防空反导武器系统是国土防空的重要力量[1-2]。作为武器系统的重要组成部分，电源车起着非常重要的作用，它为整个武器系统提供动力来源，是整个武器系统的“血液”。近几年来，部队的装备更新得非常快，新装备不断地得到列装，装备逐渐向复杂化、大型化与智能化的方向发展。伴随着装备的快速发展，现有维修保障手段及设备相对要落后一些，使得对于一些比较复杂的问题不能够进行及时、快速的保障，影响训练。

    该型电源车故障检测设备的开发与研制正是在这种情形之下提出来的。它通过实时采集电源车在运行过程中的关键节点数据，并经过处理器的处理与判断，做出诊断结果，具有快速性、准确性和比较高的可靠性。
1 系统总体设计
    为了实现该设备设计的功能，系统主要由数据采集与调理模块、控制平台、数据处理与人机界面三大模块组成，如图1所示。

    该设备配有专门设计的数据采集接口，可以与电源车控制电路系统进行匹配连接，便于数据的采集。
    数据采集与调理模块的功能在于采集电源车关键节点的数据，经变换处理使之成为数据量。由于所采集信号的数量和种类比较多，包括模拟量、开关量、数字量及串行通信数据，因此需要不同的转换电路进行相应的处理。例如模拟量经过信号整形后送入A/D转换通道，开关量送入电平转换通道，如图2所示。
    控制平台是整个设备的控制核心，以89S52单片机作为处理器，通过外接数据存储器与程序存储器共同工作。数据信号在经过数据采集与调理模块处理之后送入该模块，由单片机接口送入数据存储器。该模块同时还配有真空荧光显示屏VFD(Vacuum Fluorescent Display)显示器和键盘进行人机交互。由于电源车的使用环境比较复杂，因此采用VFD显示器以适应复杂环境下的使用。
    数据处理与人机界面模块即单片机软件，在信号处理后，通过故障诊断知识库进行故障诊断，检测电源配电车故障点，人机交互接口程序将检测结果显示在VFD显示器上，并可通过键盘进行检查设置、显示检测结果。随着设备的投入使用，故障诊断知识库还将进行不断的更新以适应不断变换的故障形式。
2 硬件电路的设计
    该系统的硬件电路主要包含以下几部分：信号采集电路、A/D转换电路、显示电路和主控电路。
2.1 信号采集电路
    由于该设备所采集的信号种类和数量比较多，主要包含开关信号、模拟信号、数字信号及频率信号[3]等，因此，需要针对不同的信号类型，采用不同的方案，设计不同的采集电路来完成信号的准确采样。另外还需要对采集到的信号提取其几何特征、统计特征和时频域特征等，以尽量提取简洁高效的信号。目前，特征提取采用主元分析法[4-6]，是为了防止信号在采集过程中因受到干扰而采样失真或者不能采集到信号，并且在硬件上，所有信号采集电路均进行了电磁屏蔽和光耦隔离；软件上采用“看门狗”技术以保证信号的正确采样。
2.1.1 开关信号采集电路
    该型电源车的控制核心为柴油发电机组控制器，它的工作电压为24 V，由车载电瓶直接提供。通过在电源车控制电路中检测一些重要节点是否存在24 V电平信号，可以直接知道对应开关的通断，进而判断整个控制电路各模块的工作状况，采集电路如图3所示。

2.1.2 模拟信号采集电路
    该型电源车的模拟信号包含220 V电压信号、380 V电压信号、电流信号及其他一些模拟量。由于电源车电路的电压信号与电流信号都比较大，因此在实际采样电路中需要通过电压互感器与电流互感器对其进行降低幅值的处理，并经过信号整形之后送入模数转换电路进行A/D转换。220 V电压采集电路如图4所示。

2.1.3 RS485信号采集电路
    该型电源车在控制电路方面做了很大的改进。采用柴油发电机组控制器作为电源车的控制核心，大大减少了控制系统的元器件数目，增强了控制效果，更加智能化。在电源车运行过程中，通过安装于柴油发电机组各处的传感器在线监测相应的参数量值，可以直接获取电源车运行的各项参数。并且在RS485通信芯片MAX485CPA的作用下，通过控制器RS485通信接口与检测设备直接进行通信,为检测设备提供依据，如图5所示。

2.2 A/D转换电路
    A/D转换部分在电路中用于对采集的信号进行预处理,该设备的A/D转换器选用ADC0809N,如图6所示。
    ADC0809是8 bit逐次逼近型A/D转换器。它由一个8路模拟开关、一个地址锁存译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁存器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转转换完的数据。
2.3 显示电路
    电源车的工作环境复杂多变，需要适应各地区的气候条件，而且对可靠性的要求很高。作为电源车的随车设备之一，检测仪采用VFD显示器，其显示亮度及分辨率高，且只需很低的驱动电压，另外具有很强的抗干扰能力与耐环境的能力，其接口电路如图7所示。

    故障诊断之后，在显示控制器的作用下，人机交互接口程序将检测结果显示在VFD显示器上，并可通过键盘进行检查设置、显示检测结果。
2.4 主控电路
　主控电路中选用89S52作为高速处理核心。89S52是一种低功耗、高性能CMOS 8位微处理器，具有8 KB在系统可编程Flash存储器，在该系统中同时又外接了程序存储器，使存储空间大大增大。该处理器使用Atmel公司高密度非易失性存储器制造技术，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash,使得89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛的应用。
    主控89S52作为处理核心能够产生系统需要的全部控制信号[7]，保证系统的各个部分能够协调一致地工作。主控电路如图8所示。

    89S52单片机作为整个系统硬件电路的核心，连接着设备的各个组成模块。当数据采集模块的信号经过变换成为单片机能够处理的信号之后，送入单片机，由单片机控制送入数据存储器，并将处理结果通过人机交互设备在VFD显示器上反映出来。在该电路中，P10-P13接口用于对程序进行校验，74LS373用于进行模拟通道的选择，并进行锁存。MAX485CPA芯片中有一个驱动器和一个接收器，用于对485信号进行收发与传送。
3 系统软件的设计
    该系统的主控软件采用了自顶向下的模块化结构，包括主程序和4个子程序。
3.1主程序设计
    主程序是整个系统的主线，上电复位后，系统即进入主程序。系统上电后首先初始化并对检测设备进行自检。如自检正常，将显示欢迎使用界面，然后进入键盘扫描状态，根据键值散转，完成确定的功能。如果检测仪自检不正常，将显示相应错误信息，用户需根据提示修理检测仪后方可使用。
    在主程序设计中，充分考虑到了系统的容错能力，当操作错误时，系统将进行提示。主程序流程如图9所示。         
3.2 泵油及预热功能测试子程序
　    在电源车中，柴油机作为原动力直接关系到电源车的运行，因此在检测设备中首先需要对柴油机工作状况进行检查，测试其泵油及预热模块是否正常工作。柴油机工作正常才可以进行下面的检测，否则检查柴油机问题。
　    在该子程序模块中，主要实现对柴油机泵油和预热模块的检测。子程序流程图如图10所示。
3.3 同步测试子程序
　    该型电源车同时配有两台机组，启动过程中一台机组先启动到达额定运行状态，另一台机组启动到达额定运行状态时,在同步控制器的作用下与第一台机组实现同步并联运行。该子程序的功能在于测试在同步过程中相关模块的功能是否正常，主要包含同步控制器电源、分闸电源、滤波器母线及滤波器机组等。程序流程图如图11所示。

4 联调与测试
    故障检测设备针对电源车而设计和开发，对于电源车的各类故障进行了分类与建模，并且建立了该型电源车的故障树。当电源车出现故障时，系统会自动提取故障信号进行分析处理，利用已经建立的故障知识库进行诊断与辨识，得出故障类型。
    在检测设备的联调测试试验中，通过人为设置不同类型的故障，然后连接检测设备进行测试。检测结果表明，该故障检测设备能够准确地测试电源车的故障，快速、准确，具有较高的可靠性，能够适应不同环境下的测试要求。
    本文详细从设计理念、系统结构到软、硬件电路对电源车故障检测设备进行了介绍。与以往对电源车的保障技术相比，该型电源车故障检测设备能够快速、准确地鉴定故障类型，对故障进行定位，具有较高的可靠性。该设备不仅体积小，功耗低，工作稳定，而且保证了较高的移动性能，可作为电源车的随车设备进行装配，完全满足系统设计的要求，必将为电源车更加可靠高效的保障提供支持。在后续的研究工作中还将其功能进行不断扩展。
参考文献
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[2] 张强,雷虎民.基于小世界网络的防空反导系统复杂性研究[J].现代防御技术,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．
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