嵌入式系统在军用电子设备故障诊断中的应用

    1、引言

    某电子设备结构复杂，复合功能强，每个组合包含几块到几十块电路板，其中有模拟电路，也有数字电路，还有模拟、数字混合电路。其电路板大量采用集成器件和多层结构，维修空间小，检测维修难度大，并且精度要求高，技术新，系统维护对专业配套检测维修设备的依赖性强，对维修人员要求高。建立对电子装备及时进行故障诊断的系统，对于提高武器装备的战斗力，降低使用维护费用等均具有重大意义。据统计，在海湾战争中美国采用先进的诊断技术将武器装备的故障诊断效率提高了30%左右，而武器装备在寿命周期内的各种维修技术保障费用则至少可以节省20%。为实现对故障诊断的实用、高效、低成本的目标，将ARM嵌入式系统应用到电子设备故障诊断领域，以达到诊断系统的实用性、结构紧凑性和智能性。

    Samsung 公司推出的16/32 位RISC 处理器S3C44B0X 为手持设备和一般类型应用提供了高性价比和高性能的微控制器解决方案。S3C44B0X 采用了ARM7TDMI 内核，0.25um 工艺的CMOS 标准宏单元和存储编译器。它的低功耗精简和出色的全静态设计特别适用于对成本和功耗敏感的应用。同样S3C44B0X还采用了一种新的总线结构，即SAMBAII（三星ARM CPU 嵌入式微处理器总线结构）。S3C44B0X的杰出特性是它的CPU核，是由ARM公司设计的16/32 位ARM7TDMI RISC处理器（66MHZ）。ARM7TDMI 体系结构的特点是它集成了Thumb 代码压缩器，片上的ICE断点调试支持，和一个32 位的硬件乘法器。S3C44B0X 通过提供全面的、通用的片上外设，大大减少了系统电路中除处理器以外的元器件配置，从而最小化系统的成本。

    2、军用电子装备故障诊断特点分析

    一般来说军用电子装备产品有以下一些特点：

    （1） 电路模块大多为专用电路，通用性差，种类多，型号多，生产数量少，即使个别型号生产数量略多，但相比商用产品生产还是少数，形不成批量生产。

    （2） 设计资料齐全，包括设计原理，设计图样，各种技术报告，分析报告，试验数据等；

    （3） 由于使用环境恶劣，变化大，所以军用电子装备要满足各种国军标（GJB）所规定的比较苛刻的环境试验和性能考验，因此各种试验项目齐全，测试结果多；

    （4） 可靠性要求高；

    （5） 使用电子设备的不是设计人员，对装备只有定性的了解；

    （6） 由于环境复杂，生产批量少，使用要求高，技术难度大，保密性要求高，相应的造成军用电子装备的研制周期长，所需经费大。

    除了上述特点外，我们所研究的电子装备的故障智能诊断系统还具有以下特点：

    （1）数据种类多，有直流电源、交流电源、数字信号、模拟信号、中频信号、高压信号、开关信号等；

    （2）数据量大，有的组合有几十种甚至上百个输入、输出信号，大量的数据需要保存和处理；

    （3）数据管理任务繁重，数据的接受、处理、保存、报警、诊断、维护、显示、查询等非常频繁；

    （4）系统的故障诊断需要较快的速度，而且对数据要求有较高的可靠性，因此系统对数据的访问必须快速、准确。

    目前，在故障诊断领域广泛使用的诊断系统有8/16位单片机系统和工业PC系统。ARM内核处理器具有高性能、低功耗、低成本、低开发难度等一系列优点，是测控系统由8位机升级到32位机的理想选择。此外，在满足诊断技术要求的基础上，系统成本仅为相近功能的PC系统的1/3，而且系统元件集成度高，即可以把目前的电荷放大器等元件通过信号整定电路集成到一块PCB板上。由对比分析可见，与现有诊断系统相比，ARM系统具有较高的性价比[1]。

    3、ARM诊断系统的组成

    利用多传感器信息融合技术、无线通信技术设计了现场级嵌入式状态监测与故障诊断系统，实现同步、并行地对系统各个重要部分进行信号采集和处理，系统的总体结构组成如图1所示。在设备运行现场，对各个子系统采用带无线通信功能的嵌入式设备进行状态监测，避免了有线电缆的使用，技术人员可以很方便地随时对设备进行移动监测，保证了整个监测诊断系统的灵活性。整个设备的状态监测由一台下位机来完成，而故障诊断是由一个上位机来完成，采用无线通信的方式通过无线局域网接入点把信息传至上位机数据库中。

图1 嵌入式测试分系统电路结构图