机载电子产品论文

机载电子产品论文（通用11篇）

机载电子产品论文 篇1

机载产品的适航性验证在机载产品的安全检验中应用范围很广泛, 其可靠的安全检验保障方式, 是我们信赖电子产品的根本。70年代, 美国研制的各种型号的飞机, 频频坠毁事故, 让人们对机载产品的安全性, 最重要的是机载产品的适航性等性能的信赖度降低, 同时也反应了机载产品在我国航空领域适航性的安全保障的重要性。现行我国的民用航空器机载产品一般要求能够适应外界环境因素的极限条件其产品的耐热度、温湿度影响、恶劣天气的影响, 良好的、稳定的工作信号是其安全适航性验证的必要措施, 我国民航飞机一般要求机载产品具有较好的适航性, 民航飞机的设计制造寿命为两千年/百万飞行小时, 主要迎合公众需要, 以安全和效益为主, 因此对机载产品的适航性要求越来越高。本文全面而系统的对机载产品适航性进行论述。

1 机载产品适航理论

1.1 适航性

适航性简单地说, 就是民用航空器适合航行, 也就是说航空器及其在预期的使用环境中能够持续安全飞行的一个本质的、固有的特性。

1.2 适航标准

适航标准是一类特殊的技术性标准它是为保证实现民用航空器的适航性而制定的最低安全标准。“最低”的含义是基本的, 而且是经济负担最轻的。

1.3 适航管理分类

机载产品的适航性是我国航空领域验证民用航空器机载产品在安全飞行中的检验准则, 机载产品具有良好的飞行能力, 则说明该飞行器适于飞行, 能够满足适航标准的要求, 机载产品的适航性归根结底还是机载产品能够保证良好的安全性能, 在恶劣的环境条件下能够维持良好的性能合理的设计、制造以及安全验证方法选择是保证机载产品适航性的方法, 也是管理核心和审查准则。我国民用航空器主要由我国民航局统一部署和统一规划负责。适航管理主要包括全寿命管理、全领域管理、全过程管理、全方位管理等, 机载产品适航性贯穿其整个寿命周期, 各个性能参数都必须满足适航要求, 且必须经过适航审查确认满足相应的适航标准后, 方可取得相应的适航证。机载产品适航管理分为两大类, 具体见表1。

2 机载产品适航性分析方法

机载产品的适航性分析方法包括功能危险性分析 (对功能进行系统、综合的检查, 识别这些功能的失效状态, 并根据严重程度对失效状态进行分类) 、初步适航安全性分析 (用于完成失效状态清单以及相应安全性要求。它还可用于证明系统如何满足针对各种已识别的危险的定性或定量要求) 、故障树分析 (是自上而下的分析技术。这些分析通过依次展开更详细 (即更低层次) 的设计层次向下进行) 。通过这些适航符合性验证方法, 全面保证系统的可靠性、安全性。

对于飞行适航性能评估的功能危险性分析, 主要包括在飞机研制开始, 对定义的飞机基本功能进行的高层次、定性评估;也可以是系统的安全定性评估, 考虑影响飞机功能的单个系统失效或失效组合。当分析某个特定的影响因素对于整个机载设备的适航性研究时, 多采用故障树分析, 故障树分析是一种自上而下的系统评估程序, 针对某一特定的不希望事件, 建立定性模型, 然后进行评估。分析人员从一个不希望的顶层危险事件开始, 在低一级的下一个层次上, 确定系统功能模块中可能导致该事件发生的、全部可信的单一故障及失效组合。

我国民用航空器对机载产品的要求很高, 要求其可靠性、安全性、产品的耐环境因素影响的极限值度均需满足相关的适航标准要求, 主要通过实验手段找出机载产品在设计制造过程中、使用运行过程中的各种失效情况, 通过定量分析机载产品的安全性能和设计准则, 解决产品设计、制造以及硬件设备带来的缺陷, 从各方面提升产品的安全性, 满足适航标准要求,

3 结语

近时期, 我国大力发展航空航天行业, 随着大量的电子产品的出现, 其中机载电子产品在我国航天航空、精密仪器仪表等领域应用越来越广泛, 其电子产品的可靠性和安全性、适航性方面受到广泛的关注。机载产品良好的适航性需从机载产品的设计、制造和维护等过程加以机载产品适航符合性验证研究, 在试飞行阶段采集大量的数据进行分析, 全面而系统的认知其产品的稳定性, 依靠优秀的适航管理来实现, 从初始适航性到持续适航性, 均需进行全过程的监督和管理, 使其符合适航标准的要求, 从而达到保障民用航空器的安全。

摘要：我国民用航空器良好的飞行性能往往决定于该民用航空器机载产品的适航性。良好的飞行性能, 能够很大的程度上保障民用航空器飞行安全, 机载产品只有全面完成适航符合性验证取得适航证, 才能进入市场。本文着重讲述了民用航空器产品的适航性及其分析方法, 全面论述了其适航性的重要性。

关键词：民用航空器,机载产品,适航性,安全

参考文献

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机载电子产品论文 篇2

机载电子设备电磁兼容检测软件设计

提出了一套针对机载电子设备电磁兼容性检测系统的辅助测试软件设计的整体方案.该软件紧密结合用户的.需求并充分考虑到操作人员的知识结构,具有智能化提示和分析、评估等功能,能够引导操作人员从初步分析人手,然后结合实际测试进一步对初步分析得到的结论进行验证、评估和最终判定,结果以评估报告的方式给出,并在需要时给出专家解决意见.该软件适应于实际需要,可以大大提高问题解决的时效,对装备任务的顺利实施和维护保障具有重要的实用价值,是检测系统的重要组成部分.

作 者：郭岩 邴洋海 赵鲁宁 GUO Yan BING Yang-hai ZHAO Lu-ning  作者单位：中国人民解放军驻沈阳飞机工业(集团)有限公司,军事代表室,辽宁,沈阳,110034 刊 名：飞机设计 英文刊名：AIRCRAFT DESIGN 年，卷(期)： 29(5) 分类号：V260.5 关键词：机载设备   电磁兼容   检测系统   软件设计  

汪滔：无人机载着梦想飞 篇3

汪滔1980年出生在浙江杭州，从小喜欢航模的他曾在父亲那里得到过一架遥控直升机，在他的想象中，直升机能悬停在空中不动，也可以想让它飞到哪里就飞到哪里，但实际上根本不是那么一回事，他操控的这台遥控直升机起飞不久就掉了下来，飞速旋转的螺旋桨还在他手上留下了一个疤痕。

“我想做一个能够自动控制直升机飞行的东西出来。”汪滔曾说。在杭州读完高中，汪滔考入了华东师范大学电子系，大三时，他转学到香港科技大学继续攻读电子专业。

2005年，开始准备毕业课题的汪滔决定把遥控直升机的飞行控制系统作为自己的毕业设计题目。他和两位同学说服老师同意了他们的研究方向。这个研究方向要解决的核心问题源自汪滔童年的梦想——让航模能够自由地悬停。

拿着学校给的经费1.8万元港币，汪滔他们忙乎了大半年，然而在最终的演示阶段，本应悬停在空中的飞机却掉了下来，失败的毕业设计得了一个C。

汪滔对研究的专注得到了一位教授的认可，于是他得以在香港科技大学继续攻读研究生课程。读书的同时，他拉着一起做毕业课题的两位同学在深圳创立了大疆创新科技公司，开始专注于直升机飞行控制系统的研发生产。

凭借在飞行控制系统上的技术积累，很快，大疆就推出了面向大众用户的“精灵”系列多旋翼飞行器，这是一款真正意义上的由高度技术集成、到手即飞的航拍飞行器。大疆将之前局限于航模爱好者的专业市场扩展到大众消费市场，从而引爆了整个无人机市场的需求。

如今，大疆的无人机已应用在影视拍摄、地震救援、城市管理等越来越多的专业领域。

对汪滔来说，从一个痴迷于技术的理工男转身成为管理数千人的企业CEO，最初的梦想已经有了更宽广的舞台，但在他的车的后备厢里，有一架多旋翼飞行器，有时候路过一片空旷的地方，他会停下车来，让自己童年的梦想再“飞”上一会。

对于以他为榜样的创业者，汪滔建议：“一定要确定这件事你是不是真的喜欢，因为只有喜欢的事情，你才会把它做到极致。”

【热用立意】把喜欢的事情做到极致/格局和视野

【素材现背】把年少时的喜欢变成自己终身追求的事业，除了有根植于骨子里的执念做支撑，还要有扛得住磨难侵蚀的无畏精神和做大做强的大格局、大视野。

机载电子产品论文 篇4

多个学科/专业和多重体系的叠加作用,使得机载电子产品研发过程的相对复杂。只有对这个复杂过程进行多体系、多视角的梳理与解构,才能实现机载电子产品研发过程复杂工作流的结构表达。

1复杂工作流

1.1机载电子产品研制过程

通用机载电子产品开发过程模型将机载电子产品开发过程要求,包括设计方法和技术体系要求、设计保证技术要求、项目(型号)管理要求、质量保证体系要求、适航支持过程要求等落实在产品开发生命周期活动中。该模型将机载电子产品开发生命周期划分为项目启动、产品需求定义、产品初步设计、产品详细设计、产品实现、产品验证与确认(最终产品验证及确认)和项目结项等若干阶段。

其中,产品开发的计划过程在项目启动阶段和产品需求定义阶段实施;产品的设计、验证和确认过程,以及安全性评估、 可靠性/维修性/测试性分析与评估、质量保证过程、适航支持过程等过程在产品需求定义、产品初步设计、产品详细设计、产品实现、产品验证与确认各阶段分布实施;构型管理过程贯穿产品开发生命周期,如图1所示。

1.2复杂性分析

一个流程的复杂性通常体现在以下三个方面:流程的体量庞大,节点众多;流程节点间的关系复杂;流程的控制类型复杂。由图1的模型可以看出,机载电子产品研制过程的流程复杂性,多体现在流程体量庞大和流程节点间的复杂关系方面。

机载电子产品研制过程组织方式主要是逐层分解、顺序执行、问题返回,工作流形式基本是串行,以及在串行基础上的一些简单条件分支;但由于研制过程的试探性,使得产品研制的工作流节点之间存在反复迭代关系;而除了简单的顺序、分支和迭代关系外,研制过程中还涉及多部门协同和资源约束关系,因此,产品研制的工作流节点之间还存在着并行触发和资源等待关系;此外,产品研制过程中,一部分流程节点会构成相对独立的子流程,如一些辅助任务流程等,这些子流程与主流程之间存在流程嵌套调用关系。上述种种表明,机载电子产品研制流程节点间的关系是复杂的。

1.3工作流分析

工作流是一种反映业务过程的计算机化模型[1],是为了在先进计算机支持下实现业务过程集成与过程自动化而建立的可由工作流管理系统执行的业务模型。在复杂性分析中,明确了机载电子产品研制过程主要由一系列的研制活动以及这些活动之间的顺序、分支、递归、协同、排斥和制约等关系组成,因此,使用工作流模型[2]来梳理机载电子产品的开发过程,进而建立该过程的可执行模型是合适的。

机载电子产品的开发过程是一个多体系流程的协同过程, 有主任务流程、辅任务流程和临时指派任务;有强制性流程、提示性流程和条件触发性流程。其中,所谓主任务流程,是指能够被严格规范的研发流程,以研制阶段的里程碑和重要结果文件作为规范要点;所谓辅任务流程,是指那些以主流程的节点到达或流出为触发条件的流程,如部分质量监督流程、协同工作流程、试验检验流程、仿真验证流程、适航认证流程等。

因此,分析机载电子产品开发过程的工作流结构,将复杂流程通过结构分解化繁为简,是机载电子产品研制过程的多体系复杂工作流建模与实现的关键所在。

2多体系复杂工作流的分解

机载电子产品的研发流程是复杂的,但是,通过对流程的梳理和分析可以发现,这种复杂性可以被分解,从而被简化。

2.1复杂流程的结构分解

处理复杂流程的有效方法就是“分解”——对复杂流程进行分层分块分解。将整个流程分解为若干子流程块,这些子流程块之间的关系构成一个层次的流程表述;而每个子流程块, 又可分解为若干更低层次的子流程块,最终实现复杂流程的层次分解。

首先,引入流程块的概念,一个流程块可定义为一组流程节点和子流程块的集合,这些流程块之间,以及流程块对流程节点(单向)的流程关系限制为简单的顺序和分支关系。一个流程块,如果仅由流程节点组成,则称该流程块为末级流程块。

这种分层分块、逐层细化的分解方法简化了流程块之间的流程关系,但限制了复杂流程关系的表达。因此,除了简单的顺序、分支关系外,需补充建立流程节点对流程块的调用、触发关系,以及流程节点之间的协同工作机制,如表1所述。

综上所述,我们通过流程块概念的引入和流程块之间的流程关系的简化,建立了复杂流程分层分块的结构化方法,将 “大”流程分解为“小”流程,每层每块都是“小”流程,但组合起来是“大”流程。同时,通过流程节点的调用、触发关系的补充定义,以及流程节点之间的协同工作机制建立,使得这种复杂流程的解构不会破坏流程内容的表达。

2.2机载电子产品研制过程的流程分解

运用多体系复杂工作流的结构化方法分析机载电子产品的研制过程,可以得到支持复杂流程分解的所谓“不变量”。

流程分解中,识别子流程块的标准是“业务完整性”和“稳定性”。所谓完整性,是指该子流程块应完成一个有明确意义的业务或业务过程;所谓稳定性,是指该子流程块所反映的业务或业务过程整体上相对稳定,内容也许会有演变,但整个业务是“不变量”。

以机载计算机研制过程为例,研制阶段划分(产品研发生命周期的各个阶段或军机K/F/C/S/D/P阶段)、专业划分(计算机总体设计、机箱结构设计等)、交付物定义(需求规范、设计说明等)应识别为研制过程的“不变量”。

根据“不变量”的划分,机载计算机研制过程的分解策略为:

1)根据产品研发生命周期的阶段划分进行流程第1个层次的分解;

2)根据专业划分进行流程的第2个层次的分解;

3)围绕项目交付物进行流程第个层次的分解;

4)经过三个层次分解后,得到的子流程块在很多情况下已经是可指派任务,此时,应根据具体情况决定一个层次的流程块是否需要进一步分解(该流程块的业务是否可由一个角色完成;该流程块的业务是否产生一个项目交付物或一个明确定义的中间结果;该流程块的业务是否依赖一个明确定义的信息化支撑环境)。WBS分解的末节点,应该是不可再分的原子任务项,通常对应一个直接的输出物。

经过上述方法对业务流程进行分解后,就形成了业务流程的WBS分解结果。一般的业务流程经过WBS分解后,会形成3-4级的层次结构,如图2所示。这只是流程梳理的基础,流程梳理还包括其他的组成要素。

3机载电子产品研制过程的工作流梳理

机载电子产品研制过程的流程梳理内容包括承担研制任务的人员组织/角色分工、研制流程、数据流转、操作规程、设计辅助工具以及设计过程所应遵循的规范、参考的知识、可重用的实例等。所以应基于流程分解产生的WBS分解结构从角色、工具、知识、数据、流程图五个方面阐述流程梳理方案。

3.1角色

经过WBS分解后,最低层中的每一个流程块的业务都应该是可指派给某个角色来完成的,所以梳理角色信息十分重要。内容包括:角色编号、角色名称、所属机构代码、能力要求、 工作范围等。

3.2工具

机载电子产品研制的管理和设计生产过程已离不开信息化工具的支持。因此,流程梳理的内容也应包括相关工具的梳理。建立工具列表,说明每一项工具的专业属性、用途、供应商、版本、部署方式、系统集成需求等相关信息。

3.3知识

流程梳理的内容应包括每个WBS流程节点相关知识[2]的梳理。内容包括:知识名称、知识来源、被引用工作项(即在WBS中哪一个节点中)等信息。

3.4数据

数据流[3]是机载电子产品研制过程中的重要内容,需梳理任务流中每一个任务节点的输入/输出数据,说明这些数据的类型/格式、数据来源、需要用到的系统或工具。

3.5流程图

依据WBS分解结果及角色、工具、知识、数据的梳理结果, 可绘制对应的流程图。

流程图的组成要素主要包括节点、顺序和控制。其中,节点是一个个可执行的、具体的任务单元,若将一个项目的执行过程视为复杂任务[4],则WBS分解的最低层的任务就是整个项目过程的任务节点;顺序,就是节点的执行顺序,受一个节点的入口/出口条件、节点任务的触发条件及任务节点间转换规则影响; 而控制,就是根据控制条件进行的任务节点间的转移和切换。

除了节点、顺序和控制外,添加每个任务节点承担者的角色、所需的系统或工具、涉及的参考知识以及该节点的输出输入数据,即可形成包含每个流程要素的完整流程图。所以,绘制流程图时,包含的对象如图7所示。

经过各要素的梳理,就形成了机载电子产品研制过程的工作流梳理结果。WBS分解将整个研发过程按层次分解,最终分解为若干可执行任务项;角色、工具、知识、数据四个要素的流程描述则说明了任务的责任方/参与角色、所使用的工具名称、 支撑知识/实例和标准/规范、入口/出口条件和输入/输出数据; 最后,形成各个层次任务的流程图,将机载电子产品研制过程体现在流程图中。这样一来,就完成了机载电子产品研制过程工作流全方位的流程梳理。

4结束语

一个体量庞大的复杂工作流建模,如果没有很好地识别其内在结构,通过层次化、结构化将流程化繁为简,对于工作流模型的表达和测试来说,是灾难性的。本文通过复杂流程的结构、不变量、层次分解形式等的讨论,建立了复杂流程的结构化方法。进而,探讨了机载电子产品研制过程的多体系复杂工作流梳理和表达,为机载电子产品开发过程模型的实现探寻了理论基础。

参考文献

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机载天线的方向图分析 篇5

机载天线的方向图分析

计算了机载单极子天线的辐射方向图,通过与单极子天线在自由空间方向图的比较,分析了飞机对机载天线方向图的影响;在此基础上,计算了飞机盘旋飞行时,机载天线对空间某一固定点辐射场强的`变化情况.在给定示例中,飞机盘旋1周时天线在通讯点方向场强变化达6.5 dB.

作 者：张安旭 张智军 陈汉辉 刘传武 王俊鸣 ZHANG An-xu ZHANG Zhi-jun CHEN Han-hui LIU Chuan-wu WANG Jun-ming  作者单位：空军工程大学,工程学院,陕西,西安,710038 刊 名：空军工程大学学报（自然科学版）  ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF AIR FORCE ENGINEERING UNIVERSITY (NATURAL SCIENCE EDITION) 年，卷(期)：2006 7(6) 分类号：V243.4 关键词：机载天线   方向图变化   有限元方法  

机载电子产品论文 篇6

关键词：煤矿生产  煤尘  机载泡沫降尘装置

1 研究背景

目前综掘机广泛运用于井下煤岩巷掘进工作，使岩/煤岩巷单进效率大大提高，伴随综掘机作业产生了大量的煤岩尘。为了减少综掘机作业接尘人员职业病危害，保证职工生命健康，降低综掘机作业产尘，借鉴最新的降尘技术，我单位设计并加工制作机载泡沫降尘装置。

2 机载泡沫降尘装置的工作原理和结构介绍

2.1 工作原理。泡沫通过截留，碰撞、扩散、黏附等方式作用于粉尘，从而有效的降低粉尘浓度。工作原理如下图所示。

2.2 结构组成该装置由吸泡装置、发泡装置、水泡混合器、箱体、风水管路、阀门及喷嘴等部件组成。下面我们将对各部件进行介绍和说明：由图1所示，箱体为钢板结构件，采用5mm厚钢板焊接而成，主要是用于存储泡沫剂，上部加工有注剂孔，方便补充泡沫剂，同时作为吸泡装置和风水管路和阀件的承载体，是该套装置的主体部分，其体积大小可以根据使用情况进行调整，主箱体可以通过底部焊接四个磁性底座，方便的固定在掘进机的机身上。

图2为吸泡装置，该装置为核心部件，主要利用负压水射流原理，将箱体内的泡沫剂吸入吸泡装置内，同时利用水压将泡沫剂与水的混合物送到发泡装置内。

图3为发泡装置，由吸泡装置过来的水和泡沫剂混合物进入发泡装置后，由压风将混合物吹送到水泡混合器内，再由各分管路到喷嘴，喷到掘进机头，实现泡沫降尘的目的。该装置由两部分组成，前部设计成两个空心锥形体，风压通过小的空心锥形体吹送到大空心锥形体的过程中，也实现了负压吸射的作用，避免了水和泡沫剂的回流;发泡装置的后部内等列错位的加工有数个片状物，通过对泡沫的截留、碰撞、扩散的作用后，将泡沫剂和水充分混合，并形成均匀的泡沫。

图4为管路布置，我们将风管和水管布置在主箱体的一侧，如图可以看出，吸泡装置与箱体的吸泡孔通过管路相连，各管路均设有闸阀，通过闸阀可以调节风、水及泡沫剂的大小，另外压力表可以显示出水的压力和吸泡的负压，通过观察压力的变化大小，调节闸阀，达到最佳的效果。通过对该装置主要部件的介绍，我们将各部件通过管路进行连接组合，即形成了该装置的结构系统图，如图5所示。

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图5

图5结构系统图所示，泡沫降尘系统分别从水管和风管的主管路上引出一个分支，连接管路用直径为19mm的高压胶管，降尘泡沫一体化装置安装在掘进机上，靠近司机一侧，便于司机操作，生成的泡沫采用直径为50mm的胶管输送至泡沫分配器，经分配器将泡沫进行均匀分配，最后由喷头喷洒至掘进机截齿产尘点，抑制矿尘的扩散。

3 机载泡沫降尘装置的效果和优势

泡沫降尘主要是通过发泡装置产生大量的泡沫喷洒到尘源上火空气中，除了能够化学抑尘外，还具备以下特点：①覆盖性能好，形成密集的泡沫体罩住尘源，从根本上阻止粉尘向外界扩散;②接触面积大，泡沫群总表面积增大，增加了与尘粒的碰撞几率;③润湿速度快，泡沫的液膜中含有增加粉尘亲水性能的表面活性剂，易使粉尘润湿。④黏附性能好，泡沫具有很好的粘性，增加了泡沫和粉尘的黏附效率。⑤该装置依靠水的动力按照比例自动添加发泡剂，采用风、水联动方式，控制方便、操作简单，且装置内无任何运动部件。⑥泡沫降尘与其它湿式抑尘相比，用水量可减少35～80%，而抑尘效率却比喷雾洒水高2～5倍。该装置能够大大提高机械化采掘工作面的降尘效率，节约水源，为采掘工作面创造良好的工作环境，保证工作面作业人员的安全，提高了工作效率，同时降低采掘一线职工患职业病的概率，是一种理想的粉尘防治方法。

参考文献：

[1]陆新晓，王德明，任万兴.煤矿泡沫降尘发泡特性实验研究[J].煤矿开采，2014（01）.

[2]任万兴.煤矿井下泡沫除尘理论与技术研究[D].中国矿业大学，2009.

某机载电子设备热设计 篇7

随着微电子技术和集成电路的飞速发展,机载电子设备也呈现出高性能、小型化的发展趋势,与此同时,电子设备所处环境更为恶劣,面临的挑战更加严峻,使得其热流密度急剧增大,元器件温度不断升高,产品可靠性逐渐降低。电子设备的散热问题日益严重,工程师在设计阶段对电子设备的热布局越来越重视,因此,热设计成为电子设备结构设计的一个关键环节[1,2,3,4]。

热设计的方法主要有试验、类比和仿真。试验方法能够准确得到设备内部关键元器件的温度分布,但是必须设计、生产实验样机,改进热设计的代价较大;类比方法操作方便、简单易行,但是只有同类型或者相似类型的产品可以比较,新研发的产品没有类比的基础,不可能得出类比结果;热仿真采用数学手段,能够比较真实地模拟设备的热状况,在方案阶段就能发现产品的热缺陷,从而改进设计,减少设计、生产、再设计和再生产的费用,降低资源消耗,缩短开发周期,提高产品的一次性成功率,为产品设计的合理性及可靠性提供有力保障[5,6,7]。

本文采用热仿真方法,对某机载电子设备进行热设计[8,9,10]。针对设备结构特点,提出多种不同的设计方案并对其进行了对比分析,确定最优的结构设计方案,指导某机载电子设备热设计。

1 热设计依据

根据电气功能设计要求,某机载电子设备由1个电源模块和4个功能模块组成,各模块安装顺序如图1所示,其中,模块4为电源模块,其余模块为功能模块。设备总功耗约30 W,电源模块功耗约10 W,模块3功耗约10 W,其余模块功耗共计10 W左右。设备所处外部环境温度为70℃,采用自然对流冷却散热方式,模块内部关键元器件允许的最高工作温度为105℃。

2 热设计过程

2.1 整机热设计

对某机载电子设备整机进行热仿真,仿真结果如图2所示。由图2可以看出,设备内部温度最高点为模块3上某处器件比较集中的区域,最高温度达到111℃左右,超过了元器件允许的最高工作温度,其他模块温度分布相对比较均匀,平均温度不超过100℃,基本接近元器件允许的最高工作温度。

考虑到整机热量集中于设备中部模块3上热流密度较大的区域,因此,调整设备整体结构布局,提出如下几种热设计方案:

方案一:将模块3与模块1调整位置,并旋转模块3的方向使得器件面朝上,保证模块3及其上布置的元器件靠近侧板以利于散热;

方案二:将模块3上发热量较大的元器件直接布在中导轨上以利于散热;

方案三:将模块3上发热量较大的元器件直接布在侧板上以利于散热;

方案四:将模块3上发热量较大的元器件紧贴横梁以利于散热;

方案五:将模块3上发热量较大的元器件紧贴横梁及侧板以利于散热。

对上述几种不同的热设计方案进行仿真对比,得到整机温度场分布如图3~图7所示。

2.2 模块热设计

整机热仿真结果表明,设备内部温度最高点集中在模块3上,因此,着重对模块3进行热设计。模块3上主要发热元器件布局如图8所示,图中虚线框内的6个元器件功耗合计5 W以上且集中布局,局部热流密度较大,因此,温度相对较高。模块热设计过程中,在兼顾电性能的前提下,将这6个功率集中的元器件布局略微调整,如图9所示,调整前后的模块热仿真结果分别如图10,图11所示。

3 热设计分析

对上述五种不同方案的结构布局及散热效果对比分析如下:

方案一通过改变模块3的位置及器件面朝向,使得大功耗元器件靠近侧板但没有与侧板金属壳体接触,散热效果较之原始布局略有增强但并不明显;

方案二和方案三将模块3上发热量较大的元器件直接布置在导轨或侧板上而不是布置在印制板上,通过导轨或侧板将大功耗元器件的热量完全散失,由于导轨或侧板是纯金属壳体,导热系数大,因此,此种布局方式换热效果较好,大功耗元器件集中区域最高温度仅为99.3℃,但是这种布局方式将元器件完全固定在电子设备的侧板或导轨等结构部件上,可维修性较差;

方案四将模块3上发热量较大的元器件紧贴横梁,通过横梁和盖板的接触将热量散失,与方案二和方案三相比,接触热阻多,传热路径长,散热效果差,但是,在使用过程中出现故障时可以仅将模块3拆卸维修,现场可更换性强;

方案五将模块3上发热量较大的元器件一面紧贴侧板,另一面紧贴横梁,大功耗元器件产生的热量通过侧板以及横梁和盖板同时散失,元器件集中区域最高温度仅为98.8℃,完全可以满足整个设备的使用要求,同时兼顾了设备的维修性。

通过上述对比分析,选择方案五作为某机载电子设备结构设计方案,并在此基础上,对模块3上元器件布局进一步调整,调整以后的模块3局部热流密度有所降低,元器件温度降低了约4℃左右,由于考虑电性能的要求,模块3上功耗集中区域的元器件不能过于分散布局,因此,调整布局以后的元器件温度并没有降低太多,但是,完全能够满足元器件使用温度要求。

4 结语

通过对比多种不同的热设计方案,综合考虑散热效果及可维修性,选择了最优的热设计方案并据此开展了结构设计工作,某机载电子设备的热设计已随电气设计和结构设计一起通过了各项验证试验,现已成功交付用户,使用情况良好。同时,本文提出的热设计方案也为同类型机载电子设备热设计尤其是采用类比方法进行热设计时提供了较大的参考价值。

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[9]徐晓婷,朱敏波,杨艳妮.电子设备热仿真分析及软件应用[J].电子工艺技术,2006,27(5):265-268.

机载电子系统抗干扰设计分析 篇8

本文通过对机载电子系统在综合过程中硬件及软件的分析, 提出几种抗干扰的设计措施及其实例分析。

1 EMC设计和系统间抗干扰分析

机载电子系统的电磁兼容性设计和抗干扰设计是一个综合的技术, 需要从设计的软、硬件各个层面共同采取措施。

在设计早期阶段重点关注EMI, 电子系统早期的EMC设计有很多优势, 可以提高自身工作的稳定性, 可以帮助系统减少设计及测试成本。早期的EMC设计方法很多, 本文简要介绍了印制板设计、结构设计的措施。

机载复杂系统间的综合还应分析“干扰源”和“受扰者”的耦合情况, 采取抗干扰措施, 减轻相互的干扰。本文以实例分析的形式展开抗干扰的分析。

2 印制板设计措施

计算机系统中的时钟是最高的频率信号, 它的全部能量都集中在由基频和谐波频率组成的窄带内。在大多数情况下, 来自时钟的辐射超过其他部分的辐射。因此, 为了使时钟回路的总面积不超过几个平方厘米, 所有的时钟都应与地回路线相连。为了限制时钟信号对印制线路板的那些引出线耦合, 时钟电路应放在远离输入/输出引线的地方。为了减小交扰, 时钟引线不应在长距离与信号线或数据总线并行走线。对地址总线、数据总线和其他各种信号线应就近提供一个信号回路, 地回路最好设置在最不重要的地址引线附近。

3 屏蔽结构的设计

随着系统的集成度提高, 一个电子模块中会集成多个处理器和多种晶振。为解决模块级的电磁兼容性, 可设计电子模块的屏蔽结构框并良好接地。在产品整体设计时, 选用带信号屏蔽的连接器, 对机箱进行密封设计并良好接地。将产品内外的电磁辐射发射通道隔断。采用滤波电连接器:电缆的长度往往由飞机的实际需要决定, 控制电缆共模辐射的最好的方法是减小高频共模电流的幅度, 因为高频共电流的辐射效率很高, 是造成电缆超标辐射的主要因素。减小电缆上共模高频电流的一个有效方法是在电缆的端处使用低通滤波器, 滤除电缆上的高频共模电流。滤波电连接器是解决这个问题的理想器件。滤波电连接器的每个插针上有一个低通滤波器, 能够将插针上的共模电流滤掉。

4 机载系统综合实例

图1中给出了机载系统综合的一个实例。在此系统中, 综合处理机作为信息中转设备将燃油测量系统和其他机载系统的数据发给显控系统供飞行员查看。再结合时标信息将数据发给飞参系统进行数据记录。在本系统中采用了RS422, 模拟量, 离散量等接口。

早期的EMC优化设计后, 在全系统综合时, 因系统交联的复杂性, 又出现了综合处理机偶发复位的现象。复位出现时测量到的信号波形如图2所示。

根据测量到的波形分析, 由软复位产生的系统复位有效时间为40us左右, 复位源为软复位。进一步测试, 在系统启动燃油系统的422数据传输时, 会发生复位。将燃油422断开后, 现象消失。分析复位与422通讯的关联情况, 在处理机的接收软件中, 声明了长度为70的数组作为接收缓冲区。模拟燃油系统422接口数据的包长字为01h~0ffh, 发现包长字在超出规定的数组长度时, 故障会复现。

根据软复位产生的机理, 分析如图3所示。

问题的根源在于422接口受电磁干扰后会偶发出现包长字误码。而驱动软件是根据接收到的包长字进行临时数组数据创建。在422接口接收到误码后引起软件数组越界, 进而CPU进入特殊总线周期造成总线超时例外, 产生软复位信号, 导致复位、死机。

实例中的问题, 说明在机载复杂电子系统综合时, 在解决“干扰源”的问题后, 还需要做好“受扰者”的抗干扰措施。从以下三个方面阐述。

5 电源的抗干扰措施

在许多数据处理机中, 最大的射频干扰表现为电源线上的传导发射。可以在主电源线上安装一个L型滤波器, 就能十分有效地抑制这类干扰。需通过对用电环境、产品功耗、电源品质的分析计算, 选择合适的滤波器。

6 传输线的抗干扰措施

采用双绞线能降低共模干扰 (见图4) , 当电流在线路流动时, 由于双绞线位置不断地改变, 导线内的电磁感应e的方向也就改变了, 从而使其互相抵消, 若采用具有屏蔽的双绞线, 既可屏蔽外界的干扰又达到平衡电磁感应的作用。实例中的422数据的干扰源就来自信号线。在实例中, 干扰来自燃油系统的422信号线, 通过重新敷设双绞电缆, 并做好信号线屏蔽连续, 消除了此干扰源。

7 软件鲁棒性设计

在进行软件抗干扰设计时, 引入了鲁棒性设计的概念。鲁棒性是在异常和危险情况下系统生存的关键。比如说, 计算机软件在参数变化, 系统噪声, 不可预测的干扰输入情况下, 能否不死机、不崩溃, 就是该软件的鲁棒性。

在有数据采集的计算机系统中, 由于受电磁环境的影响, 采集的数据中包含有干扰成分。为此, 可以采用比较平均法设计数字滤波软件。

比较平均法是为了剔除个别大的干扰产生的数据偏差或控制系统的误动作, 其方法是用比较判决, 如对采样点连续采样3次, 用“3取2”的判决来剔除瞬间强干扰信号造成的错误。实例中涉及了离散量信号的防抖设计, 系统中的离散量信号均为慢速系统, 使用比较平均法, 在保证信号采集的实时性基础上, 滤除信号上的干扰。

实例中的422驱动软件的鲁棒性不足。仅按通讯协议建立了基本的通讯。没有考虑传输信号干扰带来的影响。为加强鲁棒性, 可以扩展数据的缓冲区, 也可以对关键的数据参数进行软件滤波。

8 结语

机载电子系统的电磁兼容性设计和抗干扰设计是一个综合的技术, 需要从设计的软、硬件各个层面共同采取措施, 并分析“干扰源”和”受扰者”的耦合情况。才能够提高系统工作的稳定性。

因篇幅和作者经验有限, 不能逐一进行阐述。本文仅围绕典型案例, 列举了相应的抗干扰措施。在实际工程中, 这些措施有效的抑制了电磁干扰, 尽早通过系统级的电磁兼容试验来验证这些措施也是很有必要的。

摘要：随着机载电子设备的增加, 机载电子系统之间的电磁环境也越来越复杂。在复杂电磁环境下, 采取有效抗干扰措施才能使系统能够稳定工作。本文通过对机载电子系统综合验证场景的实例分析, 简要介绍了几种抗干扰的设计措施。

关键词：机载电子系统,电磁兼容,抗干扰,软件鲁棒性,滤波器

参考文献

[1]姚志鹏.控制系统鲁棒性研究[J].中国科技财富, 2009 (04) :9-10.

[2]迟琼.计算机系统抗干扰分析[J].甘肃冶金.2008 (05) :97-99.

开放式机载电子设备结构设计 篇9

目前风机冷却的机载电子设备主要采用隔离密封的结构形式,即风道与内部电子模块完全隔离,模块将热量传导至机箱侧壁,冷却风通过机箱侧壁,通过侧壁换热器将热量带走。隔离密封方式的优点是电子模块实现密封,但散热路径长,热阻大[2]。开放式风冷散热结构,风机驱动冷却风直接吹过模块表面散热器换热,有效缩短了散热路径,并大幅提高散热能力。但机箱开放,带来了电磁屏蔽、三防、灰尘等多方面问题,难以直接应用于机载环境。只有解决上述问题,才能将开放式风冷散热结构应用于机载环境[3]。

1 两种散热方式说明

隔离密封散热方式的典型结构及散热路径如图1所示,开放式风冷散热机箱的典型结构及散热路径如图2所示。从图中可看出,隔离散热结构为间接传导散热,而开放式为直接对流换热。

测量表明:楔形锁紧结构,机箱插槽至模块散热板边缘温升一般约14~16℃,由散热板中央至插槽处散热也存在传导热阻,一般温升8~10℃。仿真证明:同样的风量和模块结构,采用开放式散热相比隔离密封热结构,器件表面温度下降10℃[4]。

开放式散热结构可忽略机箱插槽处传导热阻,增强了模块散热板中央至边缘的热传导效果,总体散热改善效果良好,采用开过式散热结构散热优势明显。

2 技术难点

开放式结构应用机载产品的技术难点主要是电磁屏蔽、防尘设计、三防设计。如何在实现电磁屏蔽的同时又尽量不减少风量是第一个难点。开放式散热方式散热效率高是因冷却风直接吹过器件表面,需提供较大的风量。增加风量,需增加通风孔面积,但提高电磁屏蔽效能,又需减小通风孔面积,两者相互矛盾,所以在方案设计之处须进行热及电磁仿真计算,才能取得最优效果。

如何实现过滤灰尘的同时又尽量不降级风阻是第二个难点。风道直接与外界贯通,气流经模块表面,灰尘在伴随冷却气流进入设备。如何设计滤尘装置,保证隔离灰尘的同时且风阻降低在可接受范围内,同时滤尘装置要便于维护。

满足机载环境三防要求是第3个难点。开放式结构霉菌、水汽等均会直接进入设备,必须通过提高设备三防性能和设计相应结构,将问题逐项解决。此外,风道的设计也是难点,因风机驱动力量有限,合理的模块排布、冷却风的流量分配、风道的风阻设计等均是必须考虑的问题。风道设计中应注意,层流与紊流的差异会导致换热系数的变化,其效果甚至大于模块散热板尺寸的作用[5]。

随着仿真技术发展,仿真软件内部一般都有典型风机的供风特性,可直接调用,一般通过多轮热仿真优化,可解决风道设计的问题。

3 成功样例

某机载电子设备外形尺寸260 mm×210 mm×420 mm,包含12个功能模块,总功耗355 W,工作环境温度70℃,自带风机散热。由于热设计条件恶劣,对选择方案有决定性影响,所以首先考虑热设计方案。经仿真,采用开放式风机冷却结构。机箱左侧装配2台风机,并采用抽风方式,模块冷板采用传导贴覆式冷板[6],具体结构如图3所示。热设计内容主要包括不同功耗模块的前后顺序排列、风机的选型、风道的设计等方面问题,主要通过仿真手段来保证。最终将主要功能模块温度控制在85℃以下,热设计满足要求,如图4所示[7]。

采用开放式热设计方案,散热效果得到明显改善,满足使用要求,但带来的电磁密封、防尘及三防方面问题,需逐一解决。

3.1 电磁密封

开放式结构中通风孔、缝泄露抑制最为关键,根据孔耦合理论,决定孔、缝泄露量的因素为孔、缝最大线性尺寸。

通风孔的设计关键在于通风部件选择与装配结构的设计。在满足通风性能条件下,应尽可能选用屏蔽效能较高的屏蔽通风部件。设计经验表明:孔最大线度尺寸即直径应≤波长/20,缝最大线度尺寸应≤波长/100,且<波长/20,一般可取得较好的电磁密封效果[8]。

通风散热孔的处理有多种方法,通常做法是机箱盖板加工孔阵列、覆盖金属丝网、安装蜂窝状波导板等。在军用电磁兼容标准GJB151中,RE102试验测量值极限有严格要求,阵列打孔金属板和覆盖金属丝网屏蔽效果一般,难以达到屏蔽要求。蜂窝状波导板屏蔽效果好但厚度较厚且占用体积较大,故应用受到了较大限制。

本案例中设备主要晶振频率及其倍频范围为30~200 MHz,对应波长为10~1.5 m,将最小孔径确定为3 mm,最大间隙尺寸设计标准值为75 mm。

采用安装风压损失较小的新型金属发泡网来处理通风散热孔,金属发泡网因材质柔软不能直接裸露,在发泡网外表面增加阵列打孔金属板用于保护金属发泡网,缝隙内填充柔性导电密封材料,提高了电磁密封性能。最终产品RE102试验,扫描结果如图5所示,产品满足要求。

3.2 防尘设计

按照我国科学分类方法,粉尘组成分级标准为8级,防尘部件的选择应注意:首先明确设备使用环境的粉尘等级,然后确定防尘网孔径规格;其次考虑风阻特性。防尘网的风阻特性与设备风机所提供的风阻、风量有直接关系,使用中不可避免有粉尘滞留防尘网表面,造成风阻增大,所以风阻特性的选择应留有一定余量,确保使用中风阻特性始终满足性能要求,也可延长防尘网清理周期[9]。

本案例中防尘部件选择新型铝制发泡金属网,发泡金属网是一种经特殊工艺制成带有大量层叠微孔的镍铁等金属支撑既能屏蔽辐射干扰又能通风的材料。金属发泡网的选择主要考虑风阻特性、防尘等级和屏蔽效能3个因素。金属发泡网的主要参数是孔隙率和厚度,一般孔隙率越大,厚度和风阻越小,但屏蔽效能及防尘能力则越差。防尘网在风道中的位置应靠近入风口处,考虑到维护清理问题,一般应设计为独立部件。根据产品特点,最终选择400目金属发泡网作为防尘部件。经试验,防尘性能满足产品使用要求。

3.3 三防设计

提高开放结构的三防性能从3个方面开展:选材、表面涂覆和局部结构密封。要选择三防性能好的材料作为零部件基材,并对零部件进行表面处理。标准件尽量选择不锈钢材质,且模块表面涂覆高性能三防涂层[10]。

局部结构密封是指将产品的通风区与接线区等区域隔离开。模块尽可能采用密封结构,母板与模块之间垫金属隔离板,结构件之间填充柔性密封材料。通风风道和整个设备底部开泄水槽,以防止湿热空气冷凝聚集成为液体,而发生短路危险。

本案例中选择金属材料选择耐腐蚀性能较好的防锈铝合金作为金属基材。非金属表面除常规表面处理外还增加了真空涂覆,确保模块三防性能优良。机箱底部设计泄水槽,确保冷凝水可正常排出。通过采取上述措施,产品成功通过环境考核试验,并顺利交付。

4 结束语

机载电子产品论文 篇10

无人机是一种动力驱动、无人驾驶的航空器。由于其体积小、重量轻、隐蔽性好和零伤亡等特点,在军事上的用途越来越广泛。随着科学技术的日新月异,无人机也在向着智能化、用途多元化不断发展。

无人机系统是一种不同学科、不同专业综合在一起的复杂系统。主要由任务设备分系统、指挥控制分系统和航空电子分系统等组成。其中航空电子分系统是无人机系统的核心,主要由机载计算机、测量设备、伺服设备和供电设备等组成[1]。文中针对航空电子分系统中的电子电气设备进行研究,提出了一种检测系统设计方案。由于电子电气设备的可靠性是无人机飞行安全的重要保证,设计目的在于设计出一套智能化、自动化程度高的测试设备,以满足和提高无人机的智能检测和诊断水平。

1 检测系统总体设计

1.1 电子电气设备组成及功能

机载电子电气设备是无人机系统的重要组成部分,在无人机的飞行控制中起到非常重要的作用,主要包括测量设备、伺服设备和供电设备3个部分。

测量设备主要由陀螺和传感器组成,其功能是完成无人机飞行过程中重要参数(如飞机姿态角、飞行航向角等)的实时采集,反馈给飞控计算机和地面控制系统。伺服设备主要由包括升降舵机、副翼舵机和方向舵机在内的各种舵机组成,是飞行控制系统的执行机构。主要功能是:根据飞控机的指令,按规定的静态和动态的要求,实现对无人机的飞行控制。供电设备主要由交流发电机、直流稳压电源和逆变器等组成,其功能是为无人机全系统供电,以保障整个系统正常工作。

1.2 检测系统组成及原理

文中设计的检测系统主要包括3个部分:① 支持PC104总线的主控计算机;② 具有AD/DA转换功能及可编程数字IO功能的通用性模块;③ 由信号调理电路、驱动变换电路等组成的自研调理模块[2]。其中通用性模块支持PC104总线技术,能够直接通过插拔与主控计算机连接,自研调理板插在母版上,通用性模块通过排线与母版相连。系统检测原理框图如图1所示。

2 系统硬件设计

2.1 主控计算机

主控计算机采用嵌入式工业主板PC104/SD-840。该款主板集成了低功耗的AMD GEODE-LX PROCESSOR功能的CPU。板上具有CRT/LCD/LVDS显示接口,支持4个串口、4个USB口、1个并口、在板DOM、1个小硬盘接口,可支持2个硬盘驱动器,1个10/100 M自适应网络接口,同时提供扩充用的标准PC/104接口。考虑到携带方便,检测系统采用了640×480分辨率的液晶触摸屏,并且将4个USB端口引到后面板,使得系统既可以用鼠标和键盘操作,也可以用触摸屏操作。由于CF卡容量有限,所以操作系统采用简装版的Windows2000,并且在该操作系统中安装Microsoft Visual C++,为软件调试、运行提供环境。由于PC104/SD-840体积小巧,功能和稳定性很强,并且工作温度范围较宽,能够满足复杂环境下的检测需求,所以设计中选用该款主板作为主控计算机。

2.2 通用性模块

通用性模块主要包括AD板和DA板。AD板采用PC104总线数据采集板SD161P,SD161P是一块PC104总线的多功能数据采集板,适用于工业现场、实验室和嵌入式设备等多种场合,具有16路A/D转换通道、1路D/A通道和24路可编程开关量输入输出,也可根据用户需要选配功能,节约工程成本。A/D转换通道输入信号范围是:0～10 V、-5～+5 V和-10～+10 V,3种范围通过跳线可选,根据无人机信号特点和检测系统需要,设计中选用了-5～+5 V。此外,12 BIT的输入精度和24路可编程开关量输入输出能够满足测试系统需求。AD板的主要作用是将测量设备的电压信号(如角速率陀螺的俯仰角速率信号)、伺服设备的舵偏角反馈信号(如左副翼舵偏角信号)以及3路电源电压等信号采集回来,为主控计算机的处理提供依据。

DA板型号为SD-1824,具有8路DA通道,建立时间为10 μs,DA转换分辨率为12位,电压范围为0～5 V、0～10 V、-5～+5 V和-10～+10 V可选,文中选用-5～+5 V,此外,该板卡还有电平方式为TTL的开关量,有8路输入通道数和8路输出通道数,工作温度为温度范围为-40～70 ℃,能够满足宽温的需求。由于AD板的开关量有限,所以DA板的8路输入和8路输出开关量也被应用于电路,其主要功能是:由主控计算机模拟飞控机的指令,向对应的飞机电缆发送开关指令,舵机会根据指令做出相应的动作。

值得注意的是,在使用AD板和DA之前,首先要为二者分别设置不同的基地址,以免冲突。板卡在使用时要要设置启动方式,启动方式分为软件启动、定时启动和外触发启动3种,文中使用软件启动。使用板卡之前应软件开启板卡,退出程序前应该关闭设备。

2.3 自研调理模块

测试过程中,要不断地有信号在主控计算机和测试设备之间交互,在此过程中有的信号(如倾斜角速率、偏航角速率和油量等信号)可以不经过变换直接进入数据采集板后送主控计算机,但是为了节省AD通道的使用,文中使用了多路模拟选通开关CD4051芯片。而有的信号(如3路供电电源信号)会大于AD板的输入电压允许范围-5～+5 V,因此,要将信号进行调理,以保护AD通道不被损坏,文中采用电位器将3路供电电源信号分别分压后给CD4051芯片,然后送AD转换通道。

主控计算机模拟开关指令时,通过DA板输出TTL高电平,但是TTL电平不能满足停车、开伞和延时等开关量信号的需求,所以要对TTL信号进行驱动变换。文中采用的方法是:首先DA板输出TTL电平,送MC1413P芯片,然后经过光耦隔离芯片,最终将模拟的开光量信号送给对应的整机电缆。

缸温的检测采用恒流源技术,根据铂电阻阻值在一定温度范围内随温度线性变化的原理测量发动机气缸头温度。文中设计了恒流源发生电路,用以模拟飞控机中恒流源,给铂电阻供电,然后通过AD通道将电阻两端的电压信号读取给主控计算机。

发动机转速的测量原理是通过检测发动机产生交流电的频率来测量发动机的转速,具体的测量方法是:将发电机产生的交流电经过电阻限流,然后进入光耦隔离器件,将输出的脉冲送入计数器,对其计数,从而可以计算出发动机转速。

垂直陀螺的供电需要±8 V电压,但是测试系统的供电电压为±13 V,所以需要将±13 V转换为±8 V电压,具体的实现方法是:利用TL431,通过设置RA和RK端口之间的阻值的比值调节输出端电压,文中采用电位器实现,使得电压的调节比较灵活。

3 系统软件设计

文中设计的检测系统在Windows2000操作系统下运行,应用Microsoft Visual C++6.0作为开发环境[4],编程语言采用面向对象的C++。

检测系统的工作流程描述如下:首先开机进行系统自检,启动程序后,进行界面初始化,然后进行测试模式选择,测试模式包括自动测试和交互测试2个部分,自动测试能够无需人工干预自动完成测试功能,交互测试可以提供交互界面逐步完成测试功能,接着选择要测试的项目进行测试,最后将测试结果保存在数据库中[5],系统主程序流程如图2所示。

检测系统的测试内容主要包括测量设备检测、伺服设备检测和供电设备检测3个部分。以伺服设备中的左副翼舵机检测为例,介绍系统的检测过程。首先,测试主机的DA板向左副翼舵机发送电压控制信号U1,左副翼动作,用测试主机的一路AD采集左副翼舵机的反馈信号U2,计算ΔU=|U1-U2|,如果ΔU在误差允许范围内,则认为舵机工作正常,否则舵机工作异常,子程序流程图如图3所示。

检测系统界面显示的内容主要包括飞机的状态参数、发动机的状态参数、机载供电电源的参数、各个舵机反馈电压参数以及开关量信号的状态,检测完毕后,系统检测结果以报表的形式呈现,最终的测试结果可以导出并保存。

4 结束语

上述设计了地面便携式检测系统的硬件部分,在硬件平台的基础上开发了地面检测系统软件,并且进行了与实际装备的联机调试,完成了对测量、伺服和供电设备的检测,经过研究与调试工作,所设计的检测系统虽满足了性能技术指标,但在实际工程应用中还存在一些不足,需要在后续研究工作中加以改进和完善。

参考文献

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机载电子产品论文 篇11

1 HDLC总线原理

1.1 数据链路

在某飞机的电子飞行仪表系统中, 显示处理机 (DPU) 与多个显示器 (DU) 之间采用HDLC总线进行通讯, 其数据链路结构采用半双工点对多点的不平衡数据链路, 如图1所示。工作模式采用HDLC总线三种工作模式中的一种——正常响应模式。系统由一个主站、多个从站组成, 显示处理机 (DPU) 为主站, 负责数据发送并检测处理数据链路层差错情况, 负责发送命令帧。多个DU均为从站, 接收到主站数据信息后发送应答信息, 各个从站只和主站进行数据交换, 从站之间不能直接进行数据交换。

1.2 电气特性

总线的电气接口符合RS-485电气标准, 采用双绞屏蔽线进行信号传输。HDLC总线共有两路RS-485接口, 1路用于传输时钟信号, 1路用于传输数据信号, 即HDLC总线采用外时钟同步模式, 用两对双绞屏蔽线实现数据传输。数据传输速率为1.5Mbits/s, 编码方式为不归零方式 (NRZ) 。

1.3 HDLC帧结构

HDLC总线链路中, 采用帧作为传输信息的基本单位, 从低位到高位进行传送。

2 硬件设计

2.1 HDLC板工作原理

HDLC板由CPU电路、存储器电路、FPGA电路、HDLC总线电路、电源电路、时钟电路、看门狗电路、RS232电路及以太网电路等组成。HDLC板原理如图2所示。

2.1.1 CPU电路

HDLC接口板选用Power PC系列CPU MPC860, 这款CPU应用于嵌入式系统。MPC860包含一个嵌入的Power PC内核和一个32bits宽度的RISC, Power PC内核负责执行代码, 32bits宽度的RISC负责底层通讯。MCP860系统的最高工作频率为66MHz。MPC860有4个SCCs (S erial C ommunication C ontrollers) , 可编程为串行HDLC总线、点对点异步HDLC、HDLC/SDLC、Ethernet/IEEE 802.3、ATM、UART、同步UART、Apple Talk、Ir DA、BISYNC以及transparent;两个串行管理控制器 (SMC, Serial Management Channels) , 可编程为TDM、UART、Transparent;1个串行总线接口电路 (SPI总线, Serial Peripheral Interface) 和1个I2C (Inter-Integrated Circuit) 接口。MCP860拥有极为丰富的片上资源, 非常适合应用在较多通讯系统中, 由于它的双处理器体系结构, 功耗明显低于传统体系结构的处理器。

2.1.2 看门狗电路

看门狗电路上电时产生全局复位信号, 宽度为200ms。正常工作时, 可通过ACTIVE引脚监控系统运行情况, 若系统软件没有在规定时间内, 对看门狗电路进行触发操作, 看门狗电路会产生复位信号, 对系统进行复位, 以防止系统出现无法正常工作的异常情况。看门狗电路触发时间最长不超过1.6S。

2.1.3 时钟电路

时钟电路为MPC860提供正常工作的时钟信号, 在本系统中, MPC860外接25MHz的晶振, 经锁相环电路倍频后, 内核及内部总线工作频率为50MHz。

2.1.4 存储器电路

MPC860系统启动引导程序 (B ootrom) 和应用程序 (Vx Works) 分别采用不同的FLASH进行存储, 采用SDRAM存储运行指令和数据。系统上电后, 从BOOT FLASH提取指令, 对系统进行最简初始化, 继而根据指引访问存储应用程序的APP FLASH, 并将数据和代码复制到SDRAM, 系统转而在SDRAM中运行。

系统启动引导程序存储在总线宽度为8bits的BOOT FLASH中, 应用程序存放在总线宽度为16bits的APP FLASH中, 便于程序升级更新。

2.1.5 HDLC总线电路

将MPC860的片上资源SCC2和SCC3的通讯类型配置为HDLC总线协议。HDLC总线采用1路半双工RS485电气接口, 包括1路数据差分信号和1路时钟差分信号。时钟差分信号作为收发数据的同步时钟, 由数据发送方发送至总线。时钟信号和数据信号, 各需1个控制信号来控制RS485总线芯片的接收或者发送。发送数据时, 由MPC860内部的锁相环电路, 产生1.5MHz的同步时钟。HDLC总线电路作为从站, 从DPU接收数据和指令, 并回送显示器状态字信息给DPU。

2.2 关键技术

HDLC板研制工作的重点是HDLC软件开发。HDLC软件是建立在实时操作系统 (Vx Works) 上的嵌入式软件, 由监控引导程序、驱动软件和应用软件组成。监控引导程序包括板级支持包 (BSP) 和嵌入式实时操作系统 (Vx Works) 内核, 主要功能是硬件接口管理、I/O管理、任务管理及事件管理等。驱动软件实现以太网通讯协议和HDLC通讯协议。应用软件管理RS232、RS422总线通讯, 处理模拟量信号和DU内部离散量, 接收和处理来自DPU的数据输入和控制指令, 实现对DU的控制功能和显示数据的传输。

3 软件设计

3.1 Vx Works操作系统

Vx Works是美国Wind River System公司推出的操作系统内核, 专门用于实时嵌入式系统, 为程序开发人员提供了高效中断管理、实时系统资源、实时多任务调度以及实时任务之间通信。另外, 为各种CPU平台提供了统一的编程接口与一致的运行特性, 尽可能屏蔽不同CPU之间的底层差异。应用程序开发人员可以将大部分精力用于开发应用程序本身, 而不必考虑系统资源的管理。因此, 可在不同CPU平台上轻松移植基于Vx Works操作系统的应用程序。

Vx Works操作系统包含板级支持包 (BSP) 、存储管理、进程管理、文件系统管理、设备管理、系统应用及网络协议等部分。Vx Works占用的存储空间很小, 并可高度裁减, 保证了系统高效率运行。

3.2 详细设计

3.2.1 软件架构

软件设计按照分层的思想可将HDLC通讯分为3层进行处理:物理层、协议层、应用层。物理层为物理链路层, 负责HDLC数据包的发送和接收;协议层主要是协议处理, 将要发送的数据按照协议要求打包, 并将接收到的HDLC数据包按照协议解包;应用层主要负责处理应用数据。

1个HDLC通道, 包含3个Vx Works进程:物理层数据发送接收进程;协议层打包发送数据进程和协议层解包接收数据进程;应用数据处理进程。进程之间采用信号量结合消息队列的方式进行通信。进程收到消息之后, 到相应的数据区进行处理。物理层数据发送接收进程, 通过中断服务程序的消息, 接收外部数据。本项目与外部交联共有2个HDLC通道, 共6个进程, 应用数据处理进程较简单, 采用1个进程来管理两路应用数据发送, 增加1个看门狗进程以监控其他进程的状态, 并在出现异常时做相应处理 (如系统复位、进程重启等) , 因此, 看门狗进程的优先级最高。

3.2.2 初始化

软件初始化有以下几个步骤:初始化系统定时器、初始化SCC物理层、初始化协议层、初始化应用层及看门狗。

3.2.3 功能模块设计

(1) 物理层模块。SCC物理层主要负责处理两个方面的数据:将协议层发送过来的消息、数据发送出去;响应SCC发出的中断申请, 进行发送或者接收数据。SCC物理层工作流程图如图3所示。

(2) 协议层模块。协议层处理发送和接收两种状态。接收时, 协议层对接收到信息的控制段、地址段、数据段进行解析, 根据控制帧P/F位判断是否需要回送数据。需要回送时, 先检查发送列表中是否有需要发送的信息, 有则发送该信息, 否则将控制帧信息回送给主站。发送时, 首先, 协议层接收来自应用层的消息后, 处理HDLC输出模块的协议层部分, 并在HDLC输出任务列表中添加此输出任务;其次, 协议层检查P/F位为1时, 即需要回送信息给主站时, 协议层进行发送操作。协议层设置好控制段、地址段, 并将处理好的帧信息发送给物理层, 完成协议层的最后发送。

(3) 应用层模块。本项目的应用层处理是数据发送, 数据接收的应用处理在协议层中已完成。准备好发送数据后, 以消息形式通知协议层将待发送数据加入到发送队列中。

4 结语

本文简要介绍了机载设备中基于MPC860的嵌入式系统HDLC总线的设计实现实例, 详细介绍了HDLC总线的工作原理、硬件实现、软件实现。

参考文献

[1]王芊, 刘革明, 吴通华.HDLC应用中的几点建议[J].电力系统保护与控制, 2010 (18) .

[2]Raj Kamal.嵌入式系统——体系结构、编程与设计[M].北京:清华大学出版社, 2010 (3) .