一种便携式大功率微波开关原位检查仪
技术领域
本发明属于微波开关检测技术领域，具体涉及一种便携式大功率微波开关原位检查仪。
背景技术
电子战装备一般覆盖频率广、空域大，为了实现大功率、宽频带电子干扰，大多采用空间多波束功率合成技术，在其覆盖的频段范围内分别设置多个发射机，为此，每个发射机配套设置多个大功率微波开关，以某型任务系统为例，其大功率微波开关多达60多个。为了检测其微波开关性能，需要将任务系统显控装置和发射机同时加电，3～4人同时配合，通过任务系统软件控制微波开关阵工作，采用人工监听的方式判断开关是否闭合或者断开，这种检测方式一方面消耗了发射机核心器件行波管的寿命，另一方面结果不可靠、检测效率低，难以满足部队战训任务需求。为此，急需研制一种便携式原位检查仪，1个人即可完成其性能检测并记录结果，提高任务系统保障效率。。
现有任务系统保障中，对大功率微波开关的性能检查需要多人配合，同时对载机显控台和发射机同时进行加电，通过人工方式监听开关工作状态，结果不可靠、效率低，同时会降低行波管寿命，不能满足快速精准保障需求。目前并没有针对开关原位检查的设备，所以这一领域属于空缺，为此制一种便携式原位检查仪意义重大。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中存在的问题提供一种便携式大功率微波开关原位检查仪，该检查仪通过驱动大功率微波开关，在不需要载机显控台和发射机同时进行加电情况下，1个人即可在原位自动快速判定开关工作状态，并将测试结果进行上报分析，极大提高了任务保障效率。
本发明的技术方案是：
一种便携式大功率微波开关原位检查仪，包括与大功率微波开关连接的用于读取每个开关的闭合状态信号的信号采集电路、用于控制大功率微波开关的闭合和断开的开关驱动电路和用于提供用电需求的电源管理电路，所述的信号采集电路、开关驱动电路和电源管理电路同时与ARM嵌入式系统连接，所述的ARM嵌入式系统通过网络接口连接结果处理软件客户端，同时连接显示接口电路对结果进行公布显示；所述的电源管理电路通过充电器与外接电源连接进行电源传输。
具体的，所述的ARM嵌入式系统采用SamsungS5PV210芯片。
具体的，所述的显示接口电路包括四线电阻式触摸屏接口和群创七寸真彩LCD。
具体的，所述的电源管理电路包括升压电路和降压电路，所述的外接电源供电方式有AC220V和DC28V，所述的原位检查仪内部采用锂电池进行供电。
具体的，所述的升压电路采用XL6009-ADJ可调升压芯片。
具体的，所述的降压电路采用XL1509-5V和XL1509-3.3V降压芯片。
具体的，所述的开关驱动电路包括至少一路继电器驱动电路及与其连接的继电器。
具体的，所述的信号采集电路包括与大功率微波开关连接的开关状态读取电路、对电池电压、控制电压类电源信号进行实时监控的AD变换电路。
具体的，所述的ARM嵌入式系统还包括控制电路，所述的控制电路采用C8051F020单片机。
大功率微波开关主要是指SP2T、SP3T开关，其控制信号是直流28V，对于SP2T微波开关而言有一根控制线，如果控制线接地，微波开关通道1和公共端闭合，如果控制线接DC28V，通道2和公共端闭合；同理，微波开关SP3T有两根控制线，也采用同样的控制方法。每个微波开关除了以上的控制信号输入端口、微波信号的输入/输出端口，还有相应的状态监控信号输出端口，通过读取状态监控信号能够判断出微波开关的当前状态。
通过以上的分析可以知道：SP2T、SP3T开关阵列中每个开关的某种状态都有相应的控制和监测信号，如果能够对这些信号进行控制和回读，那么就能够知道微波开关当前工作的状态，从而判定其是否能够正常闭合和断开。因此本发明检查仪利用这个监测接口来对SP2T和SP3T开关阵列进行测试，通过研制控制电路来选择不同波段的开关阵列，利用软件给出检测结果并进行记录，从而可以达到快速检测和定位的目的。
本发明的有益效果是：该检测仪选用的嵌入式系统是以SamsungS5PV210芯片作为处理控制核心，运行主频可高达1GHz。并采用专业稳定的CPU内核电源芯片和复位芯片来保证系统运行时的稳定性；采用沉金工艺的七层板设计，专业等长布线，保证关键信号线的信号完整性。该嵌入式系统具有体积小、功耗低、运算速度快、中断响应时间短、支持实时多任务等优点
本发明的显示接口电路包括4线电阻式触摸屏接口和群创7寸真彩LCD，该LCD为电阻式触摸屏，屏幕分辨率可达800×480，显示面积大，色彩还原度较高。由于市场上的货架产品显示接口普遍采用扁平线设计，可靠性较差，因此LCD显示屏外部接口进行了定制，采用了可靠性较高的IDC40压线接口，可靠性较好。
本发明检查仪外部供电方式有AC220V和DC28V，内部采用大容量锂电池进行供电，其电源管理电路包括升压电路和降压电路，其中升压电路采用XL6009-ADJ可调升压芯片，其输入电压范围可以达到4～40V，通过调整外接电阻，可以使输出电压固定到DC28V，既可以满足锂电池的升压要求，也能够直接采用外部DC28V进行供电，不需要再单独设计电源切换电路。嵌入式系统和信号采集电路采用分离供电方式，所以降压电路分别针对嵌入式系统和信号采集选择降压芯片XL1509-5V和XL1509-3.3V，输入电压范围可以达到5～40V，转换效率达到95%，满足输入电压范围宽、转换效率高的要求，且较稳定。
本发明检查仪开关驱动电路用于控制大功率微波开关的闭合和断开，由于其工作电压为DC28V，电流最大可以达到400mA，因此在驱动电路设计时必须充分考虑满足大功率负载的要求，本发明采用欧姆龙的双路继电器进行开关切换，其体积小，在DC30V的情况下电流可以达到2A，完全可以满足大功率微波开关切换的要求，同时是双路切换，一路用来控制，另外一路可以进行检测。
本发明检查仪的信号采集电路主要功能用于读取每个开关的闭合状态信号，同时信号采集电路也要对电池电压、控制电压等电源信号进行实时监控，保证被测设备安全，因此信号采集电路还设计有AD变换电路，用于对电压信号进行变换。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是升压电路原理结构示意图；
图3是降压电路原理结构示意图；
图4是开关驱动电路原理结构示意图；
图5是开关状态读取电路原理结构示意图；
图6是AD变换电路原理结构示意图；
图7是控制电路原理结构示意图；
图8是检查仪测试系统软件原理结构框图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。
实施例1
如图1所示为本实施例提供的便携式大功率微波开关原位检查仪的原理结构示意图，该便携式大功率微波开关原位检查仪，包括与大功率微波开关连接的用于读取每个开关的闭合状态信号的信号采集电路、用于控制大功率微波开关的闭合和断开的开关驱动电路和用于提供用电需求的电源管理电路，所述的信号采集电路、开关驱动电路和电源管理电路同时与ARM嵌入式系统连接，所述的ARM嵌入式系统通过网络接口连接结果处理软件客户端，同时连接显示接口电路对结果进行公布显示；所述的电源管理电路通过充电器与外接电源连接进行电源传输。
嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器。便携式原位检查仪选用的嵌入式系统是以SamsungS5PV210芯片作为处理控制核心，运行主频可高达1GHz。并采用专业稳定的CPU内核电源芯片和复位芯片来保证系统运行时的稳定性；采用沉金工艺的七层板设计，专业等长布线，保证关键信号线的信号完整性。该嵌入式系统具有体积小、功耗低、运算速度快、中断响应时间短、支持实时多任务等优点。
本实施例中所述的显示接口电路包括四线电阻式触摸屏接口和群创七寸真彩LCD，该LCD为电阻式触摸屏，屏幕分辨率可达800×480，显示面积大，色彩还原度较高。由于市场上的货架产品显示接口普遍采用扁平线设计，可靠性较差，因此LCD显示屏外部接口进行了定制，采用了可靠性较高的IDC40压线接口，可靠性较好。
实施例2
本实施例中所述的电源管理电路包括升压电路和降压电路，根据指标要求，所述的外接电源供电方式有AC220V和DC28V，所述的原位检查仪内部采用锂电池进行供电，检查仪用电需求包括大功率微波开关所需要的DC28V、ARM嵌入式系统所需要的DC5V、开关驱动电路所需要的DC12V以及信号采集电路所需要的DC3.3V，因此供电方式多样，输出电压范围跨度大，同时要满足连续工作时间不小于4小时的要求。
在电池选择上，如果采用镍氢电池，其优点是电压可以直接做到DC28V，容量大，但缺点也很明显，体积不能满足要求。为了保证设备的小型化要求，采用单位体积容量最大的锂电池是最佳方案，而目前市场上的锂电池可以做到DC12V或DC24V，不能够直接使用，需要进行电压的二次变换。
由于要求连续工作时间不小于4小时，通过对耗电量进行分析，每个大功率微波开关切换时静态电流200mA，峰值电流400mA，连续工作4小时耗电量不大于50W；ARM嵌入式系统（包括液晶显示屏）最大耗电电流不大于2000mA，连续工作4小时耗电量不大于50W；驱动电路板和信号采集板4个小时的最大耗电量不大于50W，因此所选用的锂电池容量要不小于150W。
综合考虑以上供放电需求，检查仪采用DC12V容量20Ah的锂电池，采用大电流保护板，放电电流可以达到5A以上，因此无论是在功耗上还是在放电电流上都可以满足要求。并且在电池盒设计时可以充分考虑拆卸的便捷性。
升压电路设计
由于采用DC12V的锂电池，因此为了满足大功率微波开关测试的电压需求，需要设计DC12V到DC28V的升压电路，在升压电路的设计时要满足输入电压范围宽、转换效率高及驱动电流大的要求，通过比较选择，升压电路采用XL6009-ADJ可调升压芯片，其输入电压范围可以达到4～40V，通过调整外接电阻，可以使输出电压固定到DC28V，既可以满足锂电池的升压要求，也能够直接采用外部DC28V进行供电，不需要再单独设计电源切换电路，升压电路原理结构示意图如图2所示。
降压电路设计
降压电路设计主要是满足ARM嵌入式系统和信号采集电路板的供电需求，同时考虑到要直接采用DC28V进行供电，因此降压芯片选择时也要满足输入电压范围宽、转换效率高的要求，并且考虑到电源系统的稳定性，嵌入式系统和信号采集板采用分离供电方式，分别选择降压芯片XL1509-5V和XL1509-3.3V，输入电压范围可以达到5～40V，转换效率达到95%，其电路原理如图3所示。
实施例3
本实施例不同之处在于开关驱动电路，开关驱动电路用于控制大功率微波开关的闭合和断开，由于其工作电压为DC28V，电流最大可以达到400mA，因此在驱动电路设计时必须充分考虑满足大功率负载的要求，根据研制方案可以采用手动开关切换、自动光电耦合器切换以及继电器切换等方式。如果采用手动开关切换的方式，由于要满足8路SP3T和4路SP2T微波开关切换的要求，检查仪体积较大，并且测试时间长，效率低；如果采用光电耦合器切换的方式可以有效的减小设备体积和降低功耗，但由于光电耦合器在高温时的可靠性难以保证，经过反复试验、选择，采用欧姆龙的双路继电器进行开关切换，其体积小，在DC30V的情况下电流可以达到2A，完全可以满足大功率微波开关切换的要求，同时是双路切换，一路用来控制，另外一路可以进行检测。整个开关驱动电路由16个继电器及继电器驱动电路组成，电路原理如图4所示。
实施例4
本实施例中不同之处在于信号采集电路不同，所述的信号采集电路包括与大功率微波开关连接的开关状态读取电路、对电池电压、控制电压类电源信号进行实时监控的AD变换电路。
开关状态读取电路
开关状态读取电路需要对24路状态信号进行读取，24路状态信号可以设置为TTL电平，由于每次测试只需要读取一路状态信号，因此24路状态信号可以共用一路数字I/O进行测试，只需要设计相应的状态信号切换电路即可，考虑到状态信号电流较小，并且是TTL电平，采用多路模拟开关进行控制即可，电路原理如图5所示。
信号采集电路主要功能用于读取每个开关的闭合状态信号，按照1组SP3T大功率微波开关的测试需求设计，需要对24路信号进行检测。同时信号采集电路也要对电池电压、控制电压等电源信号进行实时监控，保证被测设备安全，因此信号采集电路还设计有AD变换电路，用于对电压信号进行变换。
AD变换电路主要对锂电池电压和大功率微波开关驱动电压进行监控，如果锂电池电压小于10V，欠压指示灯就会点亮。在对大功率微波开关进行测试时，开关闭合之前对DC28V进行检测，只有在标准范围之内才允许输出闭合控制信号，闭合信号输出之后，还需要对继电器输出电压进行检测，之后这两个电压都在标准范围之内，才读取大功率微波开关状态回线，这样做既可以保证大功率微波开关不会被意外烧毁，同时也能够确认测试结果的可靠性。AD变换电路的原理如图6所示。
实施例5
本实施例中不同之处在于ARM嵌入式系统，所述的ARM嵌入式系统还包括控制电路，所述的控制电路采用C8051F020单片机，其主要控制是对开关驱动电路和信号采集电路的工作状态进行控制，读取测试结果，然后通过通信接口上报测试结果，为了保证工作的可靠性，控制电路采用的单片机设计有复位电路，软件上采用看门狗监控，保证系统可靠运行，其原理结构图如图7所示，包括有控制输入接口、模拟量测试接口、通信接口并同时与C8051F020单片机连接，复位功能出发是有“控制输入接口”给的出发信号，也就是说什么时候复位是由外部控制的，其软件逻辑烧也是烧在C8051F020单片机中。
对本实施例检查仪进行软件测试，本检查仪应用软件采用WindowsCE6.0操作系统开发完成，包括依附于操作系统环境的应用程序及相关驱动程序两部分。驱动程序包括显示驱动、通信接口驱动等，是系统软件和硬件之间的桥梁。应用程序是整个系统功能的最终执行者，利用模块化的设计思想，它主要由测试设置、功能测试、辅助测试、结果管理及系统设置等组成，软件结构如图8所示，其中测试设置包括对飞机编号、开关选择的录入等，功能测试包括SP3T开关阵检测和SP2T开关阵检测，辅助测试包括对开关的定位测试和辅助驻波比测试，结果管理包括结果查看和结果传输，系统设置包括状态设置和校准标准的设置等。
具体的测试过程如下：
S1，设备器材的准备：大功率微波开关检查仪、SP2T系统、SP3T系统各1套；
S2，测试项目设置；
S3，系统自检，通过C8051F020单片机的女店员监控与自检单元对系统设备进行自检测试，测试结果正常进行下一步；
S4，功能测试：对SP2T系统功能测试， SP2T系统辅助性能测试、SP3T系统功能测试、SP3T系统辅助性能测试、定位测试、辅助驻波比测试；
S5，结果管理，步骤S4所述测试项目每个做三次，结果均应正常并通过显示设备进行结果查看，并通过通信单元对结果进行传输；
S6，系统设置，对个项目测试状态进行设置，并进行校准设置。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
