系统和MapInfo在电路故障诊断技术的应用

 

　　随着科学技术的快速发展，特别是数字技术及各种超大规模集成电路的广泛应用，电子装备尤其是军用电子装备结构越来越复杂，功能越来越完善，自动化程度也越来越高。虽然电子系统的性能得到提高，但是对测试和维修保障也产生了测试流程复杂、测试时间长、维修保障困难、维修费用高等诸多问题，这些问题严重影响了电子设备的完好性和寿命周期。

　　电路板故障诊断技术，可以快速、准确地对电子系统是否异常进行判断，对于出现的故障进行快速定位，并将故障隔离到可更换单元。在电子设备维护保障中应用现代故障诊断技术，可以提高系统的可靠性、有效性，保障设备发挥设计能力，延长使用寿命，降低寿命周期费用；通过检测监视、故障统计分析及性能评估等，为设备优化设计提供数据和信息，因此研究电子设备尤其是电路板故障诊断技术，将研究成果产品化推广应用，具有广阔的应用前景。利用基于MapInfo和系统的电路故障诊断系统，可以帮助测试技术人员及时、准确地对各种异常状态和故障做出诊断，并预防和消除故障。

　　1 故障诊断系统的总体设计

　　故障诊断技术发展至今，已提出了大量较成熟的方法。按照国际故障诊断权威FRANK P M教授的观点，所有的故障诊断方法可以分为3种：（1）基于解析模型的方法；（2）基于信号处理的方法；（3）基于知识的方法[1]。基于知识的诊断方法包括基于系统的方法、基于模糊的方法、基于神经网路的方法和基于故障树的方法[2]。

　　逻辑转换装置的测试系统设计如图1所示。本文采用系统的方法设计故障诊断系统，诊断的结果还将通过电子地图的方式提供给测试人员。

　　2 故障诊断系统的设计

　　系统是一个智能计算机程序系统，其内部含有大量的某个领域水平的知识与经验，能够利用人类的知识和解决问题的方法来处理该领域问题。也就是说，系统是一个具有大量的专门知识与经验的程序系统，它应用人工智能技术和计算机技术，根据某领域一个或多个提供的知识和经验，进行推理和判断，模拟人类的决策过程，以便解决那些需要人类处理的复杂问题，简而言之，系统是一种模拟人类解决领域问题的计算机程序系统。

　　系统故障方法是计算机在采集被诊断对象的信息后，综合运用各种规则（经验），进行一系列的推理[3]。必要时还可以随时调用各种应用程序，运行过程中向用户索取必要的信息后，就可快速地找到终故障或有可能发生的故障，再由用户来证实[4]。

　　本文设计的系统如图2所示，由人机接口、数据库、推理机、知识故障库等组成。

　　人机接口：人与系统打交道的桥梁和窗口，也也是人机信息的交互界面。

　　数据库：采集大量信号和器件在测试中的正确状态。如输入输出信号线、中间信号在测试过程每一步的正确值及开关、灯、继电器以及三极管在测试中的正确状态。系统采用Access完成知识和数据的存储，信息以表的形式存储。数据库的结构易于系统推理加工和处理，在管理软件的控制下，数据库接收和存储有关故障类型的信息和相对应的信息。

　　推理机：根据获取的信息，综合运用各种规则进行故障诊断、输出诊断结果。本系统设计了两种算法：（1）通过计算匹配度确定故障原因。根据已知的错误信息检索数据库，保存匹配度大于0的所有故障类型，并按匹配度大小进行排队，匹配度大的故障类型是实际发生故障的可能性比较大，由此可以根据知识库推理出可能出错的元器件。（2）根据测试中错误信号的分布范围确定故障位置。根据报错的所有测试步骤，查询涉及到的输入输出信号、中间信号、交叉信号，并通过比对输出。技术人员在地图上根据信号找到出错的元器件。

　　知识故障库：包括所有的故障类型和故障类型对应的信息。故障类型与其对应信息可以在线检测时添加，使得知识库在使用中会不断丰富壮大。

　　3 电路地图的开发制作

　　3.1 基于MapInfo制作电路地图的步骤

　　MapInfo是美国MapInfo公司的桌面地理信息系统软件，是一种数据可视化、信息地图化的桌面解决方案。它依据地图及其应用的概念、采用办公自动化的操作、集成多种数据库数据、融合计算机地图方法、使用地理数据库技术、加入了地理信息系统分析功能，形成了极具实用价值的、可以为各行各业所用的大众化小型软件系统。MapInfo 含义是“Mapping + Information（地图+信息）”即：地图对象+属性数据。

　　经过获取栅格图、配准栅格图、地图图层化三个步骤后得到的部分电路地图如图3所示。

　　图3是制作完成的控制逻辑转换装置PCB电路地图的一部分。包括元件C19（电容）、C8（电容）、D1（CPLD）、以及元件管脚上的信号。图层1是作为背景的栅格图像层；图层2是信号图层，由星状标识构成，每一个星状标识代表一个信号；图层3是信元器件图层，由黄色多边形构成，每一个多边形代表一个元器件。

　　地图编码首先将以上所得到的三个图层制作成一个“。gst”文件，然后采集“。gst”文件中元器件和信号的名称、位置、放大倍数等信息，并将其保存到Access数据库，这样就可以实现调用地图进行SQL查询，但由于尚无导航功能，因此必须以此为基础进行二次开发。

　　3.2 基于VB.Net+MapX的导航电子地图实现

　　电子地图（英语：Electronic map），即数字地图，是利用计算机技术，以数字方式存储和查阅的地图。 电子地图储存资讯的方法，一般使用向量式图像储存，地图比例可放大、缩小或旋转而不影响显示效果，早期使用位图式储存，地图比例不能放大或缩小，现代电子地图软件一般利用地理信息系统来储存和传送地图数据，也有其他的信息系统。

　　MapX是MapInfo的ActiveX控件产品。它是一种基于Windows操作系统的标准控件，因而能支持绝大多数标准的可视化开发环境，如Visual C++、Visual Basic、Delphi、PowerBuilder、Visual Studio.NET等。利用MapX能够简单快速地在软件中嵌入地图化功能，增强软件的空间分析能力。

　　在VB.Net环境下集成MapX开发GIS，将MapX做为控件软件添加到应用程序中，然后通过设置属性和调用该属性方法来实现。

　　3.2.1 添加MapX控件

　　在VB.Net开发环境界面中，在工具栏中点击右键，选择“Choose Items”项。在随即弹出的对话框中，选择“COM Components”选项卡，选中“MapInfo MapX V5”。即可完成添加。

　　3.2.2 利用MapX控件实现图形的显示、缩放、漫游、定位查询

　　（1）图形显示

　　首先在工具栏中调用MapX控件，然后在显示图形窗体（frmView）上添加MapX图，在初始化添加如下代码。

　　Private Sub Form_Load（）

　　Dim lyr As MapXLib.Layer

　　Map1.Layers.Add App.Path & “\map\totalmap.tab”

　　Map1.Zoom=180′设置图形初始显示比例

　　Map1.CenterX=-1.2′设置图形初始显示X轴中心

　　Map1.CenterY=1′设置图形初始显示Y轴中心

　　Set lyr=Map1.Layers（“totalmap”）

　　lyr.Editable=False′设置图形不可编辑

　　lyr.Selectable

　　End Sub

　　（2）图形缩放、漫游

　　先在显示图形窗体（frmView）上添加放大按钮、缩小按钮、漫游按钮。

　　这3个功能的实现调用MapXLib中的函数miZoomInTool、miZoomOutTool和miPanTool来实现。

　　（3）图形定位

　　定位功能有着重要的实用意义，技术人员将不必翻找大量资料，在定位元器件或信号的同时，技术人员还可获取该元器件或信号的信息（如名称、当前的正确状态），以便进行下一步排故工作。

　　VB.Net定位功能实现的思路：在某一图形窗体（frmView）上放2个MapX控件：Map1（主图）、Map2（鹰眼图，也称导航图）。然后编写相应代码在鹰眼图上创建一个图层，在该图层上添加一个矩形Feature，该矩形的大小随着主图边界而变化。

　　完成以上工作后，电子地图可以放大、缩小、移动，通过主副图配合使用，技术人员能够快速地找到故障位置，获得相关信息。

　　4 系统用户界面设计

　　测试系统中与故障诊断界面相关的有故障分析界面和地图操作界面。

　　（1）故障分析界面主要实现4个功能：输入错误信息、选择算法诊断、输出诊断界面、向故障知识库添加新知识。

　　（2）地图操作界面进一步辅助用户分析。用户输入出错的测试步骤时，地图会自动定位到相关的原理图或PCB图相关的元件上。通过查看电路图，用户就可以进一步验证故障分析的结果。

　　此外，在地图操作界面上，用户可查出测试中每一步所有信号的正确状态。因此用户可判断某一信号的状态是否正确，方便手动排除故障。地图操作定位界面如图4所示。

 

　　本系统采用人机对话界面风格，系统功能按层次全部列于屏幕上，用户可直接用键盘、鼠标等各种设备选择各项功能。在各子功能菜单上设计各种类型的对话框及图标，实现高度交互性，提高对无效信息的屏蔽，同时统一各菜单标准，提供运行指导和联机帮助功能。

　　通过对故障诊断系统的现场调试实验，对该方法进行了大量有效验证，实践证明该方法能够较好地实现对该电路系统的故障诊断，并且与原测试系统相互配合，合为一体。与其他电子电路的故障诊断方法相比，采用系统和MapInfo方法设计的故障诊断系统，不但能诊断出故障原因和故障位置，还可将电路图做成电子地图，直观、形象地查看故障，便于用户实施解决方案。