机载防撞系统适配器的设计范文

《仪表技术杂志》2015年第二期

1电路设计

机载防撞系统综合适配器的原理框图见图1，它由以下单元构成:电源预处理单元、电源变换、电源滤波单元、音频功率放大单元、MCU微控制器单元、地址译码单元、气压高度表RS-422接收单元、ARINC429收发单元、模拟量至ARINC552变换单元、航向信号X、Y、Z变换单元、激磁信号变换单元、信号直通单元、检测接口输出单元。

1．1电源预处理单元该单元实现电源输入的预处理，对于电源接反、过压、尖峰、瞬时断电提供保护，具体实现方案见图2。电源首先接入极性过压保护电路，防止电源接反和过压;振荡电路输出的交流信号经过倍压整流电路输入到VMOS功率开关的栅极，该电压稳定在30V左右，而且栅极电压不随输入电压升高而变化，这样经过VMOS功率开关后的电压也相应稳定在28V左右，从而可以有效抑制电源的过压、尖峰。

1．2电源变换、电源滤波单元该单元实现输入28V电源到综合信号转换板电源的变换。为了提高电源效率，电源变换使用Inter-Point公司的开关电源模块，把输入28V电源变换为5V和±15V，供综合信号转换板使用。由于开关电源的大量使用，输入电源的开关噪声较大，对电路的工作必然带来影响，为了提高电路可靠性，在电源变换电路前后均设有共模和差模滤波电路，并与滤波电容相结合，大大抑制了输入电源中的开关噪声，保证后级电路电源的干净程度。

1．3音频信号放大单元该单元实现TCAS处理机输出音频信号的阻抗匹配和分路。音频信号放大单元的具体设计实现见图3。音频功放选用低噪声、高信噪比的功率放大器LM1875，通过输出变压器实现信号的阻抗匹配，同时选用两路独立的功率单元实现音频信号的分路输出。

1．4气压高度表RS-422接收单元该单元用于对气压高度表输出的RS-422信号进行接收，信号的输入保护电路可提高接收单元的可靠性。具体实现见图4。

1．5ARINC429收发单元该单元实现ARINC429信号的输入输出，包括低速ARINC429信号到高速ARINC429信号的转换、RS-422信号转换为ARINC429信号的输出等。ARINC429收发使用HS3182、HS3282芯片组，1MHz的时钟使用外部宽温晶体振荡器提供，具体实现见图5。

1．6MCU微控制器单元该单元实现整个控制盒的工作协调和控制，接收气压高度表输出的RS-422数据，并转换为ARINC429的数据格式，通过ARINC429收发单元输出至TCAS处理机;从ARINC429收发单元接收无线高度信号(低速ARINC429)，进行变换为高速ARINC429信号输出。MCU微控制器选用Intel公司的51核微处理器89C51FA(军品级)。

1．7航向信号X、Y、Z变换单元该单元实现36V航向信号X、Y、Z到26V航向信号X、Y、Z的变换。由于此变换为线性变换，在设计时充分考虑到该点，使用线性网络的方式实现变换。具体实现见图6。

1．8激磁信号变换单元该单元实现36V(115V)激磁信号到26V激磁信号的变换。实现方法与航向信号X、Y、Z变换单元的变换方法一致。

1．9检测接口输出单元为了提高机载信号的可观测性，机载防撞系统综合适配器还提供了对输入机载信号直接输出的接口单元，通过该接口可以直观观测机载信号的状态，对设备维护和故障定位提供依据。

1．10机箱结构设计机载防撞系统综合适配器机箱结构参考国外ATR结构形式，选用单元体减震托架形式，盒体选用高强度薄壁结构，体积小、质量轻，可快速安装拆卸，同时具备接插件防插错功能，满足技术指标要求。

2可靠性与电磁兼容性设计

2．1元器件选择在机载防撞系统综合适配器的元器件选择上，按照GJB3404－98《电子元器件选用管理要求》，坚持标准化、通用化的元器件选用原则，特别注重选用成熟产品和已验证可靠性较高的元器件，并进行元器件的老化、筛选，为质量控制和满足可靠性指标要求打下坚实的基础。

2．2电路可靠性设计电源滤波完善，除对电源进行电感、电容滤波外，实现每个集成电路均有滤波电容;元器件布局时，严格实现数字器件与模拟器件物理位置的分离，尤其是晶体振荡器、高速数字器件与精密运算放大器的分离;元器件的焊接由专业人员实施，并需通过严格检验流程，确认合格后方可使用;电路板布线时尽量减少回路环的面积，以降低感应噪声;电路板上电源线和地线尽量粗，降低电源线和地线上噪声;电路板走线避免直角，广泛使用圆弧方式;电路板上模拟地与数字地相互分离，在电源的输入端进行连接，保证模拟地与数字地的相互影响最小;电路板上强信号与弱信号相互分离，保证弱信号受强信号的影响最小;集成电路闲置的I/O口，在不改变系统逻辑的情况下接地或接电源;微控制器使用电源监控及硬件看门狗电路;在满足要求的前提下，尽量降低微控制器的运行速度;在微控制器软件设计中采用软件陷阱技术，提高电路的运行可靠性。

2．3软件可靠性设计根据GJB437－88《军用软件开发规范》和GJB439－88《军用软件质量保证规范》的要求，机载防撞系统综合适配器的软件为MCU微控制器的内部软件，设计使用软件工程的设计方法，把软件工程质量的设计理念融入到整个软件开发过程中。软件可靠性保障由以下方面得以体现:(1)成熟的软件开发环境，使用KeilC51开发环境开发软件。(2)使用C语言使调试、阅读更加容易，软件隐患大大减少。(3)对于中断中使用的变量使用Volatile变量类型，防止变量不能及时更新，导致运行错误。(4)主程序中使用中断可编辑的变量时，主程序采取关中断，避免变量调用错误。(5)中断服务程序应尽量简洁，复杂的运算均放置在主程序中，保证中断进入的快速性，提高软件响应中断的性能。(6)主程序循环中使用硬件看门狗，程序运行故障时可复位重新开始。(7)看门狗只使用在主程序的循环中，不能在中断服务程序中使用。(8)软件设计中使用软件陷阱，保证软件运行故障时可复位重新开始。(9)变量地址空间使用固定分配的方式，避免使用动态分配的方式，可提高运行速度，避免变量冲突，提高可靠性。(10)软件设计中可靠的测试方法可有效提高软件的可靠性。

2．3电源异常的安全性设计电源电压异常会严重影响系统的安全。机载防撞系统综合适配器采取的预防电源异常的措施如下:电源输入端使用电源方向二极管，防止电源正负极性错误;电源输入端使用电压嵌位器件，如TVS、压敏电阻等;电源输入端使用预稳压电路，可靠抑制过压和尖峰干扰;电源输入端使用较大容量电容滤波储能，保障瞬间断电时供电;电源输入端完善的共模和差模滤波功能。

2．4电磁兼容性设计根据GJB151A－97《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求》，在机载防撞系统综合适配器电磁兼容设计中采取的措施有:机壳地与信号地之间的隔离设计;+5V地与+28．5V地之间的隔离设计;直流电源线束和交流电源线束之间的隔离设计;电源线束和信号线束之间的隔离设计;对重要的信号传输采用双绞线或屏蔽线;屏蔽线两端接地处理;机壳的搭接、接地和电磁屏蔽设计。以上措施是机载防撞系统综合适配器在恶劣电磁环境下可靠工作的保证，同时也避免机载防撞系统综合适配器对其他机载设备的电磁干扰。

3关键技术

3．1多种适配电路的集中融合技术机载防撞系统综合适配器是为满足多种飞机型的需求而设计的。根据多种飞机型的实际情况，具体设计了多种满足所选机型的适配转换电路，并把这些电路集中融合到机载防撞系统综合适配器中，满足多种飞机的需求，大大降低了设计成本和提高工作效率，便于维护保障，具有很强的实用性通用性。

3．2电源预处理和防浪涌技术电源的纯净程度可以有效提高系统的可靠性和安全性，故而对电源的预处理变得十分重要。在对机载防撞系统综合适配器电源的预处理中采用VMOS功率开关和倍压整流技术，在N沟道VMOS功率开关正常导通情况下，栅极电压必须大于源极电压，通过可靠控制VMOS功率开关栅极电压的大小，无论浪涌输入电压的高低，均可以有效保证源极输出电压在预定的范围之内，从而保证后级电路的安全性可靠性。

4结论

本文列举了机载防撞系统综合适配器的主要技术要求，给出了电路设计的原理框图，并就可靠性与电磁兼容设计进行了论述。据此技术要求和电路原理框图研制的机载防撞系统综合适配器具有很高的可靠性、良好的电磁兼容性和环境适应性，已在多型飞机上得到使用，成功实现了进口机载防撞系统与原机设备的交联关系，机载防撞系统的功能得以实现，飞机的空中防撞能力得到有效提高。

作者：田建学贾绍文魏俊淦单位：海军航空工程学院青岛校区