□ 王明輝

中國電子科技集團(tuán)第三十八研究所 合肥 230088

1 研究背景

中高空目標(biāo)指示三坐標(biāo)雷達(dá)監(jiān)控系統(tǒng)是現(xiàn)代雷達(dá)實(shí)現(xiàn)整機(jī)系統(tǒng)工作狀態(tài)監(jiān)測、自動(dòng)控制、遙控、遙測、圖像監(jiān)視，并向智能化無人值守方向發(fā)展的重要組成部分[1]。雷達(dá)監(jiān)控系統(tǒng)主要用于實(shí)時(shí)監(jiān)視雷達(dá)整機(jī)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，遙控開關(guān)發(fā)射機(jī)，遙控天線驅(qū)動(dòng)裝置的工作模式，協(xié)助整機(jī)進(jìn)行干擾分析和雷達(dá)受干擾時(shí)自動(dòng)跳頻，發(fā)生故障時(shí)進(jìn)行報(bào)警提示等[2-3]。

數(shù)字監(jiān)控插件是雷達(dá)監(jiān)控系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，由于其位于天線頂部的監(jiān)控分機(jī)內(nèi)，不便于外場測試，因此筆者研究了對(duì)其硬件電路進(jìn)行測試的方法。

2 數(shù)字監(jiān)控插件的功能和組成

數(shù)字監(jiān)控插件具有以下功能：采集天線陣面各單元的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過RS 422總線送至監(jiān)控分機(jī)的第一塊監(jiān)控插件，再由此監(jiān)控插件送至計(jì)算機(jī)，上報(bào)至光柵顯示；通過相反的流程，雷達(dá)系統(tǒng)接收光柵顯示下達(dá)的控制命令，控制開關(guān)發(fā)射組件等。在PC 104計(jì)算機(jī)模塊（BPC-Y5041L-B）和低電壓晶體管邏輯電路信號(hào)輸入輸出模塊的相互作用下，可以控制相關(guān)的晶體管邏輯電路接口狀態(tài)。在PC104計(jì)算機(jī)模塊和差分信號(hào)輸入輸出模塊的相互作用下，可以對(duì)各個(gè)差分信號(hào)接口進(jìn)行故障狀態(tài)采集與控制操作。在PC104計(jì)算機(jī)模塊和EMM-4M-XT通信擴(kuò)展模塊的相互作用下，可以與外界進(jìn)行串口通信。在PC104計(jì)算機(jī)模塊和模擬信號(hào)輸入模塊的相互作用下，可以處理輸入的環(huán)境溫度模擬信號(hào)，并經(jīng)過RS422總線送至主控分機(jī)的主控計(jì)算機(jī)，再送至光柵顯示。

數(shù)字監(jiān)控插件的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 監(jiān)控插件結(jié)構(gòu)示意圖

3 硬件電路工作原理

3.1 低電壓晶體管邏輯電路端口設(shè)置

數(shù)字監(jiān)控插件的命令控制和故障狀態(tài)采集，主要通過設(shè)置插件上的可擦除可編程邏輯器件控制各個(gè)端口的方向控制管腳來實(shí)現(xiàn)。以數(shù)字監(jiān)控插件的第一個(gè)端口為例，具體設(shè)置如圖2所示。

圖2 低電壓晶體管邏輯電路端口設(shè)置

（1）故障狀態(tài)采集的設(shè)置。D1的1號(hào)腳（1OE）為低電平，48號(hào)腳（2OE）為低電平，這樣就可以監(jiān)測輸入信號(hào)。

（2）命令控制輸出的設(shè)置。D1的25號(hào)腳（3OE）為低電平，24號(hào)腳（4OE）為低電平，這樣就可以輸出控制信號(hào)。

3.2 差分信號(hào)端口設(shè)置

監(jiān)控對(duì)外有56路差分信號(hào)接口，每一路接口均可任意配置輸入、輸出。差分信號(hào)輸出接口可以輸出所需型式的門套、方波信號(hào)，以及可以作為通用異步收發(fā)傳輸器控制口使用。差分信號(hào)輸入接口可以監(jiān)測輸入的差分信號(hào)電平，經(jīng)計(jì)算機(jī)和可擦除可編程邏輯器件處理后，上報(bào)至光柵顯示。具體的方向控制由可擦除可編程邏輯器件輸出方向控制管腳來實(shí)現(xiàn)。以數(shù)字監(jiān)控插件的第一個(gè)差分接口為例，具體設(shè)置如圖3所示。

（1）輸入端口使能端的設(shè)置。D7的4號(hào)腳（1，2EN）為高電平，12號(hào)腳（3，4EN）為高電平，這樣就可以監(jiān)測輸入信號(hào)。

（2）輸出端口使能端的設(shè)置。D21的4號(hào)腳（1，2EN）為高電平，12號(hào)腳（3，4EN）為高電平，這樣就可以輸出控制信號(hào)。

圖3 差分信號(hào)端口設(shè)置

3.3 微處理器模塊

BPC-Y5041L-B是與IBM-PC/AT標(biāo)準(zhǔn)完全兼容的高可靠、高集成度PC 104計(jì)算機(jī)模塊，采用高性能、低功耗嵌入式專用處理器，主頻為500 MHz，主板包含直接內(nèi)存存取控制器、中斷控制器、定時(shí)器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、256 MB DDR內(nèi)存，外部有4個(gè)串口、1個(gè)10 Mbit/100 Mbit自適應(yīng)網(wǎng)口、2個(gè)通用串行總線2.0接口，以及陰極射線管顯示器接口、便攜式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備插座、硬盤驅(qū)動(dòng)器接口[4]。

BPC-Y5041L-B的設(shè)計(jì)充分考慮了惡劣環(huán)境下的應(yīng)用，采取了多種措施，確保系統(tǒng)在各種應(yīng)用環(huán)境中均能穩(wěn)定、可靠、高效的運(yùn)行[5]。它采用工業(yè)級(jí)器件，高智能布線系統(tǒng)，應(yīng)用防靜電及抗干擾電路，盡可能地降低功耗，提高了可靠性及寬溫操作能力。此外，還專門為嵌入式應(yīng)用在單板上設(shè)計(jì)了一系列附加特性，使功能大大增加[5]。

3.4 通信擴(kuò)展模塊

EMM-4M-XT通信擴(kuò)展模塊具有高性能特性，無需任何驅(qū)動(dòng)程序就可擴(kuò)展系統(tǒng)的COM3、COM4、COM5和COM6接口，可根據(jù)需要通過板上的跨接跳線，自由選擇RS 232、RS 422或RS 485通信協(xié)議，自由設(shè)定BIOS/DOS中規(guī)定的擴(kuò)展串行通信口地址。對(duì)于每個(gè)通信口的中斷請求，也可以通過板上的跨接自由選擇[6]。

4 測試方法

數(shù)字監(jiān)控插件供電有兩種方式：一是直接插入監(jiān)控分機(jī)210芯插座供電，觀察監(jiān)控界面插件的狀態(tài)，紅色為故障，灰色為串口不通，綠色為正常；二是通過XS15插座外接5 V電源直接供電。計(jì)算機(jī)模塊在DOS系統(tǒng)下運(yùn)行TRANS測試程序，如圖4所示。在被測試芯片的輸入端發(fā)送寫信號(hào)，測試程序檢測輸出端的讀信號(hào)是否一致，并測試4個(gè)串口的收發(fā)通道。測試數(shù)據(jù)10s變換一次，使數(shù)據(jù)位全部覆蓋，保證測試的準(zhǔn)確性[7]。測試數(shù)據(jù)界面如圖5所示。

圖4 測試程序執(zhí)行界面

圖5 測試數(shù)據(jù)界面

（1）數(shù)字輸入輸出接口測試。數(shù)字輸入輸出接口包括晶體管邏輯電路輸入輸出接口和RS 422輸入輸出接口。測試時(shí)主要利用插件自身的自閉環(huán)設(shè)計(jì)，無需任何外部接線。用中央處理器模塊對(duì)數(shù)字輸入輸出接口分別注入邏輯0、邏輯1信號(hào)，并回讀對(duì)比，即可判斷相應(yīng)接口電路是否正常[8]。

（2）插件熱測試。插件熱測試主要利用MAX6673數(shù)字式板載溫度傳感芯片完成。如圖6所示，MAX6673芯片支持單5 V或3.3 V供電，直接輸出脈沖寬度調(diào)制溫度檢測脈沖，由現(xiàn)場可編程門陣列完成解算后直送PC104計(jì)算機(jī)模塊。測試軟件根據(jù)現(xiàn)場可編程門陣列送達(dá)的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。一般在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，監(jiān)控單板測試溫度不超過50℃，否則應(yīng)檢查該批次印制電路板是否合格[9]。

圖6 數(shù)字式板載溫度傳感芯片

（3）串口通信測試。對(duì)數(shù)字監(jiān)控插件板載4路RS 422串口進(jìn)行測試，需要在插件的管腳上進(jìn)行收、發(fā)短接。RS422串口管腳如圖7所示。測試軟件定時(shí)發(fā)送秒級(jí)計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)，中斷接收串口數(shù)據(jù)，并在測試界面上進(jìn)行顯示，可以人工比對(duì)收、發(fā)數(shù)據(jù)是否一致[10-11]。

圖7 RS 422串口管腳

（4）插件身份標(biāo)志號(hào)測試。在雷達(dá)產(chǎn)品中，共有6塊數(shù)字監(jiān)控插件，硬件完全相同，通過軟件讀取插件身份標(biāo)志號(hào)來選擇不同的執(zhí)行程序。利用現(xiàn)場可編程門陣列模擬產(chǎn)生插件1～6的地址序列編碼，測試軟件讀取該編碼，并在測試界面上進(jìn)行顯示，工作原理如圖8所示。

通過上述4個(gè)步驟，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)插件的100%測試覆蓋，并在分系統(tǒng)調(diào)試之前完成模塊級(jí)測試，因而可以減少系統(tǒng)調(diào)試時(shí)間，提高產(chǎn)品可靠性。

圖8 地址序列模擬工作原理

5 結(jié)束語

筆者所述數(shù)字監(jiān)控插件在實(shí)際應(yīng)用中很好地發(fā)揮了功能，狀態(tài)監(jiān)視具備極高的準(zhǔn)確性和可靠性。通過便捷的測試方法，可以快速檢測數(shù)字監(jiān)控插件的功能及性能。這一數(shù)字監(jiān)控插件及相關(guān)測試具有實(shí)用推廣價(jià)值。

[1] 李春化，張漢祥.雷達(dá)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].兵工自動(dòng)化，1994（1）：14-17.

[2] 丁鷺飛，耿富錄，陳建春.雷達(dá)原理[M].5版.北京：電子工業(yè)出版社，2014.

[3] 都學(xué)新，張宏偉，許東兵.數(shù)字系統(tǒng)的故障診斷、可測性設(shè)計(jì)與可靠性[J].火力與指揮控制，2002，27（S1）：61-63.

[4] 呂楊，郗瑩，韓丁丁，等.某雷達(dá)終端系統(tǒng)維修軟件的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].火控雷達(dá)技術(shù)，2002，31（2）：50-60.

[5] 宋小安，曹子劍，王燕.雷達(dá)嵌入式測試系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)測量與控制，2015，23（11）：3683-3686.

[6] 丁學(xué)明，張培仁，徐勇明.通用雷達(dá)數(shù)字插件測試儀的研制[J].現(xiàn)代雷達(dá)，2004，26（2）：6-8.

[7] 陳忠新.雷達(dá)機(jī)內(nèi)測試（BIT）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電子測量技術(shù)，2008，31（3）：134-137.

[8] 楊龍祥.雷達(dá)數(shù)字電路板故障診斷系統(tǒng)研究[J].現(xiàn)代雷達(dá)，1994，16（2）：37-43.

[9] 席澤敏.軍用電子裝備數(shù)字系統(tǒng)自動(dòng)測試技術(shù)[J].雷達(dá)與對(duì)抗，2001（1）：20-24.

[10]王建虹.雷達(dá)數(shù)字電路板故障測試技術(shù)研究[J].國外電子測量技術(shù)，2010，29（1）：53-55.

[11]王飛.淺析雷達(dá)終端系統(tǒng)的調(diào)試方法[J].裝備機(jī)械，2016（2）：30-31.