电子电路故障诊断系统的设计
摘要：该课题的名称为电子电路一体化检测与故障系统的设计。由于传统的电子装备故障诊断所需故障信息获取困难，且系统建立周期较长，因而提出建立一种基于仿真的电路板故障诊断系统来解决这些问题。该系统以智能测试和故障诊断技术作为研究对象，分析了在智能故障诊断系统中用到的故障模式分析、电路仿真、特征提取和故障定位等技术。重点研究了关键技术中的系统内部接口问题。模拟电路故障诊断理论和方法研究目前仍然是国际电路测试领域中极具挑战性的前沿和热点研究课题。半导体技术和工艺的飞速发展促进了模拟集成电路、模／数混合信号电路的广泛应用。对模拟电路测试和故障诊断提出了更高、更新的要求。由于模拟电路响应的连续性、非线性性和元件参数的容差性等固有的特点以及故障的多样性、复杂性，常规或者传统故障诊断理论和方法对模拟电路进行故障诊断难以在实际工程中达到预期的效果。因此研究高效、适应模拟电路发展需求的故障诊断理论和方法显得尤为重要。
关键字：传感器信息提取，故障模式分析，模数转换，电路仿真等
故障诊断是根据对被诊断对象测试所取得的有用信息进行分析处理，判断被诊断对象的状态是否处于异常状态或故障状态，确定故障的方位，预示故障的发生。早期的故障诊断是依据人对被诊断对象的感觉、听觉、触觉等感官和以往积累的相关经验，对其状态特征进行分析，判断某些故障的存在，或预测故障发生的时间。维修是为使设备保持或恢复到规定状态所进行的全部活动，即不仅包括设备在使用过程中发生故障（损坏）时进行修复，以恢复其规定状态的修复性维修，而且还包括在故障（损坏）前，预防故障以保持规定状态所进行的预防性维修活动。近年来，数字技术和超大规模集成电路广泛应用于功能电路板的设计中，电子设备的功能和结构也越来越复杂，因此对其的测试工作量大，对检测的质量要求高，一般情况下很难依靠人的感官和经验把故障因素检查出来。现代故障诊断技术是近年来随着电子计算机技术、现代测试技术和人工智能技术的迅速发展而发展起来的一种新技术，是指应用现代化仪器设备和计算机系统等高新技术设备，通过测试来检查和识别设备及零部件的实时技术状态，对其进行科学的诊断。应用故障诊断技术对设备进行测试和诊断，可以及时发现设备的故障和预防恶性事故的发生，从而避免出现重大损失。
现有电子电路检测诊断设备主要采用各种不同类型、不同型号的监测仪表组合而成，制造厂家依据各种机械的实际需求，采用外购或合作生产方式选用其它厂家生产的测量设备为自己的机械配装，由于所配仪表来自不同的生产厂家和单位，且种类各异，工作原理不同，其可靠性也有很大差异；另外，受各厂家技术水平的影响，即使同一类设备也会出现不同的效果，并且易于失效和损坏。
电子电路上常有的检测内容主要是电流、气压、气度、水温与转速等，而对于一些十分需要的项目却没有相应的测量设备或仪表，如电压、工作时间计数、流量、卸载高度及负荷重量等。又由于其种类、型号各异，造成在仪表盘上布置困难，有的机械上面多达十余个仪表，大小不同，样式不同，使整个仪表盘看起来零乱，而且不便于观察，既增加了安装布置的复杂性，也降低了使用上的可靠性。
电子电路现有的智能诊断系统一般都基于计算机系统，有的还需要计算机网络来实现，而电子电路实际作业大多在视野之外进行，由于很难具备上述所需的条件，这将导致现有的许多诊断技术不能在时机中应用。如何解决视野之外条件下对有故障的机械进行快速检测和维修，已成为目前应用中需解决的问题。
基于上述原因，我们认为有必要开发一套全新概念上电子电路状态检测与故障诊断系统，从而可以有效提高电子电路状况检测的准确性及可靠性。为此，文章应用数据采集、信号处理分析、专家系统等技术，研制并开发了一套全新概念的电子电路监测系统，可通过对机械状态测试、数据分析与故障诊断，确定机械的实时工作状态及所需的各种参数，确定机械的故障形式和故障部位，直至给出发生故障的零部件或元器件，从而对有故障的机械（特别是电路系统）进行快速监测和维修。
随着高新技术发展，电子设备的维护保障提出了更高的要求，基于现代测试技术、人工智能技术的电子设备故障诊断系统是测试维修的重要手段之一，电路板故障诊断技术提高了板级产品维护保障能力，加快了现代电子产品设计、生产、维修进程，增强了电子设备使用寿命，在军用武器电子装备和民用电子设备的维护保障中都具有重要的意义，具有广泛的应用。
专家系统诊断的基本思想是：先通过实验或仿真建立起一个可靠的知识库，该知识库包含了电路的环境知识、系统知识和一个规则库，其中知识库反映了系统的因果关系，具体到故障诊断系统中就是系统变量和故障类型、故障点之间的因果关系：然后通过人机接口得到实际运行中的特征变量值；将它应用到规则库进行推理，就得到了电路的基本工作状态和故障信息。该方法的缺点是知识库建立困难，特别是知识库庞大时更是如此。传统的故障诊断专家系统，大多是基于规则的专家系统，它将领域知识编成一系列产生式规则(表示形式为IF…，THEN…)。这种专家系统可以解决许多系统的故障诊断问题，但是由于对复杂的系统要利用大量的产生式规则(这种规则主要依赖人工编写)，因而故障诊断专家系统运行很慢，很难适应实时环境的要求；另外，当遇到未见过的新故障或新信息时，如此建立的专家故障诊断系统往往不能正确处理，会因推理能力弱而出现“匹配冲突”、“组合爆炸”及“无穷递归”等问题。要解决这些问题，除非不断进行规则更新，可是新规则与原有规则很有可能相互牵连，这必然导致在规则添加和删除时遇到难以处理的困难。总之，专家诊断系统存在知识获取“瓶颈”问题、难以维护、应用面窄以及诊断能力弱和不适应模糊问题等缺点。
专家系统就是利用计算机推理能力和领域专家的丰富经验，以及系统内部因果关系和人工智能的机器学习功能，设计出的一种智能计算机程序系统，解决复杂的系统故障诊断问题。专家系统对经验性的诊断知识进行形式化描述，突破个人局限广为传播，有利于存储和推广专家的经验，发挥专门人才作用，开辟了综合利用专家知识的新途径，比人类专家更可靠、灵活，不受环境影响。专家系统的知识结构中知识库与推理控制相对独立，可重写增删，可以结合其它诊断方法，构成知识结构的应用程序，拥有人机联诊功能，充分发挥了现场技术人员的主观能动性，并能逐步积累经验日趋完善，因此是很有生命力的故障诊断法。
传感器的特性主要是指输出与输入之间的关系。当输入量为常量或变化极慢时，其关系为静态特性；当输入量随时间较快变化时，其关系为动态特性。传感器的静态特性参数包括灵敏度、线性度、重复性、迟滞、温漂、稳定性（零漂）、分辨率等。传感器的动态特性是对时间变化的输入量的响应特性，为了便于研究，通常用正弦周期输入和阶跃输入作为“标准输入”，考察传感器的响应特性等。下面介绍一些主要的、通用的静态特性参数指标的定义。
毕业设计说明书目录
摘要………………………………………………………………………………………12
关键字……………………………………………………………………………………12
1. 引言………………………………………………………………………………… 12
2. 可行性方案论述…………………………………………………………………… 14
2.1 故障诊断查找的顺序…………………………………………………………14
2.1.1 故障诊断查找的基本顺序……………………………………………14
2.1.2 查找故障中试探性改变的次序………………………………………14
2.2 故障查找和排除的基本条件…………………………………………………14
2.2.1 对待查找电路要足够熟悉……………………………………………15
2.2.2 掌握较为全面的基础知识……………………………………………15
2.2.3 会熟练使用仪器设备…………………………………………………15
2.2.4 缜密的逻辑思维………………………………………………………15
2.3 电路故障诊断的可行方法……………………………………………………16
2.3.1 故障诊断分析…………………………………………………………16
2.3.2 确定故障范围…………………………………………………………16
2.3.3 查找故障电路…………………………………………………………16
2.3.4 确定故障的位置………………………………………………………16
2.3.5 故障消除………………………………………………………………17
3．故障检测诊断系统的原理论述 ……………………………………………………17
3.1 原理总述………………………………………………………………………17
3.2 传感器原理……………………………………………………………………17
3.3 中央处理器原理………………………………………………………………18
3.4 显示装置原理…………………………………………………………………19
3.5 控制装置原理…………………………………………………………………20
4. 主要电路器件和单元电路论述 ……………………………………………………20
4.1 电源模块………………………………………………………………………20
4.2 信号采集部分…………………………………………………………………21
4.3 MCU（Msp430） ………………………………………………………………21
4.4 键盘显示单元…………………………………………………………………24
4.5 通信接口………………………………………………………………………25
4.6 容量存储部分…………………………………………………………………26
4.7 时钟部分………………………………………………………………………27
5. 系统电路的设计 ……………………………………………………………………28
5.1 系统的硬件电路图……………………………………………………………28
5.2 系统的软件部分………………………………………………………………28
6．参考文献 ……………………………………………………………………………36
参考文献
1．赵保经，中国集成电路大全TTL集成电路.北京:国防工业出版社，1985
2．丁志刚、李刚民，单片微型计算机原理与应用.北京:电子工业出版社，199。
3．宋跃，数字集成电路的故障检测方法研究，现代仪器使用与维修，1996 5:28一31
4．曾芷德，数字系统测试与可靠性，长沙:国防科技大学出版社，1999
5．周智德，单片机原理及应用，北京，高等教育出版社，2001
6．徐爱均，智能化测量控制仪表原理与设计，第2版，北京，北京航空航天出版社，2006
7．罗惠敏，电子电路故障诊断技术，无锡职业技术学院，2008
