航电总线系统

航电总线系统（精选5篇）

航电总线系统 篇1

回顾航空电子系统总线的发展历程, CAN总线、ARINC429总线、1553B总线、全双工AFDX网络等先后在不同时期得到了广泛的应用。随着航空电子系统综合化、模块化程度的不断提高, 大量的数据、音视频信号需通过总线进行数据交互, 其对飞机航电系统总线的数据吞吐量、通信带宽、实时性、可靠性等方面提供了更高的要求。光纤通道网络因其传输速率高、通信延迟低、灵活的拓扑结构、较强的协议兼容性, 已确立为航电系统的一级网络, FC总线即将成为继1553B总线成熟应用后未来航电系统总线网络的首选方案。

每一种新型总线技术从研制设计到最终的实践应用, 相应总线监控分析系统的开发是必不可少的。因此, 本文设计并实现了一种基于光纤通道的航电总线监控系统。

1 光纤通道介绍

光纤通道最早是由美国国家标准协会X3J11工作组于1988年制定提出的高速数据通讯标准[1], 它以光纤 (或铜缆) 为传输介质, 拥有2Gbit/s甚至更高的传输速率, 定义了三种互联拓扑结构 (包括:点到点、仲裁环、交换网络) , 支持多种上层协议。类似于通用的7层OSI网络模型, FC网络模型共有5层, 分别为FC-0物理链路层, 描述了FC的传输介质、方式及速率;FC-1传输协议层, 描述了编码解码的规则及差错控制;FC-2帧协议层, 定义了数据传输方式及帧格式、帧序列、通信协议和服务分类;FC-3公共服务层, 为高层协议提供通用的信息服务;FC-4高层协议应用层, 将SCSI、ATM、HIPPI、IP等上层协议映射到光纤通道上。

2 光纤通道总线监控系统功能

本文设计的光纤通道航电网络监控系统采用以交换机为中心的星型网络拓扑结构, 各网络节点与交换机通信端口相连进行整个网络数据信息的交换与传输, 通过交换机的监控端口接收监控数据帧, 交由总线监控系统计算机进行处理解析[2]。总线监控系统需具备的功能如下:

(1) 数据采集功能:按照所配置的监控方案获取光纤通道上传输的数据块; (2) 数据筛选过滤功能:通过对多种过滤条件进行组合设置, 启动特定类型数据的采集, 从而筛选出操作者所感兴趣的消息数据; (3) 数据实时解析功能:依据导入的ICD文档, 将航电网络中传输的原始数据帧翻译成物理量; (4) 存储与回放功能:在监控数据的同时保存所有总线协议数据至存储介质, 以便在脱离测试卡的情况下进行后续的数据离线分析与处理。

3 光纤通道总线监控系统硬件设计

总线监控系统主要由一台普通工控机、FC高速采集板卡组成。现重点介绍图1所示的FC高速采集板卡硬件结构[3]。图1中, FPGA作为整个系统的核心处理器, 主要进行数据的处理运算;SFP光模块接口, 对外连接光纤链路, 对内连接FPGA GTX接口;8通道PCIe连接接口用于连接主机背板的PCIe插槽, 实现测试卡与主机的高速数据交换;并配以时钟电路提供高精度有源时钟, JTAG接口供下载和调试使用。

4 光纤通道总线监控系统软件设计

总线监控系统软件在Windows XP环境下采用VC++语言进行软件开发, 将FC总线采集板卡的底层软件封装成标准API函数供系统主函数调用。总线监控设备在加电自检正常后, 读取用户设置的各型参数, 进行初始化工作, 包括硬件板卡配置、寄存器初始化及系统程序文件配置初始化等。之后启动总线数据监控任务, 完成数据的实时采集与存储并根据ICD数据库的逻辑定义进行数据在物理意义上的解析, 数据过滤功能使得数据具有较强的针对性。若某一时刻收到错误数据信息, 则用红色标识出该行信。

5 结语

本文提出了一种基于光纤通道的航电网络监控技术, 并详细介绍了监控系统的硬件构架与软件设计方案。该监控系统的成功研制不仅能在前期预研阶段作为辅助工具测试总线技术性能, 还能在成熟应用之后为机载设备的成品试验、飞行保障、故障定位与诊断排除等工作提供良好的技术手段。

摘要：为了适应未来航电总线的发展趋势, 光纤通道 (Fiber channel) 因其优越的传输性能在众多航空电子系统总线中脱颖而出, 故本文提出了一种基于光纤通道的航电总线监控系统设计与实现方案。经试验验证, 该监控系统能够实现光纤通道航电总线上数据的捕获、记录、存储以及分析, 为后续机载成品的试验、排故工作提供了重要的指导意义。

关键词：FC,总线监控,航电系统,接口控制文档

参考文献

[1]徐亚军, 张晓林, 熊华钢.基于光纤通道的航空电子网络研究[J].遥测遥控, 2006, 第27卷第3期.

[2]黄永葵, 光纤通道标准及其在航空电子中的应用[J].航空电子技术, 2003, 第34卷第4期.

[3]李攀, 田泽, 蔡叶芳, 杨海波.基于FPGA的双通道FC数据采集卡设计[J].计算机技术与发展, 2013, 第23卷第7期.

航电1394总线节点设计实现 篇2

1394总线主要由机载网络接口子卡连接组成,航电1394总线节点产品为主机使用1394网络通信服务提供软、硬件接口,完成主机设备与1394总线间的信息交互能力,实现对1394总线网络系统运行的集中管理、时统控制、网络结构维护和网络数据通信功能,满足任务系统对1394网络的需求。该节点采用标准化、通用化及软硬件协同的设计思路,由驱动软件和FPGA逻辑共同实现SAE AS5643协议要求的CC、RN、BM一体化功能,提供PCI和PCIE两种主机接口,支持S100B/S200B/S400B总线通信速率,并通过电气特性验证及可靠性与环境试验验证,满足高可靠性机载环境使用的需求。

本文从硬件、逻辑构架和软件三方面详细介绍了航电1394总线节点的设计与实现过程,并通过网络验证平台对节点功能、性能进行验证。

1 节点设计

航电1394总线节点作为接入总线系统中的通用1394通信模块,具备航电系统CC/RN/BM角色,实现1394总线网络的控制、数据传输等功能。其设计遵循航空电子通信系统的层次结构划分(见图1),实现了系统物理层、数据链路层、传输层和驱动层的功能,其中,物理层与数据链路层由硬件实现,传输层(AS5643协议)通过可编程逻辑实现,应用软件和驱动软件驻留在上位机中,应用软件与特定的子系统有关,通过调用驱动软件实现子系统功能要求。

1.1 硬件设计

航电1394总线节点硬件设计采用标准化、通用化及软硬件协同的设计思路,实现了CC/RN/BM功能统一设计,提供标准PCI及PCIE主机接口,具有1394总线AS5643协议解析、1394电气信号驱动和消息存储功能。其主要硬件结构设计如图2所示。

节点设计采用FPGA逻辑实现AS5643协议处理功能,完成应用系统与主机接口连接。其中1394接口信号经过变压器耦合方式输出,每个节点对外提供3个端口,端口符合IEEE 1394B规范要求,支持S100、S200和S400 3种传输速率;1394链路层功能和1394物理层功能分别由符合协议规范的接口集成电路实现;提供4路离散量输出信号和4路离散量输入信号,用于抢权控制和功能扩展;配置1片4 Mbit Flash存储器,用于存储总线配置表[1]。

各主要模块功能如下:

(1)主机接口电路模块:主机接口可以采用32 bit/33 MHz工作方式PCI接口;也可以提供兼容PCIe1.1的1x规格、高速2.5 Gb/s接口。采用主机提供的二级直流电源(+5 V),经过电压转换器件产生3.3 V、2.5 V、1.8 V、1.2 V、1 V等各种电压,满足不同功能电路使用。

(2)时钟电路模块:主要由FPGA时钟使用单端输出的30 MHz晶振提供,便于逻辑功能分区实现。1394物理层时钟按照协议规范,可选晶振或晶体提供49.152 MHz时钟信号输入。

(3)复位电路模块:复位电路可根据实际的复位时间要求进行选择,节点设计包含两个复位:复位一为确保FPGA逻辑加载在全局复位结束前完成,采用监控芯片实现电压控制和复位输出;复位二为满足单一复位时间要求,采用RC复位电路与施密特反相器配合消抖实现总线物理层接口复位。

1.2 逻辑设计

FPGA逻辑结构设计主要集成了主机接口模块和AS5643协议处理模块两部分,其功能框图如图3所示[2]。主机接口模块是主机与AS5643协议处理模块进行数据交互的接口,实现主机对AS5643协议处理模块所有资源的访问。

AS5643协议处理单元模块是FPGA逻辑设计的主要实现单元,该模块采用CC/RN/BM节点一体化设计,完成主机与链路层接口芯片之间的通信,实现了AS5643协议定义的总线同步、总线通信、总线系统容错等关键技术,支持S100B、S200B或S400B模式通信。

FPGA逻辑结构采用共享主机存储工作方式,具备DMA引擎,实现数据在FPGA双口与主机RAM之间的高速搬移;提供片内DPRAM存储配置表信息,最大支持收发各128条消息,根据总线配置表进行消息调度;消息负载长度可配置,S100B模式下支持最大512 B,S400B模式下最大2 KB。

1.3 软件设计

节点软件由应用软件和驱动软件组成。驱动软件主要完成主机端与1394节点之间的数据交互,是主机应用层与AS5643逻辑的中间层,提供API接口函数给上层应用调用,将应用层和硬件与逻辑之间的交互分开[3]。上层应用软件与特定的子系统有关,应用软件通过调用驱动软件实现节点功能。软件体系结构如图4所示。

驱动软件作为主机访问1394接口子卡硬件资源和数据收发的接口,主要实现1394B总线数据通信和网络管理,可提供对1394节点内程序的调度,对1394节点状态的报告等处理,由主机应用层软件进行调用。软件采用CC/RN/BM节点功能兼容设计,支持Vx Works、ACore OS、ACore OS653等多种操作系统环境。

驱动软件按功能模块分为设备管理模块、消息控制模块、网络管理模块、时统管理模块和中断处理模块等,如图5所示。

节点软件实现首先完成主机接口初始化,实现板卡资源的访问、状态及信息的控制与读取。其次上层应用软件通过调用驱动软件实现1394节点功能,包括按照系统需求设置节点角色、网络工作模式及加载系统配置表进行逻辑内部寄存器配置等来完成正常的网络管理及数据通信。即CC节点能够正确获取网络控制权,处理网络节点状态,发布网络时间,发送和接收异步流消息;RN节点能够发送上下网请求,获取网络时钟,发送和接收异步流消息[4]。软件流程如图6所示。

2 技术优势

与其他总线节点相比,该设计实现的总线节点主要技术优点如下:

(1)提出了PCI/PCIE接口复用设计电路,满足多种主机接口需求;

(2)产品功耗较低(不大于6 W),体积小(68 mm×68 mm),重量轻(不超过60 g),可靠性高,使得产品应用范围更广,满足机载及地面环境下的多重应用需求;

(3)针对机载总线传输高可靠要求,按照S100B、S200B、S400速率下的电气特性指标,完成1394接口物理层信号完整性分析、设计及验证,有效地提高了总线信号传输质量,保障了数据传输可靠性;

(4)实现按照预分配的偏移时刻定时发送的事件消息,实现Mil-1394总线网络管理、网络时统以及流数据传输的方法及电路;

(5)为提高产品的应用灵活性,在软件、逻辑、硬件设计中首次采用CC/RN/BM一体化设计;

(6)设计实现了一种支持总线多节点的总线配置表结构和加载方案,满足机载产品在线加载的应用要求;

(7)从总线系统、总线信号质量和线缆/连接器测试三方面构建总线验证系统,进行网络通信测试、产品电气特性测试以及线缆连接器测试。

3 测试及验证

航电1394总线节点测试主要针对板卡性能和功能进行测试,以保证该节点设计满足协议功能需求和高可靠性、实时性的性能要求。

验证环境由航电1394总线节点测试系统、1394航电仿真卡测试系统、连接线缆等组成,其中1394总线分析仪作为监控节点接入测试网络。图7为一个简易的验证环境连接图。

针对Mil-1394总线对总线信号质量的要求,进行了环境试验下的总线电气特性测试和可靠性试验等测试,保证其在恶劣复杂工作环境下的正常通信。该测试保证了总线信号传输质量,保障数据传输的可靠性。

功能测试通过搭建1394航电仿真卡与待测试子卡进行点对点测试,以及在验证环境中加入多个待测子卡,组成网络测试1394总线系统通信功能是否正常。主要测试待测子卡是否满足AS5643协议的需求,包括STOF包发送/接收、总线网络管理、时统管理、异步流消息的发送/接收、总线配置表文件加载、总线故障注入等。经验证,1394总线节点能够实现航电系统1394总线节点功能,并且通过1394总线协议分析仪监控结果分析得知功能正常。

4 结论

本文就航电1394总线节点的设计及实现技术进行研究,从硬件架构、逻辑设计及软件实现等方面进行了分析。经1394总线验证平台实测,结果表明该航电1394总线节点实时性强、准确性高、性能稳定,并通过国军标软件工程化标准测试,可为各类机载安全关键和任务关键子系统提供高可靠、高确定、高带宽的系统级总线接口,并为相关产品开发提供设计思路和实践经验。

摘要：机载总线节点接口模块作为系统总线网络的接入节点,其功能性能的完备性、可靠性对于总线网络系统的构建有着至关重要的作用。1394总线作为新一代飞机航空电子系统的网络传输总线,其节点模块设计的重要性不言而喻,以1394总线协议为依据,结合总线系统的需求背景,设计了一种航电1394总线节点接口模块。该模块基于标准化、通用化的设计思想,提取用户共性需求,结合1394总线协议层次结构,确定最终的产品架构。总线节点功能设计中采用CC/RN/BM一体化设计,提供PCI/PCIE主机接口,支持S100B/S200B/S400B可配置总线通信速率,设计灵活,为用户提供标准软硬件接口,有效降低了设计、维护成本。

关键词：1394总线,AS5643协议,航电1394总线节点

参考文献

[1]张大朴,王晓,张大力,等.IEEE1394协议及接口设计[M].西安:西安电子科技大学出版社,2004.

[2]赵彬,田泽,杨峰,等.基于AS5643协议的接口模块设计与实现[J].计算机技术与发展,2013,23(8):100-102.

[3]冯莎,卢选民,王兴亮.一种基于SAE AS5643总线协议的驱动程序设计[J].测控技术,2013,31(10):98-100.

浅析通用飞机航电系统发展 篇3

通用飞机由于种类多、功能复杂, 对航电系统和设备的要求很高。主要是两大类, 一类是低成本、安全可靠、自动化程度较高、人机界面简洁友好、易于裁剪构型的航空电子系统与设备;另一类是满足各种作业任务需要的设备与装置。

1 系统架构

通用飞机航电系统在过去很长一段时间都采用了分立式的航空电子系统架构, 即每一功能模块都有独立的专用传感器、处理器和显示器, 连接也是点对点的。例如:雷达、通信、导航, 各自具有专用的传感器、处理器和显示器, 并通过点对点的连线连接。

随着微计算机技术、数据通信技术和软件技术的不断发展, 通用飞机航电系统也逐渐从分立式架构转变到联合式架构, 并逐渐向综合式架构发展。联合式架构通常由一台或两台性能较强的中心处理机以及若干子系统计算机组成, 系统计算机之间采用总线进行通信, 资源共享只在信息链的后端控制与现实部分。综合式的航空电子系统进一步提高了综合化程度, 系统共享的综合核心处理器 (ICP) 以外场可更换模块 (LRM) 的形势安装于两个以上的综合机架中。各模块通过高速总线交联, 高速总线连接几个机架和系统共享的大容量存贮器, 传感器和座舱控制显示器通过点对点连接到综合机架的相应L R M。

2 设计特点

2.1 综合化

航空电子系统通过技术综合, 其性能可达到更高水平。综合电子系统能最佳和最充分地利用各子系统的信息资源。随着综合水平的提高, 系统将具有更强的功能、更好的容错能力和对各种不同需求的适应能力。

航空电子系统的综合不是各个航空电子设备的物理组合, 它是作为大系统下的一个子系统而存在的。它的所有的功能和性能在设计时都应进行总体的考虑和折衷。

现代化的航空电子综合系统应具有的特征是:通过数据总线联接各个子系统, 实现各子系统之间的大量数据交换, 形成以系统管理计算机为中心的系统结构;通过系统重构和容错能力提高系统的可靠性;通过机内自检 (BIT) 提高系统的可维修性;通过资源共享实现结构的简化;通过传感器数据的融合处理改善系统精度。

2.2 模块化

模块化是综合化的基础, 更高程度的模块化将带来更高程度的综合化。由于微电子技术发展很快, 目前微电路的集成度已达到很高水平, 各种完整的功能已紧凑地封装在一块标准电子模块内, 航空电子系统的三级维修制将向着二级维修制演进。极大地改善了飞机的适用性, 降低了飞机的后勤保障费用。

通用飞机具有重量轻的特点, 因此, 要求航电系统设备必须采用综合化和模块化的设计来进行减重。例如, G 1 0 0 0系统将V H F、V O R/L O C/G S、G P S、飞行管理系统做成模块化集成在综合航电单元内, 以达到减重目的。

2.3 通用化

通用化的含义是在系统中最大限度使用相同类型的模块, 以期提高系统重构能力, 从而提高系统的适应性。

通用化的设计不仅包含了设备模块的尺寸、安装形式, 也包含了设备的接口、数据总线, 飞机各用电设备的电源体制等。

3 试验

相比较航线飞机的航电系统验证试验, 通用飞机的试验数量大大减少。现在主要的通用飞机设计公司都将航电系统交联试验安排在供应商处实施, 通过信号模拟器提供激励方式进行系统交联试验, 并不在主机场所进行交联试验, 然后直接进行机上地面试验和飞行试验。适航验证试验中也较少使用试验室试验。

4 维护

通用飞机具有空间小的特点, 因此必然导致航电系统设备在维护时不便, 这也就要求航电系统的智能化设计水平较高。

Garmin公司开发的G1000系统, 空勤或地勤人员通过操作可以进入综合航电系统的构型模式。在构型模式中, 可将各LRU的自检测信息、各个LRU之间的接口信息、各传感器I/O口等信息通过显示器显示出来, 便于维护人员快速故障定位, 从而解决故障。

通用飞机航电系统中的各个LRU采用快拆卸式的安装方式。即采用航电设备支架, 在支架上每个LRU有专门的安装支架。拆卸LRU直接进行插拔即可, 便于维护。

5 适航审定

通用飞机出于经济性和研制周期较短特点考虑, 在对于航电系统和设备的选择上趋向于成熟的航电系统和产品, 新研产品相比较干、支线飞机较少。在全世界通用飞机航电设备市场上, 有很多成熟的供应商和产品。各个通用飞机航电系统设计中, 都不约而同采用相同产品。这在适航取证过程中可大量使用同与其他取证飞机的设计进行类比说明的方法, 从而减少试验验证产生的费用。

6 关键技术

6.1 飞行管理系统

飞行管理技术在通用飞机的应用, 极大的减轻了飞行员的负荷, 使得驾驶通用飞机简单、轻松。

通用飞机的飞行管理系统与支线/干线飞机的飞行管理在架构、功能上不同, 主要提供的功能是飞行计划管理、简单的性能计算、机场附近自动调谐等功能。

6.2 信息交换数据链技术

高端公务机在数据链通信的需求旺盛, 必然衍生出信息交换数据链技术的研究与发展。

6.3 作业任务设备研制

通用飞机应用范围非常广泛, 包括从事工业、农业、林业、渔业和建筑业的作业飞行以及医疗卫生、抢险救灾、气象探测、海洋监测、科学实验、教育训练、文化体育、观光旅游、公务航行、私人飞行以及短途快捷运输等方面的飞行活动。因此, 需要研制适用各种作业的任务设备, 包含各类通航作业需要的通用和专用设备与装具的技术研究与研制。

6.4 HIRF防护

通用飞机装备的电子电气系统越来越复杂, 受到来自地面、舰船、海上平台或航空器上的雷达、无线电、电视、卫星上行数据等高功率发射机的辐射不断增多增大, 因此要求这些系统承受的内部环境、外部环境电磁干扰能力愈来愈高。出于对航空器安全运营考虑, 飞机的HIRF防护要求也越来越多, 特别是复合材料在通用飞机领域的大量使用, 使得复合材料的飞机HIRF防护成为一大关键技术。

7 国内研发现状及解决途径

7.1 可靠性低

当前国内研发的多种航电设备功能和性能均能达到要求, 但是由于某些技术和工艺水平差, 导致生产出来的设备可靠性低。

设备供应商应加大技术和工艺改进力度, 努力制造出可靠性较高的航空产品。

7.2 产品重量价格无优势

国内研发的航电产品重量大、价格昂贵, 相对于国外的成熟航电产品, 处于劣势。

设备供应商应试制重量小、价格合适的航电产品, 已取得市场竞争力。

7.3 集成能力差

目前国内仅有少数主机场所和航电系统供应商具有航电系统的集成能力, 且这些供应商中很少有实际应用经验。

系统集成商应寻找较好的飞机平台, 对新研制的综合航电系统进行验证。

7.4 适航能力差

对于复杂系统的国产航空电子系统, 国内适航取证还处于探索阶段, 因此取证难度非常大, 导致截止到目前, 国内尚无成功取证的综合航电系统。对于研制周期要求较短的通用飞机产品, 风险很大。

设备供应商和系统集成商, 应充分的重视适航, 努力建造适航保障体系, 按照适航的要求进行系统开发, 加强与民航局的沟通。

8 结语

当前国内航电系统/设备的研制走的还是军机研制模式, 导致研制成本居高不下, 使得其在低成本的通用飞机市场毫无竞争力。在通用飞机市场化的环境下, 承制单位与主机单位必须采用风险共担, 利益共享的模式下进行航电系统的开发。

航空电子综合系统是一项十分复杂的系统工程, 在国际上也只有少数国家能掌握此先进技术.为了跟踪国际先进水平, 进一步发展我国的航空电子系统的综合技术, 笔者认为应首先重视和加强航空电子系统综合技术的总体工作和与之相适应的系统仿真手段, 使得系统的论证、研制、测试和评估工作在先进的仿真手段下得到保证;其次应大力发展微电子技术, 试制多功能的集成电路芯片包, 只有缩小体积, 加强模块化, 才能获得高度综合;尽可能采用通用模块, 从而带来降低成本, 方便维护等一系列好处。这样, 我国的航空电子综合系统又可上一新的台阶。

参考文献

[1]许伟武.航空电子系统的现状和发展前景[J].仪器与测控.

[2]姚拱元, 吴建民, 陈若玉.航空电子系统综合技术的发展与模块化趋势[J].航空电子技术.

[3]浦传彬, 赵献国.从“小鹰”500飞机看通用飞机的型号合格审定[Z].

[4]涂泽中, 雷迅, 胡蓉.对新一代综合航电系统发展的探讨[J].航空电子技术.

[5]毕镐钊.飞机的雷电防护[Z].

飞机航电系统故障排除方法分析 篇4

在这里, 我们按照航线工作和定检工作来分别进行故障分析:

1 日常飞行中航线维护出现故障的排除分析

航线维护中出现的故障, 按照故障出现的时间, 可以分为航前 (含过站) 故障、飞行中故障和航后故障。航前故障最为头痛, 因为飞机马上要执行航班了, 时间紧迫, 如果能够很快排除故障, 不延误飞机, 那就没什么问题。如果故障的排除可能会延误飞机, 而故障不排除, 飞机也可以按照MEL放行, 此类故障一般都会保留并放到航后进行处理。如果故障不排除, 飞机不能放行, 这就需要经验丰富的人员, 争取在最短时间内, 确定故障原因, 排除故障。飞行中故障, 按照故障严重程度区分, 依照航前故障分类操作。

航后故障 (含放到航后进行处理的故障) , 时间相对比较充裕 (到下一次航前有几个小时的时间间隔) , 在此类故障排除过程中, 可以培养、锻炼排故人员的思路、方法等, 积累排故经验, 以便从容应对那些航前突发故障、不可飞行故障和疑难故障等工作。

大部分航线故障一般都比较简单, 通过更换LRU (航线可更换件) , 大部分就能排除。思路方法也很简单, 飞机的系统设计一般都有两套, 进行两套相同系统间串件进行故障隔离, 一般很快就可以确定故障 (对于飞机只有一套的系统, 两架相同机型飞机可以相互串件排故) 。对人员要求也不是太高, 只要能够熟悉系统的原理和构造等, 可以熟练查阅并打印出系统相关手册, 比如AMM (飞机维护手册) 、FIM (故障隔离手册, 有的飞机没有, 有FIM手册的飞机故障一般更好排除了, 只要查出故障代码, 找到相关章节, 就有排故程序, 一般按照排故程序做下来就能够解决, 但是也有的故障不在FIM涵盖范围内, 就比较复杂, 需要按照后面提到的步骤来解决) 等, 进行简单分析, 列出排故方案, 一般很快就能够排除故障。但也有例外情况, 比较复杂的故障和不能简单进行串件操作的故障。

比如曾经遇到SAAB340飞机的显示器黑屏故障, 有位前辈一开始就连续串了两个件, 故障依旧, 还是黑屏。后来有一位比较谨慎的员工查阅相关手册发现, 此显示器电源是来自显示驱动计算机, 测量了一下电压发现, 电压过高, 故障原因是显示驱动计算机故障, 导致输出电压过高, 烧坏了显示器, 包括后来串的两个显示器也都被烧坏了。

再比如B737-CL曾经出现甚高频通话系统故障:

故障现象:机组反应, 在空中有时候和塔台没法通话联系, 塔台亦反应, 此飞机有时候一直处于发话状态, 全是噪音, 干扰塔台, 有时候正常。航电维修人员地面检查没发现故障, 系统功能正常, 遂放行飞机执行航班, 后续航班故障还是经常出现, 影响塔台没法工作, 影响到飞行安全, 塔台通知此飞机故障不排除, 不能飞行。

排故过程:此故障在空中时有时无, 在地面一直工作正常, 故障排除比较困难 (如果故障一直存在, 就会非常容易确定故障原因) , 我们临时组织了有经验的航电人员, 成立团队进行相关资料整理, 查阅了AMM (飞机维护手册) 、SSM (系统原理图) 、WDM (系统线路图) 、IPC (飞机图解部件目录手册) 等资料, 然后召开专题会议进行分析讨论并制定了一套排故方案:

经过以上工作后, 并没有发现和解决问题。我们再次召开会议讨论, 仔细审阅有没有什么遗漏的地方, 后来我们想到机组和塔台通话一般只用机组耳机, 驾驶舱还有手持麦克和氧气面罩话筒功能没检查。本架飞机没有配发手持麦克, 我们从库房领来麦克后测试, 发现副驾驶侧插孔工作不正常, 经破坏性拆除麦克插口后, 发现里面有一段麦克插头断裂的铜质碎片 (以前有手持麦克的插头断裂并遗留在里面) 。此段碎片可以在插孔里面, 随着飞机姿态的变化而移动, 有时就会形成插孔内线路短路, 造成无线电通讯发射现象并干扰塔台。至此故障原因确认。

航线维护的排故工作, 要特别注意一点, 平时要加强针对一些比较特殊系统等研究和总结, 避免因为平时养成的排故思维惯性而产生一些人为的工作失误。

2 飞机定检大修中出现故障的排除分析

大修排故思路与航线稍有不同, 尤其是定检后期的故障, 很多时候故障可能是因为拆装等工作操作不规范而人为产生的。所以我们一般进行分析后, 会先进行检查、测量线路, 如果需要, 最后再串件判断, 一般经过这几个步骤后, 都能够排除故障。但有时因为故障原因太隐蔽, 可能会非常困难, 下面举几个例子:

比如B737-CL的EGPWS改装故障:

故障现象:经过EGPWS增强型近地警告系统改装后, 系统不能够正常工作显示。

排故过程:我们经过分析, 经过执行制定的方案检查、测量线路、串件后故障依旧。我们后来把改装后的图纸的线路和飞机上的实际的插钉线路等进行逐一比较, 发现飞机多了一根插钉和导线, 原因是厂家进行改装设计时漏掉了 (对于改装等, 针对于程序销钉的插钉、线路错误时有发生) 。等我们拆掉此条导线后系统可以工作了, 但是, 左边显示系统不显示地形图而右边可以显示。左右显示系统进行串件后故障依旧, 确认不是件的问题。测量线路后也没发现线路有问题, 最后实在没有别的好的办法了, 我们就把飞机的电子架再次拆下来仔细检查, 发现有一根导线在施工的过程中被伤到, 线没有被剪断但只有两根线芯铜丝连着, 所以测量线路时没有检测出来, 修复导线后, 系统工作正常。

再比如B737-CL的LRRA系统故障, 定检后期无线电高度没有指示, 故障的原因是:电子架的电插头在定检中拆装过, 但是安装方式错误, 并没有把插头锁住固定, 只要安装计算机, 就会把电子架的电插头顶的缩到后面去, 但一拆下计算机就恢复到正常位置, 故障原因非常隐蔽, 难以查找。

还有B737-CL的自动飞行系统故障, 曾经遇到的故障现象有:自动驾驶进入不了自测试页面, 但经过连续几次按压按钮后就可以进入, 后来排故发现是E11有一个空地继电器一直处于空地变换状态, 造成飞机系统一直在空地间变换, 但因为转换太快系统显示不出来。自动驾驶系统遇到的故障原因还有:电门故障、传感器故障、作动筒故障、线路故障、地线没有安装、传感器连杆安装错误等等。所有航电系统中以自动驾驶系统最为复杂, 涉及部件区域最多, 对排故人员的挑战也是最大。

定检大修中的排故思路重点是要先考虑自己动过哪些地方, 做了哪些工作, 多考虑工作中可能的人为工作失误原因, 先把工作做足, 最后再进行串件进行故障隔离。特别注意, 要减少人为工作失误。

3 小结

上面简单分析了一下飞机航电系统的部分排故工作, 为了能够更快更准的找到故障原因, 减少损失, 我们平时需要做好以下几点工作:

3.1 加强维修人员业务知识学习和技能培训, 加强各类风险意识, 尤其是关于故障预防意识的培训

排故工作在飞机维修工作中, 对人员专业知识能力等要求是最高的 (一般都是要至少工作三年, 在获得维修人员执照和相关机型证书后, 才能慢慢入门) 。要想判断排除故障, 就必须对系统、手册等很熟悉, 各种操作都很熟练, 才有可能完成排故工作。所以维修人员一定要注意加强日常业务知识学习。在工作中经常会发现一些故障是我们的工作技能等不规范造成的, 尤其在飞机定检中特别突出, 比如经常发生安装错误、安装不到位、伤线、夹线、间隙不足、裕度不合适、工具错误、资料错误、航材错误等等失误。或者因为在排故中工作不规范, 本来可以很快排除的故障一时也排除不了, 比如航电专业最基本的线路测量工作, 并不是每个人都能够熟练操作好 (看似简单工作, 其实也有很多技巧和知识) 。所以要尽可能规范提高员工技能, 尽量减少人为产生的故障和衍生故障。

针对在工作中经常遇到的问题, 以及各类失误可能造成的风险等, 及时总结分析并建立相应的风险数据库, 把此类信息整合进故障数据库中, 以便查阅。并结合SMS安全管理, 进行全员宣传和培训。

3.2 建立故障的数据库, 进行总结分析, 开发排故培训课件, 加强逻辑分析能力和发散思维锻炼

建立公司的故障数据库系统, 对于以前发生的故障进行并进行总结统计归类分析入库, 结合风险库, 整和参考资料数据库系统, 实现故障的检索和故障树分析功能, 以便排故时可以快速查阅分析。培训教员依照此系统, 开发培训课件, 开展此类培训。

3.3 加强公司经验间共享

相同机型的航空公司的机队的故障现象和排故经验是很有借鉴价值的, 我们碰到的故障, 可能在别的航空公司已经有类似经验, 如果实现共享, 这样就可以节省很多。所以要加强与别的公司的维修部门协作, 互相借鉴经验教训, 实现经验共享和共同进步。

3.4 采用信息化手段, 实现数据库的在线查阅等

整合各公司的排故数据库信息, 和飞机相关手册相结合, 并实现实时数据查询阅读分析功能, 最好是有移动终端, 这样排故人员就可以在工作现场进行查阅分析判断, 这样可以很好的提高工作效率。

参考文献

航电总线系统 篇5

1 G1000系统维修平台结构

系统维修平台能对G1000系统电子设备的各种信号等进行快速精确的测试, 它由信号模拟机, 系统选择面板, 数据组合、采集、转换模块和终端主控系统四大功能模块组成。使用时系统生成模拟信号, 用户选择被测件及其测试项目进行测试, 根据测试结果自动给出提示或者告警信息, 找出故障点。其中系统选择面板, 数据组合、采集、转换模块构成数据转换子系统, 用来选择测试组件, 采集输入信号并转换为适合主控计算机总线的格式, 在维修平台中是关键环节 (如图1) 。

2 数据转换子系统硬件电路设计

2.1 硬件总体结构

数据转换子系统由上位机、USB/UART转换电路、LPC2132单片机、供电电路、复位电路、时钟电路、显示电路及外围继电器电路等部分组成 (如图2) 。

数据转换子系统由上位机软件选择要选通的数据, 对外部信号进行采集, 对系统选择面板传出的数据进行整合, 把数据包发给控制器, 解码后由单片机控制外部设备选通需要的数据, 并在液晶屏幕上显示相应的选通信息。测试信号通过接口数据转换模块的继电器矩阵选择后, 最终到达GARMIN G1000系统自动测试终端设备。

2.2 主要电路设计

2.2.1 USB/UART转换电路

FT232RL主要功能是在内部硬件逻辑作用下实现USB和异步串行传输接口的转换。在上位机软件控制下, 经由U S B/U A R T接口的硬件电路把上位机发送的控制码传送给LPC2132控制器, 通过LPC2132控制器的解码然后控制相应的继电器吸合, 并通过LCD液晶显示器显示相应的控制信息。该U S B/U A R T模块采用总线供电方式。总线供电的优点是无需外接电源, 移动性强。

2.2.2 供电电路

系统电路需要3.3V电源并提供大约600mA电流才能满足要求, 采用BM1117-3.3V芯片将5V电源转化成3.3V作为主芯片以及其他部件的电源。

2.2.3 时钟电路

L P C 2 1 3 2可以使用外部晶振或外部时钟源, 通过内部P L L (Phase Locked Loop) 电路可以调整系统的时钟, 提高系统的运行速度。本设计中, 外部石英晶体振荡频率选择为11.0592MHz。在调试程序时, 根据程序要求, 相应的进行片内锁相环P L L设置, 使C P U的指令执行速度满足要求。

2.2.4 复位电路

系统采用上电自动复位和人工复位结合。MAX809T是一种单一功能的微处理器复位芯片, 具有低电平有效的RESET输出, 小型的三管脚SOT-23封装, 无需外部器件, 它可以在上电、掉电和节电情况下向微控制器提供复位信号, 当电源电压低于预设的门槛电压时, 器件就会发出复位信号, 直到在一段时间内电压又恢复到高于门槛电压为止。当需要进行单片机复位时, REST S2按下, 即可实现手动复位功能。

2.2.5 MJTAG接口电路

为了将编制好的硬件控制程序拷贝到单片机各个模块, 系统采用精简版的10脚MJTAG仿真调试接口, 用于下载程序。如果用户需要用单片机中的P1.26~P1.31作I/O口, 不进行MJTAG仿真调试, 则可以在用户程序中通过设置PINSEL2寄存器来使LPC2132内部M J T A G接口禁止。

2.2.6 外围控制电路

控制电路使用G5V-1继电器, 因继电器工作电流比较大, 单纯的采用ARM的I/O口来驱动是不能正常工作的, 所以为了驱动继电器, 采用ULN2803芯片。

2.2.7 液晶显示模块

采用L C D 1 2 2 3 2 F型点阵图形液晶显示器, 在L P C 2 1 3 2与L C D 1 2 2 3 2连接处使用总线接口, 数据通过总线接口传送到LCD12232F进行显示。

3 软件的设计与实现

3.1 总体设计

子系统软件设计本着易维护、精简、实时、可靠性高的原则, 包括系统初始化、时钟设置、串口接收、解码校验和控制等部分。其中重点是数据的解码校验部分, 应该保证数据在受到干扰的情况下仍能准确的传输。

系统选用LPC2132高性能单片机作为主控芯片。首先用PC上位机软件选择并打开系统占用的COM口, 然后选择要选通A或B路信号和这一路的某几位信号, 然后点击发送。上位机就会把这些信息打包通过USB/UART模块发送给控制器LPC2132, LPC2132对数据进行校验解码, 丢弃无效数据包, 选择有效的数据包并提取出相应的选通信息, 然后输出控制选择某路继电器通, 然后控制选通的这一路继电器的相应位, 实现数据选通输出 (如图3) 。

4 上位机程序设计与实现

上位机源程序用V C++语言编写, 并加入了功能强大的M F C (Microsoft Foundation Class) 类库。用MSComm控件实现串口通讯。M S C o m m控件有两种处理通信的方式, 即事件驱动和查询方式。事件驱动方式实时性较强。查询方式适合于应用程序较小、实时性要求不高的系统。由于对实时性的要求, 本系统主要采用了事件驱动方式和响应中断的通信方式。

5 结语

本文以LPC2132为主控核心, 设计了一种由上位机软件选择要选通数据, 把信息打包发给控制器, 解码后控制数据选通单元选通所要选通数据, 并在液晶上显示相应的选通信息的系统。经过实物验证, 该系统稳定可靠, 高速, 便于操作, 人机交互性强。上位机软件界面简洁, 操作方便, 并采用了可靠的数据校验算法, 大大减少了数据传送的误码率。本系统选通的信号高速同步延时小, 通用性很强, 可以推广到其他类似系统使用。

摘要：研制了GARMIN G1000系统维修平台的数据转换子系统。在分析GARMIN G1000系统及其内部总线规范的基础上, 利用VC++和LPC2132单片机实现了数据转换子系统设计, 包括硬件、软件和上位机的设计等。硬件设计主要包括MCU最小系统电路、外围控制电路、液晶显示等;软件设计主要包括程序初始化、串口接收、解码校验等;上位机设计主要用MSComm控件实现了串口的通讯功能。

关键词：复杂航电设备,LPC2132单片机,数据转换系统

参考文献

[1]任可, 苟江.GARMIN G1000航空电子系统原理及维护方法[J].自动化与仪器仪表, 2009, 142 (2) :87-89.

[2]吕毅清.新一代的航空电子自动测试设备[J].国外电子测量技术, 2000, 1:8-11.

[3]董勤鹏, 熊华钢.基于某航空电子设备的自动测试系统设计与实现[J].自动化技术, 2008, 284 (21) :146-149.