本發(fā)明屬于智能檢測(cè)與控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于路徑優(yōu)化的裝甲車內(nèi)部電纜故障的檢測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

某型裝甲車內(nèi)部分布著種類繁多、直徑各異、長(zhǎng)達(dá)數(shù)十公里的電纜，輸送動(dòng)力電源、傳遞控制信號(hào)和數(shù)據(jù)信息給車內(nèi)各部件。受車身內(nèi)部空間限制，加上在作戰(zhàn)及訓(xùn)練過(guò)程中經(jīng)常會(huì)遇到強(qiáng)外力沖擊、冷熱、污染以及電化學(xué)等因素的影響，使電纜系統(tǒng)潛在故障增多，并且同一個(gè)故障現(xiàn)象可能有多個(gè)不同的故障點(diǎn)，一個(gè)故障點(diǎn)也可能產(chǎn)生好幾種不同的故障現(xiàn)象。目前還沒(méi)有專門(mén)針對(duì)某型裝甲車的電纜檢測(cè)系統(tǒng)，傳統(tǒng)的電纜檢測(cè)裝置基本上都是采用逐一測(cè)試整個(gè)電纜系統(tǒng)尋找故障的方法，帶有一定的盲目性耗費(fèi)時(shí)間，并且如果逐一對(duì)所有電纜進(jìn)行耐壓測(cè)試會(huì)擴(kuò)大對(duì)電纜的絕緣性的損傷；傳統(tǒng)檢測(cè)裝置一般采用一體化的結(jié)構(gòu)，也不便于某型裝甲車內(nèi)部位置固定且分布比較分散的電纜的檢測(cè)；而且一般的電纜檢測(cè)裝置內(nèi)部大多采用cpld，雖然控制規(guī)模大速度快，但成本較高且穩(wěn)定性難以達(dá)到軍工產(chǎn)品要求，還導(dǎo)致系統(tǒng)冗余；另外一些檢測(cè)裝置多只能進(jìn)行單一的通斷檢測(cè)，不能同時(shí)進(jìn)行絕緣、短路檢測(cè)及故障定位。因此需要研制一種能原車原位快速檢測(cè)并定位電纜故障的檢測(cè)系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的問(wèn)題是完善現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺點(diǎn)，提供一種基于路徑優(yōu)化的電纜故障檢測(cè)系統(tǒng)。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

一種基于路徑優(yōu)化的電纜故障檢測(cè)系統(tǒng)，檢測(cè)系統(tǒng)包括觸屏工控機(jī)1、主繼電器陣列2、副繼電器陣列3、可充電電源4、msp430單片機(jī)5、高壓模塊6、電量檢測(cè)模塊7、過(guò)流/過(guò)載保護(hù)模塊8、電平轉(zhuǎn)換及穩(wěn)壓電路9、采樣電路10、主繼電器陣列驅(qū)動(dòng)電路11、副繼電器陣列驅(qū)動(dòng)電路12；msp430單片機(jī)5與主繼電器陣列驅(qū)動(dòng)電路11和副繼電器陣列驅(qū)動(dòng)電路12分別相連，主繼電器陣列驅(qū)動(dòng)電路11和主繼電器陣列2相連，副繼電器陣列驅(qū)動(dòng)電路12和副繼電器陣列3相連，工控機(jī)1和msp430單片機(jī)5相連進(jìn)行通訊，電量檢測(cè)模塊7、過(guò)流/過(guò)載保護(hù)模塊8、電平轉(zhuǎn)換及穩(wěn)壓電路9均與可充電電源4的輸出端相連，高壓模塊6和采樣電路10分別通過(guò)繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)與從機(jī)和主機(jī)的61芯航空插頭公共端相連。

所述的繼電器陣列及驅(qū)動(dòng)電路中采用穩(wěn)定性高的固態(tài)繼電器，繼電器陣列采用兩級(jí)芯片進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；第一級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片采用四個(gè)74hc138d3至8線譯碼器，再驅(qū)動(dòng)第二級(jí)芯片八個(gè)8輸出的譯碼器74hc4051，主機(jī)和副機(jī)中的驅(qū)動(dòng)電路共同驅(qū)動(dòng)繼電器陣列，控制航空插座61芯的接入和斷開(kāi)。

所述的電源管理系統(tǒng)包括電平轉(zhuǎn)換及穩(wěn)壓濾波電路和供電控制電路，電平轉(zhuǎn)換及穩(wěn)壓濾波電路由12v可充電的直流電源、過(guò)流/過(guò)載保護(hù)模塊、電量檢測(cè)模塊、芯片7805-sot223、lm1117組成，供電控制電路由hvwg24x直流升壓的高壓源和副機(jī)供電控制電路組成。

上述的裝甲車電纜故障檢測(cè)系統(tǒng)的控制部分是基于組態(tài)王和iar平臺(tái)開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電器陣列的協(xié)同控制；包括下述功能模塊：常用功能模塊(ⅰ)、電纜類別和編號(hào)選擇模塊(ⅱ)、數(shù)據(jù)管理和查詢模塊(ⅲ)、故障庫(kù)和優(yōu)化路徑顯示模塊(ⅳ)、初始化及電量檢測(cè)模塊(ⅴ)、信號(hào)采集和調(diào)理模塊(ⅵ)、路徑優(yōu)化算法模塊(ⅶ)、通訊協(xié)議模塊(ⅷ)。

常用功能模塊ⅰ由組態(tài)王登陸管理界面，幫助菜單，供電及電量顯示,狀態(tài)指示等界面構(gòu)成，幫助菜單包括實(shí)車電纜分布模型和使用連接及操作說(shuō)明，不同的狀態(tài)指示下限定相關(guān)的操作；電纜類別和編號(hào)選擇模塊ⅱ分為火控、炮控、自動(dòng)裝彈機(jī)、接地電纜類別選擇，每一類電纜又分成若干組進(jìn)一步選擇，并且選擇相應(yīng)的電纜后可顯示其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；數(shù)據(jù)管理和查詢模塊ⅲ對(duì)每一次被測(cè)電纜的檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，提供維修人員的故障數(shù)據(jù)分析與查詢；故障庫(kù)和優(yōu)化路徑顯示模塊ⅳ包含電纜故障現(xiàn)象以及故障現(xiàn)象與故障原因之間的映射關(guān)系，這些故障規(guī)則由經(jīng)驗(yàn)豐富的維修人員編寫(xiě)以及提煉檢測(cè)系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)而來(lái)，能初步診斷故障范圍，優(yōu)化路徑顯示檢測(cè)過(guò)程中尋找電纜故障的最優(yōu)路徑。初始化及電量檢測(cè)模塊ⅴ對(duì)下位機(jī)的i/o口，usart通訊串口,a/d轉(zhuǎn)換及定時(shí)器等進(jìn)行初始化，電量檢測(cè)通過(guò)下位機(jī)采集電源電量變化送組態(tài)王實(shí)時(shí)動(dòng)畫(huà)顯示并提醒低電量充電；信號(hào)采集和調(diào)理模塊ⅵ使繼電器陣列按一定的編號(hào)順序接入檢測(cè)回路，采集被測(cè)電纜的導(dǎo)通電阻，絕緣電阻(耐壓等級(jí))及短路情況，并將信號(hào)調(diào)理成單片機(jī)能夠處理的范圍，多次測(cè)量取平均值；路徑優(yōu)化算法模塊ⅶ對(duì)故障發(fā)生區(qū)域的電纜網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行加權(quán)遍歷，具體就是通過(guò)上一次的檢測(cè)結(jié)果結(jié)合電纜故障部位的發(fā)生率給出下一次的最優(yōu)檢測(cè)路徑，將提煉歷史數(shù)據(jù)中電纜故障部位及其發(fā)生率作為加權(quán)值，每一次檢測(cè)出故障后發(fā)生率就會(huì)更新；通訊協(xié)議模塊ⅷ實(shí)現(xiàn)組態(tài)王與單片機(jī)之間數(shù)據(jù)的高效穩(wěn)定傳輸。

檢測(cè)系統(tǒng)使用后，當(dāng)電量過(guò)低時(shí)主機(jī)顯示電量過(guò)低警告，應(yīng)馬上對(duì)電池充電。點(diǎn)擊從機(jī)供電，在故障列表中選擇故障現(xiàn)象并查詢，初步的得出電纜的故障原因和范圍，選擇相應(yīng)類別的某個(gè)編號(hào)電纜開(kāi)始檢測(cè)，組態(tài)王不斷向下位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)下位機(jī)接收到信號(hào)時(shí)，首先執(zhí)行串口中斷子程序，根據(jù)通訊協(xié)議對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，然后單片機(jī)根據(jù)解析出來(lái)的數(shù)據(jù)命令，跳轉(zhuǎn)到執(zhí)行定時(shí)器中斷子程序檢測(cè)相應(yīng)的電纜組，該子程序再跳轉(zhuǎn)到繼電器陣列驅(qū)動(dòng)子程序控制相應(yīng)的繼電器閉合，然后分別執(zhí)行導(dǎo)通電阻檢測(cè)采集子程序和絕緣電阻檢測(cè)采集子程序。將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)理之后，執(zhí)行路徑優(yōu)化程序分析歷史故障數(shù)據(jù)結(jié)合已經(jīng)完成檢測(cè)的電纜得出下一次被測(cè)電纜的類別和編號(hào)數(shù)據(jù)。最后根據(jù)通信協(xié)議將所有數(shù)據(jù)進(jìn)行打包發(fā)送給組態(tài)王，組態(tài)王對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析并顯示報(bào)表和優(yōu)化檢測(cè)路徑。

本發(fā)明的裝甲車電纜故障檢測(cè)系統(tǒng)，程序簡(jiǎn)潔高效，操作方便，與利用cpld和一體化的檢測(cè)設(shè)備來(lái)逐一檢測(cè)某型裝甲車電纜故障的方法相比，具有更高效的檢測(cè)性能，更好的穩(wěn)定性和便攜性，功耗低，續(xù)航能力強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)原車原位快速準(zhǔn)確的定位電纜系統(tǒng)故障的作訓(xùn)要求。

附圖說(shuō)明

圖1電纜檢測(cè)系統(tǒng)連接圖。

圖2電纜檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3譯碼器電路框圖。

圖4繼電器陣列接入電纜示意圖。

圖5絕緣電阻測(cè)量原理圖。

圖6濾波電路原理圖。

圖7電源管理系統(tǒng)原理圖。

圖8系統(tǒng)模塊圖。

圖9主程序流程圖。

圖10導(dǎo)通性檢測(cè)流程圖。

圖11絕緣電阻檢測(cè)流程圖。

圖中：1觸屏工控機(jī)，2主繼電器陣列，3副繼電器陣列，4可充電電源，5msp430單片機(jī)，6高壓模塊，7電量檢測(cè)模塊，8過(guò)流/過(guò)載保護(hù)模塊，9電平轉(zhuǎn)換及穩(wěn)壓電路，10采樣電路，11主繼電器陣列驅(qū)動(dòng)電路，12副繼電器陣列驅(qū)動(dòng)電路。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施

實(shí)例實(shí)施中，如圖1為電纜檢測(cè)系統(tǒng)連接圖，檢測(cè)系統(tǒng)由主機(jī)，副機(jī)，連接電纜以及轉(zhuǎn)接電纜構(gòu)成。轉(zhuǎn)接電纜和某型裝甲車內(nèi)部電纜系統(tǒng)的連接定義相匹配，隨被測(cè)電纜分類按照最優(yōu)的測(cè)試原則而制成，每一類又分成若干組，且每組都是成對(duì)的。首先主機(jī)通過(guò)連接電纜向從機(jī)提供電源和傳輸控制信號(hào)。主機(jī)和副機(jī)上分別安裝了一個(gè)61芯的航空插座連接轉(zhuǎn)接電纜，61芯航空插座滿足單次測(cè)試被測(cè)電纜芯數(shù)的最大要求。此外主機(jī)外設(shè)有連接電纜的接口，usb接口，蓄電池充電接口，電源開(kāi)關(guān)及指示燈。被測(cè)電纜通過(guò)轉(zhuǎn)接電纜連接于主機(jī)和副機(jī)之間，繼電器陣列分布在主機(jī)和副機(jī)中，繼電器可以分為兩類，第一類繼電器陣列控制主機(jī)和副機(jī)上的61芯插座內(nèi)所有針腳的接入和斷開(kāi)，第二類繼電器控制過(guò)流/過(guò)載保護(hù)電路、主副機(jī)供電以及+5v恒壓源、高壓直流電源、電阻采樣電路的接入。

附圖2檢測(cè)系統(tǒng)硬件框圖中主機(jī)包括觸摸屏工控機(jī)和單片機(jī)。組態(tài)王編寫(xiě)的檢測(cè)系統(tǒng)作為人機(jī)交互的界面，組態(tài)王具有豐富的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和靈活的組態(tài)方式，可視化操作界面，以及歷史數(shù)據(jù)查詢和管理等功能，非常適用于本發(fā)明的檢測(cè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。采用ti公司的16位超低功耗的單片機(jī)msp430f149作為控制器，它具有多種低功耗模式，喚醒時(shí)間短，供電電壓3.3v，片內(nèi)集成12位高精度的ad采集轉(zhuǎn)換，配合特定的驅(qū)動(dòng)電路使用其中32個(gè)i/o口控制本檢測(cè)系統(tǒng)中131個(gè)繼電器的通斷，單片機(jī)和組態(tài)王之間通過(guò)rs232總線通訊。附圖3和附圖4中繼電器驅(qū)動(dòng)電路由兩級(jí)芯片擴(kuò)展而成，首先12個(gè)i/o口驅(qū)動(dòng)四個(gè)3至8線譯碼器74hc138d，四個(gè)74hc138d譯碼器的標(biāo)準(zhǔn)輸出再驅(qū)動(dòng)八個(gè)8輸出的譯碼器74hc4051。八個(gè)74hc4051共有64路輸出，連接相應(yīng)的三極管控制61個(gè)繼電器。

附圖7是電源管理系統(tǒng)，包括蓄電池充、供電模塊，過(guò)流/過(guò)載保護(hù)模塊，電量檢測(cè)模塊，電平轉(zhuǎn)換及穩(wěn)壓電路，高壓電源模塊，主副機(jī)供電控制電路。本發(fā)明蓄電池供電電壓為直流12v，電池容量為10ah，充電電流小于5a，穩(wěn)定工作電流小于10a，最大瞬時(shí)電流為15a，工作溫度為-20～60℃。過(guò)流/過(guò)載保護(hù)模塊：當(dāng)檢測(cè)到蓄電池的放電電流持續(xù)大于某一上限時(shí)，輸出信號(hào)端dout輸出高電平，繼電器常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)12vgd，同時(shí)常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，單片機(jī)p57引腳接通一個(gè)高電平，向單片機(jī)傳遞斷電報(bào)警信號(hào)，當(dāng)電流恢復(fù)正常時(shí)繼電器自動(dòng)復(fù)位，可設(shè)定繼電器延時(shí)動(dòng)作時(shí)間，防止輸出震蕩，對(duì)整個(gè)電路造成損傷。電量檢測(cè)模塊，通過(guò)采集待測(cè)電源輸出電壓檢測(cè)電量的變化，可點(diǎn)亮不同顏色的二極管，同時(shí)連接p5.0～p5.4五個(gè)單片機(jī)i/o口，組態(tài)王通過(guò)解析單片機(jī)i/o口的電平變化動(dòng)畫(huà)顯示電池剩余電量。電平轉(zhuǎn)換及穩(wěn)壓電路：將電池供給的+12v直流電通過(guò)電平轉(zhuǎn)換芯片7805-sot223、lm1117-3.3及穩(wěn)壓、濾波電路依次變成+5v和+3.3電源，滿足不同的用電要求。高壓電源模塊hvwg24x為12v直流升壓電源，通過(guò)繼電器cq64控制輸入端mv2和mv3接低電平，可切換輸出+250v和+500v的直流高壓。

附圖8本發(fā)明的控制部分分為以下幾個(gè)模塊。上位機(jī)：常用功能模塊ⅰ,電纜類別和編號(hào)選擇模塊ⅱ,數(shù)據(jù)管理和查詢模塊ⅲ，故障庫(kù)和優(yōu)化路徑顯示模塊ⅳ。下位機(jī)：初始化及電量檢測(cè)模塊ⅴ,信號(hào)采集和調(diào)理模塊ⅵ,路徑優(yōu)化算法模塊ⅶ，通訊協(xié)議模塊ⅷ。

附圖9、10、11檢測(cè)流程：登陸組態(tài)王檢測(cè)界面，在故障列表中選中相應(yīng)的故障現(xiàn)象點(diǎn)擊查詢，得出可能的故障原因、范圍和建議檢測(cè)的電纜類別編號(hào)，給副機(jī)供電，組態(tài)王不斷的向下位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，連接好待測(cè)電纜后，選擇電纜型號(hào)和組別，點(diǎn)擊開(kāi)始檢測(cè)按鈕，檢測(cè)電纜的導(dǎo)通情況時(shí)，繼電器分別將恒壓源和采集電路接入所有被測(cè)芯線的首尾兩個(gè)公共端，然后依次將所有被測(cè)芯接入回路，采集導(dǎo)通電阻，進(jìn)行計(jì)算處理取平均值；附圖5為絕緣電阻檢測(cè)原理圖，檢測(cè)絕緣性時(shí)分別將高壓源和采集電路接入被測(cè)電纜的公共端，并且通過(guò)切換不同的高壓源可以檢測(cè)芯線絕緣等級(jí)，然后在主機(jī)端依次接入被測(cè)電纜的所有芯線，每接入一根芯線后，在副機(jī)端逐一接入剩余的芯線，這樣采集被測(cè)電纜中任意兩根芯線間的絕緣電阻，進(jìn)行計(jì)算處理取平均值，根據(jù)電阻數(shù)量級(jí)判斷芯線間的絕緣性以及短路情況和短路線號(hào)。這樣一根n芯的電纜總共檢測(cè)n*(n-1)/2次即可。然后進(jìn)行路徑優(yōu)化得出下一次檢測(cè)電纜編號(hào)，最后所有的數(shù)據(jù)根據(jù)與組態(tài)王之間的通訊協(xié)議的格式發(fā)送給上位機(jī)，上位機(jī)解析并以報(bào)表圖形等形式顯示下一次最優(yōu)路徑的檢測(cè)電纜和本次電纜芯線之間的導(dǎo)通，短路以及絕緣性，可保存至歷史數(shù)據(jù)庫(kù)。如此不斷優(yōu)化下一次檢測(cè)路徑，即加權(quán)遍歷和它同一層次的鄰近電纜，它與前件的連接電纜、它與后件的連接電纜。直到檢測(cè)出所有的故障。

本發(fā)明的電纜故障檢測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)δ承脱b甲車全車電纜的通斷，短路及絕緣性進(jìn)行原車原位快速檢測(cè)并定位故障，操作靈活，功耗低，穩(wěn)定可靠。