防空反導(dǎo)武器系統(tǒng)是國土防空的重要力量[1-2]。作為武器系統(tǒng)的重要組成部分，電源車起著非常重要的作用，它為整個(gè)武器系統(tǒng)提供動(dòng)力來源，是整個(gè)武器系統(tǒng)的“血液”。近幾年來，部隊(duì)的裝備更新得非?？?，新裝備不斷地得到列裝，裝備逐漸向復(fù)雜化、大型化與智能化的方向發(fā)展。伴隨著裝備的快速發(fā)展，現(xiàn)有維修保障手段及設(shè)備相對(duì)要落后一些，使得對(duì)于一些比較復(fù)雜的問題不能夠進(jìn)行及時(shí)、快速的保障，影響訓(xùn)練。

    該型電源車故障檢測(cè)設(shè)備的開發(fā)與研制正是在這種情形之下提出來的。它通過實(shí)時(shí)采集電源車在運(yùn)行過程中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，并經(jīng)過處理器的處理與判斷，做出診斷結(jié)果，具有快速性、準(zhǔn)確性和比較高的可靠性。
1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
    為了實(shí)現(xiàn)該設(shè)備設(shè)計(jì)的功能，系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集與調(diào)理模塊、控制平臺(tái)、數(shù)據(jù)處理與人機(jī)界面三大模塊組成，如圖1所示。

    該設(shè)備配有專門設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集接口，可以與電源車控制電路系統(tǒng)進(jìn)行匹配連接，便于數(shù)據(jù)的采集。
    數(shù)據(jù)采集與調(diào)理模塊的功能在于采集電源車關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，經(jīng)變換處理使之成為數(shù)據(jù)量。由于所采集信號(hào)的數(shù)量和種類比較多，包括模擬量、開關(guān)量、數(shù)字量及串行通信數(shù)據(jù)，因此需要不同的轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行相應(yīng)的處理。例如模擬量經(jīng)過信號(hào)整形后送入A/D轉(zhuǎn)換通道，開關(guān)量送入電平轉(zhuǎn)換通道，如圖2所示。
    控制平臺(tái)是整個(gè)設(shè)備的控制核心，以89S52單片機(jī)作為處理器，通過外接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與程序存儲(chǔ)器共同工作。數(shù)據(jù)信號(hào)在經(jīng)過數(shù)據(jù)采集與調(diào)理模塊處理之后送入該模塊，由單片機(jī)接口送入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。該模塊同時(shí)還配有真空熒光顯示屏VFD(Vacuum Fluorescent Display)顯示器和鍵盤進(jìn)行人機(jī)交互。由于電源車的使用環(huán)境比較復(fù)雜，因此采用VFD顯示器以適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境下的使用。
    數(shù)據(jù)處理與人機(jī)界面模塊即單片機(jī)軟件，在信號(hào)處理后，通過故障診斷知識(shí)庫進(jìn)行故障診斷，檢測(cè)電源配電車故障點(diǎn)，人機(jī)交互接口程序?qū)z測(cè)結(jié)果顯示在VFD顯示器上，并可通過鍵盤進(jìn)行檢查設(shè)置、顯示檢測(cè)結(jié)果。隨著設(shè)備的投入使用，故障診斷知識(shí)庫還將進(jìn)行不斷的更新以適應(yīng)不斷變換的故障形式。
2 硬件電路的設(shè)計(jì)
    該系統(tǒng)的硬件電路主要包含以下幾部分：信號(hào)采集電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、顯示電路和主控電路。
2.1 信號(hào)采集電路
    由于該設(shè)備所采集的信號(hào)種類和數(shù)量比較多，主要包含開關(guān)信號(hào)、模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)及頻率信號(hào)[3]等，因此，需要針對(duì)不同的信號(hào)類型，采用不同的方案，設(shè)計(jì)不同的采集電路來完成信號(hào)的準(zhǔn)確采樣。另外還需要對(duì)采集到的信號(hào)提取其幾何特征、統(tǒng)計(jì)特征和時(shí)頻域特征等，以盡量提取簡潔高效的信號(hào)。目前，特征提取采用主元分析法[4-6]，是為了防止信號(hào)在采集過程中因受到干擾而采樣失真或者不能采集到信號(hào)，并且在硬件上，所有信號(hào)采集電路均進(jìn)行了電磁屏蔽和光耦隔離；軟件上采用“看門狗”技術(shù)以保證信號(hào)的正確采樣。
2.1.1 開關(guān)信號(hào)采集電路
    該型電源車的控制核心為柴油發(fā)電機(jī)組控制器，它的工作電壓為24 V，由車載電瓶直接提供。通過在電源車控制電路中檢測(cè)一些重要節(jié)點(diǎn)是否存在24 V電平信號(hào)，可以直接知道對(duì)應(yīng)開關(guān)的通斷，進(jìn)而判斷整個(gè)控制電路各模塊的工作狀況，采集電路如圖3所示。

2.1.2 模擬信號(hào)采集電路
    該型電源車的模擬信號(hào)包含220 V電壓信號(hào)、380 V電壓信號(hào)、電流信號(hào)及其他一些模擬量。由于電源車電路的電壓信號(hào)與電流信號(hào)都比較大，因此在實(shí)際采樣電路中需要通過電壓互感器與電流互感器對(duì)其進(jìn)行降低幅值的處理，并經(jīng)過信號(hào)整形之后送入模數(shù)轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。220 V電壓采集電路如圖4所示。

2.1.3 RS485信號(hào)采集電路
    該型電源車在控制電路方面做了很大的改進(jìn)。采用柴油發(fā)電機(jī)組控制器作為電源車的控制核心，大大減少了控制系統(tǒng)的元器件數(shù)目，增強(qiáng)了控制效果，更加智能化。在電源車運(yùn)行過程中，通過安裝于柴油發(fā)電機(jī)組各處的傳感器在線監(jiān)測(cè)相應(yīng)的參數(shù)量值，可以直接獲取電源車運(yùn)行的各項(xiàng)參數(shù)。并且在RS485通信芯片MAX485CPA的作用下，通過控制器RS485通信接口與檢測(cè)設(shè)備直接進(jìn)行通信,為檢測(cè)設(shè)備提供依據(jù)，如圖5所示。

2.2 A/D轉(zhuǎn)換電路
    A/D轉(zhuǎn)換部分在電路中用于對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理,該設(shè)備的A/D轉(zhuǎn)換器選用ADC0809N,如圖6所示。
    ADC0809是8 bit逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器。它由一個(gè)8路模擬開關(guān)、一個(gè)地址鎖存譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖存器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。
2.3 顯示電路
    電源車的工作環(huán)境復(fù)雜多變，需要適應(yīng)各地區(qū)的氣候條件，而且對(duì)可靠性的要求很高。作為電源車的隨車設(shè)備之一，檢測(cè)儀采用VFD顯示器，其顯示亮度及分辨率高，且只需很低的驅(qū)動(dòng)電壓，另外具有很強(qiáng)的抗干擾能力與耐環(huán)境的能力，其接口電路如圖7所示。

    故障診斷之后，在顯示控制器的作用下，人機(jī)交互接口程序?qū)z測(cè)結(jié)果顯示在VFD顯示器上，并可通過鍵盤進(jìn)行檢查設(shè)置、顯示檢測(cè)結(jié)果。
2.4 主控電路
　主控電路中選用89S52作為高速處理核心。89S52是一種低功耗、高性能CMOS 8位微處理器，具有8 KB在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器，在該系統(tǒng)中同時(shí)又外接了程序存儲(chǔ)器，使存儲(chǔ)空間大大增大。該處理器使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器制造技術(shù)，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程,亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash,使得89S52在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。
    主控89S52作為處理核心能夠產(chǎn)生系統(tǒng)需要的全部控制信號(hào)[7]，保證系統(tǒng)的各個(gè)部分能夠協(xié)調(diào)一致地工作。主控電路如圖8所示。

    89S52單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)硬件電路的核心，連接著設(shè)備的各個(gè)組成模塊。當(dāng)數(shù)據(jù)采集模塊的信號(hào)經(jīng)過變換成為單片機(jī)能夠處理的信號(hào)之后，送入單片機(jī)，由單片機(jī)控制送入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，并將處理結(jié)果通過人機(jī)交互設(shè)備在VFD顯示器上反映出來。在該電路中，P10-P13接口用于對(duì)程序進(jìn)行校驗(yàn)，74LS373用于進(jìn)行模擬通道的選擇，并進(jìn)行鎖存。MAX485CPA芯片中有一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)接收器，用于對(duì)485信號(hào)進(jìn)行收發(fā)與傳送。
3 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)
    該系統(tǒng)的主控軟件采用了自頂向下的模塊化結(jié)構(gòu)，包括主程序和4個(gè)子程序。
3.1主程序設(shè)計(jì)
    主程序是整個(gè)系統(tǒng)的主線，上電復(fù)位后，系統(tǒng)即進(jìn)入主程序。系統(tǒng)上電后首先初始化并對(duì)檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行自檢。如自檢正常，將顯示歡迎使用界面，然后進(jìn)入鍵盤掃描狀態(tài)，根據(jù)鍵值散轉(zhuǎn)，完成確定的功能。如果檢測(cè)儀自檢不正常，將顯示相應(yīng)錯(cuò)誤信息，用戶需根據(jù)提示修理檢測(cè)儀后方可使用。
    在主程序設(shè)計(jì)中，充分考慮到了系統(tǒng)的容錯(cuò)能力，當(dāng)操作錯(cuò)誤時(shí)，系統(tǒng)將進(jìn)行提示。主程序流程如圖9所示。         
3.2 泵油及預(yù)熱功能測(cè)試子程序
　    在電源車中，柴油機(jī)作為原動(dòng)力直接關(guān)系到電源車的運(yùn)行，因此在檢測(cè)設(shè)備中首先需要對(duì)柴油機(jī)工作狀況進(jìn)行檢查，測(cè)試其泵油及預(yù)熱模塊是否正常工作。柴油機(jī)工作正常才可以進(jìn)行下面的檢測(cè)，否則檢查柴油機(jī)問題。
　    在該子程序模塊中，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)柴油機(jī)泵油和預(yù)熱模塊的檢測(cè)。子程序流程圖如圖10所示。
3.3 同步測(cè)試子程序
　    該型電源車同時(shí)配有兩臺(tái)機(jī)組，啟動(dòng)過程中一臺(tái)機(jī)組先啟動(dòng)到達(dá)額定運(yùn)行狀態(tài)，另一臺(tái)機(jī)組啟動(dòng)到達(dá)額定運(yùn)行狀態(tài)時(shí),在同步控制器的作用下與第一臺(tái)機(jī)組實(shí)現(xiàn)同步并聯(lián)運(yùn)行。該子程序的功能在于測(cè)試在同步過程中相關(guān)模塊的功能是否正常，主要包含同步控制器電源、分閘電源、濾波器母線及濾波器機(jī)組等。程序流程圖如圖11所示。

4 聯(lián)調(diào)與測(cè)試
    故障檢測(cè)設(shè)備針對(duì)電源車而設(shè)計(jì)和開發(fā)，對(duì)于電源車的各類故障進(jìn)行了分類與建模，并且建立了該型電源車的故障樹。當(dāng)電源車出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)提取故障信號(hào)進(jìn)行分析處理，利用已經(jīng)建立的故障知識(shí)庫進(jìn)行診斷與辨識(shí)，得出故障類型。
    在檢測(cè)設(shè)備的聯(lián)調(diào)測(cè)試試驗(yàn)中，通過人為設(shè)置不同類型的故障，然后連接檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行測(cè)試。檢測(cè)結(jié)果表明，該故障檢測(cè)設(shè)備能夠準(zhǔn)確地測(cè)試電源車的故障，快速、準(zhǔn)確，具有較高的可靠性，能夠適應(yīng)不同環(huán)境下的測(cè)試要求。
    本文詳細(xì)從設(shè)計(jì)理念、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)到軟、硬件電路對(duì)電源車故障檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行了介紹。與以往對(duì)電源車的保障技術(shù)相比，該型電源車故障檢測(cè)設(shè)備能夠快速、準(zhǔn)確地鑒定故障類型，對(duì)故障進(jìn)行定位，具有較高的可靠性。該設(shè)備不僅體積小，功耗低，工作穩(wěn)定，而且保證了較高的移動(dòng)性能，可作為電源車的隨車設(shè)備進(jìn)行裝配，完全滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，必將為電源車更加可靠高效的保障提供支持。在后續(xù)的研究工作中還將其功能進(jìn)行不斷擴(kuò)展。
參考文獻(xiàn)
[1] 陳烺中,李為民,王冠男,等. 面向?qū)ο蟮姆揽辗磳?dǎo)仿真系統(tǒng)研究[J].計(jì)算機(jī)工程,2007,33(8):219-226.
[2] 張強(qiáng),雷虎民.基于小世界網(wǎng)絡(luò)的防空反導(dǎo)系統(tǒng)復(fù)雜性研究[J].現(xiàn)代防御技術(shù),2010,38(6):1-6.
[3] Yang Bo, Su Yan, Zhou Bailing． New closed-loop driving  circuit of silicon micromachined vibratory gyroscope[J]． Transactions of Nanjing University of Aeronautics ＆ Astronautics，2005，22(2):150-154．
[4] TURE M，KURT I，AKTURK Z．Comparison of dimension reduction methods using patient satisfaction data[J]．Expert Systems with Applications，2007，32(1):422-426．
[5] TAMURA M，TSUJITA S．A study on the number of principal components and sensitivity of fault detection using PCA[J]． Computers and Chemical Engineering，2007(31):1035-1046．
[6] 葉永偉,劉志浩,黃利群. 基于PCA的汽車涂裝線設(shè)備信號(hào)特征提取[J].儀器儀表學(xué)報(bào),2011,32(10):2363-2370.
[7] 李和平,王巖飛. 高速數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)[J].電子器件,2008,31(4):1245-1248.