嵌入式雷达发射机故障监测系统的研制

表3内资源分配的简单说明：4个外部中断监测电压是否过高，方法是对4路电压经调理电路后接电压比较器，若有过高电压则电压比较器翻转引起相应中断，驱动通用I／O口6和8，分别通过继电器切断直流高压或三相总电源；6路ADC通道分别接对应的电流、功率、电压调理电路后进行数据采集并在程序中与标称值比较，对于允许范围内的波动值(隐患区的值)，则与时间信息一起被保存，供计算机下载后进行分析；对于允许范围外的波动值(故障区的值)，则通过通用I／O口5和6分别通过继电器切断触发脉冲或直流高压；定时器1用于计算触发脉冲的脉宽和周期；计数器1用于测量频率；通用I／O口1、2用于检测工作方式转换开关的状态，并通过通用I／O口3、4驱动继电器使人工线保持与工作方式转换开关的同步变换；其他通用I／O口上喇叭用于声音报警，液晶屏则显示运行信息或故障代码。

3 监测点接口电路设计
嵌入式系统中单片机系统已为成熟技术，解决单片机监测端口的激励方法即接口电路设计的成为关键技术。接口电路又称信号调理电路，调理就是放大、缓冲或定标模拟信号等，使其适合于模／数转换器(ADC)的输入，可总结为放大、衰减、隔离、多路复用、过滤、激励、冷端补偿几个方面。根据表1和表2知：监测点主要有电压、电流、频率、脉冲、开关等类型，下面对主要的电压和电流监测点的接口电路举例说明。
3．1 直流高电监测点的调理电路
为使监测信号进入模数转换之前的电压符合A／D转换器的要求，选用了衰减、过滤、隔离等电路环节。如图1所示。

图1中R1和R2组成衰减网络，其阻值比大约等于直流高压与4．5 V的比值，即衰减网络输出的电压为4．5 V，以便于匹配A／D通道的要求。R1和R2取MΩ级1 W电阻，以控制衰减网络的分流电流小于200μA。C1和C2与同轴电缆组成过滤网络，以过滤高压电源上的纹波及发射机内的各种脉冲干扰。运放op07构成射极跟随器，使衰减网络与A／D通道的阻抗匹配，也就是隔离网络。
3．2 电流监测点的调理电路
1)微波功率测量
发射机内微波功率测量的原理是在波导中预置热电偶，热电偶直接输出到指针式微安表。由此可知所谓微波功率测量只不过是对发射机状态的一种低精度监测罢了。因此该调理电路仍旧采用图1所示调理电路，只不过R1和R2之和约等于指针表头的内阻即可，一般为1 KΩ，调试时采用软件补偿的办法。
2)磁控管灯丝电流测量
磁控管灯丝电流是在磁控管灯丝变压器的副边增加了一个绕组，该绕组输出经简单的二极管整流和电容滤波后，输送到指针式微安表显示。正常情况下，该电流值是一直波动的，只要不超过允许的范围即可。因为测量精度要求很低，所以还是采用图3所示的调理电路。R1和R2之和约等于1kΩ。
3．3 其他监测点的调理电路
1)脉宽和周期测量
脉宽和周期是同一个数字电路输出的，其电平与单片机电平一致，可直接相连。实际电路中桥接一个微分电路，使输出的较宽脉冲变换成窄脉冲，以利于定时器的捕获与分辨。
2)交流电频率测量
利用互感器后的输出电压是幅值为100 mV的交流电，经半波整流后调理为0～5 V的半波直流脉动电压。一般是对该电压进行高速采集计算出频率，这样会严重浪费单片机的资源，加重运算负担，本方案采用如图2所示调理电路。

R1和R2之间的电位为0 V～5 V～0 V～5 V循环变化(半个正弦波)，R3和R4之间的电位调整为2．5 V，LM324接成电压比较器。交流电一个周期内，在正半波上升段穿过比较电平时，比较器输出高电平，在正半波下降段穿过比较电平时，比较器输出低电平，在负半波内，比较器保持低电平。这样交流电一个周期内输出一个宽脉冲，经微分电路后一正一负两个窄脉冲，其中负向窄脉冲被二极管V2过滤，送到A／D的只有一个正脉冲，通过计数器1计数即可得到交流电的频率值。如图3所示。

4 程序设计举例
所有监测点及隔离点都由单片机控制。对于测量脉宽、周期和频率的定时器和计数器，以及判断电压的4个中断，都是通用程序，不做介绍。主要说明6个A／D通道的设计思想。
6个A／D通道用通道数n控制，由通道1到通道6遍历采集分析，如有故障需要隔离的话，则记录此信息、发出声音报警并启动相应的隔离端口；若无故障的话则循环检测。
通道n的采集判决思想是：连续启动A／D3次，分别记录采集的数据xn、yn、zn，取该3个数的中间数记为rn，作为一次有效采集值。调试程序时已经赋予了an、bn、cn、dn为参考值，其中an为故障上限，bn为允许上限，cn为允许下限，dn为故障下限。若rn>an或rndn，则判为故障，需要隔离；若rn在[an，bn]、[cn，dn]区间内，则判为隐患，记录rn及当前时间值，设备仍可继续运行；若rn在[bn，cn]区间内，则判为正常，设备继续运行。测量值分类如图4所示，程序流程图如图5所示。