直升機負載監控器顯示屏死機故障分析

劉文軒，楊宇航

（中國直升機設計研究所，江西景德鎮，333000）

0 引言

直升機配電系統是直升機電氣系統的重要組成部分，其按控制方式可以分為三種：常規式配電、分布式配電和自動配電系統。目前國內外使用較多的是自動配電系統[1-2]。直升機自動配電系統可以利用計算機和數據總線，根據飛行階段和電源情況控制直升機各路電氣負載的通斷[3-4]。在自動配電系統中，負載監控器通過數據總線監控直升機上各個負載的狀態信息，并向負載管理中心發送操作指令，控制各個負載的供電/斷電/復位，是直升機自動配電系統的關鍵部分。本文基于直升機負載監控器顯示屏死機的故障，運用故障樹的方法逐步定位故障來源，并根據負載監控器的工作原理，對故障機理進行分析，并據此提出后續改進措施，保證直升機自動配電系統正常工作。

1 概述

直升機地面通電檢查時，負載監控器在工作幾分鐘后死機，按壓周圍按鍵無反應。全機下電再重新上電后，負載監控器恢復正常，但是在工作十分鐘后又死機。

2 故障分析

2.1 故障樹

負載監控器接收用戶操作指令，通過RS-422A串行總線向兩臺電氣負載管理中心下發負載供電/斷電/復位控制指令，接收、顯示電氣負載管理中心上傳的負載信息，完成對直流正常電源、直流應急電源和三相交流電源至各電氣負載的供電分配。

地面通電時對負載監控器進行負載接通操作，負載監控器工作正常，按鍵正常，顯示屏畫面切換正常，工作一定時間后，負載監控器顯示畫面出現無法切換的故障現象，通過故障現象和原理電路進行分析，得出故障樹如圖1所示。

圖1 負載監控器顯示畫面無法切換、按鍵無法操作故障樹

分析出現故障的原因可能為：

(1)主控芯片通訊電路故障；

(2)主控芯片故障；

(3)顯示屏故障；

(4)導光板故障。

2.2 負載監控器復位電路檢查

我們在地面通電情況下進行觀察發現，上電后負載監控器工作正常，按鍵功能正常，可以排除導光板故障。在通電一定時間后，負載監控器出現顯示畫面無法切換現象，重新上電復位后，負載監控器工作正常，且再次工作一段時間后，負載監控器又出現顯示畫面無法切換現象。

復位電路原理圖分析如圖2所示。

圖2 復位電路原理圖

設計中使用了外部看門狗設計，在軟件中周期進行喂狗操作，看門狗復位信號同上電復位信號相與生成主控制芯片的復位信號nREST，通過分析，上電復位和看門狗復位都會使主控芯片重新復位。當負載監控器程序出現顯示畫面無法切換現象時，通過地面斷電重新上電復位可以使負載監控器重新正常工作，因此看門狗復位也能使負載監控器重新進入正常工作狀態。

如果程序跑死導致顯示屏畫面無法切換，則硬件看門狗輸出主控芯片復位信號/RST，主控芯片會重新復位使顯示屏重新正常工作，但現場反應的情況是顯示屏一直無法正常工作，因此可以排除負載監控器程序跑死故障。

2.3 主控芯片顯示屏驅動信號檢查

主控芯片與顯示屏的數據傳輸線路圖如圖3所示。

圖3 主控制器與顯示屏數據通訊電路原理圖

顯示屏為成品串口顯示屏，通過主控制器下發的控制指令進行界面顯示，主控制與顯示屏之間通過MAX3232接口轉換芯片進行連接。

打開負載監控器后觀察主控制器TXD4、RXD4引腳無虛焊、漏焊情況，產品通電后用示波器測試主控制器的輸出波形如圖4所示。

圖4 主控制器輸出波形圖

從波形圖中可以看出主控制器周期性的輸出顯示屏驅動信號，刷新顯示屏顯示，驅動電壓為3.3V滿足設計要求，因此可以排除主控芯片輸出顯示屏通訊信號異常故障。

2.4 主控芯片通訊電路檢查

主控芯片通訊電路由一片MAX3232芯片和外圍電容構成，如圖3所示，首先觀察MAX3232芯片沒有虛焊、漏焊現象，測試供電電源為3.3V。在通訊芯片TXD4輸入端存在輸入波形的情況下，測試ITXD通訊芯片輸出波形，如圖5所示。

圖5 通訊芯片輸入輸出波形對比圖

2.5 故障定位

為進一步確認故障原因，我們將負載監控器單獨進行連續通電試驗，通電過程中發現，在負載監控器運行約8.5分鐘后，操作顯示界面時，出現顯示界面無法切換現象，在此狀態下，重新用示波器對主控芯片顯示屏驅動信號、主控芯片通訊電路的輸出信號進行檢測發現，顯示屏驅動信號依舊存在，且信號幅度滿足要求，至此可以完全排除主控芯片故障和通訊電路故障原因。

通過對負載監控器進行連續通電試驗，出現的故障現象和機上一致，故障問題得以復現。

通過上述測試及分析，故障可以定位為顯示屏故障，顯示屏接收到主控芯片發出的通訊信號后，無法進行界面的更新所致。顯示屏可以進行正常顯示說明顯示屏的控制器運行是正常的，可能是信號處理電路出現問題，電路原理如圖6所示。

圖6 顯示屏控制電路原理圖

在顯示屏串口信號ITXD和IRXD上分別接有一顆濾波電感，正常情況下電感兩端的電阻值應小于1Ω，拆下顯示屏后實際測得IRXD的電感阻值為0.2Ω，ITXD的電感阻值為76Ω，此電感明顯存在異常。上電后用示波器測試電感兩端的信號波形如圖7所示。

圖7 顯示屏控制電路原理圖

電感輸入端波形信號幅度約10V，電感輸出端波形約為6V，輸入波形受到衰減，顯示屏供電輸入電壓為5V，當顯示屏輸入電壓跌落至3.5V左右時，顯示屏出現無法控制情況，繼續通電后重新測試電感的輸出端波形僅為2.2V左右，電感輸出波形如圖8所示。

圖8 顯示屏控制電路原理圖

ITXD信號通過異常的信號處理電路后，信號被衰減，導致顯示屏控制器不能正常識別顯示屏刷新信號，從而導致顯示屏出現無法切換的現象。

3 機理分析

從顯示屏控制電路原理圖可以看出，正常情況下ITXD的電阻值應小于1Ω，實際測試中為76Ω，異常的電感與顯示屏控制器的等效電阻形成了分壓電路，使得輸入電壓被衰減。隨著通電時間的增加異常電感的等效電阻值在不斷變大，造成了輸入電壓的衰減值也不斷變大，衰減后的輸入信號最終無法被顯示屏控制器識別，從而導致顯示屏開始工作時正常，工作一段時間后出現顯示屏無法切換的現象。

取下異常的電感通過酒精擦拭后觀察無明顯燒毀現象，但發現該電感一側有明顯的碰撞裂紋。

圖9 電感裂紋

顯示屏的裝配過程如圖10~圖12所示。

圖10 顯示屏安裝在面板上

圖11 安裝控制板

圖12 裝配完成結構組件

通過分析，控制板通過4個村套安裝在顯示屏上，從裝配完成后的結構組件可以看到，控制板完全覆蓋在顯示屏上，印制板間留有足夠的空間，通過意外外力、振動或人為因素很難對顯示屏上器件造成損傷，因此該顯示屏電感應該是在顯示屏裝配過程中受到外力撞擊后，其電氣物理特性受到損傷，并且在經過通電后，進一步受到損毀。

為驗證分析的正確性，我們將該損壞的電感芯片取下，并將C型試驗件上顯示屏的電感換到該顯示屏上，然后再次進行環境應力篩選試驗，通過80小時的高低溫試驗，每30min對顯示屏進行一次操作，負載監控器工作正常。試驗完成后再進行隨機振動試驗，最后對電感的阻值進行測試，測試值小于1Ω。

4 改進措施

取下異常電感后，我們重新焊接電感。為了避免這種情況再次出現，我們采取了以下糾正措施。

(1)在外場不具備測試條件下，不進行SRU的維修工作。

(2)對SRU進行拆裝后，按照電氣負載自動管理系統外場測試流程進行通電功能檢測，并加強對現場維修人員的外場服務培訓工作。

顯示屏返修后，將顯示屏電感進行測試，測試合格后安裝到返回故障件上重新進行溫沖試驗、高低溫試驗、振動試驗，整個試驗過程中負載監控器工作正常，無顯示屏無法切換現象。

5 結論

自動配電系統是直升機的重要系統，負責管理直升機上各個電氣負載的供電分配，與眾多系統交聯。本文以直升機負載監控器死機故障為背景，對負載監控器的工作原理和在自動配電系統中的作用進行了介紹，并采用故障樹的方法定位了故障來源，對故障機理進行分析。最后提出了故障的改進措施，并進行了試驗驗證。驗證結果表面改進措施可以有效避免負載監控器出現死機的情況。