防空反導武器系統是國土防空的重要力量[1-2]。作為武器系統的重要組成部分，電源車起著非常重要的作用，它為整個武器系統提供動力來源，是整個武器系統的“血液”。近幾年來，部隊的裝備更新得非常快，新裝備不斷地得到列裝，裝備逐漸向復雜化、大型化與智能化的方向發展。伴隨著裝備的快速發展，現有維修保障手段及設備相對要落后一些，使得對于一些比較復雜的問題不能夠進行及時、快速的保障，影響訓練。

    該型電源車故障檢測設備的開發與研制正是在這種情形之下提出來的。它通過實時采集電源車在運行過程中的關鍵節點數據，并經過處理器的處理與判斷，做出診斷結果，具有快速性、準確性和比較高的可靠性。
1 系統總體設計
    為了實現該設備設計的功能，系統主要由數據采集與調理模塊、控制平臺、數據處理與人機界面三大模塊組成，如圖1所示。

    該設備配有專門設計的數據采集接口，可以與電源車控制電路系統進行匹配連接，便于數據的采集。
    數據采集與調理模塊的功能在于采集電源車關鍵節點的數據，經變換處理使之成為數據量。由于所采集信號的數量和種類比較多，包括模擬量、開關量、數字量及串行通信數據，因此需要不同的轉換電路進行相應的處理。例如模擬量經過信號整形后送入A/D轉換通道，開關量送入電平轉換通道，如圖2所示。
    控制平臺是整個設備的控制核心，以89S52單片機作為處理器，通過外接數據存儲器與程序存儲器共同工作。數據信號在經過數據采集與調理模塊處理之后送入該模塊，由單片機接口送入數據存儲器。該模塊同時還配有真空熒光顯示屏VFD(Vacuum Fluorescent Display)顯示器和鍵盤進行人機交互。由于電源車的使用環境比較復雜，因此采用VFD顯示器以適應復雜環境下的使用。
    數據處理與人機界面模塊即單片機軟件，在信號處理后，通過故障診斷知識庫進行故障診斷，檢測電源配電車故障點，人機交互接口程序將檢測結果顯示在VFD顯示器上，并可通過鍵盤進行檢查設置、顯示檢測結果。隨著設備的投入使用，故障診斷知識庫還將進行不斷的更新以適應不斷變換的故障形式。
2 硬件電路的設計
    該系統的硬件電路主要包含以下幾部分：信號采集電路、A/D轉換電路、顯示電路和主控電路。
2.1 信號采集電路
    由于該設備所采集的信號種類和數量比較多，主要包含開關信號、模擬信號、數字信號及頻率信號[3]等，因此，需要針對不同的信號類型，采用不同的方案，設計不同的采集電路來完成信號的準確采樣。另外還需要對采集到的信號提取其幾何特征、統計特征和時頻域特征等，以盡量提取簡潔高效的信號。目前，特征提取采用主元分析法[4-6]，是為了防止信號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，并且在硬件上，所有信號采集電路均進行了電磁屏蔽和光耦隔離；軟件上采用“看門狗”技術以保證信號的正確采樣。
2.1.1 開關信號采集電路
    該型電源車的控制核心為柴油發電機組控制器，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一些重要節點是否存在24 V電平信號，可以直接知道對應開關的通斷，進而判斷整個控制電路各模塊的工作狀況，采集電路如圖3所示。

2.1.2 模擬信號采集電路
    該型電源車的模擬信號包含220 V電壓信號、380 V電壓信號、電流信號及其他一些模擬量。由于電源車電路的電壓信號與電流信號都比較大，因此在實際采樣電路中需要通過電壓互感器與電流互感器對其進行降低幅值的處理，并經過信號整形之后送入模數轉換電路進行A/D轉換。220 V電壓采集電路如圖4所示。

2.1.3 RS485信號采集電路
    該型電源車在控制電路方面做了很大的改進。采用柴油發電機組控制器作為電源車的控制核心，大大減少了控制系統的元器件數目，增強了控制效果，更加智能化。在電源車運行過程中，通過安裝于柴油發電機組各處的傳感器在線監測相應的參數量值，可以直接獲取電源車運行的各項參數。并且在RS485通信芯片MAX485CPA的作用下，通過控制器RS485通信接口與檢測設備直接進行通信,為檢測設備提供依據，如圖5所示。

2.2 A/D轉換電路
    A/D轉換部分在電路中用于對采集的信號進行預處理,該設備的A/D轉換器選用ADC0809N,如圖6所示。
    ADC0809是8 bit逐次逼近型A/D轉換器。它由一個8路模擬開關、一個地址鎖存譯碼器、一個A/D轉換器和一個三態輸出鎖存器組成。多路開關可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用A/D轉換器進行轉換。三態輸出鎖存器用于鎖存A/D轉換完的數字量，當OE端為高電平時，才可以從三態輸出鎖存器取走轉轉換完的數據。
2.3 顯示電路
    電源車的工作環境復雜多變，需要適應各地區的氣候條件，而且對可靠性的要求很高。作為電源車的隨車設備之一，檢測儀采用VFD顯示器，其顯示亮度及分辨率高，且只需很低的驅動電壓，另外具有很強的抗干擾能力與耐環境的能力，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，人機交互接口程序將檢測結果顯示在VFD顯示器上，并可通過鍵盤進行檢查設置、顯示檢測結果。
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在系統可編程Flash存儲器，在該系統中同時又外接了程序存儲器，使存儲空間大大增大。該處理器使用Atmel公司高密度非易失性存儲器制造技術，與工業80C51產品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統可編程,亦適于常規編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統可編程Flash,使得89S52在眾多嵌入式控制應用系統中得到廣泛的應用。
    主控89S52作為處理核心能夠產生系統需要的全部控制信號[7]，保證系統的各個部分能夠協調一致地工作。主控電路如圖8所示。

    89S52單片機作為整個系統硬件電路的核心，連接著設備的各個組成模塊。當數據采集模塊的信號經過變換成為單片機能夠處理的信號之后，送入單片機，由單片機控制送入數據存儲器，并將處理結果通過人機交互設備在VFD顯示器上反映出來。在該電路中，P10-P13接口用于對程序進行校驗，74LS373用于進行模擬通道的選擇，并進行鎖存。MAX485CPA芯片中有一個驅動器和一個接收器，用于對485信號進行收發與傳送。
3 系統軟件的設計
    該系統的主控軟件采用了自頂向下的模塊化結構，包括主程序和4個子程序。
3.1主程序設計
    主程序是整個系統的主線，上電復位后，系統即進入主程序。系統上電后首先初始化并對檢測設備進行自檢。如自檢正常，將顯示歡迎使用界面，然后進入鍵盤掃描狀態，根據鍵值散轉，完成確定的功能。如果檢測儀自檢不正常，將顯示相應錯誤信息，用戶需根據提示修理檢測儀后方可使用。
    在主程序設計中，充分考慮到了系統的容錯能力，當操作錯誤時，系統將進行提示。主程序流程如圖9所示。         
3.2 泵油及預熱功能測試子程序
　    在電源車中，柴油機作為原動力直接關系到電源車的運行，因此在檢測設備中首先需要對柴油機工作狀況進行檢查，測試其泵油及預熱模塊是否正常工作。柴油機工作正常才可以進行下面的檢測，否則檢查柴油機問題。
　    在該子程序模塊中，主要實現對柴油機泵油和預熱模塊的檢測。子程序流程圖如圖10所示。
3.3 同步測試子程序
　    該型電源車同時配有兩臺機組，啟動過程中一臺機組先啟動到達額定運行狀態，另一臺機組啟動到達額定運行狀態時,在同步控制器的作用下與第一臺機組實現同步并聯運行。該子程序的功能在于測試在同步過程中相關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組等。程序流程圖如圖11所示。

4 聯調與測試
    故障檢測設備針對電源車而設計和開發，對于電源車的各類故障進行了分類與建模，并且建立了該型電源車的故障樹。當電源車出現故障時，系統會自動提取故障信號進行分析處理，利用已經建立的故障知識庫進行診斷與辨識，得出故障類型。
    在檢測設備的聯調測試試驗中，通過人為設置不同類型的故障，然后連接檢測設備進行測試。檢測結果表明，該故障檢測設備能夠準確地測試電源車的故障，快速、準確，具有較高的可靠性，能夠適應不同環境下的測試要求。
    本文詳細從設計理念、系統結構到軟、硬件電路對電源車故障檢測設備進行了介紹。與以往對電源車的保障技術相比，該型電源車故障檢測設備能夠快速、準確地鑒定故障類型，對故障進行定位，具有較高的可靠性。該設備不僅體積小，功耗低，工作穩定，而且保證了較高的移動性能，可作為電源車的隨車設備進行裝配，完全滿足系統設計的要求，必將為電源車更加可靠高效的保障提供支持。在后續的研究工作中還將其功能進行不斷擴展。
參考文獻
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