一種智能的燈光告警系統(tǒng)設計方法

唐敏

（中國直升機設計研究所，江西景德鎮(zhèn)，333001）

0 引言

現代軍用飛機通常采用視覺告警、聽覺告警及觸覺告警相結合的方式使飛行員及時了解并定位系統(tǒng)或部件的故障，采取相應的措施來提高直升機的安全性。而燈光告警是飛行員所獲取的最直觀、最迅速的告警提示，以往傳統(tǒng)的燈光告警只是具有單一的信號顯示功能，無法對外來的信號進行判斷和處理，無法準確故障定位，又由于機上各告警系統(tǒng)內部傳感器以及機載電子設備的交聯復雜，容易相互之間串電流，造成告警燈虛亮或誤亮、機電或綜顯告警燈誤亮等問題，導致增加操作誤判斷的概率。采用智能的燈光告警技術設計后，突破了原先告警燈盒單純的點亮信號燈的功能，將常規(guī)告警燈盒和告警計算機整合為一體，順應了軍用直升機告警設備小型化、集成化的趨勢，具有性能穩(wěn)定、可靠性高、維修性好的特點。

1 級別分類及顏色選用

根據GJB1006-1990 飛機座艙告警基本要求以及電氣設計相關規(guī)定，并結合故障對危及飛機安全的緊急程度以及對完成飛行任務的影響程度，一般將燈光告警分為4 個級別，且軍用直升機還需要滿足夜視兼容的要求。具體的告警級別、分類標準及顏色選用見表1。應注意的是同一條告警在不同的飛行階段和飛行構型下可能定義為不同的告警級別。

2 燈光告警設計方法

智能的燈光告警設計方法是擯棄傳統(tǒng)的單一告警顯示設計，在點燈的功能上，增加了信號邏輯判斷功能、外部信號燈控制功能和BIT 自檢功能。燈光告警系統(tǒng)交聯框圖如圖1 所示。從圖1 可以看出，告警控制燈盒是智能燈光告警設計的核心部件。一旦功能失效肯影響飛行任務的完成，因而在設計時必須成品考慮在產品內部出現故障導致部分功能喪失時的功能降級以及系統(tǒng)關鍵部件的功能余度問題。

表1 直升機的燈光告警級別分類、評判標準及顏色選用

2.1 邏輯處理和軟件設計

圖1 燈光告警系統(tǒng)交聯框圖

告警控制燈盒在常規(guī)的告警燈盒上集成了告警計算機的功能，使用了以數字信號處理器為中心的控制處理單元，除了可以完成顯示功能外，還可以進行邏輯運算，實現復雜的告警邏輯控制功能和點燈功能。通過采集直升機上發(fā)動機、電源、滅火、燃油、液壓、自動飛行控制等子系統(tǒng)告警傳感器送來的28V/地或地/開（地有效）的離散信號，并根據離散輸入接口比較電路判斷告警信號的有效性，然后輸出至告警燈顯示單元，以控制信號燈的亮滅，突破了以往告警信號與告警燈一一對應的關系，可以進行多路告警信號的邏輯判斷，實現多路告警信號點亮一個信號燈的控制。此外還可控制外部“主警告”燈和“主注意”燈的閃爍和熄滅。如出現危險級、警告級、注意級告警信號，告警控制燈盒會以脈沖的形式輸出給主警告燈、主注意燈，驅動主警告燈、主注意燈和綜合顯示系統(tǒng)中的主警告、主注意燈字符燃亮并閃爍。當飛行員按壓主警告燈或主注意燈，主警告燈或主注意燈熄滅，并可將復位信號通過總線通訊傳送給機上的綜合顯示系統(tǒng)，使其顯示的“主警告”、“主注意”字符同時熄滅，實現控制同步。

告警控制燈盒控制軟件主要分為告警處理模塊、晝/夜切換處理模塊、通信處理模塊、自檢處理模塊以及告警燈供電電壓切換處理模塊等。用于實現接收到各系統(tǒng)提供的告警信號，軟件功能模塊圖如圖2 所示，軟件外部接口圖如圖3 所示。

圖2 軟件功能模塊圖

2.2 防虛警設計

2.2.1 機上告警信號特性分析

機上的告警信號一部分屬于繼電器類信號（端口示意圖如圖4 所示），通過機上負載中繼電器的吸合或斷開輸出信號，從而在交聯端口呈現接地（徹底接地）或斷開（徹底斷開，電流為零）兩種特性。而另一些信號屬于晶體管類信號（端口示意圖如圖5 所示），它們需要告警燈盒向機上負載提供足夠大的電流，使機上信號端的晶體管導通或截止，從而在交聯端口呈現接地（低阻抗）或斷開（高阻抗）兩種特性。而晶體管類接口電路斷開時，并非完全斷開，而是晶體管的PN 結呈現高阻狀態(tài)，如果高阻狀態(tài)下的阻抗不夠大，仍然會存在約幾毫安或幾十毫安級的漏電流。如按照傳統(tǒng)燈盒的驅動電路（如圖5 所示），告警燈會產生虛警的現象。

圖3 軟件外部接口圖

圖4 繼電器類接口示意圖

圖5 晶體管類接口示意圖

2.2.2 防虛警設計改進

傳統(tǒng)的告警燈盒會因為信號端電平的波動而產生閃爍或誤警的問題，而智能的燈光告警設計是在硬件濾波的基礎上，增加硬件信號幅值判斷采集接口和軟件信號時間濾波。硬件信號幅值判斷采集接口與告警燈驅動電路分開，其接口電路如圖6 所示。

硬件信號幅值判斷的工作原理是使用幅值判斷電路判斷地信號的幅值是否在（0 ～3.5）V 之間。當信號幅值低于3.5V 時，認為信號有效，予以告警，輸出低電平；當信號幅值高于3.5V 時，認為信號無效，不予告警，輸出高電平。幅值判斷電路自身具有防電壓尖峰和防電壓浪涌功能，可以避免異常信號電壓損壞產品。

軟件信號時間濾波的工作原理是通過軟件內部計時，要求所有告警信號均需要保持60ms 才被判斷為有效信號，否則不予告警。以上設計為信號濾波設置了軟件和硬件雙重保障，提高了產品的可靠性、降低了誤警率。

2.3 BIT 及故障代碼下載

在故障定位方面，傳統(tǒng)的燈盒通過按壓自帶的檢查按鈕使燈盒上的告警燈全部點亮來判斷產品是否正常工作，該故障檢查方法比較簡單。告警控制燈盒由于增加了處理器，故內建了上電BIT 和周期BIT 兩種自檢測模式，可以從以下四個方面自動檢測產品工作狀態(tài)：

圖6 硬件信號幅值判斷采集接口電路

（1）監(jiān)測主控板部件的工作狀態(tài)：計算一個帶有加減乘除運算的計算式，通過計算式的正確與否來判斷CPU 的工作狀態(tài)；

（2）監(jiān)測輸入電源板部件信號采集電路的工作狀態(tài)；

（3）監(jiān)測主控電路供電是否正常；

（4）監(jiān)測SCI 模塊的工作狀態(tài)：在內環(huán)自測試模式下發(fā)送、接收數據，檢測該路SCI 模塊的總線通訊狀態(tài)。

當產品出現故障時，告警控制燈盒可以通過自帶的RS422 總線將相應的故障代碼上報，將故障直接定位到功能電路級別，比較以往燈盒大大提高了故障定位效率。

3 結語

智能的指示燈光告警技術采用了離散接口判斷采集電路，通過軟件方式，使用了以數字信號處理器為中心的控制單元，用于對機上告警信號進行邏輯運算。彌補了傳統(tǒng)告警燈盒虛警、測試性方面的不足，是隨著設計技術及電子技術發(fā)展而不斷發(fā)展的一項應用技術。