基于智能诊断功能的激光测距机自动测试平台技术研发
基于智能诊断功能的激光测距机自动测试平台技术研发
作者:万强;曹海源;孙斌;张晶;刘旭;程勇
光电装备作为战场上的“感知器”和“倍增器”,在现代高技术战争中发挥着侦察与识别、测距与通信、雷达与制导、预警与对抗等重要作用 ,其技术与结构的复杂程度日益增加 ,用传统人工判断的方法进行故障检测与诊断越来越困难 ,有的根本实现不了。我军现役的光电装备主要包括可见光仪器、激光测距仪与目标指示器、红外热像仪、微光夜视仪四类 ,其现代化、自动化程度越来越高 ,一大批新一代先进的武器装备正在研制及相继服役。就最典型的激光装备 ———激光测距机为例 ,它是集电子、光学、机械为一体 ,结构精密、工作原理复杂的光电系统〔1〕,其故障诊断非常复杂和困难 ,目前激光测距机的技术保障尚没有先进的自动测试诊断系统予以支持 ,以致装备一旦出现故障 ,无论故障大小 ,一概送厂修理 ,直接造成时间与经济的巨大损失。
随着现代电子测试技术、微电子技术、计算机技术的发展 ,适用于光电装备测试诊断的自动测试系统及设备 (ATE)也由于军事工业的需要和现代战争的需要而不断向前发展。 ATE是测试技术与信息处理、性能检测与故障诊断、系统辨识和参数估计、控制与决策以及人工智能等多种技术紧密结合 ,综合发展的产物 ,在提高武器装备的综合作战效能方面发挥了巨大作用 ,已逐步成为武器系统可靠运行的必要保证。采用 ATE 技术可最大限度地尽快发现故障部位、故障原因等 ,为尽快排除故障提供可靠依据〔2〕,从而实现装备的智能故障诊断 ,以缩短故障诊断时间〔3〕,保障装备的完好性。
1 智能诊断测试平台的设计方案
1. 1 设计需求
激光测距机在我军种类较多 ,厂家较多 ,执行的标准各不相同。从电路结构看 ,各测距机大同小异 ,主要有充电电路、时序控制电路、计数电路、取样电路、接收电路和显示电路等。但电路中既有模拟电路信号 ,又有数字电路信号 ;既有高压信号 (上千伏) ,又有弱信号/ 窄脉冲 :既有高精度信号模拟 ,又有复杂、繁多的各种接口〔4〕。如何对众多的信号依次进行采集、隔离、转化、检测、综合分析、判断、给出维修方案等处理 ,是技术的重点。
基于自动测试设备 (ATE) 进行电路板测试程序集 ( Test Program Set ,简称 TPS) 的开发 ,用 TPS 对装备电路板进行自动测试 ,是解决装备维修测试的一个重要手段〔5〕。根据电路原理和实际应用中电路已出现的故障 ,建立一个较大的故障库 ,一旦出现故障 ,直接从库中对比特征 ,找出对应的故障原因。这种方法便于计算机化 ,做智能化判断时较多使用 ,但故障库的完整性和故障特征的准确性、代表性是这个方法的难点问题。TPS 的开发是一个劳动力高度密集的过程 ,需要精通装备电路原理的高水平技术人员模拟所有可能发生故障的情况 ,开发离散的测试路径来确保故障传播。这个过程需要耗费大量的财力 ,当系统复杂性增加的时候 ,这种理解逻辑线路的能力有时超出了人脑的分析思考能力。
基于上述原因 ,需要开发出一种全新的激光测距机 ATE智能诊断开发应用平台 ,充分发挥 ATE 在光电装备保障中的重要作用。
1. 2 方案设计
1. 2. 1 方案原理
该平台针对目前军用激光测距机 ,能够实时、快速、有效地实现故障检测、信息传递、诊断分析、故障定位、维修方案确定等过程自动化 ,最终以形象直观的方法指导普通技术人员对电路故障进行元件级的诊断与维修。该系统由 PC 机和下位机组成 ,PC 机主要完成对检测结果的分析、判断 ,从而定位故障部位 ,并给出维修方案。下位机基于 ADU C812 + CPLD 结构 ,主要由 MCU、CPLD、多信号处理及分配单元、转接电路、专家故障诊断修理软件等部分组成。PC 机和下位机之间采用串行接口通信 ,
该平台采用积木式组合结构设计方案〔6〕,以“标准平台” 的思想制成 ,可根据需要任意扩展升级。其具体工作过程为 :被检整机利用其外接接口、单板利用其现有插座或插针 ,通过转接电缆连接或直接连接到转接盒 ,转接电路采集整机和单元电路信号并进行预处理 ,实现降压、隔离、锁存、延时、触发、整形的功能 ,通常一种型号装备需要一套转接电路。多信号综合处理单元将多路、复杂、不可控制信号 ,按自定义的“资源分配协议”进行归类综合处理 ,通过运放驱动 ,门阵或光电耦合器驱动、通过开关控制、OC 门驱动、门阵隔离 ,转化为标准、可控制 TTL 信号。CPLD 对多种输入/ 输出 TTL 信号实现数字信号的采集与控制 ;实现数据缓存、控制逻辑、地址译码 :实现模拟激光脉冲的发生 ;实现多信号、并行、分时控制并以总线 ( PC - BUS) 结构形式直接通信给 MCU。MCU完成数据运算及程序控制、提供入机交互与通讯 ,并将测试结果通过 RS232 接口发送给 PC 机。
1. 2. 2 故障诊断软件设计
1. 2. 2. 1 软件的功能
故障诊断修理软件主要完成指导维修人员对故障装备进行元件级修理的功能。通过串口接收故障检修仪主机上传的检测信息 ,根据维修专家的经验和实际维修故障统计 ,对检测信息进行综合分析判断 ,找出最可能的故障单元或元件 :给出故障代码和故障名称 ,并根据维修人员需要调出多媒体修理指导软件 : (Flash 或 VB) ,形象直观地指导维修人员逐步操作 ,直到故障排除为止。它集中了多位维修专家丰富的维修经验和实践 ,并用最直观方式表现出来。
1. 2. 2. 2 软件的组成
本软件主要包括三个部分的内容 ,通讯软件、专家分析判断软件 ,指导修理软件。
(1) 通讯软件是专家诊断修理软件的基础 ,主要完成串口数据的发送和接收、根据通讯协议翻泽、转换、显示所接收数据的内容。通讯协议是上位机和下位机传送控制命令和数据信息的标准 ,根据通讯内容的需要制定。
串口数据的处理采用实时响应中断方式。下发命令时 ,直接根据菜单命令选择 ,操作简单、直观 ;接收数据时 ,直接弹出数据信息框 ,无需任何操作。
PC 与下位机采用异步串行端口通信 , 波特率设为38400bps/ s ,运用 VC + + 编程实现。采用 ActiveX 技术 ,使用微软的 MS Communication 控件 ,其基本操作流程和直接使用API 函数类似 ,达到了很好的设计效果。
(2) 专家分析判断软件是故障诊断软件的核心内容。它根据检测得出的众多信息 ,加以理论分析并结合维修技术人员多年的维修经验进行综合判断 ,得到最可能和范围最小的故障部位 ,甚至直接指出故障元件 ,并根据需要调用相应的指导修理软件 ,系统主机对实际测量得到的不同检测结果 ,进行分析处理 ,得到最可能故障点和最佳维修方案。其设计的实质是建立大型故障库 ,软件根据下位机检测结果检索故障库得到结果。软件使用 VC6. 0 编制而成 ,主要就是为实现上述故障库的检索 ,将检索到的分析结果显示出来 ,设计流程如图 3 所示。
故障库的建立 ,不仅基于详细的原理分析 ,大量的实测数据 ,还溶入多名维修专家多年的维修经验 ,对常见故障和常见故障元件进行了进一步的归类 ,使多数故障的判断十分准确 ,常常能直接找到故障元件 ,维修时直接更换即可。对不常见故障 ,也制定了一套程序化的检测方法 ,技术人员按照指导修理软件的提示 ,逐步操作 ,也能轻松排除故障。
(3) 指导修理软件是专家诊断修理软件的最终表现形式和完成修理的主要内容。它根据专家分析判断软件判明的故障点 ,以修理顺序为线索 ,一步一步指导维修人员去进行操作 ,直至故障排除。为此 ,软件以 Flash 多媒体动画的形式表现修理过程 ,具有直观和可操作性强的特点 ,大大降低了对维修人员的技术要求。
2 结束语
本文介绍的具备激光测距机智能诊断功能的 ATE 测试平台 ,采用了先进的诊断思想 ,在解决激光测距机接口复杂、提高 TPS 开发效率、降低维修人员技术要求等方面做了积极探索。研究基于 ATE 的激光测距机测试平台开发 ,对于进一步发展和完善具有我军特色的高性能维修测试系统 ,提高现代高技术条件下局部战争的野战抢修、应急机动保障能力 ,尽快恢复、持久保持光电装备的综合战斗力 ,具有积极意义。
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