通信装备备件故障诊断系统研究

摘要：通信装备备件板在长期保存后电气性能将下降变得不能正常工作，替换到通信装备上无法达到保障通信畅通的目的，因此，研制一套集成先进测试测量仪器的通信备件自动检测系统十分必要。在介绍系统总体结构的基础上，详细介绍了自动故障诊断专家系统的设计与实现，并重点描述了数据采集功能的Lab Windows/CVI实现。通信备件故障检测系统的研究与开发，对于保障通信装备应急抢修、迅速恢复装备技术性能有着十分重要的军事意义。

关键词：通信装备备件； 故障诊断； 专家系统； Lab Windows/CVI

中图分类号：TP319文献标识码：A文章编号文章编号：1672-7800（2013）012-0103-03

作者简介：韩亮（1970-），男，海军东海舰队司令部工程师，研究方向为光纤通信和计算机维护；石鹏江（1982-），男，第二炮兵司令部工程师，研究方向为通信工程；王园（1975-），女，第二炮兵司令部工程师，研究方向为光纤通信和计算机维护。

0引言

作为提供给舰船通信部门使用的通信备件，对其电气性能进行维护以保证正常使用十分重要。但在实际操作中，对通信装备备件进行物理上的保养比较容易，对其进行加电检测保养却十分困难，几乎没有条件进行，因此也就无法保证备件的可用性。而如果通信备件板不能正常工作，将其替换到通信装备上则不能保证设备运行正常，会严重贻误工作[1，2]。因此，研制一种方便实用的加电保养和检测平台，用于通信装备备件仓库在备件保存时定期加电保养和检测，以及出库时的电气性能判断，是非常急需的。该平台不但可以为保管单位检测备件板提供方便，而且为延长通信设备备件板的寿命提供了一种通用的保养手段。

1系统总体结构

系统总体设计如图1所示。计算机通过数据采集系统和数据采集接口系统，完成对电路板电信号的采集任务，并可以在数据库中查找且相应地显示电路板的正常工作信号。数据采集系统负责所有数据的采集、控制信号的产生以及部分电路板工作信号的产生。系统主要由仪器、数据采集卡、GPIB总线以及PXI总线等组成[2，3]。数据采集接口系统主要负责电源通断、部分电路板工作信号和同步信号的发生以及电源和各种信号的路由[3]，主要由数控继电器、CPLD、电路板适配板及其他辅助部件组成。仪器主要包括示波器、信号源和万用表，负责为电路板提供工作信号以及采集电路板的高频信号和电压信号。

从图1中看出，计算机与各种设备互相交换信息，计算机起核心作用，根据各种测试前提条件，按照测试流程向操作员发出测试、操作命令，向测试设备发出控制命令并读取数据，最后完成显示。

总体结构框图将检测平台分为硬件部分和软件部分，限于篇幅，本文这里主要介绍系统软件部分的设计实现，也就是从关键的备件板故障诊断方面详细阐述系统的设计方案。系统的软件部分以PC机和Windows操作系统为平台，包括故障专家诊断系统、后台数据库系统及其他控制系统。软件系统通过串口与硬件系统进行数据交互，包括向硬件传送控制指令以及接收硬件采集到的检测信号。

2通信备件故障诊断专家系统设计

2.1故障诊断专家系统设计策略

目前对电子电路的故障测试与数据生成的主要途径有两种：一种途径是对有效的测试产生与故障模拟算法进行研究创新；另一种途径是进行设备的可测试性设计。但是近几年的研究成果表明，目前第一种途径还处于理论研究阶段，离实际应用还有一定距离，尤其是对复杂的设备系统[4]。而第二种途径只局限于功能器件和模块部分的开发设计。上述这些原因造成了故障诊断的不确定性。

但是近几年来兴起的人工智能技术给故障诊断开辟了新途径。在一些专业领域，对专门对象进行专门分析的领域专家知识往往是丰富、有效的。虽然这种基于经验和功能描述反映故障征兆和原因的因果关系很难用数学模型描述，但这种被称为“浅知识”的启发式经验却对不确定性故障诊断的定位往往很有效，这得益于领域专家在这方面的知识积累与总结[4，5]。采用适当的似然推理模型，可合理解决不确定性问题。

2.2故障诊断专家系统设计

设计的故障诊断专家系统基于人工智能技术，在对专家提供的知识进行学习的基础上，模拟人类专家做出决策的思维过程，进行合理的推理分析来解决原需专家才能解决的复杂问题[5，6]。图2为通信装备备件检测系统软件的设计图。

本系统采用基于黑板模型的推理机制，用户不需知道具体的推理过程，但通过系统设计的解释机制来回答用户提出的与推理有关的各种问题，并可对诊断的思路和流程给出相关解释。

2.3故障诊断过程

专家系统与传统模拟测试理论相比，它每进行一步测试或观察都是对分析进行一次肯定或否定，肯定证实对故障源的选择，增加了假设的可信度；否定减少了搜索范围，使行为向目标迈进了一步。根据专家的诊断过程，本文提出了以下故障诊断过程和搜索模式，如图3所示。

故障诊断专家系统是建立在故障知识库基础上的，故障知识库集中了专家们关于系统的各种故障的分析经验，是故障诊断专家系统的核心。故障诊断系统根据当前输入的故障特征，利用故障知识库中的知识，进行基于故障知识库的推理搜索，并将可能的故障源根据相关性进行排序，然后依次通过实际测试对故障进行验证，直到找出具体故障。如果仍找不出故障，就需要通过测试增加更多的故障特征，重新进行故障的推理搜索和验证，直到最终完成对故障的自动诊断。

3通信备件故障诊断专家系统实现

故障诊断系统的软件部分主要分为四层结构：测试管理层、测试程序层、仪器驱动层和I/O接口层。这种层次设计，保证了系统运行的坚固性与稳定性，软件便于维护、扩展及升级换代。如今，计算机及相关技术发展极为迅速，当操作系统、外设仪器、数据处理算法需要更新时，只需更换相应的软件层，系统就可无缝移植或升级，保护已有的软件投资。

本文主要介绍数据采集系统也就是I/O接口层的软件实现。I/O接口软件是测试系统软件的基础，用于处理计算机与仪器硬件间连接的底层通讯协议，是进行故障诊断的基础。

该部分包括五项，第一项为模块器件数据，第二项为模块原理图，第三项为电路板器件一侧的图片，第四项为电路板焊盘一侧的图片，第五项是原理框图。测试项和四个图形具有联动功能，即当测试项中包括元器件编号时，四个图形将自动加亮并居中显示该元器件，这样我们可以直接看到所要测试的点在各图中的位置，帮助我们快速判断、修理故障。

在设计过程中，为使编程方便，通常把与硬件有关的语句都封装在几个函数中，如：初始化函数（Init）、讲函数（Wrt）、听函数（Rd）。而且还进一步将这几个函数设计成一个DLL（动态数据链接库）。由于DLL独立于语言，不管是以后用VB、VC及Delphi等都可以方便地使用这个DLL，还能用新的DLL代替旧的，而不用再对其它用到这些函数的应用程序作修改。

在Lab Windows/CVI环境中，很容易生成DLL文件[7]。首先由Lab Windows/CVI环境生成DLL代码的总体框架，然后向框架中添加DLL代码，在代码中必须按以下格式明确地声明导出函数：

__declspec（dllexport） int MyFunction（int n）；

由于在本系统中主要用Visual C++编程来实现程序的主要功能，用Lab Windows/CVI的各种控件来设计界面，所以在Lab Windows/CVI的DLL代码中主要需导出以下函数：显示各种开关量和模拟量控件的函数、显示和绘制曲线的函数等。另外，由于这些函数都要调用Lab Windows/CVI的各种控件资源，所以必须在Lab Windows/CVI的环境中设计好这些控件的大小和位置，不过也可以将它们都设计成为函数参数，以便在调用时确定[8]。

在Lab Windows/CVI中将DLL代码编制调试好之后，可以在Lab Windows/CVI环境中编译成为一个DLL应用程序扩展文件，同时Lab Windows/CVI系统还将产生一个导入库文件*.lib，然后就可以被支持DLL的开发平台所调用。同样，在VC++的程序中，也必须按以下格式明确声明输入函数：

__declspec（dllimport） int MyFunction（int n）；

凡是在Lab Windows/CVI中所声明的导出函数，在这里都必须将其声明成导入函数。在使用这些DLL文件时，还必须在VC++的集成开发环境中打开“Setting...”选项，在Link页中指定由Lab Windows/CVI生成的导入库文件.lib。这样就可以像使用自己定义的函数那样使用DLL中的函数和资源了。

做完这些工作，所剩的工作就是按照OOA和OOD所设计的结果进行编码。在编码过程中，需保持良好的程序设计风格，主要是从提高程序的可重用性、可扩充性和健壮性入手，以提高程序质量。

4结语

本文从对虚拟仪器和混合总线技术的研究、分析出发，结合目前通信装备备件维修的实际，研制开发基于混合总线的信号检测系统平台，可以在脱机条件下产生通信备件电路板工作所需的各种电源和激励信号，模拟通信备件电路板的工作环境，并将通信备件电路的各种正常与非正常的电特性数据进行采集、保存，建立通信备件电路板信号数据库，从而协助维修人员对该型通信备件的多块电路板进行测试维修。

参考文献参考文献：

[1]王路路，时和平，王瑞.战时通信装备备件配送模型[J].兵工自动化，2012，31（6）：18-20.

[2]李娟，罗勇，井小沛.通信设备板件检测系统设计与实现[J].微计算机信息，2009（35）.

[3]吴新华.虚拟仪器在数据采集中的应用[J].萍乡高等专科学校学报，2011，28（6）：33-35.

[4]张继宗，张伟，赵瑞连.一种通信装备故障诊断仪的设计[J].军事通信技术，2000 （74）： 66-70.

[5]赵之刚，张海勇，张锋.基于专家系统的舰载通信装备故障诊断研究[J].现代防御技术， 2007， 35（6）： 79-82.

[6]周文权，唐德尧，朱石沙.一种用于RS485 通信故障诊断的便携式检测仪的设计[J].装备制造技术，2007（5）：106-108.

[7]张风均.LabWindows/CVI开发入门和进阶[M].北京：北京航空航天大学出版社，2001.

[8]刘立月，汤文亮，傅军栋.Lab Windows/CVI在测控系统中的应用及其接口实现[J].华东交通大学学报，2004，21（2）：80-84.