基于ARM7的激光测距机电路检测仪的设计

　　1 引言

　　军用激光测距机种类型号繁多, 主要由光学系统和电路系统组成。由于其构造精密, 故障率较高, 统计表明, 70%的故障在电路系统。电路部分待测信号参量多, 工作时序复杂, 传统的维修方法是通过外接分立器件提供激励, 借助万用表、示波器等通用工具进行各种电路参量的逐个测量, 整个过程引线复杂、自动化程度低、检测周期长, 不适于部队野外检修。因此本文设计了一套便携式的激光测距机电路自动检测仪器, 不仅能快速检测故障, 满足野外抢修的需要, 也为常规条件下的维修提供快捷方便的检修平台, 极大地提高了维修效率。

　　2 系统整体设计

　　通过对各型军用激光测距机的分析可知, 其电路系统主要由控制电源单元、接受放大单元、取样单元、连接单元、时序控制单元、逻辑计数及显示单元、外接显示单元等部分组成。其中前四个单元主要是模拟电路, 要检测的信号主要是电压信号(如600V 的雪崩管工作电压、200V 的点灯电压、800V 的激光器工作电压、5V 低压输出、12V 状态指示信号等)和电流信号(单元电路静态工作电流等), 而后三个单元主要是组合逻辑电路和时序逻辑电路, 要检测的信号包括选通模式和测距模式下的时序翻转状态、译码信号等。另外, 在各单元电路中均有正负脉冲信号、周期信号、振荡信号等, 脉宽在 20uS～4S 范围, 频率在10KHz 以内。而要实现对电路状态的检测, 必需从外部提供激励信号, 包括使能控制、启动脉冲、激光主波和回波模拟信号等,其最小脉宽在 1uS, 幅度大于 3V。

　　针对测试需求, 本文采用基于 ARM7 嵌入式处理器的测试方案, 其系统整体框架如图1 所示。其中, 测试资源包括激励信号的发生、被测信号的采集和测量电路及信号调理电路, 由嵌入式处理器控制运行; 针对每种型号的测距机, 对其所有电路单元的输入、输出信号进行总结归纳, 设计专门的适配器完成从测试资源的标准接口到单元电路对外接口的连接, 合理配置测试资源。基于这种结构, 对于某型测距机的检测, 只用设计相应的适配器, 再配以相应的检测程序即可完成调试和测量, 便于此测试仪的功能扩展, 有利于节省硬件资源。

图 2 系统整体硬件结构图

　　3 硬件组成及原理

　　系统的硬件组成包括基于 ARM7 核的 LPC2138 处理器模块、激励发生和时序测量模块、液晶显示和存储器扩展模块、键盘输入模块、信号调理模块及接口适配器模块, 如图2 所示。测试系统的工作原理是: 处理器接受键盘输入操作, 控制激励发生模块和驱动电路完成激励信号的产生, 为被测电路提供工作时序, 并通过时序测量模块和 AD 采集模块完成各电路参量如脉宽、周期、频率、电压、电流等信号的测量, 由 ARM7 处理测量结果, 进行故障分析判断, 并在液晶屏上实时显示测试波形和数据信息。信号调理模块完成对输入输出信号的整形处理。接口适配器为各型测距机的多块电路板提供测控接口, 使得本测试系统具有很好的可扩展性。各部分的功能及原理如下: