一種航空機(jī)電系統(tǒng)通用輸出接口設(shè)計(jì)方案

張旭洲 車炯暉 李林

摘要：隨著航空電子產(chǎn)品的復(fù)雜度和綜合化程度的提高，通用化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)成為一種趨勢(shì)。機(jī)載電子產(chǎn)品中傳統(tǒng)的狀態(tài)量、模擬量輸出接口電路各不相同，通用性差，維護(hù)難度大，因此提出了一種新型的輸出接口設(shè)計(jì)方法，統(tǒng)一輸出接口電路的形式，為IMA架構(gòu)下通用產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提供了可能，具有很高的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：離散量；模擬量；通用接口

中圖分類號(hào)：TP331 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）10-0202-02

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Design of a Normalization Interface for Discrete and Analog Ouput on Aircraft Utility System

ZHANG Xu-zhou， CHE Jiong-hui， LI Lin

（Aeronautics Computing Technique Research Institute，Xian 710065， China）

Abstract： With the improvement of the complexity of the avionics， it is a trend to reduce the weight， volume and power of the product. The traditional discrete and analog output interface circuit are more complex， more components and larger area of board. Therefore， a new method of interface design is proposed. The new method of interface design can realize the analog and the acquisition of discrete signals of utility system. And it has BIT ability， redundancy and high fault isolation rate. While the normalization output interface is designed， the board area is reduced， and the reliability and testability are higher. It has high application value.

Key words： discrete quantity；analog quantity； general interface

1 概述

隨著航空產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，機(jī)載電子產(chǎn)品的格局也在不斷變化，從分立的單一子系統(tǒng)控制器向著機(jī)電綜合的方向發(fā)展，其IMA架構(gòu)下的通用RDC、通用RIU相繼出現(xiàn)，其中各種形式的輸出接口需要進(jìn)行通用化設(shè)計(jì)。

1.1 傳統(tǒng)狀態(tài)量輸出接口

傳統(tǒng)的機(jī)電系統(tǒng)分為若干個(gè)子系統(tǒng)，如環(huán)控、燃油、起落架、除冰、液壓、供電等子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)都有其獨(dú)立的計(jì)算機(jī)或控制器作為中央智能單元操控子系統(tǒng)的各項(xiàng)任務(wù)完成，每個(gè)子系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)或控制器中不可避免的有各種輸出接口，其中包括連續(xù)電壓變化的模擬量、以及表示狀態(tài)的狀態(tài)量電壓信號(hào)，而這些看似功能接近的電路，卻有著各不相同的電路形式[1]，但是觀其本質(zhì)，又存在著共性，信號(hào)從處理器出來(lái)時(shí)是TTL信號(hào)，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路，最終控制功率開關(guān)完成輸出控制，如圖1所示。

現(xiàn)代飛機(jī)的機(jī)電系統(tǒng)向著綜合化的方向發(fā)展，機(jī)電綜合管理計(jì)算機(jī)[2][3]以及遠(yuǎn)程終端都會(huì)有各種形式的輸出接口電路，對(duì)這些電路進(jìn)行歸一化的通用設(shè)計(jì)，有利于提高產(chǎn)品的通用化程度。

1.2 傳統(tǒng)模擬量輸出接口

機(jī)載電子產(chǎn)品常有用于連續(xù)電壓變化的輸出接口，稱為模擬量輸出接口，如±10V電壓、5V交流電壓[2，3]等，其中存在著相似的電路形式，如圖2所示。

由于其電路形式的相似性，可以進(jìn)行歸一化的通用設(shè)計(jì)，降低產(chǎn)品的復(fù)雜度。

2 通用輸出接口設(shè)計(jì)方案

2.1 硬件設(shè)計(jì)方案

狀態(tài)量輸出接口電路中，從CPU發(fā)出控制指令，傳輸至邏輯器件，邏輯器件可將串行的控制指令轉(zhuǎn)化為并行的信號(hào)，再經(jīng)過(guò)開關(guān)陣列對(duì)其信號(hào)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換、最后經(jīng)過(guò)統(tǒng)一的濾波及過(guò)流、短路保護(hù)電路。

模擬量輸出電路中，與狀態(tài)量輸出接口相類似，不同的是選擇DDS信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)MOS管的控制，從而輸出各種不同的種波形。控制器內(nèi)軟件以及邏輯器件共同完成輸出波形的信號(hào)生產(chǎn)，后端電路僅對(duì)信號(hào)電平轉(zhuǎn)化、濾波、過(guò)流及短路保護(hù)。

統(tǒng)一后的通用輸出電路，是根據(jù)電路特點(diǎn)結(jié)合通用性設(shè)計(jì)要求，使用開關(guān)矩陣實(shí)現(xiàn)輸出電壓的調(diào)節(jié)和配置，從而做到歸一化的電路形式，成為通用輸出接口。其電路原理如圖3所示。

2.2 邏輯設(shè)計(jì)方案

在進(jìn)行通用輸出接口的設(shè)計(jì)中，需要有CPU和邏輯芯片共同完成控制指令的輸出，需要駐留在CPU內(nèi)的軟件在上電后，根據(jù)不同的啟動(dòng)配置，加載配置表，由邏輯器件完成接口的控制與管理工作，減少軟件與邏輯的大量交互，也是高內(nèi)聚低耦合的設(shè)計(jì)思想，從而提高系統(tǒng)運(yùn)行效率，減少接口的電路對(duì)CPU資源的占用。邏輯芯片完成以下功能：

1）驅(qū)動(dòng)表：邏輯芯片根據(jù)軟件上電后的不同配置，加載相應(yīng)的工作模式，適應(yīng)其預(yù)期的接口模態(tài)；

2）輸出控制：對(duì)已配置的信號(hào)類型，進(jìn)行輸出波形的控制；

3）接口保護(hù)：根據(jù)硬件電路中采樣電阻反饋的電壓值，對(duì)接口進(jìn)行實(shí)時(shí)的反時(shí)限保護(hù)。

3 結(jié)束語(yǔ)

航空機(jī)電系統(tǒng)向著綜合化的方向發(fā)展，歸一化的通用輸出接口是設(shè)計(jì)的必然趨勢(shì)，其有利于產(chǎn)品的統(tǒng)型，也可降低產(chǎn)品的設(shè)計(jì)復(fù)雜度以及提高產(chǎn)品的可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 牛文生. 機(jī)載計(jì)算機(jī)技術(shù)[M]. 北京： 航空工業(yè)出版社， 2013.

[2] Waldo R K， Foley S F. Utility management system for hype rsonic vehicles[C]//Digital Avionics Systems Conference. IEEE/AIAA， 1991：1-5.

[3] Moir I， Seabridge A.軍用航空電子系統(tǒng)[M].吳漢平，譯.北京：電子工業(yè)出版社，2008.

【通聯(lián)編輯：謝媛媛】