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电路板故障检测诊断系统的设计与实现侯彦松

发表时间：2020/10/15 来源：《基层建设》2020年第19期作者：侯彦松

[导读] 摘要：由于电路板起着优化用电器布局和固定电路的批量生产等作用，因而其在电路系统中得到了广泛的应用。

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        摘要：由于电路板起着优化用电器布局和固定电路的批量生产等作用，因而其在电路系统中得到了广泛的应用。与此同时，其故障检测也成为人们关注的重点。在早期，由于受我国技术水平的限制，在进行电路板故障检测时更多的采用人工或投影仪查看的方法进行检测，这种检测方式劳动强度大、检测效率低，随着电路板精密化的趋势，传统的故障检测方式已经无法适应社会的需要，自动化检测系统已经成为电路板故障检测的新需要。
        关键词：电路板故障；检测诊断系统；设计与实现
        当今社会电路板发挥的作用越来越大，人们对电路板故障检测诊断系统也越来越重视，本文主要探讨研究的就是电路板故障检测诊断系统的设计与实现，在这里主要设计的是一种基于 PCI 总线的电路板故障自动诊断检测系统，该系统建造成本低、速度快、适应性强，是一种通用的电路板故障检测诊断系统[1]。
        1 硬件系统的设计
        本文所要设计的电路板故障检测诊断系统主要有硬件系统和软件系统两个部分。首先，先来看一看其硬件系统。其硬件系统的设计主要包括三个方面，分别为数据采集卡的设计、矩阵电路开关的设计和电路板接口模块的设计。
        1.1数据采集卡的设计
        在电路板故障检测诊断系统中，数据是其进行诊断的一个重要依据，这些数据包括静态参数、直流电平参数和动态参数，通过对这些数据进行分析，可以有效地检测出电路板上元器件的好坏。对于数据采集卡来说，其所采集的信号可以分为三种，分别是电平变换信号、数字信号和电源信号，除此之外，还有一些其他种类的信号，但是由于这三类是最主要的，所以，在这里就不对其他种类的信号进行具体的讲解。而数据采集卡的主要功能就是采集上面所说的几种信号，为了更好地对上述信号进行采集，就要根据实际情况挑选相应的数据采集卡，在进行数据采集卡的选择时，需要选择的项目有很多，包括其接口方式、接口协议处理器、输入和输出指标、输入和输出指标和采集卡处理器等。数据采集卡常见的接口方式有 PCI、Compact PCI、CAN 和PCMCIA 等，本系统是基于 PCI 总线的，所以其接口方式和接口协议处理器等都是基于 PCI 的，输入输出指标有输入输出的模拟量精度和速率，为了提高其数据处理的速率，在该系统中使用了性价比比较高的 FPGA 采集卡处理器。
        1.2 矩阵开关电路的设计
        对于电路板故障检测系统来说，其矩阵开关电路是十分重要的一个内容，是其内部信息交换的重要枢纽。在矩阵开关电路中，比较重要的就是继电器和主控芯片。继电器是控制矩阵开关电路机械动作的核心部件，其对矩阵开关电路的相应时间有着直接的影响，所以，在进行矩阵电路开关设计时，要综合各种情况选择合适的继电器。本系统在考虑了机械使用寿命、电压承载能力、时间切换和适用性等各个方面之后，选择了Tx2-DC5V信号继电器，该继电器据有较高性价比的信号继电器，可以极大地提高矩阵开关电路设计的效率。对于矩阵开关电路的继电器来说，除了要对其进行输出控制，还要对其进行一些驱动操作，这就大大地增加了电路的复杂性，为了对其进行简化，本系统使用了功率逻辑器件 TPIC6B595 这一移位寄存器，该寄存器可以实现对信号继电器的直接驱动，可以有效地简化电路的复杂度。主控芯片是矩阵开关电路中的核心部件，是联系电路中各个设备的桥梁，其质量的好坏直接影响到整个线路的好坏，在综合考虑了质量、价格、适应性等方面之后，系统必须使用性价比比较高的中规模主控芯片[2]。

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        1.3电路板接口模块的设计
        在早期进行电路板故障检测时，往往采用人工的方式，导致漏检率比较高，检测效果比较低。随着信息技术的高速发展，人工检测电路板故障已经不能满足社会的需要，电路板故障的自动检测系统得到了较大的发展，在现如今的很多电路板故障检测系统中，为了减少人工干预，提高检测效率，电路板接口模块中很多使用到了针床夹具。但是，由于针床夹具的适用性比较差，大大地降低了检测系统的延伸性和通用性。为了避免这种问题，提高故障检测系统的拓展新和适用性，在进行电路板接口模块的设计时，本系统中使用了通用电路板接口模块，其主要包括三个部分，分别为可移动侦探模块、前端信号调理模块和针床模块。由于可移动侦探可以自由移动，因此其可以检测到一些固定针床提取不到的原件信息，极大地提高了诊断系统的测试效率。
        2 软件系统的设计
        在设计好电路板故障检测诊断系统的硬件系统之后，接下来就是电路板故障检测系统的软件系统。对于电路板故障检测系统的软件系统来说，其主要包括的内容有进行登录、初始化板卡的参数配置、读取测试文件、选择测量类型、选择矩阵开关通道、生成报表等。对于软件系统来说，不仅要将其设计出来，其后期的维护也是十分重要的，很多软件都要进行改造升级。所以，在一开始进行设计的时候，就要考虑到这些方面，尽量的设计出便于维护、可移植性好和方便升级的软件系统。比起其他的设计方式，模块化设计具有相对独立性、互换性和通用性等特点，所以为了达到上述效果，本系统的软件主要使用了模块化的设计方式，根据软件系统包括几大内容将其分为几个功能模块，主要有用户管理模块、初始化模块、测试文件模块、选择测量类型模块、激励类型自动选择模块和矩阵选择模块[3]。本系统为了提高测试的速度和精确度，还设计了高速和深度测试两种模式，在高速测试模式下，测试速度比较快，而深度测试就更加强调准确率了，根据不同的需求，用户可以任意选择这两种测试模式。
        3 故障检测系统性能测试
        在设计好相应的电路板故障检测诊断系统之后，并不能马上知道该系统性能的好坏。所以，为了了解该系统的可用性和准确性等性能，还要对其该系统进行相应的测试，辨别其整体性能的好坏。为了对该系统的性能进行更精确的测试，在此采用了深度测试方法、传统电路板测试方法和高速测试方法等方法对某一电阻两端的电压值进行了反复的测试。结果表明，虽然进行了反复多次的测试，但多次的测试结果之间误差比较小，无明显差异。由此看出，该系统的准确性比较高、稳定性比较好，可靠性比较强，具有较高的测试覆盖率。
        4 结论
        随着信息技术的高速发展，电路板也得到越来越多的使用，故障检测系统作为电路板故障检测的重要内容受到了人们的广泛关注。本文主要设计了一种基于 PCI 总线的电路板故障自动诊断检测系统。实验数据表明，该故障检测系统准确性、可靠性和稳定性都比较好，可以有效地提高电路板故障检测诊断效率。
        参考文献：
        [1] 贾娜，袁王红，戴军.自动测试系统的发展现状和前景 [J].科技与企业，2015（9）：85.
        [2] 姜伟，刘新妹，殷俊龄，等.用于自动测试系统继电器矩阵开关的设计 [J].计算机测量与控制，2016（5）：684-688.
        [3] 刘伟.印刷电路板的智能检测系统研究 [D].北京：中国地质大学，2015（4）：45