一种便携式通用数字诊断平台的设计

肖开健 李万玉 卢 冀 周 洪

(1.西安电子工程研究所 西安 710100;2.西安市射频综合仿真重点实验室 西安 710100)

0 引言

当雷达产品发生故障后,采取维修的方式有以下两种:第一种是根据雷达本身的自检系统(BIT),根据故障提示,进行快速简单换件处理解决故障;第二种是将怀疑的故障件带回修理厂使用专用的检测维修设备或平台进行详细的检测和维修。对比两种维修的方法:第一种单一依靠雷达本身的自检系统(BIT),由于受系统的设计的可靠性和成本的限制,雷达BIT功能很有限,实际上很难达到很高的故障检测率和隔离率。采用第二种方法可以详细准确地检测故障件进行维修,解决了第一种带来的很低的故障检测率、隔离率,但对维修人员专业知识要求较高,且有维修时间较长的问题。为了准确快速地检测维修,研制开发一种便携式通用数字诊断平台提高检测准确度和效率很有必要[1]。

1 主要功能

该通用数字检测平台可用于不同雷达产品数字电路进行故障诊断的通用平台,平台采用全自动故障诊断定位技术[2],判断被测电路是否存在故障,并进行故障元件分离与定位。其主要功能如下:

1)通用检测平台为被测件提供所需的电源、激励信号以及同步信号等。

2)采样被测件特性信号,通过专用检测软件判别被测件是否有故障,并定位到芯片或模块。

3)平台具有通用的检测维修接口,方便适应不同检测适配器连接,满足各种数字电路的检测。

4)平台具备自检功能,具有计量检测接口、网络通信接口。

2 系统组成

数字诊断平台采用“先进、实用、经济、可靠、便携”设计原则,采用通用数字平台+适配器组+故障诊断软件架构实现[3]。该平台主要由通用数字平台、适配器组、故障诊断软件及专用测试附件组成。

通用数字平台主要由便携式终端控制计算机、示波器测试单元、数字万用表测试单元、数字输入输出模块单元、通信接口单元、以太网通信模块、网络交换机、母板转接板单元、电源模块及适配器组等组成。

故障诊断软件主要由各被测单元检测软件、示波器控制软件、数据库软件等组成。数字诊断平台组成配套表见表1所示。

表1 数字诊断平台组成配套表

3 工作原理

在数字诊断平台上的便携式终端控制计算机、示波器测试单元、数字万用表测试单元、数字输入输出模块单元、通信接口单元、以太网通信模块、母板转接板单元等通过工业以太网交换模块单元相互相连。在平台最下方安装附件箱,用于存放适配器。

在工作过程中,打开便携式终端控制计算机中的检测软件,控制适配器、数字输入输出单元、串口、CAN口产生被测件所需的激励信号,同时接收被测件的输出的特征信号。检测软件根据采集到的被测件的特征信号进行分析,判别被测件是否故障,并进一步分离被测件故障单元或元器件。数字诊断平台组成原理框图见图1所示。

图1 诊断平台组成原理框图

3.1 通用数字平台设计

通用数字平台主要由便携式终端控制计算机、示波器测试单元、数字万用表测试单元、数字输入输出模块单元、通信接口单元、以太网通信模块、网络交换机、母板转接板单元、电源模块等组成。数字平台进行了小型化设计,由原来的通用机电检测平台四个机箱变为一个便携式机箱,携带方便。如图2、图3所示。

图2 通用机电检测台外形图

图3 现平台外形图

3.2 适配器组设计

适配器组设计的原则:根据每个被测件的工作原理和设计图纸,制定专门的检测方法和策略,然后根据检测方法和策略设计专用的适配器,完整的测试被测件的各个功能模块和分离故障元器件[4-5]。为了达到平台的便携性,对适配器也进行了小型化设计。小型化设计主要考虑以下两个方面:

1)将适配器从以前的组合形式改为单板形式。在保证测试项目和功能完整性的情况下,有效地减小了适配器体积和重量,方便安装和携带。从体积上来讲由适配器原来的组合改为了单板,体积大大减少;从重量上来讲由原来的20kg减少为小于500g左右。适配器小型化设计示意图见图4所示。

图4 适配器小型化设计示意图

2)进行适配器集成设计,数字诊断平台被保障对象为14种,按照一般设计思路,适配器组主要包含14种适配器。数字诊断平台配备14种适配器,主要缺点为:适配器数量偏多,体积较大,不便携带,操作过程复杂。为了克服和解决适配器众多的问题,在适配器设计中增加接口管理技术,将连接器一样的被保障对象适配器合成一种,将适配器的数量由原来的14种降到3种。适配器集成设计示意图见图5所示。

图5 适配器集成化设计示意图

4 结构设计

该平台为了达到便携的目的,主要采用拉杆箱的形式进行设计。平台上方为操作平台,预留有两个适配器安装位置,方便适配器由上向下插拔。便携式终端控制计算机安装在第一个抽屉内。终端控制计算机在抽屉正常抽出后即可使用。示波器单元、数字万用表、数字输入输出模块、通信接口单元、网络交换机等设备安装在机箱组合内。整体尺寸仅为440mm×280mm×630mm,相当于24寸行李箱的大小,重量约为23.8kg。数字诊断平台结构示意图见图6所示。

图6 数字诊断平台结构设计示意图

数字故障诊断平台重量是很重要的一个技术指标,该平台设计重量估计表见表2所示。

表2 数字故障诊断平台重量估计表

5 软件设计

测试软件设计采用高级语言VC和WPF,WPF是新一代图形系统,主要为用户界面、2D/3D图形、文档和媒体提供了统一的描述和操作方法。基于DirectX 9/10技术的WPF不仅带来了前所未有的3D界面,而且其图形向量渲染引擎也大大改进了传统的2D界面。 WPF它提供了超丰富的.NET UI 框架,集成了矢量图形,丰富的流动文字支持(flow text support),3D视觉效果和强大无比的控件模型框架。测试软件主界面见图7所示。

图7 测试软件主界面

6 结束语

雷达系统是一个相当复杂的电子系统,当雷达系统发生故障后维修将面临的诸多困难。为了准确快速维修雷达产品,提高雷达的作战效能,因此研究开发高效快捷的维修检测设备很有必要。本文不同于与其他维修检测设备,采用通用数字平台+适配器组+故障诊断软件架构,提出一种便携式通用数字诊断平台的方案,易于携带,操作简单,适用于支援式快速检测维修。当雷达产品发生故障后,可以快速将诊断平台送到雷达维修现场,在检测软件的操作提示下进行操作,可以简单、快速、 准确对故障件进行性能测试、故障检测、故障隔离,极大程度地减少了雷达产品的故障检测、维修时间。