否故障,并進一步分離被測件故障單元或元器件。數字診斷平臺組成原理框圖見圖1所示。

圖1 診斷平臺組成原理框圖

3.1 通用數字平臺設計

通用數字平臺主要由便攜式終端控制計算機、示波器測試單元、數字萬用表測試單元、數字輸入輸出模塊單元、通信接口單元、以太網通信模塊、網絡交換機、母板轉接板單元、電源模塊等組成。數字平臺進行了小型化設計,由原來的通用機電檢測平臺四個機箱變為一個便攜式機箱,攜帶方便。如圖2、圖3所示。

圖2 通用機電檢測臺外形圖

圖3 現平臺外形圖

3.2 適配器組設計

適配器組設計的原則:根據每個被測件的工作原理和設計圖紙,制定專門的檢測方法和策略,然后根據檢測方法和策略設計專用的適配器,完整的測試被測件的各個功能模塊和分離故障元器件[4-5]。為了達到平臺的便攜性,對適配器也進行了小型化設計。小型化設計主要考慮以下兩個方面:

1)將適配器從以前的組合形式改為單板形式。在保證測試項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。從體積上來講由適配器原來的組合改為了單板,體積大大減少;從重量上來講由原來的20kg減少為小于500g左右。適配器小型化設計示意圖見圖4所示。

圖4 適配器小型化設計示意圖

2)進行適配器集成設計,數字診斷平臺被保障對象為14種,按照一般設計思路,適配器組主要包含14種適配器。數字診斷平臺配備14種適配器,主要缺點為:適配器數量偏多,體積較大,不便攜帶,操作過程復雜。為了克服和解決適配器眾多的問題,在適配器設計中增加接口管理技術,將連接器一樣的被保障對象適配器合成一種,將適配器的數量由原來的14種降到3種。適配器集成設計示意圖見圖5所示。

圖5 適配器集成化設計示意圖

4 結構設計

該平臺為了達到便攜的目的,主要采用拉桿箱的形式進行設計。平臺上方為操作平臺,預留有兩個適配器安裝位置,方便適配器由上向下插拔。便攜式終端控制計算機安裝在第一個抽屜內。終端控制計算機在抽屜正常抽出后即可使用。示波器單元、數字萬用表、數字輸入輸出模塊、通信接口單元、網絡交換機等設備安裝在機箱組合內。整體尺寸僅為440mm×280mm×630mm,相當于24寸行李箱的大小,重量約為23.8kg。數字診斷平臺結構示意圖見圖6所示。

圖6 數字診斷平臺結構設計示意圖

數字故障診斷平臺重量是很重要的一個技術指標,該平臺設計重量估計表見表2所示。

表2 數字故障診斷平臺重量估計表

5 軟件設計

測試軟件設計采用高級語言VC和WPF,WPF是新一代圖形系統,主要為用戶界面、2D/3D圖形、文檔和媒體提供了統一的描述和操作方法。基于DirectX 9/10技術的WPF不僅帶來了前所未有的3D界面,而且其圖形向量渲染引擎也大大改進了傳統的2D界面。 WPF它提供了超豐富的.NET UI 框架,集成了矢量圖形,豐富的流動文字支持(flow text support),3D視覺效果和強大無比的控件模型框架。測試軟件主界面見圖7所示。

圖7 測試軟件主界面

6 結束語

雷達系統是一個相當復雜的電子系統,當雷達系統發生故障后維修將面臨的諸多困難。為了準確快速維修雷達產品,提高雷達的作戰效能,因此研究開發高效快捷的維修檢測設備很有必要。本文不同于與其他維修檢測設備,采用通用數字平臺+適配器組+故障診斷軟件架構,提出一種便攜式通用數字診斷平臺的方案,易于攜帶,操作簡單,適用于支援式快速檢測維修。當雷達產品發生故障后,可以快速將診斷平臺送到雷達維修現場,在檢測軟件的操作提示下進行操作,可以簡單、快速、 準確對故障件進行性能測試、故障檢測、故障隔離,極大程度地減少了雷達產品的故障檢測、維修時間。