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，它為整個武器系統(tǒng)提供動力來源，是整個武器系統(tǒng)的“血液”。近幾年來，部隊(duì)的裝備更新得非?？欤卵b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)備相對要落后一些，使得對于一些比較復(fù)雜的問題不能夠進(jìn)行及時、快速的保障，影響訓(xùn)練。

    該型電源車故障檢測設(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、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。
    控制平臺是整個設(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)存儲器與程序存儲器共同工作。數(shù)據(jù)信號在經(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(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，在信號處理后，通過故障診斷知識庫進(jìn)行故障診斷，檢測電源配電車故障點(diǎn)，人機(jī)交互接口程序?qū)z測結(jié)果顯示在VFD顯示器上，并可通過鍵盤進(jìn)行檢查設(shè)置、顯示檢測結(jié)果。隨著設(shè)備的投入使用，故障診斷知識庫還將進(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：信號采集電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、顯示電路和主控電路。
2.1 信號采集電路
    由于該設(shè)備所采集的信號種類和數(shù)量比較多，主要包含開關(guān)信號、模擬信號、數(shù)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(shè)計(jì)不同的采集電路來完成信號的準(zhǔn)確采樣。另外還需要對采集到的信號提取其幾何特征、統(tǒng)計(jì)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(jìn)行了電磁屏蔽和光耦隔離；軟件上采用“看門狗”技術(shù)以保證信號的正確采樣。
2.1.1 開關(guān)信號采集電路
    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一些重要節(jié)點(diǎn)是否存在24 V電平信號，可以直接知道對應(yīng)開關(guān)的通斷，進(jìn)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(shí)際采樣電路中需要通過電壓互感器與電流互感器對其進(jìn)行降低幅值的處理，并經(jīng)過信號整形之后送入模數(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通信接口與檢測設(shè)備直接進(jìn)行通信,為檢測設(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采集的信號進(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8路模擬開關(guān)、一個地址鎖存譯碼器、一個A/D轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)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(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，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，而且對可靠性的要求很高。作為電源車的隨車設(shè)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(qū)動電壓，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存儲器，在該系統(tǒng)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(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[7]，保證系統(tǒng)的各個部分能夠協(xié)調(diào)一致地工作。主控電路如圖8所示。

    89S52單片機(jī)作為整個系統(tǒng)硬件電路的核心，連接著設(shè)備的各個組成模塊。當(dāng)數(shù)據(jù)采集模塊的信號經(jīng)過變換成為單片機(jī)能夠處理的信號之后，送入單片機(jī)，由單片機(jī)控制送入數(shù)據(jù)存儲器，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芯片中有一個驅(qū)動器和一個接收器，用于對485信號進(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個子程序。
3.1主程序設(shè)計(jì)
    主程序是整個系統(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檢測設(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。如果檢測儀自檢不正常，將顯示相應(yīng)錯誤信息，用戶需根據(jù)提示修理檢測儀后方可使用。
    在主程序設(shè)計(jì)中，充分考慮到了系統(tǒng)的容錯能力，當(dāng)操作錯誤時，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)熱功能測試子程序
　    在電源車中，柴油機(jī)作為原動力直接關(guān)系到電源車的運(yùn)行，因此在檢測設(shè)備中首先需要對柴油機(jī)工作狀況進(jìn)行檢查，測試其泵油及預(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，否則檢查柴油機(jī)問題。
　    在該子程序模塊中，主要實(shí)現(xiàn)對柴油機(jī)泵油和預(yù)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(jī)組，啟動過程中一臺機(jī)組先啟動到達(dá)額定運(yùn)行狀態(tài)，另一臺機(jī)組啟動到達(dá)額定運(yùn)行狀態(tài)時,在同步控制器的作用下與第一臺機(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)與測試
    故障檢測設(shè)備針對電源車而設(shè)計(jì)和開發(fā)，對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，系統(tǒng)會自動提取故障信號進(jìn)行分析處理，利用已經(jīng)建立的故障知識庫進(jìn)行診斷與辨識，得出故障類型。
    在檢測設(shè)備的聯(lián)調(diào)測試試驗(yàn)中，通過人為設(shè)置不同類型的故障，然后連接檢測設(shè)備進(jìn)行測試。檢測結(jié)果表明，該故障檢測設(shè)備能夠準(zhǔn)確地測試電源車的故障，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、硬件電路對電源車故障檢測設(shè)備進(jìn)行了介紹。與以往對電源車的保障技術(shù)相比，該型電源車故障檢測設(shè)備能夠快速、準(zhǔn)確地鑒定故障類型，對故障進(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)備信號特征提取[J].儀器儀表學(xué)報,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.