1、項(xiàng)目背景

本項(xiàng)目來(lái)源于XX大學(xué)，用來(lái)完成特殊環(huán)境下對(duì)xxx上的拉力、差壓和溫度數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離采集（注:為保密要求,本方案為刪節(jié)版本）。

2、技術(shù)要求

2.1 拉力傳感器

測(cè)量范圍：0～1.8t，（安全過(guò)載2.5t，－70度正常工作）；輸入電壓：20～32VDC；輸出：4～20mA；精度：≤0.5%FS；重量：≤2kg，在滿(mǎn)足要求的前提下盡可能的輕。余度要求：雙余度（兩套應(yīng)變片、分別信號(hào)輸出）。過(guò)載保護(hù)：選用合適過(guò)載保護(hù)結(jié)構(gòu)（如Z型過(guò)載保護(hù)等），防止斷裂事故；連接方式：上下吊環(huán)；外形尺寸：在滿(mǎn)足使用要求的前提下盡量小。可靠性工作要求：MTBF>2000h。

2.2 溫度壓差傳感器

溫度測(cè)量范圍：-100℃～＋80℃；差壓測(cè)量范圍：0～2KPa，輸入電壓：20～32VDC；輸出：4～20mA；精度：≤0.5%FS；重量：盡量小于0.4Kg。

2.3 采集器

1) 采集通道數(shù)：十二路拉力信號(hào)；6路壓差信號(hào)；6路溫度信號(hào)；2) 測(cè)量精度：≤±0.5﹪FS；3) 電源電壓：20～32VDC(電源供電24VDC)；4) 通道數(shù)據(jù)采樣率：10Hz；5) 輸出信號(hào)：RS-422總線(xiàn)；6) 可靠性工作要求：MTBF>1200h。

工作環(huán)境：低溫低氣壓要求：3KPa, －70度環(huán)境下正常工作；高溫要求：使用溫度100度，氣壓在3KPa～常壓范圍內(nèi)正常工作； 臭氧濃度：15ppm，10天老化無(wú)影響；保持溫度范圍根據(jù)內(nèi)部設(shè)備需要而定；

2.4 電纜 工作環(huán)境：低溫低氣壓要求：3KPa, －70度環(huán)境下正常工作；臭氧濃度：15ppm，30天老化無(wú)影響；紫外老化：140W功率下持續(xù)10天老化無(wú)龜裂或者脆化；

2.5 連接件：采用機(jī)載防松航空插頭；安裝要求：安裝牢固，不會(huì)發(fā)生脫落等情況；低溫低氣壓要求：3KPa, －70度環(huán)境下安裝牢固，數(shù)據(jù)傳輸不受影響；（溫度范圍要求：－70℃～80℃范圍溫度交變信號(hào)傳輸正常； 

3 引用文件

GB7665-1987傳感器通用術(shù)語(yǔ)；GJB152A-1997軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度測(cè)量；GJB150.4-84軍用設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)方法低溫試驗(yàn)；GJB150.3-84軍用設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)方法-高溫試驗(yàn)；GJB150.2-86軍用設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)方法-低氣壓試驗(yàn)；GJB150.18-86軍用設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)方法-沖擊試驗(yàn)。

4 研制指導(dǎo)思想

遠(yuǎn)距離采集系統(tǒng)用于獲取xx工作期間的環(huán)境參數(shù)信息，在整個(gè)工程中具有重要的作用。從技術(shù)選擇方面，本項(xiàng)目采用國(guó)內(nèi)外成熟技術(shù)，一方面降低了技術(shù)實(shí)現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)有利于加快研發(fā)進(jìn)度，減少研發(fā)成本。傳感器采用成熟的壓力敏感芯體作為壓力感測(cè)元件，采取成熟電路對(duì)溫度補(bǔ)償和非線(xiàn)性校正，使傳感器的溫漂和非線(xiàn)性滿(mǎn)足要求。另一方面，采用集成度高的元器件，降低實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度，提供系統(tǒng)的可靠性，采用帶ADC微處理器對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理、存儲(chǔ)，接受外部控制信號(hào)和命令，完成系統(tǒng)與采編器的通訊和數(shù)據(jù)傳輸。最后，加強(qiáng)質(zhì)量控制，強(qiáng)化項(xiàng)目過(guò)程管理。項(xiàng)目相關(guān)的元器件要進(jìn)行二次篩選，外購(gòu)件，外協(xié)件按照相關(guān)流程加強(qiáng)控制。

5、總體技術(shù)方案

該系統(tǒng)主要由6路拉力傳感器、6路溫度差壓傳感器、一個(gè)數(shù)據(jù)采集器組成。6路拉力傳感器和6路溫度差壓傳感器分別通過(guò)獨(dú)立的連接器與數(shù)據(jù)采集器相連，采用4～20mA電流信號(hào)完成信號(hào)的傳輸。在采集器內(nèi)部，對(duì)信號(hào)的電流信號(hào)調(diào)理，轉(zhuǎn)換成適合AD采集的電壓信號(hào)。信號(hào)完成采集、處理后，通過(guò)RS-422接口把數(shù)據(jù)傳輸?shù)较嚓P(guān)設(shè)備上。

數(shù)據(jù)采集器采用保溫措施，使其工作的環(huán)境溫度保持在在－45℃～85℃范圍內(nèi)。接插件選用航天用高密度螺紋式電連接器，接觸件為焊接式，螺紋連接，體積小，重量輕，節(jié)點(diǎn)密度高，具有防誤插功能。抗震動(dòng)，耐沖擊性能優(yōu)良，性能指標(biāo)先進(jìn)。廣泛應(yīng)用在戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)武器系統(tǒng)，航空航天運(yùn)載系統(tǒng)中。尤其適應(yīng)有體積限制和重量要求的使用場(chǎng)合。電纜選用聚四氟乙烯輕型電纜，該電纜使用溫度為-65～200℃，采用鍍銀銅芯和鍍銀圓銅線(xiàn)編織屏蔽。

5.1 拉力傳感器

拉力傳感器的主要技術(shù)指標(biāo)如下：測(cè)量范圍：0～1.8t，（安全過(guò)載2.5t，－55度正常工作）；輸入電壓：20～32VDC；輸出：4～20mA；精度：≤2%FS；重量：≤2kg；余度要求：雙余度（兩套應(yīng)變片、分別信號(hào)輸出）；過(guò)載保護(hù)：采用Z型過(guò)載保護(hù)，防止斷裂事故；連接方式：上下吊環(huán)；可靠性工作要求：MTBF>2000h。

工作環(huán)境：低溫低氣壓要求：3KPa,-55度環(huán)境下正常工作；使用溫度壓力范圍：－55℃～60℃；3KPa～常壓；線(xiàn)性度：使用段0～1t保證線(xiàn)性度；臭氧濃度：15ppm，3天老化無(wú)影響；防水要求：參照國(guó)軍標(biāo)要求；振動(dòng)：按航標(biāo)HB5830.5-84；

5.2 溫度差壓傳感器

針對(duì)用戶(hù)要求，確定采用某型號(hào)高精度微差壓傳感器制作壓差傳感器，其主要指標(biāo)如下：滿(mǎn)量程輸出100mv（5V供電），工作溫度-55℃～100℃，精度：0.1%，零點(diǎn)、量程溫度影響：±0.05%FS/℃；產(chǎn)品整體外型尺寸≤40mm×30mm×65mm，其重量小于100g。差壓傳感器采用塔型管路引壓，變送器電路一體封裝在產(chǎn)品盒內(nèi)，兩芯電纜出線(xiàn)，4～20mA長(zhǎng)距離傳輸。

5.2.1 壓力傳感器工作原理

傳感器采用澤天傳感敏感芯體，其測(cè)壓原理可看為歐姆定律與壓阻效應(yīng)的總成，根據(jù)歐姆定律和壓阻效應(yīng)，電阻變化通過(guò)四個(gè)擴(kuò)散硅電阻組成惠斯登壓敏全橋，給全橋一定的電壓或電流激勵(lì)，可以將彈性材料傳遞的壓力轉(zhuǎn)換為與壓力成近似線(xiàn)性關(guān)系的差模電壓輸出。

5.2.2壓力傳感器電路設(shè)計(jì)

壓力傳感器采用澤天傳感成熟電路設(shè)計(jì)，該電路已在多個(gè)工程型號(hào)上應(yīng)用。主要包括電源電路、恒流源電路、傳感器信號(hào)調(diào)理電路等電源模塊XX組成整體電路的穩(wěn)壓電源，R1、R2為比例調(diào)節(jié)電阻，通過(guò)R1與R2阻值改變從而得到5.3V左右的電壓值，該電壓為后級(jí)模塊工作電壓。電源模塊XX具有以下特點(diǎn)：

a. 該器件乃符合美軍標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的集成電路，產(chǎn)品質(zhì)量有保證，并且芯片體積小；b. 該器件的輸出電壓可以任意調(diào)整，使用方便，并且具有輸出短路保護(hù)的功能；c. 該器件的紋波抑制比達(dá)到80dB，能夠輸出穩(wěn)定的電壓；并且在-55℃~125℃范圍內(nèi)，其輸出電壓變化在±0.5%，有利于傳感器供電。

恒流模塊為給傳感器供給1mA電流的電流模塊，R3為電流調(diào)節(jié)電阻。其具有如下特點(diǎn)：a. 該器件的輸出電流可以任意調(diào)整，使用方便，并且具有輸出短路保護(hù)的功能；b. 該器件的在其正常工作溫度范圍-45℃～125℃，溫度漂移值約為±25PPM/℃。

調(diào)理專(zhuān)用芯片的作用是對(duì)傳感器輸出的mv信號(hào)進(jìn)行放大、修正、補(bǔ)償。其功能特點(diǎn)如下：a. 不需要外加微調(diào)元器件；b. 通過(guò)PC控制的傳感器校準(zhǔn)、補(bǔ)償，能校正傳感器線(xiàn)性曲線(xiàn)以及補(bǔ)償溫度特性；c. 高達(dá)±0.1%FS的精度 ；d. 使用溫度范圍為-50℃～150℃。

5.2.3溫度傳感器的設(shè)計(jì)

溫度傳感器采用Pt1000鉑電阻溫度傳感器，該型溫度傳感器測(cè)溫精度高，經(jīng)過(guò)后端放大調(diào)理后一般優(yōu)于0.5度，長(zhǎng)期穩(wěn)定性重復(fù)性好，采用裝配式鉑電阻，其主要由外保護(hù)管、鉑電阻、和氧化鋁裝配而成，引出線(xiàn)采用三線(xiàn)制，三根導(dǎo)線(xiàn)截面積和長(zhǎng)度相同，避免導(dǎo)線(xiàn)電阻的影響，消除測(cè)量誤差。該型溫度傳感器重量約為10g。溫度傳感器信號(hào)采用1米長(zhǎng)的電纜與溫度差壓傳感器連接，溫度變送電路和差壓傳感器放在一起，信號(hào)輸出和差壓傳感器共用一個(gè)接插件，信號(hào)采用4～2mA電流信號(hào)傳送。在器件選型上，電阻、電容、三極管等均采用國(guó)產(chǎn)的軍標(biāo)級(jí)器件，組件采用進(jìn)口高質(zhì)量芯片，并嚴(yán)格進(jìn)行老化篩選，剔除不合格產(chǎn)品。我們對(duì)該型電路進(jìn)行了低溫試驗(yàn)，在-55℃下仍能保證正常。該套電路已成功應(yīng)用在相關(guān)軍用工程上，經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)期考核，能有效在-55℃環(huán)境下長(zhǎng)期工作。

5.2.4傳感器可靠性設(shè)計(jì)

公司有多人多年從事壓力傳感器的研究，具備良好的適宜傳感器研制的基礎(chǔ)條件和技術(shù)能力。整個(gè)產(chǎn)品從電路、結(jié)構(gòu)、工藝等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)、保證，因此產(chǎn)品具有高精度與高質(zhì)量的可靠性。

1) 傳感器采用進(jìn)口高可靠性敏感芯體，已在多個(gè)型號(hào)上應(yīng)用。該芯體電阻阻值一致性好，靈敏度高，測(cè)試精度高，長(zhǎng)期穩(wěn)定性好，能進(jìn)行寬范圍溫度的可靠測(cè)試。

2) 電路廣泛采用軍品級(jí)模擬元器件，具有極高的可靠性系數(shù)。

3) 電路設(shè)計(jì)充分考慮了傳感器的EMC性能，并對(duì)電路進(jìn)行了抗電磁干擾設(shè)計(jì)：

a. 在電源輸出端采取LC濾波處理，保證了電源能夠穩(wěn)定工作；b. 在輸出端采取了RLC低通濾波處理，截止頻率為10K。c. 將電路放置在密封金屬外殼內(nèi)，然后采用屏蔽電纜出線(xiàn)，使電路能夠禁受輻射干擾。

4) 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)材料選用1Cr18Ni9Ti不銹鋼一體化設(shè)計(jì)，因此其能長(zhǎng)期工作在強(qiáng)腐蝕、大振動(dòng)及沖擊的飛行環(huán)境中。

5.3 數(shù)據(jù)采集器

5.3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集器是整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，用于對(duì)從傳感器輸出的信號(hào)進(jìn)行調(diào)理、采集，處理和傳輸。組成采集器的所有元器件都選用軍品等級(jí)，且都能在-45～125℃溫度范圍內(nèi)正常工作。采用RS-422接口來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集器外形尺寸為140×120×90。

5.3.2 保溫與溫度控制

數(shù)據(jù)采集器帶有溫度調(diào)控制功能，內(nèi)部采用可加熱的保溫膜緊貼采集盒的內(nèi)壁，采集器的溫度測(cè)量電路實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)采集盒內(nèi)的溫度，當(dāng)溫度低于－25度時(shí)，采集器啟動(dòng)的溫度控制功能對(duì)保溫膜進(jìn)行加熱，直到溫度高于－20度，停止對(duì)保溫膜的供電。根據(jù)環(huán)境最低溫度－70度時(shí)的熱量散熱速度，綜合考慮系統(tǒng)的整體功耗要求，保溫膜的功耗選擇2.5瓦，對(duì)于加熱保溫膜的溫度控制點(diǎn)的選擇，也要綜合考慮功耗要求，我們確定當(dāng)采集盒內(nèi)的溫度低于－25度時(shí)，啟動(dòng)加熱功能，為了避免頻繁的起停加熱，一旦加熱電路啟動(dòng)，只有當(dāng)溫度高于－20度時(shí)，才停止對(duì)保溫膜的加熱

5.3.3 總體原理設(shè)計(jì)

12路拉力傳感器和6路差壓以及6路溫度信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)理后轉(zhuǎn)換為1－5V范圍的電壓信號(hào)后經(jīng)模擬開(kāi)關(guān)接到微處理器的模擬信號(hào)輸入端，采集器的微處理器控制多路選擇器的選通控制端，從18路傳感器的電壓信號(hào)中選擇一路電壓信號(hào)輸入進(jìn)入微處理器片內(nèi)的12位A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，并對(duì)轉(zhuǎn)換結(jié)果按照一定格式進(jìn)組織，通過(guò)RS-422接口實(shí)時(shí)發(fā)送總線(xiàn)。

微處理器片內(nèi)集成了一個(gè)12位的A/D轉(zhuǎn)換器，對(duì)于一個(gè)滿(mǎn)度為5000mV的輸入信號(hào)，采用12位AD轉(zhuǎn)換器，其AD總的轉(zhuǎn)換精度為±1.5LSB，當(dāng)AD的參考電壓差為5V時(shí)，對(duì)此信號(hào)轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的誤差為±6.1mV，采用參考電壓為5.00V時(shí)，精度為±6mV，溫度系數(shù)為±15PPM/℃，在整個(gè)工作范圍內(nèi)，電壓參考輸出變化為1mV。綜合考慮這些誤差，總的誤差約為±13.1mV，總的精度不小于0.3％。

微處理器內(nèi)部集成了串行通信接口，最高波特率高達(dá)1250Kb/s，具有發(fā)送和接收具有獨(dú)立的中斷，使用很方便。通過(guò)DS26C31把CMOS電平轉(zhuǎn)換成適合遠(yuǎn)距離傳輸?shù)腞S-422電平，通過(guò)DS26C32把RS-422電平轉(zhuǎn)換成CMOS電平。

5.3.3.1 電源模塊

12路傳感器采用12V電源供電，單只傳感器的功耗小于150mW，18只傳感器消耗的最大功率為18×0.15=2.7W；加熱膜的功耗為2.5W；采集器消耗的功率在1.5W左右；電源模塊的轉(zhuǎn)換效率約為70％，當(dāng)加熱電路處于工作狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)總共消耗的功耗在9.5W左右；當(dāng)加熱電路停止工作時(shí)，系統(tǒng)總共消耗的功耗在6W左右。根據(jù)各種芯片對(duì)電壓要求的不同以及抗干擾和測(cè)量精度的需要，考慮電源的降額設(shè)計(jì)，系統(tǒng)要產(chǎn)生以下幾種電壓：

1、12V/3.8W，向傳感器以及多路模擬開(kāi)關(guān)供電；2、5V/5.7W，向系統(tǒng)數(shù)字電路和加熱膜供電；3、5VA/0.7 W，向模擬電路供電；4、5VR，ADC電壓參考，額定電流不大于10mA；模擬電源與數(shù)字電源采用相互獨(dú)立的供電，其電源回線(xiàn)在電源入口處通過(guò)一個(gè)電感相連。

5.3.3.2 信號(hào)調(diào)理與多路選擇

集成多路模擬開(kāi)關(guān)是自動(dòng)數(shù)據(jù)采集、程控增益放大等技術(shù)領(lǐng)域的常用器件，其實(shí)際使用性能的優(yōu)劣對(duì)系統(tǒng)的嚴(yán)謹(jǐn)和可靠性有重要影響。在本設(shè)計(jì)中，模擬多路開(kāi)關(guān)采用AD公司的16通道ADG526A芯片，采用DIP28封裝。該器件具有開(kāi)關(guān)速度快，低導(dǎo)通電阻RON等特點(diǎn)。同時(shí)，該器件片內(nèi)集成了鎖存器。工作溫度為－55℃－125℃。

壓力信號(hào)的輸入方式采用單端輸入，這種接法適用于傳輸信號(hào)相對(duì)于系統(tǒng)模擬公共地的測(cè)量，且信號(hào)電平明顯大于系統(tǒng)中的共模干擾。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是減少了模擬開(kāi)關(guān)的數(shù)量需求，缺點(diǎn)是系統(tǒng)基本失去了共模抑制能力。ADG526A導(dǎo)通電阻RON在600Ω左右，比機(jī)械開(kāi)關(guān)的接觸電阻（一般為MΩ量級(jí)）大得多，而且通道RON隨電源電壓高低、傳輸信號(hào)的幅度等的變化而變化，因此，其影響難以進(jìn)行后期修正。實(shí)踐中一般是設(shè)法減小RON來(lái)降低其對(duì)測(cè)量精度的影響。根據(jù)具體情況，適當(dāng)?shù)奶岣吡硕嗦烽_(kāi)關(guān)的電源電壓，以降低其RON影響，在本系統(tǒng)中， ADG526A的供電采用12VDC。

和機(jī)械開(kāi)關(guān)類(lèi)似，多路開(kāi)關(guān)在通道切換時(shí)也存在抖動(dòng)過(guò)程，會(huì)出現(xiàn)瞬變現(xiàn)象。若此時(shí)采集多路開(kāi)關(guān)的輸出信號(hào)，就可能引入很大的誤差。 在本設(shè)計(jì)中將采用軟件延時(shí)的方法來(lái)消除抖動(dòng)。輸入信號(hào)的信號(hào)源內(nèi)阻Rs對(duì)多路開(kāi)關(guān)的切換時(shí)間有重要影響。在其它條件不變的情況下，切換時(shí)間近似與Rs成正比，即Rs越小，開(kāi)關(guān)的動(dòng)作就越快。我們采用的壓力傳感器的輸出阻抗為2K歐姆左右，因此采用了阻抗變換電路將阻抗變低后再接入模擬多路開(kāi)關(guān)。這樣，在減小Rs的同時(shí)還減小了多路開(kāi)關(guān)的關(guān)斷漏電流造成的誤差。

由于多路開(kāi)關(guān)的內(nèi)部電路相互聯(lián)系，所以多余的通道可能產(chǎn)生干擾信號(hào)，因此多余通道的輸入端都作接地處理。

5.3.3.3 通訊與仿真接口

通信接口采用RS422標(biāo)準(zhǔn)，完成向采編器的數(shù)據(jù)傳送以及向總體提供所需的地面測(cè)試接口。微控制器內(nèi)部集成了一個(gè)SCI接口，數(shù)據(jù)位長(zhǎng)度和停止位長(zhǎng)度可軟件編程，具有數(shù)據(jù)校驗(yàn)功能，發(fā)送和接收全雙緩沖，可選通信波特率多達(dá)64K種，最高波特率高達(dá)1250Kb/s， SCI接口的發(fā)送和接收具有獨(dú)立的中斷，使用很方便。通過(guò)DS26C31把CMOS電平轉(zhuǎn)換成適合遠(yuǎn)距離傳輸?shù)腞S-422電平，通過(guò)DS26C32把RS-422電平轉(zhuǎn)換成CMOS電平。

5.3.4 通訊協(xié)議

一次數(shù)據(jù)傳輸都由總線(xiàn)發(fā)起，即采集器平時(shí)不向總線(xiàn)發(fā)送數(shù)據(jù)，只有當(dāng)收到總線(xiàn)發(fā)來(lái)的“送數(shù)據(jù)”命令時(shí)才向總線(xiàn)發(fā)送數(shù)。為了減少通信數(shù)據(jù)量，所有數(shù)據(jù)都采用十六進(jìn)制傳輸。下面對(duì)每個(gè)字段予以說(shuō)明：同步字符：用來(lái)表示一幀數(shù)據(jù)的傳輸起始；地址：標(biāo)識(shí)不同的采集器；

命令碼：表示命令或者數(shù)據(jù)類(lèi)型；數(shù)據(jù)長(zhǎng)度：表示除同步字符和校驗(yàn)和字段外的所有數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)，以字節(jié)為單位。校驗(yàn)和：表示除本身字段外的字段的累加和，取最低字節(jié)。

5.3.5抗干擾與電磁兼容設(shè)計(jì)  良好的抗干擾設(shè)計(jì)不僅直接影響到產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性，甚至是項(xiàng)目成敗的關(guān)鍵。基于電磁兼容性原則，抗干擾設(shè)計(jì)主要從抑制噪聲源，切斷噪聲傳遞途徑，降低受擾設(shè)備的噪聲敏感度三個(gè)方面入手。在電路設(shè)計(jì)和PCB設(shè)計(jì)時(shí)，采取了以下一些措施來(lái)提高電路的抗干擾能力。

（1）PCB 采用四層板設(shè)計(jì)

電路在工作時(shí)會(huì)向外輻射噪聲而成為噪聲源，為削弱噪聲輻射，在PCB設(shè)計(jì)時(shí)使用四層板設(shè)計(jì)。這樣可從結(jié)構(gòu)上獲得理想的屏蔽效果：以中間層作電源線(xiàn)或地線(xiàn)，將電源線(xiàn)密封在板內(nèi)，兩面做絕緣處理，可使流經(jīng)上下面的開(kāi)關(guān)電流彼此互不影響；印制板內(nèi)層做成大面積的導(dǎo)電區(qū)，各導(dǎo)線(xiàn)面之間有很大的靜電電容，形成阻抗極低的供電線(xiàn)路，可有效預(yù)防電路板輻射和接收噪聲。同時(shí)，PCB的大面積的地線(xiàn)以有效降低寄生電感，減少噪聲輻射。

（2）適當(dāng)處理多余的芯片管腳  在電路設(shè)計(jì)時(shí)，妥善處理了邏輯器件的多余輸入端。對(duì)數(shù)字電路的多余端也做了適當(dāng)?shù)奶幚怼?

(3) 采用了去耦電容：電路板上的集成電路器件工作時(shí)，板上電源電壓和地電位易產(chǎn)生波動(dòng)，導(dǎo)致信號(hào)振蕩，引起電路誤動(dòng)作。尤其當(dāng)浪涌電流流過(guò)印制導(dǎo)線(xiàn)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)瞬時(shí)電壓降，形成電源尖峰噪聲，其中以導(dǎo)線(xiàn)電感引起的干擾為主。因此，在各集成電路的電源和地線(xiàn)間分別接入旁路電容，以縮短開(kāi)關(guān)電流的流通途徑。

(4) 對(duì)電源采用了低頻濾波：在電源的入口處選用在低頻段效果好的鉭電解電容器，在各集成電路電源處選用高頻段效果好的陶瓷電容器。

(5) 對(duì)遠(yuǎn)距離傳輸?shù)男盘?hào)采用了屏蔽：對(duì)于遠(yuǎn)距離傳送的輸入輸出信號(hào)采用了屏蔽保護(hù)，屏蔽線(xiàn)與地應(yīng)遵循一端接地原則，且僅將易受干擾端屏蔽層接地。

(6) 信號(hào)傳輸采用電流形式：對(duì)于遠(yuǎn)距離傳送的輸入輸出信號(hào)采用了屏蔽保護(hù)外，信號(hào)采用4～20mA，提高了信號(hào)的抗干擾能力。

5.3.6軟件總體設(shè)計(jì)

5.3.7軟件的可靠性設(shè)計(jì)

美國(guó)國(guó)防部關(guān)鍵計(jì)劃1991～1992年度報(bào)告曾指出“實(shí)際上，軟件的性能已成為確保武器系統(tǒng)性能的主要決定因素”，軟件的可靠性是系統(tǒng)不可缺少的關(guān)鍵性組成部分。一般來(lái)說(shuō)，軟件可靠性是在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，軟件不引起系統(tǒng)故障的能力，是軟件工程和可靠性工程相結(jié)合所產(chǎn)生的一個(gè)新分支。軟件可靠性是軟件質(zhì)量特性中的重要特性和關(guān)鍵因素。在本軟件設(shè)計(jì)中，可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則嚴(yán)格按照GJB\102－1997進(jìn)行，采用了如下的軟件可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)。

(1) 采用結(jié)構(gòu)化、模塊化、層次化程序設(shè)計(jì)思想

結(jié)構(gòu)化、模塊化、層次化設(shè)計(jì)技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：易于程序的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)，可以大幅度提高程序模塊的重用度，有效降低程序的復(fù)雜度；提高軟件的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性；易于程序錯(cuò)誤的隔離，阻止錯(cuò)誤的擴(kuò)散，提高軟件的可測(cè)試性；可以減小程序的測(cè)試輸入集，簡(jiǎn)化程序測(cè)試的難度。基于以上的優(yōu)點(diǎn)，采用結(jié)構(gòu)化、模塊化、層次化程序設(shè)計(jì)思想可以有效地提高軟件的可靠性。

(2) 采用軟件容錯(cuò)設(shè)計(jì)技術(shù)

由于軟件運(yùn)行環(huán)境的復(fù)雜性，可能導(dǎo)致軟件許多故障或?qū)嵭У囊蛩鼐哂泻軓?qiáng)的隨機(jī)性，所以在程序設(shè)計(jì)中采用合理、有效的容錯(cuò)設(shè)計(jì)技術(shù)對(duì)于軟件可靠性能起到關(guān)鍵的作用。在本項(xiàng)目的軟件設(shè)計(jì)中，采用了以下軟件容錯(cuò)設(shè)計(jì)技術(shù)。

軟件看門(mén)狗檢測(cè)技術(shù)；開(kāi)關(guān)量輸入檢測(cè)、確認(rèn)技術(shù)；系統(tǒng)程序自檢技術(shù)；CPU剩余資源處理技術(shù)。在軟件的可靠性設(shè)計(jì)之外，引入航天系統(tǒng)內(nèi)第三方機(jī)構(gòu)對(duì)軟件的可靠性進(jìn)行測(cè)評(píng)。軟件可靠性評(píng)測(cè)是指在軟件的預(yù)期使用環(huán)境中，為進(jìn)行軟件可靠性評(píng)估而對(duì)軟件實(shí)施的一種測(cè)試，它包括測(cè)試和評(píng)估兩個(gè)部分。軍工產(chǎn)品中的嵌入式軟件可靠性評(píng)測(cè)技術(shù)是軟件可靠性工程的一個(gè)重要部分，是確定軟件產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)是否有效的判斷依據(jù)。

軟件的可測(cè)試性是基于需求、結(jié)構(gòu)的測(cè)試，是按用戶(hù)使用軟件的方式，盡可能多的測(cè)試用戶(hù)高概率使用的功能，判斷軟件的這些功能對(duì)各種輸入的運(yùn)行是否正常。基于這種需求，研制了模擬仿真測(cè)試平臺(tái)，為軟件的測(cè)試提供測(cè)試所需的各種測(cè)試信號(hào)，提供了測(cè)試通信接口，方便與計(jì)算機(jī)的通信，便于觀測(cè)和分析測(cè)試結(jié)果。

為了落實(shí)軟件可靠性設(shè)計(jì)的各項(xiàng)措施的有效實(shí)施，確保軟件的可靠性，在軟件開(kāi)發(fā)各階段需對(duì)系統(tǒng)要求分析和設(shè)計(jì)、軟件需求分析、軟件概要設(shè)計(jì)、軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)和CSCI測(cè)試前的測(cè)試準(zhǔn)備進(jìn)行評(píng)審，嚴(yán)格按照GJB2786-1996《武器系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)》的要求，對(duì)軟件開(kāi)發(fā)期間各階段進(jìn)行有效的監(jiān)控。

6 系統(tǒng)安全性、可靠性、維修性分析

6.1 安全性分析 該系統(tǒng)沒(méi)有高電壓,高電流,無(wú)危害物質(zhì)；采用自封閉結(jié)構(gòu)，不會(huì)對(duì)周?chē)南到y(tǒng)產(chǎn)生干擾，也不易受其它系統(tǒng)的干擾，結(jié)構(gòu)上有緩沖設(shè)計(jì)，具有防沖擊功能。本系統(tǒng)的故障不會(huì)影響外部系統(tǒng)。

6.2 可靠性分析 對(duì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，并采取了多種方式進(jìn)行了抗振處理，保證產(chǎn)品能夠在高振動(dòng)環(huán)境下可靠工作。電子元器件都進(jìn)行了嚴(yán)格的選型，都進(jìn)行了復(fù)驗(yàn)，并進(jìn)行了降額設(shè)計(jì)，能夠在惡劣環(huán)境下可靠工作。外購(gòu)件主要為電子元器件、接插件、硅膠及螺紋膠等。所購(gòu)軍用器件都從通過(guò)了軍工產(chǎn)品質(zhì)量體系認(rèn)證的廠商直接購(gòu)買(mǎi)，非軍用材料則從與我司有著長(zhǎng)期業(yè)務(wù)往來(lái)的單位中購(gòu)買(mǎi)，產(chǎn)品都有合格證，并都經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)和試用，質(zhì)量可靠。

對(duì)于可能對(duì)本系統(tǒng)外有破壞性影響的電路，在電路設(shè)計(jì)時(shí)采用了冗余的方法，例如，為了避免電源入口處的鉭電容短路，造成24V輸入電源失效，采用了電容串聯(lián)方式。

6.3 維修性分析  所有部件都備有備件，若有故障，都采用直接更換的方式。

7 質(zhì)量保證措施

7.1 質(zhì)量保證  嚴(yán)格按照國(guó)軍標(biāo)GJB150和航天特殊使用要求，從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、檢驗(yàn)等全過(guò)程嚴(yán)格控制產(chǎn)品質(zhì)量。

7.2 質(zhì)量措施

7.2.1明確質(zhì)量保證組織機(jī)構(gòu)及職責(zé)、職權(quán)關(guān)系  本產(chǎn)品用于xx參數(shù)采集，關(guān)系到參數(shù)采集能否成功的重要部件，本項(xiàng)目的研制是我公司的一項(xiàng)重要任務(wù)，從公司領(lǐng)導(dǎo)到相關(guān)部門(mén)領(lǐng)導(dǎo)，對(duì)該項(xiàng)目及其重視，成立了專(zhuān)門(mén)的項(xiàng)目組，確立組織機(jī)構(gòu)，明確分工，編制組織關(guān)系框圖，形成例會(huì)制度。嚴(yán)格按照GJB 9001A和GJB 546A的要求實(shí)施質(zhì)量管理。

7.2.2從設(shè)計(jì)上保證產(chǎn)品質(zhì)量  設(shè)計(jì)是產(chǎn)品質(zhì)量的源頭，技術(shù)人員充分認(rèn)識(shí)“產(chǎn)品質(zhì)量是設(shè)計(jì)出來(lái)的”道理，在產(chǎn)品各個(gè)階段的設(shè)計(jì)中始終重視質(zhì)量設(shè)計(jì)，保持與顧客溝通，充分識(shí)別顧客的要求并體現(xiàn)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，各階段嚴(yán)格進(jìn)行評(píng)審、驗(yàn)證。嚴(yán)格按照航天產(chǎn)品相關(guān)設(shè)計(jì)文件、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)。

7.2.3建立完善的質(zhì)量控制手段  首先根據(jù)國(guó)軍標(biāo)總規(guī)范和用戶(hù)要求，認(rèn)真研究制定產(chǎn)品詳細(xì)規(guī)范，結(jié)合實(shí)際質(zhì)量水平找出差距，再針對(duì)問(wèn)題進(jìn)行工藝技術(shù)攻關(guān)，固化工藝。在正樣產(chǎn)品研制階段，制定或完善質(zhì)量保證手冊(cè)、質(zhì)量保證大綱計(jì)劃、有關(guān)程序文件和操作規(guī)程等，補(bǔ)充完善硬件設(shè)施，建立較完善的質(zhì)量控制手段，實(shí)施對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的有效控制。

7.2.4 嚴(yán)格控制外協(xié)加工、外購(gòu)器件質(zhì)量  本項(xiàng)目采用的元器件按照宇航級(jí)要求進(jìn)行選型，盡量選用航天目錄內(nèi)產(chǎn)品并進(jìn)行“二篩”，選用目錄外器件時(shí)，按照程序進(jìn)行報(bào)批，對(duì)于關(guān)鍵外協(xié)件，外購(gòu)件定點(diǎn)軍工廠家。

7.2. 5編制有關(guān)質(zhì)量文件  正樣產(chǎn)品研制階段將組織編制的有關(guān)質(zhì)量文件，包括：(1) 工作計(jì)劃實(shí)施方案；(2) 試驗(yàn)方案；(3) 質(zhì)量保證大綱；(4) 設(shè)計(jì)、工藝、檢驗(yàn)、流程卡等；(5) 生產(chǎn)流程圖及質(zhì)量控制點(diǎn)；(6) 相關(guān)程序文件；(7) 規(guī)章制度；(8) 各種質(zhì)量控制原始記錄。

7.2.6人員培訓(xùn)  工藝固化以后制定相應(yīng)的培訓(xùn)計(jì)劃，對(duì)不同層次、不同崗位的人員進(jìn)行培訓(xùn)，持證上崗操作。

8、 結(jié)論

本項(xiàng)目對(duì)溫度差壓傳感器的工作環(huán)境要求在－60℃時(shí)正常工作，目前可以確定溫度差壓傳感器正常工作溫度可以達(dá)到－55℃。建議該指標(biāo)更改為－55℃。除此之外，本項(xiàng)目的其他指標(biāo)均可按照要求實(shí)現(xiàn)。本文源自澤天傳感，版權(quán)所有，轉(zhuǎn)載請(qǐng)保留。