通用航空電氣設計培訓平臺的研制

李 鐵

沈陽飛機工業（集團）有限公司產品研發部

引言

目前，由于中國大學專業課程設置的局限性，所學專業知識多數與實際需求脫軌。為使航空電氣專業新員工盡快達到電氣設計崗位知識及技能要求，研制一種培訓平臺，在平臺上集成了航空電氣專業基礎培訓所需的基礎硬件如：主板、溫度、壓力、姿態、航向等模塊，另外通過軟件編程訓練，可以更好地理解數據總線知識和當前通用飛機普遍采用的EFIS 等相關知識，為將來的設計工作打下良好基礎。

研制目的

航空電氣設計員應知應會能力的培養

電氣設計員設計水平的提高是一個理論和實踐相結合的漸進式上升的過程。只有經過大量的實踐、總結、再實踐、再總結這個理論和實踐相結合的過程，設計員的設計水平才能逐漸提高。目前，在進行飛機電氣設計過程中所用到的電氣基礎知識涉及面很廣，如果平時沒有電氣基礎知識的訓練，只靠書本上所學到的知識是不能很好地完成設計工作的。鑒于此，開發一個平臺，在這個平臺上進行電氣基礎知識學習（應知）和基本動手能力（應會）的訓練。

通用飛機電氣設計基本知識的掌握

在平臺上集成了溫度、壓力、姿態、航向、數據總線等模塊，通過學習上面幾個模塊的相關知識及使用方法，就為提高通用飛機電氣設計水平打下了良好的基礎，就能更好的吸收國內外同類產品的先進技術，使我們自主研發的產品能與世界先進水平保持同步。

培訓平臺的構成

培訓平臺主要由兩部分構成：硬件和軟件。硬件主要有主板、功能模塊、傳感器、顯示屏、電源等組成；軟件主要是主板處理來自傳感器、功能模塊等數據，將處理結果及相關信息送到液晶顯示屏顯示出來。

硬件系統框圖如圖1。

圖1

主板介紹

主板是整個培訓平臺的核心，它集成了核心模塊RCM5700、六個數字量輸入接口、七個繼電器輸出接口、四個232 串口、一個485 口、一個USB 編程口、一個3X3 鍵盤接口。

RCM5700 由 美 國Digi International 公 司 生 產，是一種緊湊型模塊。內嵌有功能強大的Rabbit5000 微處理器，具有10/100 Base-T 以太網功能和片內SRAM。Rabbit5000 微處理器包括硬件DMA、至多六個串行口、可變相位PWM、外部輸入/輸出總線、正交解碼器、輸入捕獲。這使其成為一種快速、高效、適用于各種不同嵌入式應用的理想的核心模塊。

主板電源采用雙12V 供電，目的是使核心模塊電源與功率器件電源分開，降低功率器件在使用過程中產生的干擾對核心模塊正常工作的影響。為了保證核心模塊的電源質量，在12V 輸入端，并聯了3300uF 及0.1uF 的電容，然后經過7806 穩壓，輸出給AMS1117，產生3.3V的電壓，供給核心模塊及相關芯片。

為了使主板工作更加穩定，主要芯片（USB 轉串口、232 串口電平轉換、485 接口電平轉換等）及電阻、去耦電容、磁珠等均采用貼片元件。

輸入信號有四路采用觸點輸入，兩路采用電平輸入，均經過光耦TLP521 輸入給核心模塊的輸入管腳。光耦主要起到兩個作用：一是隔離干擾、二是電平轉換。

主板上擴展了6 個串行接口，包括：

1 個USB 接口，用于給核心模塊編程。在應用中，也可開放給用戶，用作普通USB 接口。

4 個232 接口、1 個485 接口。由于帶數字接口的傳感器大多數采用的都是232 接口。232 接口是傳統串行通訊接口，屬于點對點通訊，即一個232 接口對應一個傳感器。傳輸最大距離只有15m。485 接口是一主多從，即一條485 總線上可以掛接多個器件，抗干擾性能好，傳輸距離遠，最多可以達到1000m。

外圍模塊及傳感器介紹

溫度、壓力測量模塊自制，以AVR MEGA8 為核心。

MEGA8 是一種8 位單片機，愛特梅爾公司生產。其片內集成了看門狗、內部晶振、10 位AD 轉換電路、16 位定時器、外部中斷、串口、PWM 等資源，是一款高度集成的CPU，僅需極少的外部器件就能完成各種工作，使用非常方便。

溫度傳感器選用的是DALLas 生產的DS18B20，測溫范圍 -50℃～+125℃。采用單總線通訊，每個芯片唯一編碼，支持聯網尋址（在一條總線上可以接多個溫度傳感器）。

壓力傳感器選用霍尼韋爾的142PC15A，絕壓型，壓力范圍0～15PSI。通過氣壓和溫度的測量，再根據相應的計算公式，就可得出測量的氣壓和高度的對應關系。

姿態、航向測量模塊采用霍尼韋爾公司的HMR3000數字羅盤模塊。HMR3000 與主板通過232 接口，使用簡單的ASC Ⅱ指令字符串進行通訊。

液晶顯示屏采用北京迪文公司的10 寸800X600 工業串口屏。

鍵盤采用3X3 矩陣，擴展出9 個按鍵，用于設置各種參數。

軟件介紹

在上述主板及相關外圍模塊連接完成后，必須通過軟件編程，采集各傳感器數據到主板，通過處理，送到液晶顯示屏將各種數據顯示出來。主板編程采用Dynamic C，它是RCM5700 編程專用軟件，有豐富的功能函數。對于數據及字符串處理非常方便。另外溫度、壓力測量模塊的編程采用ICCAVR，它是AVR 單片機專用編程軟件。

培訓內容

硬件基礎知識

首先了解主板的硬件組成，掌握下列電子器件的使用方法：

核心模塊RCM5700：要求掌握其工作頻率、工作電壓。輸入/輸出口線的使用方法、串口的使用方法、片內EEROM 存儲器的使用方法、實時時鐘、片內看門狗等的使用方法。

AVR 單片機MEGA8 的使用方法。

單總線溫度傳感器DS18B20 的使用方法。

繼電器隔離驅動：要求掌握TLP521 的使用方法、PNP 三極管工作在飽和和截止區的使用方法、繼電器續流二極管的使用方法。

TTL 電平到232 電平轉換芯片SP3243 的使用方法。

TTL 電平到485 電平轉換芯片ME3483EESA 的使用方法。

TTL 電平到USB 電平轉換芯片FT232RL 的使用方法。

矩陣鍵盤的編程方法。

嵌入式系統C 語言編程

要求掌握軟件編程基本方法、軟件調試、代碼下載。

Dynamic C：Dynamic C 是用于編寫嵌入式應用軟件的一套集成的開發系統。是專為基于Rabbit 微處理器而設計的。Dynamic C 帶有很多函數庫，并且全為源代碼形式。這些庫支持實時編程、芯片級I/O，并提供標準字串處理和數學計算等函數。

Iccavr：用于 AVR 系列單片機開發，集成了IDE、編譯。

培訓平臺的使用

培訓準備

在使用培訓平臺進行學習之前，首先應掌握：

電阻、電容、電感等基本元器件的類型及器件參數含義。

示波器、萬用表、電烙鐵等常用電氣工具的使用方法。

硬件學習

首先應看明白培訓平臺的電氣原理圖，讀懂培訓平臺涉及的器件手冊，弄清楚RCM5700 各個口線的基本操作方法，口線的復位電平狀態。掌握核心模塊RCM5700與周邊器件的連接、控制方法。按照培訓平臺的使用說明逐個掌握各器件的使用方法。

在控制板中繼電器是常見器件，其驅動方法應熟練掌握。其它電子器件根據器件手冊也應掌握其使用方法。

軟件學習

由于培訓平臺微處理器為主，對所有相關器件的操作都體現在軟件編程上，編程以Dynamic C 為主。首先應學習Dynamic C 的基本語法、Dynamic C 自帶的字符串和數學函數、串口操作函數等基本編程知識。根據平臺給出的示例程序逐步對Dynamic C 的資源進行操作。在充分了解了示例程序后，另外編一些程序，檢驗對軟硬件的掌握程度。重復以上過程，直到具有能獨立編程控制外部器件能力。同理，學習其它器件的操作方法。

經過上面的訓練，目的并不是僅僅掌握以上涉及的器件的使用，而是在訓練中培養分析問題、解決問題的能力，并將這種能力在今后的工作中加以運用，這就是研制培訓平臺的主要目的。

結束語

電氣設計培訓平臺為企業開創了一種新的新員工培訓方法，此種方法把培訓和實際工作更加緊密聯系。按照培訓內容要求，掌握各器件的使用方法，相關軟件的編程方法，不僅學到了電氣基礎知識，還能提高動手能力，為今后的工作打下堅實基礎。