CN103064324A - 一种综合适配器 - Google Patents

Abstract

一种综合适配器，包括高度信号处理模块、信号采集及转换模块、无高3信号预处理模块、航姿信号处理模块；高度信号处理模块包括电源预处理单元、电源变换及滤波单元、RS422信号接收单元、ARINC429发送单元和MCU微控制单元；信号采集及转换模块包括WG-3无线电高度表信号采集单元、WG-6无线电高度表信号采集单元和音频信号转换单元；无高3信号预处理模块与WG-3无线电高度表信号采集单元相连；航姿信号处理模块包括航姿信号到数字信号变换单元、航姿板51单片机控制单元、航姿板CPLD逻辑译码单元，气压高度表的信号，连接到RS422信号接收单元，与MCU微控制单元通讯；WG-6无线电高度表的信号输入无高3信号预处理模块；具有结构紧凑、通用性强和可靠性高的特点。

Description

一种综合适配器

技术领域

 本发明属于飞机防撞技术领域，具体涉及一种综合适配器。

背景技术

随着空中交通的日益繁忙，飞机空中相撞的危险日益显现，所以开发有效的防撞系统是航空工业界多年来的目标。空中交通告警与防撞系统（TCAS:Traffic Alert and Collision Avoidance System）是一种独立于地面空中交通管制系统的机载设备。该系统利用飞机之间的自动应答和探测，可有效地辅助飞机驾驶员及时发现和规避可能出现的空中交通冲突，对于减少和防止航空器相撞，保证飞行安全具有重要作用。

目前，由于国产军机机载设备输出信号不够统一，系统交联困难。如：

1）气压高度信号。国产机载设备为RS422数字信号传输，而国外机载设备为ARINC429数字信号传输。

2）无线电高度信号。国产机载设备为电压或电流模拟信号传输，而国外机载设备为ARINC552模拟信号传输。

3）航向、姿态信号。国产机载设备航向、姿态数据通讯为36V激磁、57V信号的同步器信号，而国外机载设备对航向、姿态信号的通讯为ARINC429数字信号传输。

由于以上原因，这就对国产军机的升级改造带来困难，需要配套研发一种适应性较高的综合适配器，实现相关无线电高度、气压高度、航向、姿态、音频告警信号的信号匹配。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种综合适配器，能够将国产或俄制飞机的无线电高度、气压高度、航向、姿态、音频告警信号转换为TCAS系统的匹配信号；具有结构紧凑、通用性强和可靠性高的特点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种综合适配器，包括有高度信号处理模块、信号采集及转换模块、无高信号预处理模块、航姿信号处理模块。

所述的高度信号处理模块包括电源预处理单元、电源变换及滤波单元、RS422信号接收单元、 ARINC429发送单元和MCU微控制单元，外部电源通过电源预处理单元与电源变换及滤波单元相连，气压高度表通过RS422信号接收单元与MCU微控制单元相连，MCU微控制单元的输出端与ARINC429发送单元相连，ARINC429发送单元与TCAS系统相连，MCU微控制单元与TCAS系统相连；MCU微控制单元可以将高度表信号转换为ARINC429信号，提供给TCAS系统使用；同时电源变换及滤波单元分别与信号采集及转换模块、无高3信号预处理模块及航姿信号处理模块相连，可以将输入的电源进行转换后，提供给整个综合适配器使用。

所述的信号采集及转换模块包括有WG-3无线电高度表信号采集单元、WG-6无线电高度表信号采集单元和音频信号转换单元；WG-6无线电高度表通过WG-6无线电高度表信号采集单元分别与MCU微控制单元、WG-3无线电高度表信号采集单元相连，飞机音频设备与音频信号转换单元输出端相连，音频信号转换单元与输入端TCAS系统相连；信号采集及转换模块将无线电高度表的信号采集后，转换成数字信号通过数据总线传输给高度信号处理模块使用；同时还可以将TCAS系统输出的音频报警信号转换不同阻抗的信号，提供给飞机其它设备使用。

所述的无高3信号预处理模块与WG-3无线电高度表信号采集单元相连，无高3信号预处理模块将WG-3无线电高度表输入的信号转换为电压信号送往信号采集及转换模块供采集使用。

所述的航姿信号处理模块包括有航姿信号到数字信号变换单元、航姿板51单片机控制单元、航姿板CPLD逻辑译码单元，飞机航姿系统通过航姿信号处理模块内的航姿信号到数字信号变换单元与航姿板CPLD逻辑译码单元相连，航姿板CPLD逻辑译码单元与航姿板51单片机控制单元相连，航姿板51单片机控制单元与TCAS系统相连，可将航向、俯仰和横滚三路同步器信号转换为ARINC429信号，提供给TCAS系统使用。

本发明具有以下优点：

1）在设计上综合了多种型号的飞机状态，适用范围宽，可满足国产或俄制不同机型用户的要求。

2）将原飞机上的无线电高度、气压高度、航向姿态、音频告警等信号转换为符合国际通用性航空标准格式要求的信号，能满足国产机载设备与进口的TCAS空中告警与防撞系统交联接口的需求，便于使用维护和维修保障。

3）由于采用了微处理器，系统能够自动实时将输入的信号进行转换，同时设计上还预留有通讯接口，可以方便灵活的进行测试和维护。

4）在设计上产品具有结构紧凑、通用性强和可靠性高的特点。

附图说明

图1为本发明的结构原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

参见附图1，一种综合适配器，包括有高度信号处理模块1、信号采集及转换模块2、无高3信号预处理模块3、航姿信号处理模块4。

所述的高度信号处理模块1包括电源预处理单元5、电源变换及滤波单元6、RS422信号接收单元7、 ARINC429发送单元8和MCU微控制单元9，外部电源通过电源预处理单元5与电源变换及滤波单元6相连，气压高度表通过RS422信号接收单元7与MCU微控制单元9相连，MCU微控制单元9的输出端与ARINC429发送单元8相连，ARINC429发送单元8与TCAS系统相连，MCU微控制单元9与TCAS系统相连；MCU微控制单元9可将高度表信号转换为ARINC429信号，提供给TCAS系统使用；同时电源变换及滤波单元6分别与信号采集及转换模块2、无高3信号预处理模块3、航姿信号处理模块4相连，可将输入的电源进行转换后，提供给整个综合适配器使用。

所述的信号采集及转换模块2包括有WG-3无线电高度表信号采集单元11、WG-6无线电高度表信号采集单元10和音频信号转换单元12；WG-6无线电高度表通过WG-6无线电高度表信号采集单元10分别与MCU微控制单元9、WG-3无线电高度表信号采集单元11相连，飞机音频设备与音频信号转换单元12输出端相连，音频信号转换单元12与输入端TCAS系统相连；信号采集及转换模块2可以将无线电高度表的信号采集后，转换成数字信号通过数据总线传输给高度信号处理模块1使用。同时还可将TCAS系统输出的音频报警信号转换不同阻抗的信号，提供给飞机其它设备使用。

所述的无高3信号预处理模块3与WG-3无线电高度表信号采集单元11相连，无高3信号预处理模块3将WG-3无线电高度表输入的信号转换为电压信号送往信号采集及转换模块2供采集使用。

所述的航姿信号处理模块4包括有航姿信号到数字信号变换单元13、航姿板51单片机控制单元14及航姿板CPLD逻辑译码单元15，飞机航姿系统通过航姿信号处理模块4内的航姿信号到数字信号变换单元13与航姿板CPLD逻辑译码单元15相连，航姿板CPLD逻辑译码单元15与航姿板51单片机控制单元14相连，航姿板51单片机控制单元14与TCAS系统相连。可以将航向、俯仰和横滚三路同步器信号转换为ARINC429信号，提供给TCAS系统使用。

本发明的工作原理是：

来自于气压高度表的RS422信号，连接到高度信号处理模块1的RS422信号接收单元7，RS422信号接收单元7与MCU微控制单元9通讯后，控制ARINC429发送单元8输出ARINC429信号，供TACS系统使用。

来自于WG-3无线电高度表信号，连接到无高3信号预处理模块3，处理后送往信号采集及转换模块2的WG-3无线电高度表信号采集单元11，WG-3无线电高度表信号采集单元11与高度信号处理模块1的MCU微控制单元9通讯后进行输出。

来自于WG-6无线电高度表的信号，连接到无高3信号预处理模块3，处理后送往信号采集及转换模块2的WG-6无线电高度表信号采集单元10，WG-6无线电高度表信号采集单元10与高度信号处理模块1的MCU微控制单元9通讯后进行输出。

TCAS系统输出的音频信号连接到信号采集及转换模块2的音频信号转换单元12，进行转换后输出，供飞机其它音频设备使用。

来自于飞机航姿系统的航姿信号连接到航姿信号处理模块4的航姿信号到数字信号变换单元13，变换后是数字信号经航姿板CPLD逻辑译码单元15运算后，送往航姿板51单片机控制单元14后进行输出，供TCAS系统使用。

外部电源连接到高度信号处理模块1的电源预处理单元5处理后，送往电源变换及滤波单元6，电源变换后送往其它模块使用。

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。

二极管D1防止电源接反；二极管C2、D2、D3、Q1、R1组成电源预稳压电路，当输入电源电压低于30V时，输出电压跟随输入电压，当输入电源电压高于30V时，输出电压将保持为30V左右，在电源出现过压、尖峰时，可以有效保护电路；电容C1、C3用于储能滤波，在电源瞬时断电时，向电路提供能量。

电源变换及滤波单元：

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InterPoint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。

RS422接收单元：

RS422接收单元实为气压高度表RS422接收单元，该单元实现气压高度表输出的RS422信号，D4、D5为信号的输入保护电路，提高接收单元的可靠性。

ARINC429发送单元：

该单元实现ARINC429信号的输入输出，包括低速429信号到高速429信号的转换、RS422信号转换为ARINC429信号的输出等。ARINC429发送使用HS3182、HS3282芯片组，1MHz的时钟使用外部宽温晶体振荡器提供。

MCU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RS422数据，并转换为ARINC429的数据格式，通过ARINC429收发单元输出之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。

音频信号转换单元：

该单元实现TCAS处理机输出音频信号的阻抗匹配和分路。

音频功放选用低噪声、高信噪比的功率放大器LM1875，通过T4和5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。

航姿板51单片机控制单元：

航姿板51单片机控制单元控制航向X、Y、Z信号的AD采集和两路同步机/数字信号变换单元的变换，并读取变换后的角度信号，在单片机内部计算出航向、俯仰和横滚的实际角度值，合成ARINC429格式的数据，然后写入ARINC429控制器进行发送。

航姿板CPLD逻辑译码单元：

CPLD逻辑译码单元实现单片机到AD采集单元、同步机/数字信号变换单元和ARINC429控制器等的控制信号的逻辑译码，保证单片机数据总线工作正确、可靠。

航姿信号到数字信号变换单元：

航姿信号到数字信号变换单元把航姿系统输出的模拟同步机角度信号变换成数字形式的信号，使用同步机/数字变换模块实现，数据位宽设定为12位，对应的角度分辨率为0.08789°。

Claims (1)

1.一种综合适配器，其特征在于，包括有高度信号处理模块（1）、信号采集及转换模块（2）、无高3信号预处理模块（3）、航姿信号处理模块（4）；

所述的高度信号处理模块（1）包括电源预处理单元（5）、电源变换及滤波单元（6）、RS422信号接收单元（7）、 ARINC429发送单元（8）和MCU微控制单元（9），外部电源通过电源预处理单元（5）与电源变换及滤波单元(6)相连，气压高度表通过RS422信号接收单元(7)与MCU微控制单元(9)相连，MCU微控制单元(9)的输出端与ARINC429发送单元(8)相连，ARINC429发送单元(8)与TCAS系统相连，MCU微控制单元(9)与TCAS系统相连；电源变换及滤波单元(6)分别与信号采集及转换模块(2)、无高3信号预处理模块(3)及航姿信号处理模块(4)相连；

所述的信号采集及转换模块(2)包括有WG-3无线电高度表信号采集单元(11)、WG-6无线电高度表信号采集单元(10)和音频信号转换单元(12)；WG-6无线电高度表通过WG-6无线电高度表信号采集单元(10)分别与MCU微控制单元(9)、WG-3无线电高度表信号采集单元(11)相连，飞机音频设备与音频信号转换单元(12)输出端相连，音频信号转换单元(12)与输入端TCAS系统相连；

所述的无高3信号预处理模块 (3)与WG-3无线电高度表信号采集单元(11)相连；

所述的航姿信号处理模块(4)包括有航姿信号到数字信号变换单元(13)、航姿板51单片机控制单元(14)、航姿板CPLD逻辑译码单元(15)，飞机航姿系统通过航姿信号处理模块(4)内的航姿信号到数字信号变换单元(13)与航姿板CPLD逻辑译码单元(15)相连，航姿板CPLD逻辑译码单元(15)与航姿板51单片机控制单元(14)相连，航姿板51单片机控制单元(14)与TCAS系统相连。

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