CN102639358B - 具有集成面板模块和协同数字色度控制的数字混合驾驶舱控制面板系统 - Google Patents
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Abstract
系统包括数字系统架构，所述架构包括数字色度控制。这种控制可以包括显示器或照明面板的多个集成模块的颜色平衡、照明、颜色补偿和/或协调。实施方式包括系统拓扑，所述系统拓扑具有用于多个显示器或照明控制面板的集成模块化设计，其可以降低系统重量、布线复杂度以及开发费用。在实施方式中，数字色度控制包括用于多个面板和模块的平衡和协调的模块内和跨模块的控制，并入了用于内部和外部联网的集成数字信号处理器和数字通信。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2009年11月30日提交的序号为61/264,948的美国临时专利申请的优先权，其全部公开内容并入此处作为参考。
技术领域
一般地，本公开内容涉及驾驶舱控制面板（CCP）系统，其包括用于驾驶舱内跨多个区域的多个CCP面板的协同数字色度控制的混合集成模块化设计以及配置。
背景技术
当前的工业或飞行器CCP系统没有被设计为具有如下功能能力：通过在具有多个照明面板的驾驶舱控制面板系统中调制光照频谱，进行航空颜色平衡和/或颜色补偿。同时，希望飞行器、特别是大型飞行器提供具有操作背景改变和/或环境光照改变能力的颜色协调。通常由于设备特性（或参数公差）的改变和生产过程变化而导致的光源（例如，照明灯盘中的光照设备）的频谱和照明变化通常会对高性能面板满足规范的能力构成挑战，这是因为由相应的色度规范所定义的对于不同面板的特定光频谱位置以及平衡的严格系统要求造成的。
传统的CCP系统基于并行设置的许多个体小面板的组件，个体小面板中的每一个实现为用于用户接口和控制的特定功能的个体“单元面板”。图1中示出了传统面板的实例。这种传统的面板包括背面的模拟电路，其被配置为与前面板中的飞行员操作设备相接口，飞行员操作设备例如为具有多个极的通断开关以及具有多个拨线杆的电压参考POT。个体灯盘常常用于在特定控制模式中为电位计设备的每个设置点提供给定级别的照度。还使用导电铜线的模拟输出电缆与一段距离上受控的个体（或一组）负载设备相接口。每个“单元面板”基于预先设计的控制功能独立地操作。例如，空气管理子系统可包括且使用多个较小的个体面板，例如，用于空气调节、放气、座舱压力等的面板。
与传统系统相关联的一些缺点包括：（1）需要大量接口连接器以及导电铜线，以便在CCP和相应的受控负载设备之间承载多个模拟信号；（2）“单元面板”的物理隔离，其可能切断信号路径并且对背面的印刷电路板（PCB）造成无效率的使用，这又可能使得处于相邻物理位置的传统小型面板难以在传统设计中结合并共享用于计算能力和数字处理的数字信号处理器（DSP）或微处理器（MPU）；（3）与基于控制大量个体小型CCP面板的DSP/MPU电路的高级数字系统的引入相关联的适航性认证的较高的成本、过多的时间以及劳动力。一些上面提及的缺点还可导致增加的重量、布线复杂度以及更为昂贵的设计。此外，传统的系统一般不具有以下能力：多个照明面板的变亮或变暗调整、颜色调制、颜色补偿、颜色平衡，或与操作或环境光照背景改变的协调。
除其它的之外，本公开内容尝试解决和/或克服这种潜在的缺点。
发明内容
本公开内容的实施形态包括一种用于CCP面板的集成模块化手段。所述手段的实施方式可以用于优化该系统的方面或特征。特别是，这种手段可以提供具有用于带有多个驾驶舱显示器或照明控制面板的数字或混合CCP系统的更为有效的架构、分离（segregation）或分组（grouping）的设计方法。这种硬件模块化架构中的技术部件可包括：集成数字面板模块（IDPM）、集成模拟面板模块（IAPM）以及集成混合-数字面板模块（IHDPM）——即数字和模拟接口的CCP控制面板的结合。
本发明的实施方式可降低系统布线复杂度、重量和成本。此外，数字系统架构和手段可以用于显示器或照明面板的多个集成模块的颜色平衡、补偿和协调。
附图说明
现在，将参考附图通过实例的方式介绍本发明，在附图中，类似的附图标记标识多个附图中的类似的部件，其中：
图1是传统CCP面板的等距图；
图2是根据本发明一实施例的示例性集成模块化CCP面板LRU的图示；
图3a和3b分别一般地描述了具有分开的前面板和集成的前板的集成模块化CCP面板的分解后的等距视图；
图4一般地示出了包括混合接口技术的混合CCP系统中的集成控制面板模块的三个示例性实施例；
图5一般地示出了包括跨模块协同的用于模块内色度调制和控制的系统配置的实施例；
图6一般地示出了使用集成模块化手段的简化的示例性分区CCP配置的实施例；
图7A一般地示出了用于通过空间分布和反射的模块内色度控制和频谱调制的示例性光源分配器图的实施例；以及
图7B一般地示出了图7A中示出的部件的侧视图。
具体实施方式
根据本公开内容的教导的集成和混合CCP模块化面板可以提供一种新配置，其具有用于有着多个驾驶舱显示器和/或照明控制面板的数字或混合系统的效率更高的架构、分离和分组。术语“驾驶舱”可以用于指代在交通工具或其它命令和控制结构中使用的驾驶舱，包括但不限于航空应用。图2中示出了集成模块化CCP面板10的示例性实施方式的图示。如一般性地说明的，集成模块化CCP面板10可以被配置用于系统（例如，空气管理系统），并可集成多个较小的、个体的面板，例如空气调节面板20A、放气面板20B以及座舱压力面板20C。个体面板（例如，20A到20C）可集体地包括单个模块，也可被看作是最低更换单元（LRU）。
图2、3A、3B和4中一般地示出了用于集成CCP模块化面板的硬件架构的实施方式。集成CCP模块化面板可包括：
（a）集成数字面板模块（IDPM）——IDPM的实施方式可以包括多个集成控制面板，其被配置为从与一个或多于一个前面板相关联的操作设备接收离散的或模拟的输入，在嵌入式电路（例如，DSP电路）中处理所述输入，并经由例如数字通信总线在一段距离上提供控制输出。IDPM可减少系统布线、重量和体积，例如可能由于传统的铜线所带来的那些。数字通信的集成能力可以包括ARINC 668/AFDX、ARINC 825或多种替代物。
（b）集成模拟面板模块（IAPM）——IAPM的实施方式可以包括多个集成控制面板，其被配置为从与一个或多于一个前面板相关联的操作设备接收离散的或模拟的输入，并且，为了例如状态监视和/或反馈目的，在嵌入式电路——即DSP或MPU——中记录或寄存所述输入。如果需要的话，这种IAPM可以提供控制输出，例如经由传统的电气线缆或用于安全关键的或附近的负载系统设备的其它非数字接口技术。虽然模块可经由传统的接口线缆或用于安全关键的或附近的负载系统设备的其它非数字接口技术来提供控制输出，可以经由数字串行通信总线进行用于协同控制的跨模块数据交换（white cross-module data exchanges），数字串行通信总线包括但不限于ARINC 668/AFDX、ARINC 825或可以与模块相集成的其它已知替代物。
（c）集成混合-数字面板模块（IHDPM）——IHDPM的实施方式可以包括数字和模拟接口CCP控制面板的结合。
图3A和3B进一步示出了根据本发明的实施例的集成模块化CCP面板（IMCCP）单元的分解架构。一般地，IMCCP包括三个部件：
（1）电子设备的背面印刷电路板（一个PCB或多个PCB）46，包括DSP/MPU和数字通信单元；
（2）用于与用户/飞行员进行接口的照明控制面板的面板面（前）盘和灯盘组件，其中的每一个通常包括用于方便的修理或替换的可独立拆卸的部分；以及
（3）物理地设置在组件（1）和（2）之间或与部件（1）和（2）连接的集成盘44（例如，铝板）；集成盘44可以被配置为提供用于模块的机械的和/或安装支撑。
图3A一般地描述了具有分开的前面板32、34、36的集成模块化CCP面板30的实施方式，图3B一般地描述了具有集成前板42的集成模块化CCP面板40的实施方式。关于图3A和图3B，值得注意的是，如果需要的话，IMCCP可具有有着面板和灯盘的一个集成组件。
在一个实施方式中，模块可以包括允许用户（例如，飞行员）设置调光控制参考的局部/个体调光控制面板（或相似的调光控制功能）。可以在几个驾驶舱区域的每一个中提供这种布置，例如在天花板、台座和/或仪器区域中。在实施方式中，首先，可通过具有多个信道的集成A/D转换器电路（例如，12比特，小于10μs的转换时间）将所设置的电压参考调光控制信号进行数字化，并且然后可以将数字化后的信号发送到相应的DSP寄存器（以及由相应的DSP寄存器来存储）。然后，可以经由内部通信总线将数字化后的调光控制信号发送到多种IMCCP模块，例如但不限于，内部通信总线可如图4中所示的那样提供和互连。这种配置允许并入用于跨不同模块和不同面板的照度和色度的平衡和协调的智能控制。
此外，包括IDPM、IAPM和IHDPM配置的各个模块化设计可包括数字控制和数字通信能力或电路（例如，如图4所示），用于色度、调光、平衡和/或协调的数字控制的改进系统能力。实现这种集成模块化手段可以降低系统布线复杂度、重量、电缆和连接器的数量，并且可以因此降低设计和制造成本。
通过进一步参考图4，三个示例性集成控制面板模块50A、50B和50C的实施例在具有一般地示出的混合接口技术的混合-数字CCP系统60中互联。如图所示，从数字的角度来看，可以在CCP系统50A以及飞行器负载组80和运行控制计算机系统90（例如，航班桌面计算机系统或系统计算机）之间提供外部总线70（例如，双向数字通信总线）。逻辑驱动单元（LDU）100可以与CCP系统的IMCCP模块中的一个（例如，模块50A）一起嵌入，以便与飞行器系统和负载组数字地通信。如果需要的话，还可以将CCP系统状态和/或反馈数据传递到运行控制计算机系统90（例如，飞行桌面计算机系统）。在图4所示的实施方式中，将LDU 100示为位于集成混合数字面板模块（IHDPM）50A中。然而，LDU 100可以按所属领域的技术人员所了解的多种其它方式与系统60进行合并。相关联的LDU（例如，LDU 100）可以被配置为从逻辑控制变量的通信协议格式（例如，与外部总线70相关联的）提取控制变量和/或消息。值得注意的是，还可以将CCP系统状态和/或反馈数据传递到运行控制计算机系统（例如，飞行桌面计算机或系统计算机）。可以使用的数字通信总线的集成能力包括，例如，AFDX664/ARINC664、ARINC825和可替换的航空数字通信。
此外，可以在CCP系统的IMCCP模块（包括IHDPM、IDPM和IAPM模块）之间提供内部数字通信总线110，从而在模块之间交换数据。在图4示出的不具有限制性的示例性实施方式中，在IHDPM模块50A和IAPM模块50B之间提供内部数字通信总线110。此外，如果需要的话，内部数字通信总线的互联节点可以形成环形或星型配置，例如，相互联系的IHDPM 50A、IDPM 50B和IAPM 50C模块。
继续参考图4，值得注意的是，例如，外部数字通信可以涉及AFDX等；并且内部数字通信可以涉及例如CAN、RS 485等。此外，DSP和数字控制功率电路（DCPC）可以在物理上分离。另外，几个功率输入120被示为与所包括的模块50A到50C相连接。这种功率输入可以包括例如28伏主输入和28伏备用输入。
图5一般地示出了根据本发明实施方式的被配置用于模块内色度调制和控制以及跨模块协调的系统140。系统140包括色度控制器150（例如，基于DSP的数字色度脉冲-宽度调制（PWM）控制器），所述色度控制器150又可以包括颜色协调控制器160。如所一般性地示出的，色度控制器150可包括用于多个面板模块的平衡和协调的模块内和跨模块的照度控制、颜色管理、调制和补偿。
根据本发明的实施方式，除其他之外，数字色度控制手段可以被用于调光、颜色（频谱）平衡和协调。这种系统可以包括几个部件/特征，其将在下面更为详细地介绍：
（1）用于颜色补偿、平衡和协调的数字控制器。数字控制器可以被控制为，除其他之外：
●提供颜色频谱管理，包括检查/感知、分析和产生用于光控制的指南，
●提供数字颜色协调控制和/或补偿，和/或
●提供专用的数字信号处理单元（包括硬件和软件），以便为颜色频谱注入/补偿提供数字控制参考信号。
（2）用于颜色频谱注入/补偿的数字信号方法和功率电路。例如，这种颜色频谱调整/注入/补偿可以通过使用下面的系统性控制方法来完成，其中，三个单一可见光源/设备提供在以下三个频带中的光：波长450-475nm（颜色1-B）;波长495-570nm（颜色2-G）；以及波长620-750nm（颜色3-R）。在图5中，LD_B_S表示颜色1-B频谱中的照度、LD_G_S表示颜色2-G频谱中的照度，以及LD_R_S表示颜色3-R频谱中的照度。相关联的步骤可以包括：
（a）通过数字调制来产生以上每个光分量的希望的量的光通量；可通过脉冲宽度调制来实现数字调制，例如，通过分别控制施加到产生单一可见光源的光设备的平均电压——这是对于通过改变三个可见光源的光通量比率的第一光谱调制；
（b）对于第二光谱调制，通过适当的地理分布/布局，对上述三个光分量中的每一个的所希望量的光通量进行分配。
（c）将数字调制合并到包括但不限于TMS320C2812 MPU的微控制器电路（MPU）或集成DSP控制器。
（3）在集成CCP模块中，可以将被配置用于协助频谱的颜色频谱分配器嵌入到面板模块的灯盘中。
（4）通过保持三个分量的比率基本上恒定，但是同步地将PWM调制指标从较小调整到较高级别（例如，0.01%到100%），可以促进特定颜色处的光通量控制或调光控制。这样可以提供用于数字照度控制或数字调光控制的装置。
（5）可以由数字协调控制器（例如，图5中示出的控制器160）来控制包括IHDPM、IDPM和IAPM的所有硬件模块的颜色协调和照度。
值得注意的是，附图旨在说明与公开内容相关联的多种概念，不是为了狭义地限制本发明。而且，本构思包括，除其他之外的，用于颜色（频谱）协调和平衡的系统和数字手段。如图所示，系统的实施方式可以包括提供显示器颜色频谱管理的数字颜色协调控制器，所述管理包括检查/感知、分析和产生用于光控制的指南。数字颜色协调控制器还可以被配置为提供数字颜色协调控制和/或补偿；并且，包括硬件和软件的专用数字信号处理单元可以提供用于颜色频谱注入和补偿的数字控制参考信号。
在实施方式中，可以根据系统级别上的预定义的要求离线地生成用于色度和照度控制以及频谱管理的系统参考。系统还可以包括用于颜色频谱注入和补偿的数字控制功率电路（例如，数字控制功率电路170）。
图6描述了使用用于多个CCP面板的集成模块化手段的分区CCP配置。通过参考图6中示出的实施方式，值得注意的是，DSP和调光控制器可以位于同一或单独的PCB上。
在本发明的实施方式中，通过红色、绿色和蓝色这三个基础颜色频谱（光通量）的调制，来完成颜色频谱注入和补偿。在应用中，可以通过两阶段过程来完成这种调制。第一阶段可以涉及数字脉冲-宽度调制，以提供特定频谱中适当量的光通量。系统还可以包括使用颜色频谱分配器（例如，颜色频谱和照度调制分配器180）的第二阶段光处理，所述分配器用于协助被嵌入到面板模块的灯盘中的频谱和照度调制。这种实施方式与LCD面板中的传统颜色混合器不同。
图7一般地示出了用于通过空间分布和反射的模块内色度控制和频谱调制的简化的示例性光源分配器图的实施方式。
图7A一般地示出了用于通过空间分布和反射的模块内色度控制和频谱调制的示例性光源分配器图的实施方式。所示的部件包括：PCB 200、光源210、薄膜电阻器220、电容器230，并且可以包括其它电子设备240。PCB 200可以是传统的或者为挠性的油墨印刷PCB。关于光源210，组2中的设备中的每一个（示为元件D1到D12）可以包含具有下述频带的三个可见和可调整光源：波长450-475nm（颜色1-B）;波长495-570nm（颜色2-G）；以及波长620-750nm（颜色3-R）。图7B一般地代表图7A中示出的部件的侧视图。
此外，利用系统的实施方式，可以使用模块内的数字控制和调制以及跨模块的协同数字控制和调制。进一步地，可以由数字协调控制器来控制所有相关联的硬件模块（包括IDPM、IDPM和IAPM）的颜色协调和照度。
应当了解的是，对上面介绍的实施方式的改变和修改的广泛范围对所属领域技术人员来说是明显的，并且是可以设想的。因此，旨在将前面详细的说明认定为示例性的，而不是限制性的，并且应当理解的是，旨在限定本发明的精神和范围的下列权利要求包括所有等价形式。
Claims (28)
1.一种具有协同的数字色度控制的数字混合驾驶舱控制面板系统，包括：
系统架构，其包括多个集成模块化控制面板，每个集成模块化控制面板包括：
数字色度控制器，其被配置为提供模块内和跨模块的色度调制和控制；
印刷电路板，其包括数字处理功能和数字通信；
面板的前面板；
数字控制电源或功率组件。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统包括至少两个不同类型的集成模块化控制面板，其选自IHDPM、IDPM和IAPM面板。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，印刷电路板是集成板，所述集成板包括：模拟/离散信号接口；A/D；数字信号处理器或微处理器；以及，数字通信电路。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，面板的前面板包括灯盘，其被配置为照亮用于与用户或飞行员进行交互的控制面板。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，至少两个集成模块化控制面板通过内部数字通信总线互联。
6.根据权利要求1所述的系统，其包括外部总线，所述外部总线提供系统和外部负载组或计算机系统之间的可操作的连接。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，至少一个集成模块化控制面板包括逻辑驱动单元。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统包括集成的混合-数字面板模块，所述模块包括数字和模拟接口的控制面板的组合。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统包括集成数字面板模块，该模块从前面板的操作设备接收离散或模拟输入。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述系统被配置为在嵌入式数字信号处理器电路中处理离散或模拟输入，并经由数字串行通信总线来提供控制输出。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述系统被配置为记录或寄存离散或模拟输入。
12.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统包括集成模拟面板模块，其包括用于输入和输出的模拟接口。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述系统被配置为从与一个或多于一个前面板相关联的操作设备接收离散或模拟输入，以及在嵌入式电路中记录或寄存所述输入，其中，所记录或寄存的输入被用于状态监视或反馈。
14.根据权利要求1所述的系统，其中，用于个体集成模块化控制面板内的两个或多于两个的个体面板功能或面板部分的面板的前面板在单个集成组件中提供。
15.根据权利要求1所述的系统，其中，用于个体集成模块化控制面板内的两个或多于两个的个体面板功能或面板部分的面板的前面板在个体集成模块化控制面板的分隔开的部分中提供。
16.根据权利要求14所述的系统，其中，所述单个集成组件包括集成灯盘。
17.根据权利要求1所述的系统，其中，单个安装盘被配置为提供用于集成模块化控制面板的机械或安装支持。
18.根据权利要求1所述的系统，其中，数字色度控制器控制一个或多于一个集成模块化控制面板，以便进行颜色平衡、照度、颜色补偿和颜色协调。
19.根据权利要求1所述的系统，其包括分区或局部调光控制子面板或子控制器。
20.根据权利要求19所述的系统，其中，调光控制子面板或子控制器被配置为允许用于多个控制区域的调光控制的设置和协同。
21.根据权利要求1所述的系统，其中，数字色度控制器包括被配置为提供颜色频谱控制的颜色协调控制器。
22.根据权利要求21所述的系统，其中，数字色度控制器包括数字控制功率电路；数字控制功率电路被配置为提供颜色频谱注入和补偿。
23.根据权利要求1所述的系统，其中，数字色度控制器包括颜色频谱分配器，所述分配器被配置为协助用于多个集成模块化控制面板的频谱和照度调制。
24.根据权利要求23所述的系统，其中，面板的前面板包括灯盘，颜色频谱分配器被嵌入到灯盘中。
25.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统被配置为，通过提供用于控制被施加到可见光源的平均电压的脉冲-宽度调制，提供数字调制。
26.根据权利要求25所述的系统，其中，通过保持三种可见光分量的比率恒定并且同步地调整调制指数，产生在特定颜色处的数字照度控制或数字调光控制。
27.根据权利要求1所述的系统，其中，在系统和飞行器负载组或系统计算机之间提供外部双向数字通信总线，用于系统级别的控制接口和状态反馈。
28.根据权利要求1所述的系统，其包括形成连接集成模块化控制面板的环形或星形配置的内部数字通信总线的互联节点。
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