АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ РЕМОНТНЫЙ СТЕНД (БАРС)

Полезная модель относится к радиотехнике и может быть использовано для диагностики ремонта и настройки радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), выполненной на элементной базе 3-5 поколений, применяемой в военной технике и в народном хозяйстве, в стационарных и полевых условиях.
Современные средства диагностики РЭА можно условно разделить по принципу работы на две группы:
- использование псевдослучайных воздействий с дальнейшим сигнатурным анализом (в дальнейшем сигнатурный анализатор).
- использование специальных тестовых воздействий с дальнейшим сличением отклика РЭА с эталонным (в дальнейшем тестовый метод).
Преимуществом сигнатурного анализатора является простота аппаратной реализации и низкая стоимость. К недостаткам данного метода можно отнести низкую достоверность, невозможность тестирования элементов (микросхем) РЭА, содержащих конечные автоматы с памятью. Для тестирования этих элементов РЭА необходимо вносить изменения в схему, т.е. разрывать определенные цепи и подавать сигналы внутрь схемы, что резко усложняет процесс диагностики и поиска неисправности.
Тестовый метод находит наибольшее применение в диагностике элементов РЭА, поскольку отличается высокой достоверностью тестирования и простотой поиска неисправности но вместе с тем требует значительных аппаратных затрат. Тестовый метод позволяет тестировать практически все возможные типы цифровых и цифроаналоговых элементов
РЭА. При применении тестового метода существует два подхода к построению тестового устройства:
- по схеме конечного автомата с памятью;
- программно-аппаратное устройство.
При построении тестового устройства по схеме конечного автомата с памятью проще достигается высокая скорость смены тестовых воздействий, но резко ограничиваются другие технические и эксплуатационные параметры, такие как формирование ограниченных и неограниченных последовательностей, анализ задержек в проверяемых элементах РЭА и т.д.
Управляющая электронно-вычислительная машина (в дальнейшем ЭВМ), входящая в состав тестового устройства (по схеме конечного автомата), предназначена для хранения тестовых воздействий и визуализации тестируемого устройства.
Программно-аппаратное тестовое устройство свободно от вышеуказанных недостатков, потому что ЭВМ, применяемая в таких устройствах, управляет работой всего устройства, что позволяет, изменяя только программную часть изменять структуру и параметры тестового устройства.
Из известных средств диагностики и ремонта РЭА в настоящее время можно назвать такие комплексы как «ПАРМ» [1], «Диана» [2].
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является решение, выбранное в качестве прототипа - «Программно-аппаратное рабочее место для диагностики и ремонта радиоэлектронных узлов «ПАРМ», предназначенное для диагностики, функционального контроля, ремонта и наладки цифровых и цифро-аналоговых электронных плат различной конфигурации.
В известном диагностическом стенде использован тестовый метод по схеме конечного автомата. Стенд состоит из управляющей ЭВМ с программным обеспечением и аппаратной части, в состав которой входят устройства сопряжения с ЭВМ (адаптеры), предназначенные для управления обменом данными между ЭВМ и внутренними устройствами и блоками комплекса, соединенные базовой шиной с одной стороны с ЭВМ и с другой стороны с устройствами и блоками комплекса. Каждому аппаратному модулю комплекса соответствует система баз данных для накопления и хранения диагностической информации для каждой тестируемой платы. Это тестовые воздействия, эталонные отклики, осциллограммы на всех контактах элементов, входящих в тестируемую плату (микросхем, транзисторов, пассивных элементов и т.д.), принципиальные и функциональные схемы, таблицы связей (NET-лист). Тестирование платы с помощью аппаратно-программных средств диагностического комплекса основано на применении тестовых таблиц проверок (т.н. ремонтных баз данных), которые на каждую новую плату ранее не диагностируемую на комплексе составляются вручную оператором. Эталонная реакция для теста снимается с заведомо исправной платы при подаче на нее данного теста. Комплекс способен запоминать и хранить всю информацию в ремонтных базах данных для каждой конкретной платы. Процесс тестирования плат делится на два этапа: контроль функционирования платы (по принципу «исправно-неисправно») и, если плата не функционирует, локализация неисправности.
Диагностический стенд, принятый за прототип, наряду с присущим ему положительными качествами обладает рядом существенных недостатков, ограничивающих его технические характеристики и область применения, в частности:
- диагностический комплекс не позволяет в одном тестовом наборе проводить диагностику и локализацию неисправности элементов РЭА, содержащей, цифровую и высокочастотную аналоговую части, так как две независимые системы (цифроаналоговая и аналоговая) не могут работать синхронно, что значительно увеличивает время диагностики, а в ряде случаев (например, для анализатора частот) не позволяет вообще провести тестирование элементов РЭА, содержащих электромагнитные реле, управление которыми не обеспечивают имеющимися выходными драйверами.
- в известном техническом решении время смены воздействий внутри тестовых наборов нестабильно ввиду того, что выдача тестовых воздействий производится ЭВМ, находящаяся под управлением операционной системы (Windows), при этом нестабильность времени смены тестовых воздействий затрудняет исследование отклика тестируемого устройства осциллографом;
- все внутренние устройства «ПАРМ» управляются от встроенного (внешнего) компьютера по шине LPT в режиме ЕРР v1.9, при этом скорость смены тестовых воздействий ограничена скоростью обмена по шине LPT;
Эти недостатки отсутствуют при использовании внутренних устройств, выполненных по схеме конечного автомата, содержащих память тестовых воздействий и память откликов. Однако использование конечного автомата резко снижает эксплуатационные возможности тестовой системы из-за:
- невозможности формирования ограниченных и неограниченных (по условию) последовательностей для цифровых линий;
- невозможности совместного, в одном тестовом наборе, использования цифровых, цифроаналоговых и аналоговых проверок;
- необходимости, при изменении одной проверки в тестовом наборе, переписывать весь массив в памяти воздействий, что резко снижает скорость отладки тестового набора.
В основу предлагаемого технического решения поставлена задача создания автоматизированного ремонтного стенда (БАРС) для диагностики, ремонта и настройки РЭА с улучшенными в сравнении с прототипом техническими характеристиками, расширенными функциональными возможностями в целом, позволяющими избавиться от недостатков, присущих диагностическому стенду, принятому за прототип.
Автоматизированный ремонтный стенд, который содержит управляющую ЭВМ с программным обеспечением и аппаратную часть, в состав которой входят внутренняя локальная шина, по крайней мере, не более 10 устройств цифрового ввода-вывода, аналоговый генератор, логический анализатор, цифровой осциллограф, встроенные блоки питания, блок внешних разъемов для подключения испытуемого устройства.
Особенностью данного технического решения является то, что в аппаратную часть введен интеллектуальный контроллер, содержащий встроенный 32-х разрядный процессор на кристалле (NIOS-possessor), связанный с ЭВМ по шине USB и с оперативным запоминающим устройством (ОЗУ) типа быстродействующей памяти DDR, а также с арбитром шины, соединенным с адресным портом и портом ввода-вывода интеллектуального контроллера, при этом все внутренние устройства аппаратной части управляются 32-разрядным процессором на кристалле (NIOS-possessor) по внутренней локальной шине, причем к внутренней локальной шине подключены блоки управления реле, каждый из которых
содержит 64 линии ввода-вывода, обеспечивающих, работу с РЭА, содержащие в своем составе электромагнитные реле. Аналоговый генератор, логический анализатор и встроенные блоки питания подключены к внутренней локальной шине. Устройства цифрового ввода-вывода содержит 64 линии ввода-вывода.
Предлагаемый автоматизированный ремонтный стенд «БАРС» в отличие от известных технических решений обладает более совершенной схемой измерений: вместо двух подсистем (цифроаналоговой и аналоговой промежуточной частоты) со своими контроллерами и внутренними шинами, используется единая схема измерений на базе интеллектуального контроллера с встроенным процессором, что позволяет улучшить технические характеристики стенда и расширить его функциональные и эксплуатационные возможности, в частности:
- введение в состав интеллектуального контроллера встроенного 32-х разрядного процессора на кристалле (NIOS-processor), связанного с ЭВМ по шине USB и с оперативным запоминающим устройством (ОЗУ) типа быстродействующей памяти DDR дает возможность внешней ЭВМ по шине USB загружать в ОЗУ тестовый набор, а все внутренние устройства БАРС управляются 32-разрядным процессором на кристалле (NIOS-processor) по внутренней локальной шине, при этом скорость смены тестовых воздействий постоянна и ограничена лишь тактовой частотой процессора и скоростью обмена внутренней локальной шины;
- введение в аппаратную часть блоков управления реле, каждый из которых содержит 64 линии ввода-вывода, обеспечивают работу с РЭА, содержащие в своем составе электромагнитные реле.
- подключение к внутренней локальной шине аналогового генератора, логического анализатора и встроенных блоков питания;
- введение в аппаратную часть устройств цифрового ввода-вывода содержащих 64 линии ввода-вывода.
Таким образом, новые признаки, отличающие предлагаемый стенд от ближайшего аналога по совокупности с известными, изложенными в объеме патентных притязаний формулы, позволяют добиться технических преимуществ по сравнению с ближайшим аналогом, а именно:
- вся основная обработка отклика проводится 32-разрядным процессором, что позволяет значительно разгрузить внешнюю ЭВМ;
- встроенный (внешний) компьютер используется для хранения данных и визуализации процесса тестирования;
- возможность оперативно изменять данные одной проверки в тестовом наборе без необходимости переписывать весь массив тестового набора, что ускоряет и облегчает процесс отладки тестового набора;
- возможность изменять скорость смены тестовых воздействий внутри одного тестового набора, что необходимо при тестировании цифроаналоговых устройств и устройств содержащих реле;
- возможность изменять структуру и быстродействие 32-разрядного процессора;
- возможность оперативно изменять и модернизировать управляющую программу 32-разрядного процессора без физического вмешательства в схемотехнику стенда.
На чертеже (Фиг.1) представлена функциональная блок-схема базового автоматизированного ремонтного стенда (БАРС). Стенд состоит из: управляющей ЭВМ (1) с программным обеспечением, например, "Windows-ХР" и специальной тестовой программой, разработанной с помощью
программного пакета "DELPHI-7", аппаратной части (2), в состав которой входят: интеллектуальный контроллер (3), шина (4) USB, 32-разрядный процессор (5) на кристалле (NIOS-prossessor), соединенный с управляющей ЭВМ (1) по шине (4) USB и оперативным запоминающим устройством (ОЗУ) (6) типа быстродействующей памяти DDR, а также с арбитром шины (7), соединенным с адресным портом (8) и портом (9) ввода-вывода, внутренней локальной шины (10), цифровых устройств (11) ввода-вывода, аналогового генератора (12), выполненного в виде синтезаторов (13) гармонических сигналов и синтезаторов (14) импульсных сигналов, логического анализатора (15), блока управления реле (16), встроенных независимых блоков питания (17) с цифровым управлением, цифрового осциллографа (18), блока (19) внешних разъемов для подключения испытуемого устройства (20).
Интеллектуальный контроллер (3) выполнен на ПЛИС фирмы «ALTERA» и DRR памяти и предназначен для сохранения таблицы тестовых воздействий, передачу их исполнительным устройствам, отработке полученных откликов и передачу их в ЭВМ.
Цифровые устройства (11) ввода-вывода выполнены на базе ПЛИС «ALTERA» и логических элементах. Устройство ввода-вывода содержит 64 линии, каждая из которых может программно устанавливаться в режимы: ввода, вывода, двунаправленный режим:
- в режиме ввода вход может быть установлен в режиме ТТЛ, открытый коллектор, нагрузка 75 Ом;
- в режиме вывода - ТТЛ, открытый коллектор, работа на нагрузку 75 Ом;
- в режиме двунаправленный - ТТЛ.
Аналоговый генератор (12) предназначен для проверки и регулировки ЦАП и АЦП.
Синтезатор гармонических сигналов (13) гармонических сигналов выполнен на базе ПЛИС «ALTERA» и логических элементах и содержит 4 синфазных канала с независимой установкой частоты и фазы по каждому каналу, при этом установка частоты выбирается в пределах 0,1 Гц-60 МГц.
Синтезатор импульсных сигналов (14) содержит 4 синфазных канала с независимой установкой частоты 0,1 Гц-200 кГц. Выходной сигнал переключаемой формы, а именно, синусоидальный, пилообразный, прямоугольный.
Логический анализатор (15) позволяет контролировать цифровые сигналы в уровнях ТТЛ и КМОП.
Блок управления реле (16) выполнен на базе ПЛИС «ALTERA», логических элементах и мощных электронных реле. Содержит 64 линии позволяющих коммутировать напряжение ±30 В с максимально допустимым током до 1 А. При необходимости коммутировать больший ток, возможна параллельная работа нескольких линий.
В состав стенда входят три программно-регулируемых и два нерегулируемых блоков (17) питания испытуемого элемента РЭА:
1. Программно-регулируемые блоки питания:
- +5 В (3 А), регулируемый от 3 В до 6 В;
- ±6,3 В (1,5 А), регулируемый от 5 В до 9 В;
- ±12,6 В (1,5 А), регулируемый от 9 В до 15 В.
2.Нерегулируемые блоки питания:
- ±27 В (1,5 А);
- +48 В (1 А), изолированный.
Предлагаемый автоматизированный ремонтный стенд (БАРС) работает следующим образом:
По шине (4) USB процессору (5) интеллектуального контроллера (3) управляющая ЭВМ (1) подает команду «принять блок данных», по которой в память ОЗУ (6) интеллектуального контроллера (3) переписывается массив данных тестовых воздействий. По команде «старт» процессор (5) интеллектуального контроллера (3) проводит инсталляцию системы конфигурирование, проверку и запись режима работы всех устройств, входящих в состав стенда БАРС. После выполнения инсталляции системы процессор (5) интеллектуального контроллера (3) проводит выборку данных тестовых воздействий из памяти ОЗУ (6) интеллектуального контроллера (3), их дешифрацию и вывод данных на необходимое устройство системы БАРС и считывание отклика от испытуемого устройства (20). После отработки всего массива данных тестовых воздействий процессор (5) интеллектуального контроллера (3) проводит обработку полученных данных по необходимому алгоритму и передачу их в управляющую ЭВМ (1). При любом вмешательстве оператора управляющая ЭВМ (1) по шине (4) USB подает на процессор (5) интеллектуального контроллера (3) необходимую команду. После выполнения команды контроллером (3) и устройством системы, контроллер (3) продолжает выполнять программу, заложенную в тестовом наборе.
Автоматизированный ремонтный стенд (БАРС) прошел испытания и используется в ОАО НКБ «Компас» для диагностики ремонта и настройки радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), выполненной на элементной базе 3-5 поколений, применяемой в военной технике и в народном хозяйстве, в стационарных и полевых условиях.
Источники информации:
1. Патент Украины №56099, МПК G05B 19/048,2003.
2. Журнал "Радiоаматор", №11, "Диана" стр.42, Киев, 1999.