一种用于监测电子系统状态的通用试验装置及监测方法与流程

本发明属于装备状态监测技术领域，涉及一种用于监测电子系统状态的通用试验装置及监测方法。

背景技术：

目前装备电子系统设计定型时没有配套的机内测试设备，不具备装备工作状态监测功能，现有的测试设备无法完成装备工作过程中的实时在线状态监测，而装备电子系统状态数据是装备性能的重要指标，装备电子系统在出现故障前，某些状态数据会发生不同程度的变化，从而引起装备电子系统性能变差，并逐渐劣化最终导致故障。因此如果在装备电子系统性能出现故障前，通过状态监测系统监控这些关键参数的变化，实现提前预警，及时进行维修，便可避免其产生严重后果，保障装备运行的可靠性，在装备电子系统发生故障时，可通过监测系统快速定位出故障及故障原因，从而实现故障快速排除。因此，为了能够准确监测装备电子系统的运行状态，根据其状态参数来判断是否可能发生故障或者已经存在故障，做到及时发现故障，分析故障原因并排除故障，这就需要一种能实时监测装备电子系统运行状态的装置。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够对实时采集状态参数并分析判断、存储和显示的用于监测电子系统状态的通用试验装置及监测方法。

为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种用于监测电子系统状态的通用试验装置及监测方法，其中通用试验装置包括控制处理器、存储器、触屏显控模块、信号采集卡、频率信号调理电路、频率信号端口、电压信号调理电路、电压信号端口、温度信号调理电路、温度传感器、温度传感器端口、湿度信号调理电路、湿度传感器、湿度传感器端口、数字信号调理电路、数字信号端口、can总线通讯卡、can总线通讯卡接口、rs485接口、rs232接口；

温度传感器和湿度传感器分别设置在待监测设备所在试验场所；

待监测设备的频率信号输出端经所述频率信号端口接频率信号调理电路的输入端；频率信号调理电路的输出端接信号采集卡的相应输入端；

待监测设备的电压信号输出端经所述电压信号端口接电压信号调理电路的输入端；电压信号调理电路的输出端接信号采集卡的相应输入端；

温度传感器的输出端经温度传感器端口接温度信号调理电路的输入端；温度信号调理电路的输出端接信号采集卡的相应输入端；

湿度传感器的输出端经湿度传感器端口接湿信号调理电路的输入端；湿度信号调理电路的输出端接信号采集卡的相应输入端；

待监测设备的数字信号输出端经所述数字信号端口接数字信号调理电路的输入端；数字信号调理电路的输出端接信号采集卡的相应输入端；

信号采集卡的输出端接所述控制处理器的相应输入端；

待监测设备的通讯数据总线端口经所述can总线通讯卡接口接所述can总线通讯卡的相应端口；所述can总线通讯卡与控制处理器的相应端口双向连接；

待监测设备的串口rs232信号端口经rs232接口与控制处理器的相应端口双向连接；

待监测设备的串口rs485信号端口经rs485接口与控制处理器的相应端口双向连接；

所述触屏显控模块与处理器模块的相应端口双向连接；

所述存储器与处理器模块的相应端口双向连接。

其中利用通用试验装置进行监测的方法是：在处理器模块中设有信号采集接口模块、设备状态检测模块、人机交互模块、检测数据保存模块、检测数据管理模块、用户管理模块、数据库访问模块和系统帮助模块；所述信号采集接口模块用于调用底层接口驱动程序实现从信号采集卡中获取检测数据；所述检测数据包括频率信号数据、电压信号数据、温度信号数据、湿度信号数据、数字io数据、can通讯数据、串口rs232通讯数据、串口rs485通讯数据；设备状态检测模块从信号采集接口模块中实时读取检测数据，并通过人机交互模块显示在触屏显控模块上；检测数据保存模块通过数据库访问模块将检测数据保存到数据库中；所述检测数据管理模块实现从数据库中查询检测数据，并生成打印报表实现打印功能；用户管理模块包括新建用户模块、修改用户模块和删除用户模块；所述新建用户模块用于新建用户信息，并通过数据库访问模块实现用户信息的存储、修改和查询；所述修改用户模块用于修改用户信息，并通过数据库访问模块实现用户信息存储、修改和查询；所述删除用户模块用于删除用户信息，并通过数据库访问模块实现用户信息存储、修改和查询；用户信息包括用户名、密码；系统帮助模块用于调用存储在存储器中的设备使用说明书，并通过人机交互模块显示设备使用说明书；数据库访问模块实现检测数据和用户信息的存储、修改和查询。

本发明的有益效果是：本发明能够实时完成对频率信号、环境温度、环境湿度、can总线信号、串口信号、模拟信号、数字信号的监测，并且能够对采集到的数据信息进行实时分析、存储和显示，并形成结论，监测人员可以实时看到监测信息，及时发现故障并处理；本发明也可以通过usb口或网口将数据导出，进行离线数据分析，并便于数据保存；本发明采用铝合金一体化全密封外壳，具有抗冲击振动能力。

附图说明

图1为本发明原理框图；

图2为频率信号调理电路原理图；

图3为温度信号调理电路原理图；

图4为述数字信号调理电路原理图；

图5为长方体铝合金外壳结构示意图；

图6为长方体铝合金外壳的左侧面拉门内的第一航插和第二航插结构示意图；

图7为长方体铝合金外壳内部的主板结构示意图；

图8为第一载板、第二载板和调理板卡结构示意图；

在图5至图8中，1—长方体铝合金外壳；1-1—拉门；1-2—顶面板；20—主板201—第一载板；202—第二载板（202）；203—调理板卡；10—触屏显控模块；31—第一航插；32—第二航插。

具体实施方式

由图1至图8所示的实施例可知，用于监测电子系统状态的通用试验装置包括控制处理器、存储器、触屏显控模块10、信号采集卡、频率信号调理电路、频率信号端口、电压信号调理电路、电压信号端口、温度信号调理电路、温度传感器、温度传感器端口、湿度信号调理电路、湿度传感器、湿度传感器端口、数字信号调理电路、数字信号端口、can总线通讯卡、can总线通讯卡接口、rs485接口、rs232接口；温度传感器和湿度传感器分别设置在待监测设备所在试验场所；待监测设备的频率信号输出端经所述频率信号端口接频率信号调理电路的输入端；频率信号调理电路的输出端接信号采集卡的相应输入端；待监测设备的电压信号输出端经所述电压信号端口接电压信号调理电路的输入端；电压信号调理电路的输出端接信号采集卡的相应输入端；温度传感器的输出端经温度传感器端口接温度信号调理电路的输入端；温度信号调理电路的输出端接信号采集卡的相应输入端；湿度传感器的输出端经湿度传感器端口接湿信号调理电路的输入端；湿度信号调理电路的输出端接信号采集卡的相应输入端；待监测设备的数字信号输出端经所述数字信号端口接数字信号调理电路的输入端；数字信号调理电路的输出端接信号采集卡的相应输入端；信号采集卡的输出端接所述控制处理器的相应输入端；待监测设备的通讯数据总线端口经所述can总线通讯卡接口接所述can总线通讯卡的相应端口；所述can总线通讯卡与控制处理器的相应端口双向连接；待监测设备的串口rs232信号端口经rs232接口与控制处理器的相应端口双向连接；待监测设备的串口rs485信号端口经rs485接口与控制处理器的相应端口双向连接；所述触屏显控模块与处理器模块的相应端口双向连接；所述存储器与处理器模块的相应端口双向连接。

所述频率信号调理电路包括输入保护及分压电路、频率运放调理及信号跟随电路、输入端i1和输出端o1；所述输入保护及分压电路包括稳压二极管d1、电阻r1和电阻r8；所述运放调理及信号跟随电路包括电阻r2至r5、电容c1至c4、型号为ad8512arz的放大器u1和放大器u2；稳压二极管d1的负极接输入端i1，稳压二极管d1的正极接地；输入端i1依次经电阻r8、电阻r1后接地，电阻r8与电阻r1的节点接放大器u1的同相输入端3脚；电容c1接在放大器u1的同相输入端3脚与地之间；电阻r4与电容c4并联后接在放大器u1的反相输入端2脚与输出端1脚之间；所述电阻r2接在放大器u1的正电源端8脚与﹢15v直流电源之间；所述电容c2接在放大器u1的正电源端8脚与地之间；所述电阻r3接在放大器u1的负电源端4脚与﹣15v直流电源之间；所述电容c3接在放大器u1的的负电源端4脚与地之间；电阻r5接在放大器u1的输出端1脚与放大器u2的同相输入端5脚之间；所述放大器u2的反相输入端6脚接输出端7脚；所述放大器u2的输出端7脚为频率运放调理及信号跟随电路的输出端，也是输出端o1；频率运放调理及信号跟随电路的输入端为放大器u1的同相输入端3脚。

所述电压信号调理电路包括分压电路、电压运放调理及信号跟随电路；所述分压电路包括电阻r9和电阻r10；所述电压运放调理及信号跟随电路与频率运放调理及信号跟随电路的结构相同；电压信号调理电路的输入端依次经电阻r9、电阻r10接地；所述电阻r9与电阻r10的节点接电压运放调理及信号跟随电路的输入端，电压运放调理及信号跟随电路的输出端为电压信号调理电路的输出端。

所述温度信号调理电路包括电阻r11至r16、电容c11至c14、型号为op37的运算放大器u11、型号为ad8512arz的放大器u12、输入端i2和输出端o2；输入端i2接运算放大器u11的同相输入端3脚；所述电阻r11与电容c11并联后接在运算放大器u11的同相输入端3脚与地之间；所述电阻r15与电容c14并联后接在运算放大器u11的反相输入端2脚与输出端1脚之间；所述电阻r14接在运算放大器u11的反相输入端2脚与地之间；所述电阻r12接在运算放大器u11的的正电源端8脚与﹢15v直流电源之间；所述电容c12接在运算放大器u11的正电源端8脚与地之间；所述电阻r13接在运算放大器u11的负电源端4脚与﹣15v直流电源之间；所述电容c13接在运算放大器u11的的负电源端4脚与地之间；电阻r16接在运算放大器u11的输出端1脚与放大器u12的同相输入端5脚之间；所述放大器u12的反相输入端6脚接输出端7脚；所述放大器u12的输出端7脚即为温度信号调理电路的输出端o2。

所述湿度信号调理电路与温度信号调理电路的结构相同。

所述数字信号调理电路包括隔离i/o_o端口、隔离i/o_1端口、sio_po_o端口、sio_po_i端口、电阻r20至r25、型号为bat54a的肖特基二极管d2、型号为tlp521-1的光耦合器u21和u22；隔离i/o_o端口、隔离i/o_1端口分别为数字信号调理电路的输入端；sio_po_o端口、sio_po_i端口分别为数字信号调理电路的输出端；电阻r20接在光耦合器u21的阳极1脚与隔离i/o_o端口之间；光耦合器u21的阴极2脚接地；电阻r21接在光耦合器u21的发射极3脚与地之间；光耦合器u21的集电极4脚接3.3v直流电源；电阻r22接在肖特基二极管d2的第一阴极1脚与sio_po_o端口之间；光耦合器u21的发射极3脚接肖特基二极管d2的第一阴极1脚；肖特基二极管d2的第二阴极2脚接光耦合器u22的发射极3脚；肖特基二极管d2的阳极3脚接地；电阻r23接在光耦合器u22的阳极1脚与隔离i/o_1端口之间；光耦合器u22的阴极2脚接地；电阻r24接在光耦合器u22的发射极3脚与地之间；光耦合器u22的集电极4脚接3.3v直流电源；电阻r25接在肖特基二极管d2的第二阴极2脚与sio_po_1端口之间。

它还包括长方体铝合金外壳1；所述长方体铝合金外壳1的右侧面设有与长方体铝合金外壳1活动连接的拉门1-1；所述长方体铝合金外壳1的前面板1-2与长方体铝合金外壳1活动连接；在长方体铝合金外壳1内的后部固定设有主板20，所述主板20与长方体铝合金外壳1的前、后侧面平行设置；在所述主板20上垂直插接有第一载板201、第二载板202和调理板卡203，所述第一载板201、第二载板202、调理板卡203分别与长方体铝合金外壳1的上、下侧面平行设置；所述控制处理器、存储器和can总线通讯卡分别设置在第一载板201上；所述信号采集卡设置在第二载板202上；所述频率信号调理电路、电压信号调理电路、温度信号调理电路、湿度信号调理电路、数字信号调理电路分别设置在调理板卡203上；所述触屏显控模块10设置在所述长方体铝合金外壳1的顶面板上；在长方体铝合金外壳1的右侧面拉门1-1内分别设有第一航插31和第二航插32；所述频率信号端口、电压信号端口、温度传感器端口、湿度传感器端口和数字信号端口集成在第一航插31的接口上；can总线通讯卡接口、rs485接口和rs232接口集成在第二航插32的接口上。

所述控制处理器为上海威强电工业电脑公司生产，其型号为pm-pvd525；所述存储器为固态硬盘，其型号为mz-7pd512bw；所述温度传感器的型号为hx-rs-hbw；所述湿度传感器的型号为cws15；所述信号采集卡为北京中海技创公司生产，其型号为pci104-325；所述can总线通讯卡为北京中海技创公司生产，其型号为pci104-820；所述触屏显控模块10包括液晶显示屏和触摸屏，所述液晶显示屏的型号为cr1221-x10276，所述触摸屏的型号为rx-tp121dz；所述频率信号端口、电压信号端口、温度传感器端口、湿度传感器端口的型号为均为jy27473t16f35s；数字信号端口型号为jy27473t14f35s；can总线通讯卡接口的型号为jy27473t12f35s；rs485接口的型号为jy27473t12f35s；rs232接口的型号为jy27473t12f35s，第一航插31的型号为jy27513e14f35pn，第二航插32的型号为jy27513e10f35pn。

利用通用试验装置进行监测的方法是：在处理器模块中设有信号采集接口模块、设备状态检测模块、人机交互模块、检测数据保存模块、检测数据管理模块、用户管理模块、数据库访问模块和系统帮助模块；所述信号采集接口模块用于调用底层接口驱动程序实现从信号采集卡中获取检测数据；所述检测数据包括频率信号数据、电压信号数据、温度信号数据、湿度信号数据、数字io数据、can通讯数据、串口rs232通讯数据、串口rs485通讯数据；设备状态检测模块从信号采集接口模块中实时读取检测数据，并通过人机交互模块显示在触屏显控模块10上；检测数据保存模块通过数据库访问模块将检测数据保存到数据库中；所述检测数据管理模块实现从数据库中查询检测数据，并生成打印报表实现打印功能；用户管理模块包括新建用户模块、修改用户模块和删除用户模块；所述新建用户模块用于新建用户信息，并通过数据库访问模块实现用户信息的存储、修改和查询；所述修改用户模块用于修改用户信息，并通过数据库访问模块实现用户信息存储、修改和查询；所述删除用户模块用于删除用户信息，并通过数据库访问模块实现用户信息存储、修改和查询；用户信息包括用户名、密码；系统帮助模块用于调用存储在存储器中的设备使用说明书，并通过人机交互模块显示设备使用说明书；数据库访问模块实现检测数据和用户信息的存储、修改和查询。

所述信号采集接口模块、设备状态检测模块、人机交互模块、检测数据保存模块、检测数据管理模块、用户管理模块、数据库访问模块和系统帮助模块的开发环境需满足以下条件：操作系统为windowxpsp3操作系统；开发语言为c++；开发环境为visualstudio2008；数据库为sqserver2005；报表工具为microsoftword。

本发明中信号采集卡可以用来采集频率信号、温度信号、湿度信号、模拟信号、数字信号；信号采集卡可以输出1路+5v激励信号，最大可到200ma电流；信号采集卡提供1路±15v激励信号，最大可到±200ma电流；信号采集卡提供1路24v激励信号，最大可到100ma电流；信号采集卡具有16路a/d采集通道，其输入量程为±10v；温度检测传感器输出0～5v的信号，可以测量的温度范围为-50℃～100℃，输出信号与温度呈线性对应，温度检测传感器的输出信号进入信号采集卡的第1路a/d采集通道，进行模拟信号转换为数字信号后进入处理器模块进行处理。湿度检测传感器输出0～5v的信号，可以测量的湿度范围为0～100%rh，工作的环境温度为-40℃～85℃，其中rh为相对湿度的；湿度检测传感器的输出信号进入信号采集卡的第2路a/d采集通道，进行模拟信号转换为数字信号后进入处理器模块进行处理。待检测电压信号接信号采集卡的第3路a/d采集通道，进行模拟信号转换为数字信号后进入处理器模块进行处理。信号采集卡具有2路计数器模块，待检测的频率信号接信号采集卡的第1路计数器，并将测量结果送至处理器模块进行处理。信号采集卡具有24路数字输入/输出接口，待测数字信号接信号采集卡相应的数字输入/输出接口。can总线通讯卡具有2通道隔离can总线，支持11位和29位的标示符can2.0a/2.0b，用于与can总线设备进行通讯。液晶显示屏与触摸屏组成的显控模块为本实施例提供了便捷的人机交互功能。所述处理器模块可以提供rs232、rs485串口形式的通讯方式，用于与装备进行总线连接，将检测到的结果进行记录与分析。

本发明显控终端为12.1寸液晶显示屏和触摸屏，实现人机交互功能；信号调理单元实现对输入信号的隔离、调理功能；本发明数据采集实现对调理后的信号进行模数转换和数据采集；数据存储单元配合软件实现对数据的分类存储功能；处理器配合软件实现对数据的解析、分析、计算等功能；总线通讯实现对被测件上通讯总线的数据监听、数据通讯功能。其中，数据采元具有不少于16路的ad采集通道，转换精度16位，单通道最大采样速率达到500khz；具有2路da模拟输出通道，转换精度16位，量程可设置，模拟输出频率最大100khz；它具有24路通用io口，支持标准的3.3vttl输入和输出，其中有2路io口复用了计数器功能，计数位数达到了32位，可以实现脉宽测量、周期测量、脉冲个数测电子系统状态监测通用试验装置采用铝合金一体化全密封外壳，具有抗冲击振动能力。金属材料采用了防锈、耐腐蚀的材料或进行镀涂处理。外壳正上方为人机交互接口，为液晶显示屏和触摸屏，屏幕右上方有电源和状态指示灯。外壳顶部安装有把手，方便携带。右侧面有一个小门，小门内安装有航插等接口。其中状态指示灯用于显示电源状态、设备工作状态，当选配内部锂电池时，电源和状态指示灯指示内部锂电池的工作状态，正常工作时，锂电池电压正常则电源指示灯为绿色，当锂电池欠压时，电源指示灯变红色，给锂电池充电时，状态指示灯变红色，锂电池充满时状态指示灯变绿色。总线通讯具有2通道隔离can总线，支持11位和29位的标示符（can2.0a/2.0b），可编程传输速率可高达1mbps，通道间1000v隔离。

本发明采用铝合金一体化全密封外壳，具有抗冲击振动能力。金属材料采用了防锈、耐腐蚀的材料或进行镀涂处理。外壳正上方为人机交互接口，为液晶显示屏和触摸屏，屏幕右上方有电源和状态指示灯。外壳后侧面可以安装把手，方便携带。右侧面小拉门内安装有航插等接口。其中状态指示灯用于显示电源状态、设备工作状态，当选配内部锂电池时，电源和状态指示灯指示内部锂电池的工作状态，正常工作时，锂电池电压正常则电源指示灯为绿色，当锂电池欠压时，电源指示灯变红色，给锂电池充电时，状态指示灯变红色，锂电池充满时状态指示灯变绿色。第一载板201、第二载板、调理板卡之间通过pci104总线建立连接，可以将前侧前面板1-2拆下，就可以拆卸载板和调理板，如图7和图8所示。根据使用需求可以选配锂电池模块和充放电智能管理模块，这两个选配模块可以固定安装于第二载板上。调理板卡通过航插接入输入信号，完成信号的调理工作，并将调理完的信号通过主板传输到第二载板的采集卡上；第一载板201、第二载板202、调理板卡203通过插件方式连接到主板上，这种连接方式便于拆装，利于扩展、安装和检修。本发明右侧面拉门1-1内分别设有第一航插31和第二航插32，当盖上右侧面的拉门时，可以密封外部接口，起到防尘、防溅水、防污染等保护作用，如图5和6所示。人机交互接口触屏显控模块10方便操作人员完成检测功能的操作和监测数据的显示。usb接口用于与usb存储设备连接，以导出检测数据；网口用于与计算机连接，方便导出测试数据。航插通过连接电缆用于对数字信号、频率信号、温度信号、湿度信号、电压信号的调理和检测。

信号采集接口模块、设备状态检测模块、人机交互模块、检测数据保存模块、检测数据管理模块、用户管理模块、数据库访问模块和系统帮助模块所在计算机开发环境需满足以下条件：操作系统windowxpsp3操作系统；开发语言c++；开发环境visualstudio2008；数据库sqserver2005；报表工具microsoftword。运行环境：本发明检测系统软件所在计算机运行环境需满足以下条件：操作系统windowxpsp3操作系统；运行时库visualstudio2008运行时库；数据库sqserver2005；报表工具microsoftword。

本发明主要用于对电子系统主要状态参数的监测，能够完成对频率信号、环境温度、环境湿度、can总线信号、串口信号、模拟信号、数字信号等进行检测，能够输出简单的激励信号，可用于传感器的供电。通过检测电缆将被测部件、传感器与试验装置的检测航插连接，进行检测操作时，检测软件通过调用底层驱动接口函数输出相应的激励信号和控制信号，并通过总线通讯完成通讯总线上的数据监听和通讯。被测信号通过信号调理完成信号的隔离和调理，然后经过数据采集完成信号的模数转换和数据采集，由数据存储单元完成采集数据的分类存储，再通过处理器中相应模块配合检测软件模块完成对采集数据的解析、分析、计算等，并将结果显示在显控终端上。检测软件模块可以对检测结果形成结论，通过外接打印机输出结论，也可以通过usb接口或网口将数据导出，进行离线数据分析。装置可由外部电源供电，可设置电源指示灯表示电源的工作状态，状态指示灯表示设备主机工作状态。也可设置内部锂电池供电时，可设置电源指示灯表示锂电池的电压状态，正常工作时，锂电池电压正常则电源指示灯为绿色，当锂电池欠压时，电源指示灯变红色；状态指示灯表示锂电池的充电状态，给锂电池充电时，状态指示灯变红色，锂电池充满时状态指示灯变绿色。可接上外部电源适配器给锂电池充电，同时给系统供。

本发明能够完成对频率信号、环境温度、环境湿度、can总线信号、串口信号、模拟信号、数字信号等进行检测，并可以输出多种激励信号，给不同的传感器提供稳定的电源。该通用试验装置能够对采集到的数据信息进行实时分析、存储和显示，并形成结论。也可以通过usb口或网口将数据导出，进行离线数据分析。