傳感器自診斷技術(shù)研究報告

1、-. z.傳感器自診斷技術(shù)研究1自診斷概述所謂自診斷就是利用事先編制好的檢測程序?qū)x器的主要局部進(jìn)展自動檢測，并對故障進(jìn)展定位。自診斷功能給儀器的使用和維修帶來了很大的方便，是提高儀器可靠性的必要手段。一般儀器的自診斷有兩種類型，一種是脫機(jī)自診斷，所謂脫機(jī)自診斷是指在儀器執(zhí)行應(yīng)用程序之前或間隙中進(jìn)展的自診斷。由于這種自診斷是在脫離應(yīng)用程序的情況下進(jìn)展的，故稱為脫機(jī)自檢。儀器加電以后，儀器首先進(jìn)入該自診斷程序，告訴用戶儀器是否處于正常工作狀態(tài)，而且在儀器工作的間隙里，用戶可以隨時調(diào)用該程序，以檢測儀器是否處于正常狀態(tài)。另一種是在線自診斷，所謂在線自診斷是指在儀器正常的工作過程中按照操作人員的要求

2、對儀器特定模塊的自診斷?，F(xiàn)代儀器的自診斷一般包括兩方面的容：一方面是指儀器壞了時能出現(xiàn)響應(yīng)，這是比擬初級的自診斷；另一方面是指儀器有潛在故障或者當(dāng)精度、特性下降時就能發(fā)現(xiàn)并修復(fù)。儀器的自診斷系統(tǒng)一般是獨(dú)立的軟硬件模塊。要完成自診斷過程，首先要找出儀器中的關(guān)鍵部位，將其正常測量狀態(tài)和被鼓勵狀態(tài)下的各種參數(shù)記錄并保存，需要注意的是歷史記錄也要保存。其次要能隨時將各個閉環(huán)回路翻開并檢測，以便在自診斷過程中根據(jù)不同的需要完成不同的任務(wù)。下列圖就是過程測量儀表中自診斷系統(tǒng)的構(gòu)造框圖。圖1 自診斷系統(tǒng)構(gòu)造框圖2 自診斷的常用方法及存在的問題在現(xiàn)實環(huán)境中，無論是那一種儀器儀表，隨著時間的推移和環(huán)境的改變，它

3、的各種元器件都會慢慢老化，特別是*些敏感元件更為明顯，例如一些熱敏電阻等。下面將介紹幾種在工業(yè)分析儀表中常用的自診斷方法，并分析其存在的問題。2.1 算法模型自診斷算法模型自診斷的根本原理是首先檢測主要的被測參數(shù)，在測量的過程中另外測量多組變量，然后依據(jù)一定的模型和算法進(jìn)展分析、測量和計算，從而來判斷測量結(jié)果是否正確。所以，這類儀器除了需要輸出測量結(jié)果以外，還需要輸出一個狀態(tài)信號來判斷測量的狀態(tài)。如圖 2 所示。圖2 計算分析自診斷圖2.2 疊加信號自診斷這種方法的根本原理是在測量輸入信號的同時，連續(xù)或周期性的輸入一組信號。這些信號可以是多種類型的信號，如高頻或脈沖信號，它與被測量信號疊加后經(jīng)

4、過測量通道在信號處理單元進(jìn)展處理，最后經(jīng)過特定的算法處理后，輸出測量數(shù)據(jù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)，其根本流程圖如下。圖3 疊加信號自診斷2.3 周期性自診斷周期自診斷的流程如圖4所示，可以看出，一個自動開關(guān)周期性地將測量信號和一些變量輸入通道，經(jīng)過測量通道到達(dá)信號處理單元，同樣經(jīng)過特定的算法和計算后，最后輸出測量數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息。這個方法比擬有效，但它的缺點是使測量信號離散，從而可能產(chǎn)生失真和誤差。圖4 自動周期自診斷3 自診斷軟件對儀器各個模塊的自診斷一般情況下應(yīng)該分別寫出子程序，以便需要時調(diào)用。各段子程序的入口地址為TSTi(i =0,1,2),對應(yīng)的故障代號為TNUM(0,1,2)。編程時，由序號通過表

5、1所示的測試指針表TSTPT來尋找*一自診斷子程序入口，假設(shè)檢測出有故障發(fā)生，便顯示其故障代號TNUM。對于周期性自診斷，由于它是在測量間隙進(jìn)展，為了不影響儀器的正常工作，有些周期性自診斷工程就不需要安排，例如，顯示器周期性自診斷、鍵盤周期性自診斷、破壞性RAM周期性自診斷等。而對開機(jī)自診斷和鍵盤自診斷則不存在這個問題。表1 測試指針表一個典型的含有自診斷功能的智能儀器的操作流程如圖5所示。圖 5 含自診斷的儀器操作流程圖 在圖5中，其中開機(jī)自診斷被安排在儀器初始化之前進(jìn)展，檢測工程盡量多項選擇。周期性自檢 STEST 被安排在兩次測量之間進(jìn)展，由于允許兩次測量之間的時間間隙有限，所以一般每次

6、只插入一項自診斷容，屢次測量之后才能完成儀器的全部自診斷工程。圖6給出了能完成上述任務(wù)的周期性自診斷子程序的操作流程。圖6周期性自診斷子程序的操作流程圖在圖6中，根據(jù)指針 TNUM 進(jìn)入 TSTPT 表取得子程序 TSTi 并執(zhí)行之。如果發(fā)現(xiàn)有故障，就進(jìn)入故障顯示操作。故障顯示操作一般首先熄滅全部顯示器，然后顯示故障代號 TNUM，提醒操作人員儀器有故障。當(dāng)操作人員按下任意鍵后，儀器就退出故障顯示有些儀器在故障顯示一定時間后自動退出。無論故障發(fā)生與否，每進(jìn)展一項自診斷，就使 TNUM 加 1，以便在下一次測量間隙中進(jìn)展另一工程自診斷。上述自診斷軟件的設(shè)計方法具有一般性，由于各類儀器功能及性能差

7、異很大，一臺儀器具體的自診斷算法的制定要結(jié)合各自的特點來考慮。4 自診斷在現(xiàn)代智能儀表中的應(yīng)用自診斷是現(xiàn)代儀表的一個顯著特點。在現(xiàn)代儀器儀表中,自診斷不僅在儀表壞了才出現(xiàn)響應(yīng),而且還會在發(fā)現(xiàn)儀表潛在性故障時或在精度、特性下降時,利用冗余硬件自動進(jìn)展修復(fù)。儀器儀表的自診斷系統(tǒng)一般是獨(dú)立的硬、軟件功能塊。它是以微處理器為根底的處理單元,在邏輯上不同于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、采樣和處理系統(tǒng)。其信息的傳遞和轉(zhuǎn)換可在系統(tǒng)部快速完成,它采用鼓勵)響應(yīng)/回送(loop-back)技術(shù)。為了滿足自診斷過程的要求，首先要找出儀表電路中的關(guān)鍵點,存儲各種被鼓勵狀態(tài)和正常測量狀態(tài)的電參數(shù)(歷史記錄也應(yīng)存儲);其次要隨時能將各個閉

8、環(huán)回路翻開進(jìn)展/回送檢查,其時鐘能隨時自動調(diào)整,以便在自診斷過程中完成不同的作業(yè)。圖7是過程測量儀表自診斷系統(tǒng)的框圖。圖7 自診斷系統(tǒng)框圖4.1 智能儀表中的構(gòu)造功能診斷法微機(jī)系統(tǒng)上電后,首先進(jìn)入開機(jī)自診斷狀態(tài),全面地檢查重要的單元或器件(如8031、EPROM、RAM等)是否正常。假設(shè)正常則系統(tǒng)進(jìn)入常規(guī)工作狀態(tài),否則,在顯示器上顯示出故障的類型和位置。在進(jìn)展常規(guī)工作過程中,還對*些重要單元進(jìn)展動態(tài)自診斷,一旦發(fā)現(xiàn)故障,也立即自動顯示故障類型及位置。因此,自診斷包含兩個方面的容:一是確定線路中是否存在*些類型的故障,這稱故障檢測;二是指示出故障確實切位置,以便維修或采用容錯手段將其排除或屏蔽,

9、這稱故障定位。自1959年Eldred首先提出一維通路敏化的方法解決組合電路的局部診斷問題以來,已有多維敏化法、布爾差分法、布爾微分法、因果函數(shù)法等構(gòu)造診斷法相繼問世。但是,這類方法對于大規(guī)模集成電路已不能滿足實際要求。因此,又先后出現(xiàn)了功能診斷法和構(gòu)造功能診斷法。微機(jī)系統(tǒng)常采用的器件,如8031、EPROM、ADC0804、DAC0832等不同于一般的數(shù)字電路,它們不是邏輯門的簡單集合,不允許也不必要深入到芯片部去檢測它是否存在故障,以及故障所在的部位。因此,只需通過檢測其功能來進(jìn)展故障診斷。根本思想是:將系統(tǒng)按功能分成假設(shè)干大模塊,再將每個大模塊分成假設(shè)干小功能模塊。從一個最根本的,易于診

10、斷的,且為以后診斷其它功能模塊所經(jīng)常用到的功能模塊開場診斷,確定它無故障后,便以它為根底,/從小啟動0,依次對越來越復(fù)雜的功能模塊進(jìn)展故障診斷,這就是構(gòu)造功能診斷法。4.1.1 EPROM的自診斷EPROM中存放著微機(jī)系統(tǒng)的監(jiān)控程序和重要數(shù)據(jù),它的任一存儲單元的失效,都將導(dǎo)致整個控制軟件的失靈。必須保證在整個測量過程中不出故障。其診斷要:第一,是否能正確讀出其容;第二,它的容是否已被破壞。采用開機(jī)自診斷和動態(tài)自診斷兩種方法進(jìn)展。為了診斷方便,采用了模塊構(gòu)造形式。在每一模塊的最后一個字節(jié),增加一個八位的奇偶校驗字,用它來使該模塊中的每列數(shù)據(jù)位的奇偶性為1。即系統(tǒng)開機(jī)上電后,先檢測8031無故障后

11、,再檢測E-PROM。逐個讀出每個模塊中的每個字節(jié),與前一個字節(jié)進(jìn)展/異或0操作,在完成對每一模塊的這一檢測后,累加器的容應(yīng)是#FFH,否則,提示該模塊有故障。EPROM的動態(tài)自診斷是借助8031的定時器,在程序運(yùn)行到每一模塊時,先對定時器預(yù)置本模塊運(yùn)行所需時間(留余地),正常運(yùn)行時,每一模塊完畢,立即對定時器清零。假設(shè)該模塊出現(xiàn)故障,規(guī)定的計數(shù)時間到達(dá),并未被清零,定時器將發(fā)出脈沖信號,一方面顯示故障模塊的代號,另一方面使系統(tǒng)復(fù)位,重新啟動運(yùn)行。假設(shè)恢復(fù)正常運(yùn)行,則說明該模塊發(fā)生了暫時故障,且自動排除。否則,為固定故障,必須更換或重寫。4.1.2 RAM的自診斷RAM是微機(jī)中的重要部件,主要

12、用它存取現(xiàn)場的各種輸入/輸出數(shù)據(jù)和中間計算結(jié)果,或用它來與外存儲器交換信息和作為堆棧。它的存儲單元中的容既可讀出,也可寫入。其診斷方法很多,如列條法、棋盤法、散步法、地址極端法等。這里我們介紹躍步模式法。假設(shè)將#55H寫入所有的單元,然后,讀第i單元是否正確,以檢驗該單元的讀寫功能;再將該單元改寫成反碼#AAH,之所以改寫為反碼,是因為此時地址存放器和譯碼器的每一位都要發(fā)生變化,屬于一種極端情況。再讀出,以檢驗該單元的寫入恢復(fù)功能及取數(shù)時間是否存在故障;最后,再檢測其它單元是否仍為#55H,以檢驗這些單元是否因第i單元的改寫而寫了任何東西。至此,第i個單元診斷完畢,再轉(zhuǎn)入第i+1單元,重復(fù)上述

13、過程直至RAM的所有單元診斷完畢。以地址為#7F00H7FFFH的8155為例,測試程序如下:MOV DPTR,#7F00H ;8155RAM起始地址MOV R1,#00HCLR 00H ;出錯標(biāo)志位置0TEST1: MOV* DPTR,#55H ;全部寫入#55HINC DPTRDJNZ R1,TEST1MOV DPTR,#7F00HTEST2: MOV* A,TPTR ;讀出一單元容CJNE A,#55H,ERR ;假設(shè)不等于#55H,出錯CPLA ;求反MOV* DPTR,A ;再寫入MOV* A,DPTR ;再讀出CJNEA,#0AAH,ERR;假設(shè)不等于#0AAH,出錯MOV A,#

14、55H ;再寫入#55HMOV* DPTR,APUSHDHL ;保存數(shù)據(jù)指針低八位MOV DPTR,#7F00HMOV R1,#0FFHTEST3: MOV* A,DPTR ;循環(huán)檢查其它存放單元是否被改寫CJNE A,#55H,ERRINC DPTRDJNZ R1,TEST3POP DHL ;恢復(fù)數(shù)據(jù)指針低八位INC DPTR ;檢查下一單元MOV A,DHLCJNE A,#0FFH,TEST2RETERR: SETB 00H ;出錯標(biāo)志位置1RET4.1.3 A/D轉(zhuǎn)換模塊的自診斷微機(jī)系統(tǒng)中A/D轉(zhuǎn)換通道往往不止一路,在*一路模擬輸入端接地,啟動A/D轉(zhuǎn)換后讀取結(jié)果,如果等于預(yù)定值,則A/D通道正常。如ADC0809,當(dāng)模擬輸入端接地時,轉(zhuǎn)換結(jié)果應(yīng)為80H,轉(zhuǎn)換時間一般為100Ls,同時轉(zhuǎn)換完畢以后,EOC引腳應(yīng)出現(xiàn)高電平。因此,在啟動轉(zhuǎn)換的同時,也啟動定時器,定時值略大于100Ls,EOC引腳接8031的INT0腳,假設(shè)在定時圍,INT0收到EOC腳的上跳信號,則A/D通道正常,定時器復(fù)位,且關(guān)閉定時器;否則,定時器計數(shù)溢出,并提示該A/D轉(zhuǎn)換通道發(fā)生故障。假設(shè)在定時圍,INT0收到EOC腳的上跳信號,但轉(zhuǎn)換結(jié)果不等于80H,則說明產(chǎn)生零漂