一種機載機電管理計算機中離散量采集系統的設計

嚴琳 王建生 劉衛華 中國航空工業集團公司西安航空計算技術研究所

1 概述

機電管理計算機用于實現飛機供電、燃油、剎車、液壓等機電系統的控制功能，而數據采集是機電管理計算機的重要功能之一。如何精確采集機電系統的各子系統的參數，是實現對飛機精確控制，保證飛機的飛行安全的關鍵。機電管理計算機常見采集數據包括離散量數據、模擬量數據和總線類數據。本文對機電管理計算機常見的離散量采集方法進行了研究，設計了一種高可靠性的離散量采集系統。

2 機電管理計算機的離散量采集系統概述

2.1 離散量類型

常見的機電管理計算機的離散量采集信號分為：

1)28V/地、28V/開、地/開離散量采集信號，常用于交聯電氣設備的開關；

2)5V/地、5V/開離散量輸入信號，常用于計算機內部邏輯電路，如電源監控電路、通道故障邏輯電路等。

2.2 離散量采集流程

離散量采集電路原理框圖如圖1 所示。離散量采集電路通常分為保護電路和狀態監測電路。其中保護電路完成對采集電路的瞬態及過應力保護，狀態監測電路完成采集真假狀態的判斷及TTL 邏輯電平轉換。

圖1 離散量采集原理框圖

離散量采集的自檢測方式采用激勵測試的方法，需進行電路自檢測時，需切換至自檢測模式，使能激勵信號，將測試的激勵信號注入到離散量輸入接口上，對于采集到的信號與激勵信號是否一致來判斷電路工作是否正常。

3 離散量采集電路硬件設計

3.1 28V/地、28V 開離散量采集電路

28V/地、28V 開離散量采集方法相同，如圖2 所示。

圖2 28V/地、28V 開離散量采集電路原理圖

保護電路由阻容網絡完成，包含電阻和電容。其包含的電阻用于限制導通二極管的電流，保證電流既能使二極管導通又不損壞二極管，同時在進行自檢測時可以有效地隔離輸入信號；其包含的電容用于對輸入信號的濾波。

狀態監測電路包含光隔和穩壓管。當輸入信號為開路時，發光二極管無電流不導通，且加之由上拉電阻R1，端口狀態輸出為1，當輸入信號為28V 時，發光二極管中有電流，光隔導通，端口狀態輸出為0。TTL 電平狀態即為輸入信號狀態。

3.2 地/開離散量采集電路

地/開離散量采集電路如圖3 所示，狀態監測電路與圖2 類似。

圖3 地/開離散量采集電路原理圖

當輸入信號為地時，發光二極管無電流不導通，且加之通過電阻上拉到VCC，端口狀態輸出為1，當輸入信號為開路時，發光二極管中有電流，光隔導通，端口狀態輸出為0。TTL 電平狀態即為輸入信號狀態

3.3 5V/地、5V/開離散量采集

5V/地、5V/開離散量信號的電平與處理器的工作電平相兼容，只需經過三臺緩沖電路即可掛接到計算機的內部總線上。

4 離散量采集自檢測激勵的設計

5V/地、5V/開離散量信號的電平與處理器的工作電平相兼容，該部分在本章節不在贅述。

4.1 28V/地、28V/開、地/開離散量采集自檢測激勵電路設計

28V/地、28V/開、地/開離散量采集激勵電路相同，由局部總線或者FPGA 輸出的TTL 電平經MOS 管來改變電平并增加輸出驅動能力輸出激勵信號。當采集信號為高電平時，MOS 管輸出地，激勵為0V，當采集信號為低電平時，MOS 管截止狀態為開路，但MOS 輸出端上拉電阻到15V，激勵為15V。通過激勵信號耦合采集電路中來測試采集電路是否正常。

4.2 28V/地、28V/開、地/開離散量采集自檢測機制設計

因激勵測試會對正常采集產生影響，故離散量采集自檢測常用于啟動自檢測，很少用于周期自檢測。在進行上電自檢測，通常一路離散量采集通道使用高、低電平兩種激勵方式分別進行激勵測試，保證自檢測的全面性和電路的可靠性。

5 總結

本文對常見的離散量采集方法進行了研究，提出基于激勵測試的自檢測方法，設計了一種高可靠性的離散量采集系統，該離散量采集系統簡單可靠，取得了不錯的效果。