具体实施方式
现在参照附图,图1一般地示出了控制和通信体系结构100的一实施例。该体系结构10包含发送部分100和接收部分200。发送部分100一般用于获取来自一个或多于一个的源——例如座舱控制面板——的多个信号102,使用多到单信道编码装置(“MTSC”)103将所述多个信号102合并为单个数据信号104,并在传输介质105上将合并数据信号104通过距离D发送到接收部分200。传输介质105可以为例如但不限于导线,例如导电铜线、纤维光导线或其他的被配置为承载一个或多于一个的数据信号的介质。接收部分200一般被配置为接收这种合并数据信号204,使用单到多信道解码装置(“STMC”)203将信号恢复到其组成分量202,并将相应的组成分量202传送到目标元件。被接收的合并数据信号204可以与被发送的合并数据信号104相同或基本类似。对于基本类似的数据信号可以想到,对于某些应用,例如沿着传输介质105可使用中间信号调节电路、信号升高电路、信号重复器或类似物(尚未想到的),且这些部件可改变这种信号的形式或功率,而不在本质上改变内容。
注意,贯穿本说明书,提及飞机和航空工业,用于说明性目的。然而,可以想到,这里给出的元素和特征可一般地应用于其他类型的交通工具,例如汽车、摩托车、小轮摩托车或船舶。
在一个实施例中,发送部分100可被放置在用户控制面板——例如飞行器座舱控制面板——中或附近。在这样的实施例中,发送部分100可接收/获得代表到系统的用户输入的多个信号102。这种输入可包括但不限于按钮、开关或控制杆的致动,其用于控制飞机内的或遍及飞机的系统的运行方面(operational aspects)。在飞行器中,这些系统可包括例如但不限于机动化系统,例如着陆齿轮控制或襟翼控制、发动机运行以及内部/外部照明控制。另外,接收部分200于是可远程地设置在旨在受到控制的一个或多于一个的系统之中或附近。
发送部分100还可被放置在被设计为产生反馈信号的一个或多于一个系统之中或附近。在这样的实施例中,发送部分100可接收可代表系统运行状态的多个信号102。这种运行状态可包括例如但不限于警示情况、传感器输出、机械或电动机定位、系统开启/关闭的指示或多种其他形式的反馈。在扩展的实施方式中,所述多个信号102可包含模拟信号、数字信号或模拟与数字信号的组合。对应的接收部分200于是可被放置在用户控制面板中或附近,使得用户能得到所述一个或多于一个系统的运行状态的通知。
除了合并数据信号104外,交通工具通信体系结构10可包含同步化定时信号106。定时信号106可由时钟信号发生器108产生,其可包含例如晶体或谐振器。定时信号106可具有固定的周期或可变的周期。定时信号106可由发送部分100和接收部分200用于以同步或接近同步的方式合并以及恢复原始信号。定时信号106可沿着传输介质107被发送到编码装置103和/或解码装置203,传输介质107可为例如但不限于导线,例如铜导线、纤维光导线等。在一实施例中,定时信号可具有小于大约1MHz的频率,由此减小信号噪音。
图1还示出了交通工具控制体系结构10,其包含同步化电路300、302。同步化电路300、302可被配置为分别自动地以及周期性地重新初始化MTSC 103以及STMC 203的循环。
同步化电路300、302可接收来自时钟信号发生器108的定时信号106,以便在相关联的电路300、302已经累积固定数量的定时信号循环之后实现周期性的重新初始化。在一实施例中,同步化电路300、302向MTSC 103和/或STMC 203输出信号,其指示在已经接收和累积固定数量的定时信号106之后的“RESET”条件。在一实施例中,同步化电路300、302可包含周期性中断定时器。另外,对于某些应用,同步化电路300、302可包含串联的多个计数器,使得重新初始化的频度得到降低。例如,两个八位计数器可串联使用以构成16位计数器,因此提供各个复位触发之间扩展的时间周期。在这样的实例中,65536字节的定时信号106可在同步化电路300或302实现MTSC 103或STMC 203的重新初始化之前发生。这里也可想到基于监视定时信号106创建“RESET”条件的其他方法。
图2示出了图1的交通工具控制与通信体系结构10,其进一步示出了MTSC 103和STMC 203的示例性实施方式以及此方案中的其他信号处理方法。
MTSC 103可包含:电气接收部分120,其用于接收/获得多个信号102;电气信号合并部件或电路122,用于提供代表所述多个信号102的合并信号104;信号驱动器124,用于沿着传输介质105发送合并信号104。STMC203可包含:输入电路220,其被配置为接收传输介质105上的合并信号204;信号恢复电路222,用于从合并信号204恢复组成分量202;电气信号输出部分224。
电气接收部分120、合并电路122和信号驱动器124可被包含在集成电路126中。在另一实施例中,电气接收部分120、合并电路122、信号驱动器124可使用离散部件或离散部件与集成电路的组合实现。类似地,STMC 203输入电路220、恢复电路222、输出部分224可经由单个集成电路226、使用离散部件或使用离散部件与集成电路的组合实现。
由于所述多个信号102被提供,信号102由电气接收部分120的输入电路接收或获取。输入电路可包含这样的电路:其被设计为对输入信号102进行采样和保持,请求以及在传输寄存器中存储数字值,隔离合并电路,对输入电压进行缩放(scale)或偏置,和/或进行其他的传感输入功能。最后,电气接收部分120的电路可使得输入信号102对于信号合并电路122可用。
信号合并电路122可包含硬件逻辑,其被配置为根据希望或固定的方法将多个输入信号102合并为合并信号104。这种方法可使用定时信号106的周期来定义连续的数据发送窗口,其中,所述多个输入信号102中的每一个连续地在分立的数据发送窗口中被发送。在一实施例中,信号合并电路122的电路可监视定时信号106,以便例如对于重复的定时信号106的各个连续的循环或半循环来增大环形计数器。基于例如增大的计数器的输出,信号合并电路122的硬件逻辑于是可被配置为,以规定的或预定的顺序在所述多个输入信号102中的每一个中循环,以便连续地将各个输入信号102发送到驱动电路124。
在将所述多个输入信号102合并为合并信号104之后,信号驱动电路124可经由传输介质通过距离D向接收部分200发送这种合并信号104。在一实施例中,信号驱动电路124可包含纤维光传输器,其在纤维光传输介质上传输合并信号105。在另一实施例中,信号驱动电路124可包含电力电路,以便在例如铜导线的导电介质105上传输合并信号104。
信号合并电路122可被配置为从同步化电路300接收输入,在同步化电路300已经累积了固定数量的定时信号106后进行合并电路122的周期性的重新初始化。
接收部分200的输入电路220可接收合并信号204,其可与由驱动电路124在传输介质105上传输的合并信号104相同或基本相同。在一实施例中,输入电路220可包含例如隔离放大器或变压器的部件或电路,其被配置为将实际合并信号204与其余的接收部分200隔离。另外,如果传输介质105包含非电气传输手段,例如纤维光信号传输,输入电路220可包含接收器,其被设计为将这种信号204转换为对应的电气信号。输入电路220的结果得到的输出于是可被传递到信号恢复电路222。
由功能角度看来,信号回复电路222一般可进行信号合并电路122的相反任务。在一实施例中,信号恢复电路222获得与相关联的定时信号106在一起的来自输入电路220的合并电气信号。信号恢复电路222可使用增加(incrementing)计数器,例如环形计数器,或使用其他合适的硬件逻辑,以便与合并信号204和定时信号106的分段性(segmented nature)同步或有节律(rhythm)地连续在多个输出信道中的每一个间循环。由于输出在每个相继的信道上产生,电气信号输出电路224于是可锁存各个相应的输出信号,直到计数器重新循环,信道用后续的信号重新更新。在另一实施例中,如果系统10被配置为在各个连续的数据发送窗口内传输数字信号,电气信号输出电路224可包含寄存器或逻辑器件的组合,以便存储并使所传输的数字值在接收时可用。
信号恢复电路222可被配置为接收来自同步化电路302的输入,在同步化电路302已经累积固定数量的定时信号106后实现信号恢复电路222的周期性的重新初始化。同步化电路302可与同步化电路300相同或与之基本相同。基本相同用于表示同步化电路302可实现与同步化电路300类似的功能,但通过不同的硬件功能。另外,同步化电路302可被配置为将变化的传输延迟或信号传输方法考虑在内。
在一实施例中,同步化电路302可被配置为与同步化电路300串联运行,以便在接收到定时信号106的同样的循环时重新初始化信号合并电路122和信号恢复电路222二者。在进行协同的复位/重新初始化时,通过确保可能在系统中出现的任何误差或定时差异在持续时间上受到限制,系统可提供额外的安全性措施。同步化电路300、302可使用集成电路来实现,例如集成电路126、226,或通过具有与MTSC/STMC装置103/203的电气连接的离散部件与集成电路的任何组合实现。
图3一般地示出了框图的实施例,其示出了图2的交通工具控制体系结构10内的信号处理流程。
在一实施例中,信号合并电路122可被配置为接收硬件逻辑242的输出240,硬件逻辑242可为例如多位环形计数器。硬件逻辑242可被配置为在重复的定时信号106的各个连续的循环或半循环上增加输出信号240。例如,基于硬件逻辑242的输出,信号合并电路122于是可被配置为以规定的或预定的顺序在所述多个输入信号102的每一个中循环,从而连续地向驱动电路124传送各个输入信号102。
同步化电路300可被配置为接收定时信号106,并使用分频器250和/或多位计数器252的配置,向合并电路122提供自动的且为周期性的复位信号。在一实施例中,复位信号通过触发硬件逻辑242上的复位条件来提供,其用作合并方法的基础。
在一实施例中,信号恢复电路222可被配置为接收硬件逻辑262的输出260。硬件逻辑262可以为例如多位环形计数器或是其它逻辑,其可与用在发送部分100中的硬件逻辑242类似地运行。
同步化电路302可被配置为接收定时信号106,使用分频器280和/或多位计数器282的配置,向恢复电路222提供自动的且为周期性的复位信号。在一实施例中,复位信号通过触发硬件逻辑262上的复位条件来提供,其用作恢复方法的基础。
在一实施例中,接收部分200可包含信号恢复电路22前的假信号调节(glitch conditioning)284。在进一步的实施例中,接收部分200可包含电气信号输出电路224中的假信号调节286。假信号调节284、286可包含基于:统计数据的误差补偿;基于频率的误差减小,例如防反跳(debouncing)或滤波;或其他基于硬件的假信号调节/减小方法。电气信号输出电路224可进一步包含存储寄存器288和信号驱动器290。在一实施例中,存储寄存器288可被配置为存储每输出信道仅仅单个的位,或者可被替代性地配置为多位或多字节数据存储。
如图4一般性地示出的,在一实施例中,系统体系结构10可包含附加电路,以便允许信号在用户控制接口——例如座舱控制面板——和一个或多于一个受控设备或飞行器负载之间的双向传输。体系结构10包含第一MTSC 103,其被配置为合并多个信号102,并将合并信号104发送到第一STMC 203。第一MTSC 103可通过传输介质105以与上面关于图1-3讨论的类似的方式将合并信号104传输到第一STMC 203。交通工具体系结构10可还包含第二MTSC 504。MTSC 504可被配置为从受控设备(未示出)接收多个信号500。信号500可指示例如设备的特定反馈或运行状态。使用定时信号106与第二MTSC编码装置504的电路,所述多个信号500可被转换为合并信号508。MTSC 504可在设计上与MTSC 103类似。合并信号508于是可在传输介质505上通过距离D传输到第二STMC 506。STMC 506——其可类似于用户控制接口,例如飞行器座舱控制面板——可接收信号510,其代表所述多个信号500。信号510可与所传输的合并信号508相同或基本类似。使用定时信号106和STMC 506的电路,系统可将合并信号510的组成分量恢复为多个信号502,其代表第一多个信号500。所述多个信号502于是可被提供给一个或多与一个的用户输入装置、显示器、计量器等,用于向用户呈现。
STMC 506和MTSC 504可分别与同步化电路300、302通信,以便周期性地重新初始化相关联的信号合并和信号恢复电路。
图5示出了控制和通信体系结构10,其被配置为提供MTSC 103和STMC 203之间的冗余通信。交通工具控制体系结构10可包含MTSC 103和STMC 203之间的冗余传输介质。例如,MTSC 103可被配置为通过传输介质105向STMC 203传输合并信号104,并通过冗余传输介质405向STMC 203传输冗余合并信号400。在一实施例中,合并信号104和冗余合并信号400相同或基本相同。在一实施例中,冗余传输介质405可使用与用于传输介质105的相同的传输介质来实现。这可以采用例如多个铜线或多个纤维光导线的形式,其各自被配置为传输冗余信号。
在另一实施例中,如图6一般性地示出的那样,冗余传输介质405可以为与传输介质105不同的介质。例如,传输介质105可以为第一介质,例如铜导线,冗余传输介质405可以为不同的介质,例如纤维光缆。在这样的实施例中,将会明了,合并信号104和冗余合并信号400可略有不同,这是因为传输介质上的差异,但它们传送的信息可实质上相同。
在一实施例中,MTSC 103和STMC 203可包含一个或多于一个的冗余电路,例如信号接收部分120、输入电路220、合并电路122、信号恢复电路222、驱动电路124、信号输出电路224。作为附加或作为替代的是,合并信号104和冗余合并信号400可通过分立的MTSC 103产生,并可由分立的STMC装置203分解。也就是说,发送部分100可包含用于合并信号104的第一MTSC 103以及用于冗余合并信号400的第二MTSC 103,而接收部分200可包含用于合并信号104的第一STMC 203以及用于冗余合并信号204的第二STMC 104。
冗余定时信号402可使用冗余时钟信号发生器404来提供。冗余定时信号404可在传输介质407上传输。
还可想到,系统可使用电气硬件部件组合实现,而不依赖于软件或固件。因此,系统可被设计为在所述多个输入信号102之间盲(blindly)循环或按顺序循环,而不考虑或分析信号的指定优先级或重要性。如本领域技术人员将会明了的,此系统可关于通过慢速动态系统(slow dynamicsystems)产生的输入信号来实现。在一实施例中,“慢速动态系统”可指这样的系统:其以慢于信号合并电路122必需的时间的频率产生数字信号或穿越TTL逻辑电平(cross TTL logic levels),以便在所述多个输入信号102中的各个之中循环。这避免了这样的情况:信号以与在所述多个输入信号102之间循环所必需的时间相比较快的速率变化。在一实施例中,这种“慢速动态系统”可包括,例如,在飞机的背景下,需要有选择的用户控制的系统(例如按钮、开关、操纵杆或阀门的致动),向人类用户提供可视反馈的系统(例如指示器灯、拨号盘、计量器),由于需要物理硬件(例如飞机襟翼、飞机着陆齿轮、飞机门或舱盖)的移动具有慢的相对时间常数的系统,涉及不与操作控制联系的附加传感器输入的系统(例如门闩状态、汽油水平、油温、空气速度、空气温度、外部压力)。
将会明了,本领域技术人员将会想到上面介绍的实施例的多种修改和变化。因此,上面的详细说明仅仅是说明性的,而不是限制性的。将会明了,所附权利要求书包括其全部等效内容用于限定本发明的精神和范围。