АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН ЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ
AUTOMATED CONTROL SYSTEM FOR ELECTRICAL VALUES OF ELECTRONIC EQUIPMENT

Изобретение относится к измерительной технике, а более конкретно к автоматизированным системам контроля (АСК) электрических параметров, предназначенным для проведения контроля отдельных блоков электронной аппаратуры (ЭА) в процессе изготовления и для проведения проверок электрических параметров ЭА при приемосдаточных и предъявительских испытаниях.
Известна автоматизированная система диагностирования цифровых устройств (см. патент РФ №2097827, «Автоматизированная система диагностирования цифровых устройств», Михайлов C.H., Мочалов В.Ф., опубликовано 27.11.1997), содержащая ПЭВМ, устройство сопряжения, устройство контактирования, объект диагностирования, первый дешифратор и программируемый параллельный порт ввода-вывода в составе ПЭВМ. Устройство сопряжения содержит блок шинных формирователей, шины адреса, данных и управления, второй дешифратор, селектор, три группы программируемых портов ввода-вывода и N буферных элементов.
Недостатком данного устройства является ограниченность области применения, так как оно позволяет проводить диагностирование только цифровых блоков ЭА и непригодно для контроля электрических параметров аналоговых блоков и приборов ЭА в сборе.
Известна автоматизированная система контроля электрических величин аппаратуры электронной (см. патент РФ №2225013, «Автоматизированная система контроля электрических величин аппаратуры электронной», Филисов А.Д., Тусюк С.К., Донцов В.М., Мозжечков В.А., опубликовано 27.02.2004, Бюл. №6), содержащая управляющую ПЭВМ и объект контроля, блок буферизации и блок оптронной развязки, последовательно соединенные двусторонними связями, блок управления записью, связанный своим выходом с блоком буферизации, и блок дешифратора адреса, связанный своим выходом с блоком буферизации. Входы блока управления записью и блока дешифрации адреса и второй вход блока буферизации связаны двусторонними связями с ПЭВМ, а блок оптронной развязки второй двусторонней связью со вторым входом блока программируемого таймера, входами блока цифро-аналогового преобразователя и блока регистров управления и выходом аналого-цифрового преобразователя. Блок программируемого таймера последовательно соединен с блоком формирователя команд и блоком коммутатора входных сигналов. Блок регистров управления управляет работой блока коммутатора входных сигналов, блока коммутатора выходных сигналов, регулируемого блока питания, блока программируемого таймера, блока формирователя команд, аналого-цифрового преобразователя. Сигнал команды с цифро-аналогового преобразователя поступает на вход аппаратуры электронной через блок коммутатора выходных сигналов на блок аналого-цифрового преобразователя. Регулируемый блок питания связан своим выходом с аппаратурой электронной, а ПЭВМ второй двусторонней связью с принтером.
Недостатком данного устройства является ограниченность области применения, так как оно позволяет проводить контроль электрических параметров аналоговых блоков и приборов ЭА в сборе, но не приспособлено для контроля цифровых блоков ЭА. Другим недостатком данного устройства является наличие встроенных аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразователей и регулируемого блока питания, что приводит к увеличению габаритов и массы, трудоемкости разработки и изготовления АСК и необходимости ее регистрации как средства измерения. Все это приводит к повышению стоимости АСК и, соответственно, стоимости выпускаемой с ее помощью продукции. Еще одним недостатком данной АСК является возможность выхода из строя контролируемой ЭА при неисправности регулируемого блока питания, так как отсутствует контроль формируемых им напряжений питания ЭА.
Вышеуказанное устройство является наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству и поэтому выбрано в качестве прототипа.
Решаемой технической задачей является создание АСК с расширенной областью применения за счет расширения функциональных возможностей, повышение безопасности контроля ЭА за счет исключения превышения напряжения питания и переполюсовки при неисправности аппаратуры или ошибках оператора, снижение себестоимости АСК и повышение достоверности контроля за счет использования стандартных измерительных устройств и источников питания, которые стоят на учете метрологической службы и проходят ежегодные поверки.
Достигаемым техническим результатом являются расширение области применения. Появляется возможность контроля как ЭА в сборе, так и отдельных ее блоков цифровых и аналоговых, что позволяет проводить все операции контроля как в процессе изготовления, так и при приемосдаточных испытаниях на одном рабочем месте. Кроме того заявляемое техническое решение повышает безопасность и достоверность контроля и снижает себестоимость АСК.
Для достижения технического результата в автоматизированную систему контроля электрических величин электронной аппаратуры, содержащую ЭВМ, объект контроля, регулируемый блок питания, регистр управления, первая группа выходов которого соединена с группой управляющих входов коммутатора, а вторая группа выходов соединена с группой входов программируемого таймера, первая группа выходов которого соединена с первой группой входов формирователя команд, блок аналого-цифрового преобразования и принтер, подключенный к первому порту ЭВМ, новым является то, что дополнительно введены контроллер, коммутатор напряжения питания, блок нагрузок, релейный блок, блок двунаправленных преобразователей, коммутатор уровня логических сигналов и стабилизатор напряжения, объект контроля через блок нагрузок соединен с первой группой входов коммутатора, с группой выходов формирователя команд, с группой выходов релейного блока, с группой входов/выходов блока двунаправленных преобразователей и первой группой выходов коммутатора напряжений питания, группа входов питания формирователя команд соединена со второй группой выходов коммутатора напряжения питания, группа входов которого соединена со второй группой входов коммутатора и подключена к группе выходов регулируемого источника питания, а группа управляющих входов соединена со второй группой выходов программируемого таймера, первый управляющий выход которого подключен к входу управления коммутатора уровня логических сигналов, входы которого соединены соответственно с входом и выходом стабилизатора напряжения, а выход соединен с входом питания блока двунаправленных преобразователей, вторая группа входов/выходов которого соединена с входами/выходами программируемого таймера, третья группа выходов которого соединена с группой входов релейного блока, а управляющие входы являются входами программирования системы, группа входов регистра управления через контроллер подключена к второму порту ЭВМ, при этом блок аналого-цифрового преобразования выполнен на цифровом вольтметре и цифровом запоминающем осциллографе, информационные входы которых соединены с группой выходов коммутатора, входы запуска подключены соответственно ко второму и третьему управляющим выходам программируемого таймера, а группы входов/выходов управления объединены между собой и подключены к четвертому порту ЭВМ.
Блок нагрузок содержит эквиваленты нагрузок, подключенные к соответствующим выходам объекта контроля, измерительные резисторы, включенные в соответствующие линии связи выходов коммутатора цепей питания и входов питания объекта контроля и перемычки кода идентификационного номера объекта контроля, выводы измерительных резисторов подключены к дополнительным входам блока коммутатора, перемычки кода идентификационного номера объекта контроля подключены к соответствующим входам/выходам блока двунаправленных преобразователей.
Указанная совокупность существенных признаков позволяет расширить областью применения за счет расширения функциональных возможностей АСК, повысить безопасность контроля ЭА за счет исключения превышения напряжения питания и переполюсовки при неисправности аппаратуры или ошибках оператора, снизить себестоимости АСК и повысить достоверности контроля за счет использования стандартных измерительных устройств и источников питания.
На фиг. 1 приведена схема автоматизированной системы контроля электрических величин электронной аппаратуры, на фиг. 2 - схема блока нагрузок.
Автоматизированная система контроля электрических величин электронной аппаратуры содержит ЭВМ 1, объект контроля 2, регулируемый блок питания 3, регистр управления 4, первая группа выходов которого соединена с группой управляющих входов коммутатора 5, а вторая группа выходов соединена с группой входов программируемого таймера 6, первая группа выходов которого соединена с первой группой входов формирователя команд 7, блок аналого-цифрового преобразования 8 и принтер 9, подключенный к первому порту ЭВМ 1, контроллер 10, коммутатор напряжения питания 11, блок нагрузок 12, релейный блок 13, блок двунаправленных преобразователей 14, коммутатор уровня логических сигналов 15 и стабилизатор напряжения 16. Объект контроля 2 через блок нагрузок 12 соединен с первой группой входов коммутатора 5, с группой выходов формирователя команд 7, с группой выходов релейного блока 13, с группой входов/выходов блока двунаправленных преобразователей 14 и первой группой выходов коммутатора напряжений питания 11, группа входов питания формирователя команд 7 соединена со второй группой выходов коммутатора напряжения питания 11, группа входов которого соединена со второй группой входов коммутатора 5 и подключена к группе выходов регулируемого блока питания 3, а группа управляющих входов соединена со второй группой выходом программируемого таймера 6, первый управляющий выход которого подключен к входу управления коммутатора уровня логических сигналов 15, входы которого соединены соответственно с входом и выходом стабилизатора напряжения 16, а выход соединен с входом питания блока двунаправленных преобразователей 14, вторая группа входов/выходов которого соединена с входами/выходами программируемого таймера 6, третья группа выходов которого соединена с группой входов релейного блока 13, а управляющие входы являются входами программирования системы 17, группа входов регистра управления 4 через контроллер 10 подключена к второму порту ЭВМ 1, при этом блок аналого-цифрового преобразования 8 выполнен на цифровом вольтметре 18 и цифровом запоминающем осциллографе 19, информационные входы которых соединены с группой выходов коммутатора 5, входы запуска подключены соответственно ко второму и третьему управляющим выходам программируемого таймера 6, а группы входов/выходов управления объединены между собой и подключены к четвертому порту ЭВМ 1.
Блок нагрузок 12 содержит эквиваленты нагрузок 20, подключенные к соответствующим выходам объекта контроля 2, измерительные резисторы 21, включенные в соответствующие линии связи выходов коммутатора цепей питания 11 и входов питания объекта контроля 2 и перемычки 22 кода идентификационного номера объекта контроля. Выводы измерительных резисторов 21 подключены к дополнительным входам блока коммутатора 4, перемычки 22 кода идентификационного номера объекта контроля подключены к соответствующим входам/выходам блока двунаправленных преобразователей 14.
Автоматизированная система контроля электрических величин электронной аппаратуры (см. фиг. 1) работает следующим образом.
Оператор собирает схему проверки в соответствии с фиг. 1, вводит в ЭВМ 1 контрольную программу и запускает ее. Дальнейшая работа АСК производится автоматически.
Первые тесты контрольной программы производят проверку напряжений питания на выходах регулируемого блока питания 3 на соответствие требуемым значениям. При этом коммутатор напряжений питания 11 удерживается в закрытом состоянии, что исключает повреждение объекта контроля 2, пока не будет проведен контроль всех выходных напряжений регулируемого блока питания 3. Если результат тестов контроля блока питания 3 отрицательный, контрольная программа выводит на экран дисплея ЭВМ 1 сообщение о неисправности и прекращает дальнейшую работу. Если результат указанных тестов положительный, контрольная программа приступает к тестированию объекта контроля, в процессе которого каналы коммутатора напряжений питания 11 открываются и подают напряжения питания на объект контроля 2 в порядке, предусмотренном контрольной программой.
Контрольные программы для различных объектов контроля 2 могут отличаться до полного несовпадения. Количество типов контролируемых объектов заявляемым устройством не ограничено. Поэтому дальнейшую работу АСК будем рассматривать в общих чертах и в плане заложенных в нее возможностей.
Временные параметры управляющих объектом контроля команд задаются программируемым таймером 6, амплитудные параметры определяются уровнями напряжений питания, поступающих на входы питания формирователя команд 7 с соответствующих выходов регулируемого источника питания 3, а форма команд определяются схемой формирователя команд 7. От универсальности указанной схемы зависит, универсальность применения АСК. Если желаемого уровня универсальности добиться не удается, формирователь команд 7 можно выполнить в виде сменного блока.
Блок двунаправленных преобразователей 14 обеспечивает подачу на входы или прием с выходов объекта контроля 2 логических сигналов с уровнями 0В и 2,5 В или 0В и 5 В. Уровни логической единицы определяются напряжением питания устройства +5 В или выходным напряжением стабилизатора напряжения 16+2,5 В. Выбор типа логических сигналов производится с помощью коммутатора уровня логических сигналов 15 по команде программируемого таймера 6. Направление передачи логических сигналов через соответствующие каналы блока двунаправленных преобразователей 14 может в процессе тестирования изменяться программируемым таймером 6 в порядке, определенном контрольной программой.
Релейный блок 13 на выходе имеет набор «сухих контактов» (контактов, гальванически развязанных от всех цепей АСК), которые замыкаются и размыкаются под управлением программируемого таймера 6 в порядке, определенном контрольной программой. Указанные «сухие контакты» можно применять в качестве имитаторов контактных датчиков или организовывать с их помощью коммутаторы для дополнительных измерительных или генерирующих приборов, как показано на фиг. 2.
Блок нагрузок 12 содержит набор нагрузочных элементов (нагрузочных и измерительных резисторов, конденсаторов и дросселей). Как правило, для каждого типа объекта контроля указанный набор уникален. Строить блок нагрузок 12 на основе электрически управляемых магазинов сопротивлений, емкостей и индуктивностей неоправданно дорого, поэтому блок нагрузок 12 целесообразно выполнять в виде сменного блока, содержащего необходимый для конкретного объекта контроля минимум элементов. Измерительные резисторы, входящие в состав блока нагрузок 12 и включенные в соответствующие выходные цепи объекта контроля 2, позволяют с помощью цифрового вольтметра 18 или осциллографа 19 проводить контроль токов нагрузки объекта контроля (как амплитудных значений, так и формы указанных токов). Цифровой вольтметр 18 и осциллограф 19 позволяют также проконтролировать амплитуду и форму напряжения выходных сигналов объекта контроля. Для этого коммутатор 5 под управлением контрольной программы в соответствии с тестовой последовательностью действий подключает к входам вольтметра 18 или осциллографа 19 соответствующие выходы объекта контроля 2.
Блок нагрузок 12 содержит также набор перемычек, задающих код идентификационного номера объекта контроля. Перед началом тестирования объекта контроля 2 программируемый таймер 6 производит контроль указанного кода. Если результат контроля отрицательный, это означает, что оператор по ошибке запустил чужую контрольную программу, предназначенную для контроля другого объекта. В этом случае дальнейшая работа программируемого таймера 6 блокируется, что исключает выход из строя объекта контроля 2 из-за указанной выше ошибки оператора.
Контроллер 10 представляет собой приемное устройство однократно или многократно программируемое для приема информации с соответствующего типа порта ЭВМ 1 (USB, RS232 и т.д.). В случае наличия возможности многократного программирования АСК может адаптироваться под имеющийся у конкретной используемой ЭВМ 1 порт. Стандартные измерительные приборы (регулируемый блок питания 3, цифровой вольтметр 16 и цифровой запоминающий осциллограф 17), как правило, имеют несколько типов портов: GPIB, USB и др. В АСК может использоваться любой из имеющихся в наличии портов. Важно, чтобы у всех измерительных приборов (3, 16 и 17) и у ЭВМ 1 имелся тип порта, общий для всех указанных устройств. Это относится и к дополнительным измерительным и генерирующим приборам, подключаемым к АСК через блок нагрузок 12, если их настройки в процессе тестирования должны меняться.
Входы программирования системы 17 позволяют запрограммировать программируемый таймер 6 под конкретный объект контроля. При этом наиболее универсальным решением по реализации программируемого таймера 6 является выполнение его на основе ПЛИС.
По окончании процесса тестирования ЭВМ 1 с помощью принтера 9 производит распечатку протокола проверки.
Изготовлены два действующих макета и два серийных образца центрального блока АСК (на фиг. 1 выделен большим пунктирным прямоугольником). На основе указанных образцов с применением ЭВМ, совместимой с IBM PC, осциллографа MSO6014A, мультиметра 34401А, используемого в режиме вольтметра, источника питания Е3648А, используемого в качестве программируемого блока питания, собрано несколько автоматизированных рабочих мест (АРМ) на которых проведен контроль нескольких серийно выпускаемых электронных приборов различных типов. При этом в совокупности опробованы все из перечисленных выше возможностей АСК. Указанные работы проводились с целью отработки контрольных программ и подтвердили работоспособность заявляемого устройства и его практическую ценность.