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基于Arduino的装备维修示教系统研制 　　摘要：为了解决复杂电子装备维修教学过程中，成本过高，效果不好的问题，研究了基于Arduino的装备维修示教系统。通过对目标装备电路板仿真与重新设计，在保持电路基本功能和电路板外部特性进行不变的基础上，以Arduino Mega2560微控制板为核心，以Greatal液晶触摸显示屏为交互设备，设计了信号调理电路、故障设置电路，实现了故障植入、关键点信号监测等功能。 　　关键词：装备维修；示教系统 　　中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）32-0043-02 　　1概述 　　在对复杂电子装备进行维修教学的过程中，主要培养学员根据故障现象，分析故障原因，检测关键点的参数，查找故障点的能力。在学员训练过程中，如果使用实装进行维修训练，主要存在以下问题：1）训练过程中损坏情况比较严重，降低了装备的寿命；2）实装内部比较狭小，不方便检测；3）实装价格昂贵，开设多组同时进行训练，成本过高。 　　我们研制的某型装备维修示教系统采用电路仿真技术，对原电路进行仿真与重新设计，在保持电路基本功能和电路板外部特性进行不变的基础上，以Arduino控制板为核心，增加故障植入[1]与关键点信号监控功能。教学过程中，教员可以通过跳线或动态植入的方法预先设置电路故障，学员在进行维修过程中，可以通过屏幕实时的查看关键点信号参数，便于学员进行检测和维修训练。 　　2研究方案 　　2.1 系统硬件总体框架 　　系统硬件总体框架如图1所示，以Arduino Mega2560微控制板为核心，其他模块主要包括：信号调理电路、故障设置电路、Greatal液晶触摸显示屏、电源模块等。 　　目标电路被重新设计，在保持其关键点特征的前提下，将故障设置电路和信号调理电路与其进行连接。Arduino Mega2560微控制板通过数字接口控制故障设置电路继电器接通和断开，通过A/D接口采集信号调理电路的波形，通过串口对Greatal液晶触摸显示屏进行双向互动。Arduino Mega2560微控制板主要完成四方面的工作：一是控制故障设置电路根据需要实时的设置电路故障；二是通过A/D口和数字接口，从信号调理电路实时测量关键点信号；三是对测量的数据进行计算和处理；四是通过串口控制液晶显示器显示测量结果，接收液晶屏传输的信号。 　　 　　图1 系统硬件总体框架 　　2.2微控制器的选择 　　Arduino是一个开放源代码的硬件项目平台，该平台包括一块具备基本I/O功能的电路板和一套程序开发环境[2]。为了针对不同领域的应用，目前Arduino设计出很多不同的型号的电路板。根据项目A/D模块、D/A模块、显示模块的需要，我们选择的电路板是Arduino Mega2560。Arduino Mega2560具有54个数字I/O口，16个模拟I/O扣，4对串行数据通信口，一个复位开关，一个ICSP下载口，支持USB接口和直流电源供电。 　　使用Arduino控制板主要进行模拟电压的读取、显示屏的控制，使用的主要函数如下： 　　1） pinMode（pin，mode） 　　pinMode函数用于配置引脚为输出或输入模式[2]。 　　2）analogReference（type） 　　analogReference函数的作用是配置模拟引脚的参考电压。在嵌入式应用中，引脚获取模拟电压值之后，将根据参考电压将模拟值转换到0～1023[2]。 　　3）analogRead（pin） 　　analogRead函数用于读取引脚的模拟量电压值，每读一次需要花100?s的时间。返回值为int型，表示引脚的模拟量电压值，参数范围0～1023[2]。 　　4）digitalWrite（pin，value） 　　digitalWrite函数用于设置引脚的输出电压为高电平或低电平[2]。 　　2.3液晶模块的选择 　　相对于传统的标准1602液晶显示模块，我们采用的Greatal可编程智能LCD（Programmable Smart LCD，简称PS-LCD）具有更大的优势：1）直观的界面设计，无需图形编程知识，如图2所示，可直接使用配套的组态式编辑软件Designer进行可视化设计，并能进行模拟运行；2）采用串口通信，通信格式简单，编程使用javascript脚本语言，更加灵活；3）屏幕尺寸多样，分辨率高，具备触摸、连接鼠标等功能。 　　系统的界面如图2所示，主要包括信号监控区和故障设置区，信号监控区可以监控一个关键点波形和6个关键点电压。 　　3解决的关键问题 　　3.1关键点电压监测 　　电压测量电路是典型的调理电路，其电路如图3所示。被测信号经电阻分压网络、电压跟随器、