一種機(jī)載機(jī)電管理計(jì)算機(jī)中離散量采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

嚴(yán)琳 王建生 劉衛(wèi)華 中國航空工業(yè)集團(tuán)公司西安航空計(jì)算技術(shù)研究所

1 概述

機(jī)電管理計(jì)算機(jī)用于實(shí)現(xiàn)飛機(jī)供電、燃油、剎車、液壓等機(jī)電系統(tǒng)的控制功能，而數(shù)據(jù)采集是機(jī)電管理計(jì)算機(jī)的重要功能之一。如何精確采集機(jī)電系統(tǒng)的各子系統(tǒng)的參數(shù)，是實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)精確控制，保證飛機(jī)的飛行安全的關(guān)鍵。機(jī)電管理計(jì)算機(jī)常見采集數(shù)據(jù)包括離散量數(shù)據(jù)、模擬量數(shù)據(jù)和總線類數(shù)據(jù)。本文對(duì)機(jī)電管理計(jì)算機(jī)常見的離散量采集方法進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)了一種高可靠性的離散量采集系統(tǒng)。

2 機(jī)電管理計(jì)算機(jī)的離散量采集系統(tǒng)概述

2.1 離散量類型

常見的機(jī)電管理計(jì)算機(jī)的離散量采集信號(hào)分為：

1)28V/地、28V/開、地/開離散量采集信號(hào)，常用于交聯(lián)電氣設(shè)備的開關(guān)；

2)5V/地、5V/開離散量輸入信號(hào)，常用于計(jì)算機(jī)內(nèi)部邏輯電路，如電源監(jiān)控電路、通道故障邏輯電路等。

2.2 離散量采集流程

離散量采集電路原理框圖如圖1 所示。離散量采集電路通常分為保護(hù)電路和狀態(tài)監(jiān)測電路。其中保護(hù)電路完成對(duì)采集電路的瞬態(tài)及過應(yīng)力保護(hù)，狀態(tài)監(jiān)測電路完成采集真假狀態(tài)的判斷及TTL 邏輯電平轉(zhuǎn)換。

圖1 離散量采集原理框圖

離散量采集的自檢測方式采用激勵(lì)測試的方法，需進(jìn)行電路自檢測時(shí)，需切換至自檢測模式，使能激勵(lì)信號(hào)，將測試的激勵(lì)信號(hào)注入到離散量輸入接口上，對(duì)于采集到的信號(hào)與激勵(lì)信號(hào)是否一致來判斷電路工作是否正常。

3 離散量采集電路硬件設(shè)計(jì)

3.1 28V/地、28V 開離散量采集電路

28V/地、28V 開離散量采集方法相同，如圖2 所示。

圖2 28V/地、28V 開離散量采集電路原理圖

保護(hù)電路由阻容網(wǎng)絡(luò)完成，包含電阻和電容。其包含的電阻用于限制導(dǎo)通二極管的電流，保證電流既能使二極管導(dǎo)通又不損壞二極管，同時(shí)在進(jìn)行自檢測時(shí)可以有效地隔離輸入信號(hào)；其包含的電容用于對(duì)輸入信號(hào)的濾波。

狀態(tài)監(jiān)測電路包含光隔和穩(wěn)壓管。當(dāng)輸入信號(hào)為開路時(shí)，發(fā)光二極管無電流不導(dǎo)通，且加之由上拉電阻R1，端口狀態(tài)輸出為1，當(dāng)輸入信號(hào)為28V 時(shí)，發(fā)光二極管中有電流，光隔導(dǎo)通，端口狀態(tài)輸出為0。TTL 電平狀態(tài)即為輸入信號(hào)狀態(tài)。

3.2 地/開離散量采集電路

地/開離散量采集電路如圖3 所示，狀態(tài)監(jiān)測電路與圖2 類似。

圖3 地/開離散量采集電路原理圖

當(dāng)輸入信號(hào)為地時(shí)，發(fā)光二極管無電流不導(dǎo)通，且加之通過電阻上拉到VCC，端口狀態(tài)輸出為1，當(dāng)輸入信號(hào)為開路時(shí)，發(fā)光二極管中有電流，光隔導(dǎo)通，端口狀態(tài)輸出為0。TTL 電平狀態(tài)即為輸入信號(hào)狀態(tài)

3.3 5V/地、5V/開離散量采集

5V/地、5V/開離散量信號(hào)的電平與處理器的工作電平相兼容，只需經(jīng)過三臺(tái)緩沖電路即可掛接到計(jì)算機(jī)的內(nèi)部總線上。

4 離散量采集自檢測激勵(lì)的設(shè)計(jì)

5V/地、5V/開離散量信號(hào)的電平與處理器的工作電平相兼容，該部分在本章節(jié)不在贅述。

4.1 28V/地、28V/開、地/開離散量采集自檢測激勵(lì)電路設(shè)計(jì)

28V/地、28V/開、地/開離散量采集激勵(lì)電路相同，由局部總線或者FPGA 輸出的TTL 電平經(jīng)MOS 管來改變電平并增加輸出驅(qū)動(dòng)能力輸出激勵(lì)信號(hào)。當(dāng)采集信號(hào)為高電平時(shí)，MOS 管輸出地，激勵(lì)為0V，當(dāng)采集信號(hào)為低電平時(shí)，MOS 管截止?fàn)顟B(tài)為開路，但MOS 輸出端上拉電阻到15V，激勵(lì)為15V。通過激勵(lì)信號(hào)耦合采集電路中來測試采集電路是否正常。

4.2 28V/地、28V/開、地/開離散量采集自檢測機(jī)制設(shè)計(jì)

因激勵(lì)測試會(huì)對(duì)正常采集產(chǎn)生影響，故離散量采集自檢測常用于啟動(dòng)自檢測，很少用于周期自檢測。在進(jìn)行上電自檢測，通常一路離散量采集通道使用高、低電平兩種激勵(lì)方式分別進(jìn)行激勵(lì)測試，保證自檢測的全面性和電路的可靠性。

5 總結(jié)

本文對(duì)常見的離散量采集方法進(jìn)行了研究，提出基于激勵(lì)測試的自檢測方法，設(shè)計(jì)了一種高可靠性的離散量采集系統(tǒng)，該離散量采集系統(tǒng)簡單可靠，取得了不錯(cuò)的效果。