某型燈光告警信號(hào)電源組件自動(dòng)測(cè)試和診斷系統(tǒng)研究

曾壘，楊彬彬，王宏宇

（國(guó)營(yíng)蕪湖機(jī)械廠，安徽 蕪湖 241007）

燈光告警信號(hào)電源組件是某型飛機(jī)燈光告警系統(tǒng)信號(hào)組件的供電核心部件，燈光告警系統(tǒng)通過(guò)采集飛機(jī)各種級(jí)別告警信號(hào)，綜合處理并按優(yōu)先級(jí)次序輸出，控制并點(diǎn)亮所有危險(xiǎn)級(jí)和影響飛行安全的告警燈。該電源組件為整個(gè)系統(tǒng)的信號(hào)處理部件和告警指示燈提供電源，電源組件多次出現(xiàn)故障導(dǎo)致部分告警指示燈微閃，飛機(jī)燈光告警正常與否，直接影響飛機(jī)任務(wù)完成和飛機(jī)的安全。因此，亟需設(shè)計(jì)一套電源組件的自動(dòng)測(cè)試與診斷系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)品功能、性能及故障情況等進(jìn)行檢測(cè)。本文設(shè)計(jì)的基于ATE平臺(tái)的集成自動(dòng)測(cè)試和診斷系統(tǒng)，支持對(duì)燈光告警信號(hào)電源組件的產(chǎn)品功能和性能指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，能夠支持輸出電壓精度檢測(cè)、源效應(yīng)檢測(cè)、負(fù)載效應(yīng)檢測(cè)、輸出紋波測(cè)試以及效率測(cè)試等。該測(cè)試與診斷系統(tǒng)具有人機(jī)交互功能接口，且滿足產(chǎn)品功能及性能測(cè)試要求，對(duì)恢復(fù)產(chǎn)品正常工作狀態(tài)，提高產(chǎn)品的使用可靠性，具有重要意義。

1 測(cè)試系統(tǒng)需求分析

燈光告警信號(hào)系統(tǒng)電源組件主要功能是將輸入直流匯流條供電轉(zhuǎn)換為3路同步調(diào)節(jié)電壓，分別為控制組件和告警燈供電。該燈光告警信號(hào)系統(tǒng)電源組件交聯(lián)圖如圖1所示，由輸出調(diào)節(jié)模塊、電源變換模塊以及通道輸出保護(hù)模塊組成。輸出調(diào)節(jié)模塊的主要功能是將其他系統(tǒng)的電源調(diào)整信號(hào)以及輸出電壓反饋信號(hào)綜合處理后，產(chǎn)生電壓調(diào)節(jié)信號(hào)，該信號(hào)分別作用于三個(gè)大功率電源變換模塊，同步調(diào)節(jié)三路輸出電壓。電源變換模塊的主要功能是實(shí)現(xiàn)DC/DC功率變換。通道輸出保護(hù)模塊通過(guò)整合三路電源輸出，產(chǎn)生反饋信號(hào)作用于輸出調(diào)節(jié)模塊，并通過(guò)RL并聯(lián)電路將三組輸出之間相互連接，互為熱備份。一旦某一路失效無(wú)輸出或輸出電壓偏低，另外兩個(gè)通道將通過(guò)RL電路為失效通道供電，保證系統(tǒng)工作。

圖1 電源組件交聯(lián)圖

根據(jù)產(chǎn)品的工作原理，結(jié)合產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范要求，基于ATE平臺(tái)的集成自動(dòng)測(cè)試與診斷系統(tǒng)應(yīng)具備通用化、模塊化的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，支持電源組件各項(xiàng)性能檢測(cè)，并且可以快速定位故障。因此，測(cè)試系統(tǒng)需要達(dá)到如上測(cè)試指標(biāo)要求，應(yīng)具有以下7種硬件資源：

（1）電源輸入：16～35V 5A可調(diào)直流穩(wěn)壓電源，作為被測(cè)組件的主電源供電。

（2）微調(diào)電源：0～10V 0.5A可調(diào)直流穩(wěn)壓電源，用于模擬外部調(diào)節(jié)輸入。

（3）程控電子負(fù)載：額定電壓20V，單通道100W 3路，模擬被測(cè)組件的負(fù)載能力。

（4）電壓采集：6位半萬(wàn)用表，采集輸出電壓。

（5）輸出參數(shù)分析：示波器，采集輸出電壓波形。

（6）程控開(kāi)關(guān)：8×8矩陣開(kāi)關(guān)、大功率程控開(kāi)關(guān)，通道切換和輸入輸出控制。

（7）串口：1路RS232串行通訊，為數(shù)據(jù)采集與ID識(shí)別等電路提供通訊功能。

2 測(cè)試設(shè)備硬件設(shè)計(jì)

2.1 ATE平臺(tái)簡(jiǎn)介

ATE（Automatic Test Equipment）自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備，是為各種設(shè)備提供通用測(cè)試資源的測(cè)試平臺(tái)。硬件平臺(tái)由主控計(jì)算機(jī)、PXI總線儀器組合、VXI總線儀器組合、LXI、GPIB總線臺(tái)式儀器、供電電源組合、電控組合、通道擴(kuò)展組合、公共測(cè)試信號(hào)接口及通用測(cè)試適配器、自檢適配器等分系統(tǒng)構(gòu)成，采用公共信號(hào)接口作為測(cè)試資源集中輸出的環(huán)境，實(shí)現(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)與被測(cè)組件測(cè)試信號(hào)的交互適配，形成儀器資源與被測(cè)對(duì)象連接通路。軟件測(cè)試接口，以多種形式的開(kāi)放式呈現(xiàn)，包括程序人機(jī)交互方式、硬件資源的使用方式、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方式、測(cè)試報(bào)告輸出等。

2.2 總體設(shè)計(jì)

測(cè)試設(shè)備基于已有的ATE綜合硬件自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)開(kāi)發(fā)，由被測(cè)產(chǎn)品、測(cè)試專用電纜、專用適配器、TPS程序集組成。其中測(cè)試專用電纜用于被測(cè)產(chǎn)品與專用適配器的電氣連接，專用適配器負(fù)責(zé)整合ATE平臺(tái)上的硬件資源，將ATE自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)的硬件資源引出至專用適配器。

2.3 測(cè)試硬件

根據(jù)電源組件總體設(shè)計(jì)需求，測(cè)試硬件主要由ATE平臺(tái)提供，包括電源系統(tǒng)（含多個(gè)模塊）、電子負(fù)載、測(cè)控計(jì)算機(jī)、示波器、萬(wàn)用變、控制開(kāi)關(guān)等組成。

（1）電源。電源主機(jī)箱為Agilent的N6702A，模塊選擇N6743B、N6774A，主要技術(shù)指標(biāo)：四個(gè)通道，其中2通道：20V，5A，100W；2通道：35V，8.5A，300W；使用LAN方式程控。

（2）電子負(fù)載。程控電阻負(fù)載為AMETEK公司SLM系列直流負(fù)載。技術(shù)指標(biāo)：共四個(gè)通道；負(fù)載模式包含：電阻、電流、電壓、功率；最大輸入電壓：60V、最大輸入電流：30A、功率不小于150W；使用GPIB方式程控。

（3）采集儀器。采集儀器主要為萬(wàn)用表和示波器，萬(wàn)用表為Agilent的34410A臺(tái)式儀器，可測(cè)量DC/AC電壓、DC/AC電流、電阻、頻率/周期、電容、溫度、連續(xù)性、二極管測(cè)試等；精度：6.5位；其中DC/AC電壓測(cè)量范圍：100mV～1000V/100mVac～750Vac。

示波器為Agilent的MSO7054B臺(tái)式儀器，主要技術(shù)指標(biāo)：4模擬通道；16邏輯通道數(shù)；帶寬：500MHz；最大采樣頻率：4GHz。

（4）控制開(kāi)關(guān)。大功率控制開(kāi)關(guān)使用航天測(cè)控的VXI程控AMC2616板卡，128通道數(shù)，導(dǎo)通電阻：≤1.5Ω；最大允許通過(guò)電流：1.5A；矩陣開(kāi)關(guān)使用航天測(cè)控的VXI模塊AMC2623D板卡，矩陣規(guī)模：2W（線）8×32；最大開(kāi)關(guān)功率：30W；最大開(kāi)關(guān)電壓：150V，150Vrms。

（5）串口卡。多功能串口卡為航天測(cè)控的PXI總線多串口通訊模塊AMC5214B，16通道，適合通用異步串行通訊協(xié)議（可選擇RS232/RS422/RS485標(biāo)準(zhǔn)的驅(qū)動(dòng)電路），波特率不大于921.6Kbps。

2.4 測(cè)試適配器

電源組件專用測(cè)試適配器主要包括ID識(shí)別電路、電源輸出調(diào)節(jié)電路、電壓監(jiān)控模塊、輸入輸出控制與切換控制模塊、接口電氣互聯(lián)模塊等。系統(tǒng)框圖如圖2所示。

圖2 測(cè)試系統(tǒng)框圖

硬件適配器ID識(shí)別電路具有硬件身份識(shí)別功能，保證在ATE測(cè)試軟件中能夠識(shí)別專用適配器。互聯(lián)電路將相關(guān)儀器、板卡資源進(jìn)行互聯(lián)。矩陣開(kāi)關(guān)根據(jù)測(cè)試需要將輸入和輸出接口與萬(wàn)用表、示波器等測(cè)試儀器互聯(lián)；程控開(kāi)關(guān)根據(jù)測(cè)試需求，采用多路并用模式，控制大功率電路的通斷切換。

狀態(tài)監(jiān)控模塊以AVR單片機(jī)為主體，具有輸出電壓超出范圍時(shí)報(bào)警，讀取ID數(shù)據(jù)以及上傳功能。該狀態(tài)監(jiān)控模塊采用LCD液晶屏實(shí)時(shí)顯示3組輸出的電壓以及部分狀態(tài)量；采用RS232串口實(shí)時(shí)上傳相關(guān)數(shù)據(jù)。該狀態(tài)監(jiān)控模塊為參數(shù)調(diào)節(jié)、組件故障定位和維修時(shí)帶來(lái)極大的便捷。

3 軟件設(shè)計(jì)

本測(cè)試平臺(tái)能夠滿足某型飛機(jī)機(jī)載無(wú)線電導(dǎo)航設(shè)備性能測(cè)試，以此形成產(chǎn)品的測(cè)試和故障排查能力，保證飛機(jī)機(jī)載無(wú)線電導(dǎo)航設(shè)備的修理質(zhì)量，提升工廠飛機(jī)修理產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益。另外平臺(tái)既可手動(dòng)操作，也可自動(dòng)操作導(dǎo)航模擬，為后期新型產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)測(cè)試提供模擬平臺(tái)，設(shè)備資源從而進(jìn)一步得到充分利用。

3.1 設(shè)計(jì)思路

基于Windows7操作系統(tǒng)和VC++編程環(huán)境，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件平臺(tái)，可完成電源組件的功能測(cè)試故障診斷功能，具備人機(jī)界面友好、圖形化的開(kāi)發(fā)界面、開(kāi)發(fā)速度快的優(yōu)點(diǎn)。軟件平臺(tái)總體結(jié)構(gòu)劃分為：硬件驅(qū)動(dòng)、手動(dòng)測(cè)試、自動(dòng)測(cè)試、測(cè)試數(shù)據(jù)報(bào)表生產(chǎn)四大部分，其軟件功能框圖如圖3所示。

圖3 軟件功能框圖

4 驗(yàn)證

該電源組件常規(guī)測(cè)試項(xiàng)目包括輸出電壓精度測(cè)試、源效應(yīng)測(cè)試、負(fù)載效應(yīng)測(cè)試、輸出紋波測(cè)試、電源效率測(cè)試。針對(duì)此電源模塊的特點(diǎn)及技術(shù)規(guī)范要求，還需增加電源調(diào)節(jié)功能測(cè)試、狀態(tài)量測(cè)試、電源拉偏測(cè)試、電源輸出平衡性等專用測(cè)試項(xiàng)目。

4.1 電源調(diào)節(jié)功能測(cè)試

該模塊主要為驗(yàn)證輸入電壓變化時(shí)，產(chǎn)品輸出穩(wěn)定電壓的能力，并且輸出電壓偏離整定電壓的百分比符合技術(shù)規(guī)范。將全輸入范圍劃分為6個(gè)測(cè)試輸入電壓，分別測(cè)量對(duì)應(yīng)的輸出電壓值，軟件可計(jì)算出相應(yīng)的電壓調(diào)整率。

4.2 狀態(tài)量測(cè)試

該模塊主要驗(yàn)證調(diào)節(jié)電壓變化時(shí)，產(chǎn)品多個(gè)中間狀態(tài)及輸出電壓的跟蹤調(diào)節(jié)能力。測(cè)試模塊設(shè)置調(diào)節(jié)電壓后，測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)程控開(kāi)關(guān)設(shè)置調(diào)整端電壓，同時(shí)采集多個(gè)狀態(tài)量及輸出電壓，驗(yàn)證其跟蹤調(diào)節(jié)能力。

4.3 電源拉偏測(cè)試

該模塊主要為驗(yàn)證在輸入欠壓或過(guò)壓的情況下，產(chǎn)品是否觸發(fā)欠壓或過(guò)壓保護(hù)。輸入電壓全范圍為（16V，32V），進(jìn)入電源拉偏測(cè)試后，輸入電壓將設(shè)置為低于15.3V或高于32.5V，產(chǎn)品會(huì)自動(dòng)觸發(fā)欠壓或過(guò)壓保護(hù)，斷開(kāi)輸出連接。

4.4 電源輸出平衡性測(cè)試

該項(xiàng)為該型電源組件的測(cè)試關(guān)鍵點(diǎn)，主要為驗(yàn)證三路負(fù)載不平衡時(shí)，產(chǎn)品輸出穩(wěn)定電壓的能力，并且輸出電壓偏離整定電壓的百分比符合技術(shù)規(guī)范。

測(cè)試前需設(shè)置調(diào)節(jié)電壓和額定供電電壓。該項(xiàng)測(cè)試根據(jù)負(fù)載加載情況差異分為3組，每組測(cè)試時(shí)，僅需接通一路電子負(fù)載，其余兩路空載。電壓平均值可表示為：

式中，UA為A路輸出電壓，UB為B路輸出電壓，UC為C路輸出電壓，UAVR為三路9個(gè)電壓值的平均電壓。

任一路輸出電壓與平均電壓的差值可表示為：

式中，UX為任一路輸出電壓。當(dāng)△UX大于設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，則該路通道故障。

測(cè)試軟件主界面如圖4所示。

圖4 測(cè)試軟件主界面

實(shí)驗(yàn)表明，通過(guò)自動(dòng)測(cè)試模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)電源組件的自動(dòng)測(cè)試與診斷，具有電源組件的電源調(diào)節(jié)、狀態(tài)量、電源拉偏和輸出平衡性等功能的自動(dòng)測(cè)試與診斷能力。

5 結(jié)語(yǔ)

本文分析和設(shè)計(jì)了一種基于ATE通用測(cè)試平臺(tái)的某型飛機(jī)燈光告警信號(hào)電源組件自動(dòng)測(cè)試和診斷系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用ATE平臺(tái)硬件資源，并采用AVR單片搭建狀態(tài)監(jiān)控模塊，具有電源調(diào)節(jié)功能測(cè)試、狀態(tài)量測(cè)試、電源拉偏測(cè)試和電源輸出平衡性測(cè)試等功能。測(cè)試結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的自動(dòng)測(cè)試與診斷系統(tǒng)能夠滿足電源組件性能測(cè)試的測(cè)試要求，同時(shí)具有產(chǎn)品的故障排查功能。所設(shè)計(jì)的自動(dòng)測(cè)試與診斷系統(tǒng)能夠保證飛機(jī)燈光告警系統(tǒng)的修理質(zhì)量，提升工廠飛機(jī)修理產(chǎn)量和保障能力，具有一定的研究和實(shí)用價(jià)值。