CN102375461A - 基于总线控制的飞机驾驶舱控制板数字调光技术 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于总线控制的飞机驾驶舱控制板数字调光技术，包括调光控制单元、调光控制模块、及连接调光控制单元与调光控制模块的总线线路，其特征在于：在每个调光单元处设置有一个调光控制单元和若干个调光控制模块，所有的调光控制单元和调光控制模块均由总线线路相连，每个调光控制模块连接一个控制板的导光板。本发明具有的优点是调光控制单元及调光控制模块均采用模块化设计，通用性强，扩展性好，当需要增加调光负载路数时，仅需增加相应的调光控制模块即可。具有较高的调光均匀度，调光一致性好，没有电缆上的压降损耗，在环境空间跨度较大、负载分布较广以及安装位置空间有限的环境中使用具有明显的优势，适合大型飞机使用。

Description

基于总线控制的飞机驾驶舱控制板数字调光技术

技术领域

本发明涉及一种飞机驾驶舱控制板组件亮度调节数字控制技术，特别属于一种功率源数字调节技术，主要用于飞机驾驶舱内控制板组件设备上导光板亮度数字调节。在飞机驾驶舱内传统的亮度调节方式采用的是离散量的电压调节。而采用数字控制技术的调光技术通过程序控制不同输出点的功率输出，实现飞机驾驶舱控制板设备上导光板整体数字化控制，可以根据需要设计不同的亮度变化曲线。以满足大型飞机驾驶舱环境整体光环境舒适、亮度变化柔和一致、满足人机功效设定、高可靠性和高系统集成度的人机交互环境。

背景技术

控制板组件是布置在大型客机、大型运输机、支线客机驾驶舱及客舱内的各类控制界面单元的统称。是集成按特定要求设计的导光板、各型控制开关、信号灯、带显示的按钮开关等各类器件，并把这些器件与各种控制单元以及电子电路连接形成统一标准、统一管理的控制系统，用以实现飞机相关控制界面的人机交互，达到控制特定设备、接收各类告警/提示/指示信息、反馈操作、调整系统状态的目的。

控制板组件其中有一项功能是提供驾驶舱内控制面板的背景显示照明，并能实现亮暗可调。同时，保证导光板亮度变化符合人眼的亮度感知，使飞行员能有效判读各种字符。国外各型大型民用客机的控制板组件项目，如欧洲Airbus空客公司生产的A320、A340、A380系列飞机，美国Boeing波音公司的B737、B747、B787系列飞机，都实现了控制板组件系统的整合配套使用，各大国际公司的技术成熟度日益提高，对于不仅为大型飞机提供整体美观、亮度变化应柔和一致、满足人机功效设定、高可靠性和高系统集成度的人机交互界面，系统控制方式也从传统的离散电压控制方式向数字化控制方向发展。但是现有技术存在以下缺点：（1）采用离散电压调节方法，虽控制简单但电路损耗高；（2）对应调节电压和亮度关系无法精确控制；（3）采用的低压传输过程损耗大，且电缆线束多而长；（4）无法按需求设定亮度的变化曲线。随着新研飞机对驾驶舱人机交互操纵界面的合理性、舒适度、一致性、安全性需求越来越高，作为人机交互界面的重要一环，调光一致性、可靠性及操作舒适度等性能指标，开始成为飞机驾驶舱光环境设计关键考虑因素。随着数字集成电路和半导体技术的发展，发明人设想研制开发一种新型的、通用的、模块化的数字调光技术。用来实现飞机驾驶舱数字化的亮度调节。

发明内容

本发明要解决的技术问题是飞机驾驶舱控制板的数字调光技术。该技术通过总线控制的方式实现飞机驾驶舱控制板的亮度调节。为解决上述技术问题，本发明基于总线控制的飞机驾驶舱控制板数字调光装置，包括调光控制单元、调光控制模块、及连接调光控制单元与调光控制模块的总线线路，其特征在于：在每个调光单元处设置有一个调光控制单元和若干个调光控制模块，所有的调光控制单元和调光控制模块均由总线线路相连，每个调光控制模块连接一个控制板的导光板。其特征在于：所述的调光控制单元包括处理器电路、模拟量采集电路、离散量采集电路、总线接口电路、硬件编码识别电路及外部交互接口电路、电源电路，其中模拟量采集电路连接控制板上的旋钮输出端或光感器，由滤波处理电路连接处理器电路，离散量采集电路连接控制板上的按键输出端，由滤波防抖电路连接处理器电路，总线接口电路与处理器电路连接，硬件编码识别电路为若干接地信号与处理器的I/O端口连接，通过接地的位置不同得出相应的编码值用于处理器应用程序识别DCU或DCM的编号,如定义处理器的6个I/O端口作为硬件编码识别端口，在硬件设计时分别通过电阻封装连接到地线，在软件上将这6个I/O端口分别设置为输入，若在这6个电阻封装上均焊接上0Ω电阻，则其硬件编码为000000（二进制数），在软件上将其定义为某个DCU或DCM的编号；外部交互接口电路连接外部设备。其特征在于：所述调光控制模块包括处理器电路、调压电路、PWM驱动电路、存储器电路、总线接口电路、硬件编码识别电路、控制电路、电源电路，其中调压电路包括三端线性可调电源、比较器、场效应管、二极管、数模转换器，PWM驱动电路包括功率场效应管、三极管，处理器电路的总线连接总线接口电路，处理器电路的输出输入接口连接存储器电路、硬件编码识别电路，处理器电路的SPI接口连接控制电路，控制电路与调压电路相连接，处理器电路的PWM输出端连接PWM驱动电路，PWM驱动电路的输出端连接控制板的导光板，控制板的导光板电源端接调压电路。其特征在于：在每个调光单元处设置有一个调光控制单元和若干个调光控制模块，所有的调光控制单元和调光控制模块均由总线线路相连，每个调光控制模块连接一个控制板的导光板，调光控制单元的模拟量采集电路、离散量采集电路将光感器或旋钮或按键的模拟量转换成数字量，通过调光控制单元调光曲线数据经软件算法处理后，生成相应的调光数据，调光数据通过总线线路传输到调光控制模块，由调光控制模块解析后输出调光信息，读取EEPROM 中预设好的调光数据，根据其调光曲线输出相应的占空比控制信号及电压控制信号，通过PWM驱动电路及调压电路输出给导光板。本发明由于采用了以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下优点和积极效果：1. 调光控制单元及调光控制模块均采用模块化设计，通用性强，扩展性好，当需要增加调光负载路数时，仅需增加相应的调光控制模块即可。2.具有较高的调光均匀度，调光一致性好，没有电缆上的压降损耗，在环境空间跨度较大、负载分布较广以及安装位置空间有限的环境中使用具有明显的优势，适合大型飞机使用。

附图说明

以下将结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的系统拓扑图。

图2是本发明调光控制单元控制电路内部连接框图。

图3是本发明调光控制模块控制电路内部连接框图。

具体实施方式

图中包括调光控制单元1、调光控制模块2、及连接调光控制单元与调光控制模块的总线线路3，其特征在于：在每个调光单元处设置有一个调光控制单元和若干个调光控制模块，所有的调光控制单元和调光控制模块均由总线线路相连，每个调光控制模块连接一个控制板的导光板4。其特征在于：所述的调光控制单元包括处理器电路5、模拟量采集电路6、离散量采集电路7、总线接口电路8、硬件编码识别电路9及外部交互接口电路10、电源电路11、时钟电路24，其中模拟量采集电路连接控制板上的旋钮输出端12或光感器12，由滤波处理电路13连接处理器电路，离散量采集电路连接控制板上的按键输出端14，由滤波防抖电路连接处理器电路，总线接口电路与处理器电路连接，硬件编码识别电路为若干接地信号与处理器的I/O端口连接，通过接地的位置不同得出相应的编码值用于处理器应用程序识别DCU或DCM的编号,如定义处理器的6个I/O端口作为硬件编码识别端口，在硬件设计时分别通过电阻封装连接到地线，在软件上将这6个I/O端口分别设置为输入，若在这6个电阻封装上均焊接上0Ω电阻，则其硬件编码为000000（二进制数），在软件上将其定义为某个DCU或DCM的编号；外部交互接口电路连接外部设备。其特征在于：所述调光控制模块包括处理器电路15、调压电路16、PWM驱动电路17、存储器电路18、总线接口电路19、硬件编码识别电路20、控制电路21、电源电路22、时钟电路25，其中调压电路包括三端线性可调电源、比较器、场效应管、二极管、数模转换器，PWM驱动电路包括功率场效应管、三极管，处理器电路的总线连接总线接口电路，处理器电路的输出输入接口连接存储器电路、硬件编码识别电路，处理器电路SPI（串行外围设备接口）的 连接控制电路，控制电路与调压电路相连接，处理器电路的PWM输出端连接PWM驱动电路，脉宽调制PWM驱动电路的连接控制板的导光板，控制板的导光板电源端接调压电路。基于总线控制的飞机驾驶舱控制板数字调光方法，其特征在于：在每个调光单元处设置有一个调光控制单元和若干个调光控制模块，所有的调光控制单元和调光控制模块均由总线线路相连，每个调光控制模块连接一个控制板的导光板，调光控制单元的模拟量采集电路、离散量采集电路将光感器或旋钮或按键的模拟量转换成数字量，通过调光控制单元调光曲线数据经软件算法处理后，生成相应的调光数据，调光数据通过总线线路传输到调光控制模块，由调光控制模块解析后输出调光信息，读取EEPROM 中预设好的调光数据，根据其调光曲线输出相应的占空比控制信号，通过PWM驱动电路输出给导光板。

实施例：本发明以运输类飞机驾驶舱控制板调光控制系统为实施例。

如图1所示，是本实施例系统拓扑图，由多个分布的调光控制区域组成，每个区域由1个调光控制单元及若干调光控制模块构成，所有的调光控制单元、调光控制模块间通过1条通信总线连接，同时为每个区域内的各个导光板配置调光控制模块。所有的调光控制单元和调光控制模块通过CAN总线相连。图中的23为上位的中控计算机。

为提高产品可靠性、维护性及通用性，使其具有较好的亮度统调一致性及区域调节一致性功能，调光控制单元采用模块化设计。各区域的调光控制单元均具有通用性和互换性。4个调光控制单元的软件代码完全相同，同时为了识别各个区域的调光控制单元，在硬件设计上采用硬件编码方式。由于顶控板调光控制单元具有采集统调定位器模拟量信号及统调开关离散量信号功能，因此在设计时以输入路数最多的顶控板调光控制单元作为设计输入，其余调光控制单元在硬件上通过编码识别自身的ID标识从而在软件上进行不同的处理。如图2所示，是本发明调光控制单元原理框图，调光控制单元通过硬件编码电路识别自身所处的位置，外部电位器的模拟量输入通过滤波电路滤波、放大及过压保护等处理后进入DSP（数字信号处理器）的ADC（模数转换）采样，同时DSP根据电位器开关离散量的状态（关闭/接通）对输出进行相应的处理。

例如，当硬件编码识别出为顶控板调光控制单元时，DSP判断统调开关是否打开，若统调开关打开，则采集统调电位器模拟量，处理成电位器角度信息后通过CAN总线传送到其它的调光控制单元，同时根据采集到的顶控板调光电位器的模拟量与统调模块量信息综合处理后通过CAN（控制器局域网）总线将调光数据传送到顶控板区域的调光控制模块。若统调开关关闭，则无须处理统调电位器数据。

如图3所示，是本发明的调光控制模块原理框图。其工作过程是当转动调光电位计的转动轴时，调光控制单元的模拟量采集电路接收到电位计的模拟量输出，然后经过模数转换，得到相应的数字量。经DSP进行处理后以CAN总线指令发送系统目前的状态控制内容。调光控制模块接收来自调光控制单元的CAN总线调光数据，并对调光数据进行解析，读取调光控制模块上的EEPROM 中预设好的调光数据，并转换成相应的脉宽调制PWM波，输出相应的占空比控制信号，在调光控制模块上的驱动电路驱动后就近输出。调光控制模块处理器输出的PWM控制信号经隔离处理，通过滤波电路、瞬态保护电路等处理后驱动功率管的开关状态，根据不同的占空比达到功率调节的目的。导光板根据不同的占空比信号实现变亮或变暗的可控变化。

Claims (4)

1.基于总线控制的飞机驾驶舱控制板数字调光装置，包括调光控制单元、调光控制模块、及连接调光控制单元与调光控制模块的总线线路，其特征在于：在每个调光单元处设置有一个调光控制单元和若干个调光控制模块，所有的调光控制单元和调光控制模块均由总线线路相连，每个调光控制模块连接一个控制板的导光板。

2.按权利要求1所述的基于总线控制的飞机驾驶舱控制板数字调光装置，其特征在于：所述的调光控制单元包括处理器电路、模拟量采集电路、离散量采集电路、总线接口电路、硬件编码识别电路及外部交互接口电路、电源电路、时钟电路，其中模拟量采集电路连接控制板上的旋钮输出端或光感器，由滤波处理电路连接处理器电路，离散量采集电路连接控制板上的按键输出端，由滤波防抖电路连接处理器电路，总线接口电路与处理器电路连接，硬件编码识别电路为若干接地信号与处理器的I/O端口连接，外部交互接口电路连接外部设备。

3.按权利要求1所述的基于总线控制的飞机驾驶舱控制板数字调光装置，其特征在于：所述调光控制模块包括处理器电路、调压电路、PWM驱动电路、存储器电路、总线接口电路、硬件编码识别电路、控制电路、电源电路、时钟电路，其中调压电路包括三端线性可调电源、比较器、场效应管、二极管、数模转换器，PWM驱动电路包括功率场效应管、三极管，处理器电路的总线连接总线接口电路，处理器电路的输出输入接口连接存储器电路、硬件编码识别电路，处理器电路的SPI（串行外围设备接口）接口连接控制电路，控制电路与调压电路相连接，处理器电路的PWM输出端连接PWM驱动电路，PWM驱动电路的连接控制板的导光板，控制板的导光板电源端接调压电路。

4.基于总线控制的飞机驾驶舱控制板数字调光方法，其特征在于：在每个调光单元处设置有一个调光控制单元和若干个调光控制模块，所有的调光控制单元和调光控制模块均由总线线路相连，每个调光控制模块连接一个控制板的导光板，调光控制单元的模拟量采集电路、离散量采集电路将光感器或旋钮或按键的模拟量转换成数字量，通过调光控制单元调光曲线数据经软件算法处理后，生成相应的调光数据，调光数据通过总线线路传输到调光控制模块，由调光控制模块解析后输出调光信息，读取EEPROM 中预设好的调光数据，根据其调光曲线输出相应的占空比控制信号，通过PWM驱动电路输出给导光板。

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