电路故障检测系统中缓存装置的设计①

2013-02-02朱雪彤吴云飞韩海生曹亚杰

佳木斯大学学报（自然科学版） 2013年3期

朱雪彤，马佳，吴云飞，韩海生，芦颖，曹亚杰，王锐

(佳木斯大学a.理学院，b.信息学院，黑龙江佳木斯154002)

0 引言

随着计算机、微电子等技术的发展，电路板上元器件密度愈来愈大，结构更加复杂. 这就给维修带来很多困难.在使用过程中，由于操作不当、工作环境恶劣等因素，电路板会经常出现故障. 特别是有些国外的设备，出现故障以后，很难维修，使得系统不能正常运转，传统检测手法［1］已经很难奏效.高精度电路板故障检测系统采用红外热成像技术，对电路板实施非接触式故障诊断，通过红外热图像能够观察到电路板工作时的红外热辐射，电路板发生故障，能够对电路板故障作出故障判断.

1 系统检测原理

电路在通电状态下，每个元件都会有电流流过，由焦耳定律可知电流通过导体将产生热量，电流不同，产生的热量不同，则温度不同.由于自然界所有温度在绝对零度(-273℃)以上的物体都会发出红外线，而红外辐射的强弱与温度有关. 根据斯蒂芬-玻尔兹曼定律:任何高于绝对零度的物体都有红外辐射，辐射功率W 与其绝对温度T 的四次方成正比，即:

式中，ε ∈(0，1)，是物体表面发射率，σ 是斯蒂芬- 玻尔兹曼常数;T 是物体的绝对温度.温度不同，产生的红外辐射也不同. 当电子元件发生故障时，有两种情况:一是短路，短路时电流较大，元件较热，其红外线辐射量大，此时热成像较正常是红外成像变化很大;二是当元件断路(接触不良)时，流过元件的电流值几乎为零，所以，元件温度较正常工作时低，几乎没有红外辐射，此时，热成像与正常时热成像差别较大，从而找出故障点.

2 缓存装置组成

系统以数字图像信号为核心，根据红外热像采集设备的时序信号，利用分离时序逻辑［2］，对采集设备的输出的信号进行处理，选出有效信号. 再把有效信号传回计算机进行数字图像重构，进行相应的处理.系统主要由激励信号开关电路，定位电路，地址信号发生器，缓存装置，中断信号产生电路等部分组成. 系统结构框图如图1 所示:

图1 系统的结构框图

定位电路的设计是为节省存储空间，只存储有效数据，去掉同步信号.根据输入激励信号产生四个定位信号，行起信号LSTART，行止信号LEND，列起信号PSTART，列止信号PEND 来实现定位功能.

图2 硬件调试流程图

输入信号每20ms 一帧，在设备刚接通电源或主机在响应中断时所接收的图像可能不是一幅完整的画面，这就需要设计激励信号开关电路，保证存入一幅完整图像. 在主机接收完有效数据之后，缓存装置立即封锁激励信号，等待主机重新发出指令，允许激励信号输入.

地址信号发生器产生存储器所需地址.在接收数据时，由于只有三个激励信号:场信号，行信号及时钟信号，时钟周期是70ns，所以我们采用高速器件，采用激励时钟信号作为地址信号发生器的是时钟信号产生存入数据所需地址;读数据地址由主机给出.

由于检测时采用并行接口进行传输，所以采用EPP 模式［3］，需要进行信息交换，设计握手电路来完成此项功能.

3 硬件调试

通过计算机并口调试电路板，测试电路各部分功能是否正确，包括并口应有的读写过程和用并口仿真设备输出信号两部分.由于并口输出的信号之间存在干扰，通过接滤波电容来滤除干扰. 对并口进行操作时，首先要对它初始化，对控制端口37A写入控制字，使端口按要求处于读或写状态，然后再进行相应的操作.由于采用EPP 模式，这里使用37B 地址端口和37C 数据端口进行传输操作.首先给地址计数器预置初值，主机先发出一个写地址指令，写00H 到37B 端口，选择计数器1、2，然后发出写数据指令，写55H 到37C 端口，对计数器1、2 置数;再发出写地址信号，写01H 到37B 端口，选择计数器3、4，然后发出写数据指令，写AAH 到37C端口，对计数器3、4 进行置数;同样再发出写地址信号，写02H 到37B 端口，选择计数器5，然后发出写数据指令，写66H 到37C 端口，对计数器5 进行置数.在所有计数器置完初值后，不断读入数据.初始状态，LSTART 信号为0，PSTSRT，PEND，PCLK信号任意.具体的程序流程图如图2 所示.

图3 接收数据流程图

图4 接收的图像

4 接收数据恢复图像

每个像素都具有两个属性:位置和灰度.位置(或称地址)由采样点的两个坐标即行和列决定.灰度表示该像素位置上亮暗程度的整数.在这里我们每次接收8 位数据，产生256 种灰度级. 所接收的数据为温度，温度越高数值越大，温度越低数值越小.由灰度的线性特性［4］，根据所接收数据的不同，得到相应的灰度图.首先初始化，使端口处于读状态.CPU 可以不必经常查询外围接口，空出时间去处理其他事，直到接口提出需要服务的中断请求为止.当外设已准备好，需要和CPU 交换数据时，它就通过I/O 接口给CPU 一个中断请求信号.CPU 响应接口的中断请求，暂停正在执行的程序，开始处理中断信号，主机读入75k 数据并存成文件形式.主机在读取文件，根据所读取得数据画成灰度图，工作人员可以根据灰度图找出故障点，进行故障处理.该程序的流程图如图3 所示:

由该程序所得的灰度图如图4 所示，其中，黑色表示温度低，白色表示温度高. 图中亮度最高的部分为发生故障的部分，其红外线辐射量大.