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基于PC104總線的故障診斷裝置的設(shè)計
摘要：為了解決某裝置故障診斷的難題，提出了一種基于PC104總線的便攜式故障診斷裝置的設(shè)計方案。分析了采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計的硬件，介紹了利用多媒體技術(shù)實現(xiàn)的專家系統(tǒng)。該裝置也可為其它大型機電設(shè)備進行故障診斷提供參考。某裝置是集機、電、液一體化的大型復(fù)雜設(shè)備。該設(shè)備由計算機通過繼電器控制電磁閥的閉合，進而控制液壓系統(tǒng)，完成裝置的調(diào)平、起豎、回收等功能；由溫控系統(tǒng)控制發(fā)射筒內(nèi)部溫度，使其保持在一定范圍內(nèi)。整個系統(tǒng)邏輯關(guān)系復(fù)雜，信號路數(shù)繁多，使用中一旦出現(xiàn)故障，對其故障的定位和排隊都十分困難。針對這種情況，研制了該設(shè)備的故障診斷裝置，實現(xiàn)了對其不解體便能快速定位故障，并且采用專家系統(tǒng)與多媒體相結(jié)合的方式指導(dǎo)普通操作人員進行故障排除。還可將本裝置接入網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)使用部隊與院�；蜓芯克g的在線信息交流，充分發(fā)揮領(lǐng)域?qū)＜易饔�，進行故障的定位的排除。
圖1
1 系統(tǒng)硬件組成主工作原理
本裝置采用基于PC104總線的箱體式翻蓋機械機構(gòu)。按照實現(xiàn)功能的不同，該裝置的硬件可分為兩大部分：診斷調(diào)校部分及裝置本身的溫控部分。系統(tǒng)的硬件原理圖如圖1所示。其中，CZ1～CZ8為與設(shè)備相連的插座：CZ1用來檢測電纜短路和斷咱故障；CZ2、CZ3主要用來檢測該裝置的工作信號是否正常，或者檢測給該裝置施加激勵信號后響應(yīng)信號是否正常；CZ5、CZ6與壓力傳感器相連，對壓力傳感器供電，并采集壓力信號；CZ7用于調(diào)校液體擺；CZ8用來轉(zhuǎn)接手控臺的電源，將手控臺的27V電壓引入系統(tǒng)作為診斷的參考地。
1.1 診斷裝置的診斷調(diào)校部分
診斷裝置的診斷調(diào)校部分的硬件按照結(jié)構(gòu)與功能的不同可分成三大部分：專用工控機部分、數(shù)據(jù)采集部分和液體擺調(diào)校校準(zhǔn)部分。
1.1.1 專用工控機部分
專用工控機部分的主要硬件采用研華公司的產(chǎn)品，經(jīng)過實驗驗證各產(chǎn)品間不存在硬件沖突。ECM-3610是一塊PC104主板，集成有VIA Eden ESP6000(667 MHz)EBGA低功耗板載CPU、Savage4 AGP 4X顯卡的VIA VT8606芯片、AC 97 2.0聲卡、兩個板載10/100Base-Tx網(wǎng)卡等，可接入網(wǎng)絡(luò)。
圖2
1.1.2 數(shù)據(jù)采集部分
為了保持裝置的硬件兼容性，外圍板卡部分也都采用研華公司的產(chǎn)品。主要有以下三種型號的板卡：PEM-AIO、PCM-3724、PCLD-788。PEM-AIO是一款采用PC104總線結(jié)構(gòu)的A/D數(shù)據(jù)采集卡，A/D轉(zhuǎn)換最多可接收十六個通道的單端模擬量輸入，并將這些模擬輸入量轉(zhuǎn)換成12位的數(shù)據(jù)。它主要用來采集該裝置電控、溫控系統(tǒng)工作時的控制信號、液壓系統(tǒng)傳感器輸出的壓力信號以及液體擺輸出的反映不同水平度的電阻信號，并給出具體的值。PCM-3724是基于PC/104總線的48路I/O板，仿真8255 PPI模式為0，輸入輸出TTL電平。它主要用來控制繼電器、繼電器板和自制的信號調(diào)理模擬電路板并檢測電纜故障。PCLD-788提供16路輸入通道及1路輸出通道。它的16路輸入通道與外部信號的輸出端相連，1路輸出通道與PCM-3724或PEM-AIO控制相應(yīng)的通道，將待測試的信號輸入到A/D數(shù)據(jù)采集板。裝置中共采用兩塊PCLD-788，通過它們節(jié)省了所需的A/D轉(zhuǎn)換通道數(shù)。
1.1.3 液體擺調(diào)校部分
該部分主要由信號調(diào)理模擬電路板、A/D數(shù)據(jù)采集板、插座和液體擺組成，用來調(diào)校液體擺。其調(diào)校原理如圖2所示。信號調(diào)理模擬電路板發(fā)出1kHz的方波信號，經(jīng)CZ7施加到的液體擺的輸入端，液體擺反饋輸出的信號經(jīng)信號調(diào)理模擬電路板濾波、跟隨、比較放大后送到A/D板的輸入端，根據(jù)A/D采集到的結(jié)果對液體擺實現(xiàn)精確校準(zhǔn)。
1.2 診斷裝置的溫控部分
診斷裝置本身的溫度控制部分包括一個單片機、兩個溫度傳感器、四個散熱風(fēng)扇、六路繼電器以及特制的加熱電阻絲。其工作原理比較簡單，其實就是一個由單片機控制的加溫和散熱系統(tǒng)：當(dāng)溫度低于0℃時，單片機控制繼電器接通電阻絲加熱電路；當(dāng)溫度高于15℃時，單片機控制繼電器接通散熱風(fēng)扇。
圖3
2 系統(tǒng)軟件
故障診斷裝置的軟件設(shè)計是基于Windows98操作系統(tǒng)的，采用可視化編程軟件Visual Basic6.0作為基本的編程環(huán)境，將自動測試技術(shù)和專家系統(tǒng)結(jié)合起來，建立了一個電控、溫控及液壓系統(tǒng)的故障診斷專家系統(tǒng)。
此專家系統(tǒng)主要由推理機、知識庫、知識庫管理系統(tǒng)、知識獲取系統(tǒng)、動態(tài)數(shù)據(jù)庫、匯總數(shù)據(jù)庫、多媒體數(shù)據(jù)庫、人機接口、解釋模塊等組成。各模塊的關(guān)系如圖3所示。其中，推理機是專家系統(tǒng)的“思維”機構(gòu)，是構(gòu)成整個系統(tǒng)的核心部分。推理機的任務(wù)是模擬領(lǐng)域?qū)＜业乃季S過程，控制并執(zhí)行對問題的求解。本系統(tǒng)知識庫主要包括經(jīng)常出現(xiàn)的故障現(xiàn)象、引起每個故障發(fā)生的原因、各種原因引起該故障的可能性大小的經(jīng)驗數(shù)據(jù)、判斷每一故障是否發(fā)生的一些充分及必要條件。知識獲取系統(tǒng)和知識庫管理系統(tǒng)的主要作用是建立和維護知識庫，并能根據(jù)運行的中間結(jié)果及知識獲取程序結(jié)構(gòu)及時地修改和增刪知識庫，對知識庫進行一致性檢驗。動態(tài)數(shù)據(jù)庫主要用來記錄系統(tǒng)推理過程中用到的控制信息、中間假設(shè)及中間結(jié)果。多媒體數(shù)據(jù)庫存儲了大量用于診斷中維修操作的指導(dǎo)性資料。匯總數(shù)據(jù)庫用來存放診斷的最終結(jié)果等一些總結(jié)性材料。人機接口是人與系統(tǒng)進行信息交流的媒介，它為用戶提供直觀方便的交流手段。解釋模塊經(jīng)人機接口向使用、維護人員提供診斷結(jié)果，給出必要解釋，為用戶了解推理過程以及系統(tǒng)的維護提供方便的手段。
這部分程序的特點主要體現(xiàn)在：以多媒體和圖像的形式顯示故障、定位故障及指導(dǎo)人員排除故障，取代了傳統(tǒng)的以文字為主的專家系統(tǒng)界面，使故障診斷更加直觀、形象、準(zhǔn)確。程序的流程圖如圖4所示。
該裝置操作簡便、靈活機動、便于攜帶、適應(yīng)性強，特別適合野外作業(yè)條件下的快速故障診斷及排除；同時具有聯(lián)網(wǎng)功能，通過網(wǎng)絡(luò)可實現(xiàn)使用部隊與院校或研究所的在線信息交流。實驗證明該診斷裝置很好地解決了某裝置故障診斷與
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