激光電源計數(shù)器檢測系統(tǒng)研究

陳 誠，王炳奇，黃大山，劉海亮

（中國人民解放軍32272 部隊41 分隊，四川德陽 618408）

0 引言

傳統(tǒng)的目測距離以及光學分劃測距，往往由于所測距離與實際值差距較大，而使車輛性能難以充分發(fā)揮。20 世紀60 年代隨著激光的問世，現(xiàn)在用激光測距儀測距已經(jīng)成為各種車輛的主要測距方式[1]。

在我國各型車輛中，激光測距系統(tǒng)均采用相同技術(shù)，應用廣泛。但是由于該系統(tǒng)技術(shù)含量高，系統(tǒng)構(gòu)成相對復雜，相關(guān)單位在使用維修上遇到許多新問題。從調(diào)研的情況來看，這些車輛測距系統(tǒng)故障頻繁、可靠性問題突出，經(jīng)常出現(xiàn)的激光測距故障有不測距、測距數(shù)據(jù)錯誤、測距數(shù)據(jù)隨機性漂移等，問題的原因主要集中于激光電源計數(shù)器各單板故障引起供電電壓波動、控制信號不準、發(fā)送能量弱等[2-3]。目前，激光電源計數(shù)器的故障排除主要依賴于使用維修人員的經(jīng)驗，不僅效率低，而且由于人員流動性大等特點，造成故障診斷知識積累困難，難以得到很好的繼承和發(fā)展。因此，需開展激光電源計數(shù)器故障自動化檢測方面技術(shù)的研究。

1 檢測系統(tǒng)架構(gòu)設計

檢測設備主要由顯示及外設、通用底板、電源綜合輸出板、核心CPU（Central Processing Unit，中央處理器）板和5 個適配器接口板（分別對應激光電源計數(shù)器部件、常規(guī)電源板、高壓電源板、控制板和計數(shù)板）等部分組成（圖1）。

圖1 檢測設備組成

2 檢測系統(tǒng)功能模塊設計

激光電源計數(shù)器整體和內(nèi)部單板具有不同的功能，功能層級也不一樣，工作條件環(huán)境差異很大，不容易集成在一個檢測環(huán)境中。因此，針對不同的檢測對象設計不同的檢測環(huán)境，用特定的適配器來實現(xiàn)不同檢測環(huán)境的模擬，這樣有較大的技術(shù)優(yōu)勢。

2.1 計數(shù)器部件檢測模塊

計數(shù)器部件在正常工作環(huán)境中涉及到系統(tǒng)的3 個部件，分別是激光測距儀、車載計算機、觀察鏡。為了實時、完整地檢測計數(shù)器部件，須在檢測系統(tǒng)中模擬構(gòu)建與計數(shù)器部件通過電纜相連的這3 個部件軟硬件環(huán)境，檢測系統(tǒng)中適配器板實現(xiàn)上述3 部件的檢測環(huán)境模擬。其中，模擬激光測距儀功能接收計數(shù)器部件產(chǎn)生的高壓、低壓直流電源、測距過程中所需的控制信號、時序等；模擬車載計算機功能接收計數(shù)器部件產(chǎn)生的目標距離計算數(shù)據(jù)、測距過程中所需的控制信號、時序等；模擬觀察鏡功能接收計數(shù)器部件產(chǎn)生的送往左目鏡顯示器目標距離數(shù)據(jù)等（圖2）。

圖2 激光電源計數(shù)器部件檢測模塊

2.2 常規(guī)電源板檢測模塊

常規(guī)電源板在正常工作環(huán)境中涉及到3 個方面的信號輸入輸出，分別為輸入+26 V 電源、輸出+5 V 和±6 V 電源、BCD（Binary-Coded Decimal）碼轉(zhuǎn)換為7 段碼。為了實時完整地檢測常規(guī)電源板，須在檢測系統(tǒng)中模擬構(gòu)建與常規(guī)電源板通過插座相連的外圍軟硬件環(huán)境，檢測系統(tǒng)中適配器板實現(xiàn)上述3 部分功能的檢測環(huán)境模擬。其中，模擬電源輸出功能主要輸出+26 V電源給常規(guī)電源板；模擬電源輸入功能主要接收常規(guī)電源板輸出的+5 V 和±6 V 電源；模擬控制板功能主要輸出BCD 碼給常規(guī)電源板；模擬車載計算機功能主要接收常規(guī)電源板輸出的7段碼（圖3）。

圖3 常規(guī)電源板檢測模塊

2.3 高壓電源板檢測模塊

高壓電源板在正常工作環(huán)境中涉及到3 個方面的信號輸入輸出：輸入+26 V 電源、充放電控制信號、輸出3 路高壓電源（HV（+）、VAPD、VAPD1）。為了實時、完整地檢測高壓電源板，須在檢測系統(tǒng)中模擬構(gòu)建與高壓電源板通過插座相連的外圍軟硬件環(huán)境，檢測系統(tǒng)中適配器板實現(xiàn)上述3 部分功能的檢測環(huán)境模擬。其中，模擬電源板功能主要輸出+26 V 電源給高壓電源板；模擬激光測距儀功能主要輸出充電控制信號（TRIG、FIRE）給高壓電源板并接收其輸出的高壓電源（圖4）。

圖4 高壓電源板檢測模塊

2.4 控制單板檢測模塊

控制板在正常工作環(huán)境中涉及到3 個方面的信號輸入輸出：電源輸入（+5 V、KHVAPD、VAPD（+））及整形；各種時序控制；出光檢測；自檢電路及目標距離鎖存等。為了實時完整地檢測控制板，須在檢測系統(tǒng)中模擬構(gòu)建與控制板通過插座相連的外圍軟硬件環(huán)境，檢測系統(tǒng)中適配器板實現(xiàn)上述功能的檢測環(huán)境模擬，其中：模擬常規(guī)電源板功能主要輸出+5 V 電源給控制板；模擬激光電源板功能主要輸出高壓電源給控制板進行整形及出光檢測等；模擬計數(shù)板功能主要輸出目標距離信號給控制板并接收自檢等；模擬車載計算機功能主要接收控制板輸出的目標距離信號鎖存、“首/末”邏輯、“正常/坑干擾”邏輯及時序控制等（圖5）。

圖5 控制板檢測模塊

2.5 計數(shù)單板檢測模塊

計數(shù)板在正常工作環(huán)境中涉及到3 個方面信號輸入輸出：電源輸入（+5 V）及整形；計數(shù)及存儲；自檢電路及目標距離輸出等。為了實時的完整檢測計數(shù)板，須在檢測系統(tǒng)中模擬構(gòu)建與計數(shù)板通過插座相連的外圍軟硬件環(huán)境，檢測系統(tǒng)中適配器板實現(xiàn)上述功能的檢測環(huán)境模擬。其中，模擬常規(guī)電源板功能主要輸出+5 V 電源給計數(shù)板；模擬激光測距儀功能主要輸出回波信號給計數(shù)板時行計數(shù)等；模擬控制板功能主要控制計數(shù)板進行自檢、時序控制、目標距離信號鎖存等（圖6）。

圖6 計數(shù)板檢測模塊

3 數(shù)據(jù)采集和處理

將數(shù)據(jù)采集技術(shù)[4-5]應用于激光電源計數(shù)器檢測設備，實時收集和處理被檢測部件或單板的故障數(shù)據(jù)。

3.1 模擬信號處理

模擬信號[6]主要分為輸入和輸出兩部分，輸入的部分主要包括＋26 V、±15 V、±5 V 等工作電源以及被測部件或單板輸出的模擬電壓信號。檢測系統(tǒng)使用兩級AD7501 進行分級“歸一化”處理：第一級AD7501 在綜合控制板上，主要選擇系統(tǒng)工作電壓（＋26 V，±15 V，±5 V）和一路共用通道，然后綜合控制板將各類電壓信號調(diào)理到±5 V 范圍內(nèi)供其A/D 進行實時采樣并計算相應電壓值；第二級AD7501 在各個被測適配器板上，依據(jù)被測對象選一路模擬信號進共用通道。第一級和第二級AD7501 配置見表1。

表1 兩級AD7501 模擬開關(guān)輸入輸出表

模擬信號的輸出部分主要由DA 產(chǎn)生，經(jīng)調(diào)理后輸出到通用底板，VF2 共用通道，供相應適配器板輸入調(diào)理使用。

3.2 數(shù)字信號處理

數(shù)字信號[7]主要分為I/O（Input/Output）輸入和輸出信號及CPU 總線兩部分，其中I/O 輸入和輸出信號主要包括邏輯電平及脈沖等信號，在通用底板上留有多路I/O 通道，CPU 通過數(shù)據(jù)總線（經(jīng)74HC245）讀取各適配器板輸出到I/O 通道的信號，通過54HC373 鎖存數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)到I/O 通道，用于各適配器板控制等功能。

CPU 總線主要分為PC104 地址總線（A0～A31）、數(shù)據(jù)總線（D0～D15）、控制總線（WR、RD、CS0～CS3 等）。其中，CS0～CS3 為PC104 外擴I/O 地址空間0X280～0X2B0，將PC104 數(shù)據(jù)總線直接外擴控制各適配器板（間接擴展到各被測對象板），可按字節(jié)或字進行讀寫操作。

4 結(jié)論

通過對激光電源計數(shù)器的檢測環(huán)境模擬和數(shù)據(jù)處理過程進行研究，分析設計了檢測系統(tǒng)的主要功能和結(jié)構(gòu)組成。針對不同的檢測對象設計不同的檢測環(huán)境，基于特定的適配器接口板，使用大規(guī)模可編程技術(shù)來實現(xiàn)計數(shù)器部件和單板的檢測環(huán)境模擬，利用在CPLD/FPGA 中運行的可編程軟件，可以降低硬件要求，提高集成度。在對模擬和數(shù)字兩類信號處理方面，硬件部分按“歸一化”處理，軟件部分按“模塊化”處理，簡化運算過程。