一種光電裝備實訓(xùn)裝置硬件設(shè)計

李 瑛 王強國 李 琛 劉珍珠

（1、陸軍工程大學(xué)軍械士官學(xué)校，湖北 武漢430075 2、69243 部隊，新疆 昌吉831500 3、陸軍裝備部駐武漢地區(qū)軍代局駐武漢地區(qū)第三軍代室，湖北 武漢430300）

1 概述

2 總體技術(shù)方案

光電裝備實訓(xùn)裝置結(jié)構(gòu)組成分為以下部分：可拆卸的五個半實裝單元（電源單元、邏輯單元等五個半實裝模塊）；可旋轉(zhuǎn)式LCD 顯示器；操作面板（故障模擬單元，維修檢測單元，常用儀表）；實驗臺面及計算機(jī)主機(jī)；系統(tǒng)硬件組成分為三個部分；五個半實裝單元，包含面板與背板；故障模擬單元及配套的現(xiàn)場總線，連接五個半實裝模塊及主機(jī)；維修檢測單元，提供獨立驅(qū)動接口。

2.1 硬件系統(tǒng)

2.1.1 硬件整體設(shè)計

系統(tǒng)硬件組成分為三大部分：五個半實裝單元、故障模擬單元、維修檢測單元。為了實現(xiàn)使各設(shè)備單元能夠?qū)崿F(xiàn)對半實裝單板的檢測和控制，我們采用嵌入式MCU 作為控制核心，配合繼電器、EEPROM等器件實現(xiàn)各單元控制及總線通信，形成一個完整的嵌入式系統(tǒng)。

圖1 系統(tǒng)各模塊信號串聯(lián)示意圖

處理器采用32 位ARM Cortex-M3 單片機(jī)STM32F103 作為各個單元的控制芯片，控制系統(tǒng)運行，可完成整機(jī)的各模塊分區(qū)域化的故障模擬。STM32F103 具備豐富的外設(shè)接口，能夠?qū)崿F(xiàn)對對多路數(shù)字信號的控制與檢測。集成5 路串行異步通信接口，滿足系統(tǒng)各單元設(shè)計需求。

對五個半實裝模塊，需要將每個模塊的關(guān)鍵信號引出測試點，以供學(xué)員對信號進(jìn)行測量、分析，同時在前面板繪制硬件框圖輔導(dǎo)學(xué)員熟悉信號的回路，了解數(shù)據(jù)的流向。為了訓(xùn)練學(xué)員對各類硬件故障導(dǎo)致的系統(tǒng)工作異常情況的檢測方法和判定手段，系統(tǒng)針對五個模塊分別設(shè)計了相應(yīng)的背板電路，通過模擬開關(guān)接管各個模塊的輸入、輸出信號端子，經(jīng)過MCU 軟件自由設(shè)定各個信號的通斷狀態(tài)，從而實現(xiàn)模擬故障情形。

同時，通過上位機(jī)軟件對所有模擬開關(guān)進(jìn)行統(tǒng)一的集中管理，從而可以系統(tǒng)的模擬各類故障狀態(tài)，并按照教學(xué)經(jīng)驗匯總生成故障題庫數(shù)據(jù)，通過教員端和學(xué)員端軟件的配合，可以實現(xiàn)考題下發(fā)、結(jié)果反饋、流程追蹤等教學(xué)訓(xùn)練科目，極大提高了教學(xué)訓(xùn)練的效率。

針對上述的故障狀態(tài)模擬，為了使學(xué)員能夠進(jìn)一步的確認(rèn)故障電路所在的模塊，系統(tǒng)提供了維修檢測單元。該單元可以針對單一模塊提供所需的所有標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動信號，使學(xué)員可以讓單一模塊離線工作，剝離系統(tǒng)中其他模塊對該單一模塊產(chǎn)生干擾的可能性，通過測量對比單一模塊的輸出信號，從而進(jìn)一步的確認(rèn)該模塊是否是故障模塊。

廣西梧州市龍圩區(qū)稅務(wù)局全面推行“放管服”改革后，不斷優(yōu)化納稅服務(wù)，極大地方便了納稅人辦理涉稅業(yè)務(wù)，節(jié)約了辦稅時間和成本，贏得了廣大納稅人的點贊，納稅人的滿意度也隨之得到進(jìn)一步提高。2017年在全市納稅人滿意度測評中，從原來的第七名躍上到中上水平。另外，通過不折不扣地落實稅收優(yōu)惠政策，讓納稅人應(yīng)享盡享稅收優(yōu)惠，惠及面達(dá)100%。據(jù)統(tǒng)計，2017年度享受小型微利企業(yè)所得稅優(yōu)惠的企業(yè)共180戶，優(yōu)惠減免5726.9萬元；享受政策性減免優(yōu)惠2700戶，減免增值稅150萬元。

系統(tǒng)硬件設(shè)計過程中充分考慮對系統(tǒng)硬件的保護(hù)，對過流擊穿、靜電擊穿、短路等故障現(xiàn)象對系統(tǒng)的破壞具備一定的防范能力。

2.1.2 電源單元

圖2 是電源半實裝單元接口示意圖。其接口信號定義如下所示：

圖2 電源半實裝單元

2.1.3 接收放大單元

工作模式：接收放大電路外接光電探測器，在光電探測器接收到返回激光信號后，在TPG 的控制信號下輸出VID 信號。維修檢測電路涉及到的內(nèi)容：激光信號性質(zhì)（波形、強度）以及與TPG 的配合。

2.1.4 邏輯單元

圖3 邏輯半實裝單元

2.1.5 顯示單元

圖4 是顯示半實裝單元前面板示意圖。

圖4 顯示半實裝單元

2.1.6 觸發(fā)互聯(lián)單元

觸發(fā)互聯(lián)半實裝單元箱體的面板沒有嵌入實際的激光器，而是嵌入氙燈以作替代，用于模擬激光觸發(fā)的效果，吸收前級電路所產(chǎn)生的能量。

2.1.7 故障模擬單元

故障模擬單元與五個半實裝單元協(xié)同工作，用于模擬故障代碼。故障模擬單元能夠模擬設(shè)定目標(biāo)1、目標(biāo)2、目標(biāo)3，以及照明調(diào)節(jié)、測距、激光次數(shù)、選通等功能按鈕。

圖5 是故障模擬單元前面板示意圖。

圖5 故障模擬單元前面板

2.1.8 維修檢測單元

維修檢測單元提供與四個半實裝單元的檢修接口，用于產(chǎn)生各個半實裝單元的驅(qū)動信號，輔助定位故障單元和故障點。

圖6 是維修檢測單元前面板示意圖。

圖6

2.1.9 可旋轉(zhuǎn)顯示器可旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)

采用金屬鉸鏈結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過在現(xiàn)有平臺結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改造，增加LCD 顯示器旋轉(zhuǎn)面板。LCD 顯示器面板采用可旋轉(zhuǎn)式設(shè)計，有效的節(jié)約了平臺空間，采用19 寸液晶顯示器面板，界面友好。

2.2 軟件系統(tǒng)

組成分為五個部分：五個半實裝單元背板軟件；故障模擬單元軟件；維修檢測單元軟件；服務(wù)器端上位機(jī)軟件（教員端）；實驗臺端上位機(jī)軟件（學(xué)員端）。

五個半實裝單元背板軟件；故障模擬單元軟件；維修檢測單元軟件；服務(wù)器端上位機(jī)軟件（教員端）；實驗臺端上位機(jī)軟件（學(xué)員端）。采用嵌入式C 語言編寫，最大程度確保了系統(tǒng)響應(yīng)的實時性和可靠性。

3 結(jié)論

光電裝備實訓(xùn)裝置通過自主研發(fā)及調(diào)試，能夠使學(xué)員更為直觀、便捷的理解系統(tǒng)原理，了解整體構(gòu)架，測量信號波形，極大的提高了教學(xué)、實訓(xùn)的效率。

教員能夠通過本系統(tǒng)方便的掌握學(xué)員學(xué)習(xí)進(jìn)度、日常訓(xùn)練成績、實操及理論考核成績，能夠更進(jìn)一步的進(jìn)行。