CN111010213B - 一种飞行器电气系统通信终端 - Google Patents

Abstract

一种飞行器电气系统通信终端，包括一个主节点终端和多个从节点终端，在飞行器电子系统中选择一个电子设备安装主节点终端，在其余电子设备上安装从节点终端，主节点终端和从节点终端能够实现自动组网，每个从节点终端和主节点终端通过28V直流供电线进行通信。本发明实现了基于电力线的数据通信，从而降低了线缆网的复杂度，进而降低了飞行器的重量和体积。

Description

一种飞行器电气系统通信终端

技术领域

本发明涉及一种飞行器电气系统通信终端，属于遥测系统领域。

背景技术

飞行器中电气设备间通信一般通过有线的方式进行数据传输，由于电气设备较多，通信信号类型复杂，就使得电气系统中存在庞大的设备间线缆网，这极大增加了飞行器的重量及体积。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种飞行器电气系统通信终端，实现基于电力线的数据通信，从而降低线缆网的复杂度，降低了飞行器的重量和体积。

本发明的技术解决方案是：

一种飞行器电气系统通信终端，包括一个主节点终端和多个从节点终端，在飞行器电子系统中选择一个电子设备安装主节点终端，在其余电子设备上安装从节点终端，主节点终端和从节点终端能够实现自动组网，每个从节点终端和主节点终端通过28V直流供电线进行通信。

每个从节点终端均能作为中继通信接点，实现远距离从节点终端与主节点终端的通信。

主节点终端包括主控制电路、主PLC载波通信电路、主RS422接口电路及主电源电路；

主控制电路：确定组网白名单，向主PLC载波通信电路发送组网指令；控制自身的通信频段和发射信号增益，同时向主PLC载波通信电路发送从节点终端的通信频段；组网后，接收主PLC载波通信电路发送的从节点终端载波数据，判断该载波数据是否是发送给主节点终端的，若是，则通过主RS422接口电路发送给主节点终端连接的主外部设备；接收主RS422接口电路转发的主外部设备信息，将其转化为载波数据，发送给主PLC载波通信电路；

主PLC载波通信电路：与28V直流供电线连接；将组网指令通过28V直流供电线发送给组网白名单中的从节点终端；将从节点终端的通信频段通过28V直流供电线发送给从节点终端；组网后，通过28V直流供电线接收从节点终端发送的载波数据，发送给主控制电路；若该载波数据要发送给其他从节点终端，则通过28V直流供电线发送给相应的从节点终端；根据需求，将来自主控制电路的载波数据通过28V直流供电线发送给对应的从节点终端；

主RS422接口电路：与主外部设备连接，将主外部设备发送的信息转发给主控制电路，并将主控制电路接收的载波数据发送给主外部设备；

主电源电路：接收28V直流供电线的供电，将其进行一次电源转换，得到12V电压，为主PLC载波通信电路供电，同时将12V电压进行二次电源转换，获得3.3V电压，为主PLC载波通信电路、主控制电路和主RS422接口电路供电。

主控制电路与主PLC载波通信电路之间数据传输的通信速率最高达3Mbps。

主控制电路采用STM32F103CBT6芯片，设计三个通信接口，即对外调试接口及两个UART接口；其中STM32F103CBT6芯片采用Cortex-M3 ARM内核，主频为72MHz；对外调试接口连接至产品对外接插件上，实现主节点终端的程序升级及调试功能；UART1连接至主RS422接口电路，实现与主外部设备的串口通信功能，其最大通信速率达2.25Mb/s；UART2连接至主PLC载波通信电路，实现数据收发功能，其最大通信速率达4.5Mb/s。

从节点终端包括从控制电路、从PLC载波通信电路、从RS422接口电路及从电源电路；

从PLC载波通信电路：与28V直流供电线连接；通过28V直流供电线接收组网指令，实现入网；通过28V直流供电线接收主节点终端发送的通信频段、主外部设备信息载波数据，转发给从控制电路；将从外部设备信息载波数据通过28V直流供电线发送给主节点终端；

从控制电路：接收主节点终端发送的通信频段，并将自身通信频段调至主节点终端发送的通信频段；接收主节点终端发送的主外部设备信息载波数据，经从RS422接口电路转发给该从节点终端连接的从外部设备；接收从RS422接口电路转发的从外部设备信息，将其转化为载波数据发送给从PLC载波通信电路；

从RS422接口电路：与从外部设备相连，将从外部设备发送的信息转发给从控制电路，并将从控制电路接收的载波数据发送给从外部设备；

从电源电路：接收28V直流供电线的供电，将其进行一次电源转换，得到12V电压，为从PLC载波通信电路供电，同时将12V电压进行二次电源转换，获得3.3V电压，为从PLC载波通信电路、从控制电路和从RS422接口电路供电。

当从节点终端作为中继通信节点时，从PLC载波通信电路将主节点终端发送的载波数据通过28V直流供电线转发给相应从节点终端的从PLC载波通信电路。

从控制电路与从PLC载波通信电路之间数据传输的通信数率最高达3Mbps。

从控制电路采用STM32F103CBT6芯片，设计三个通信接口，即对外调试接口及两个UART接口；其中STM32F103CBT6芯片采用Cortex-M3 ARM内核，主频为72MHz；对外调试接口连接至产品对外接插件上，实现从节点终端的程序升级及调试功能；UART1连接至从RS422接口电路，实现与从外部设备的串口通信功能，其最大通信速率达2.25Mb/s；UART2连接至从PLC载波通信电路，实现数据收发功能，其最大通信速率达4.5Mb/s。

每个从节点终端和主节点终端通过28V直流供电线进行通信，通信的宽带载波信号叠加到28V直流供电线时，为了降低对28V直流供电线供电频率的影响，需对通信的宽带载波信号进行设置，设置方式如下：

a)根据飞行器上电气系统各设备的频点分布情况，调整主节点终端和从节点终端的工作频段，所述主节点终端和从节点终端的工作频段为700K-30MHz；

b)调整主节点终端和从节点终端的输出信号功率和信号增益使得带内发射功率谱密度在-55dB/Hz—-35dB/Hz范围内可调，在降低终端信号对其他设备影响的前提下，保证终端正常通信；

c)测量终端宽带载波信号在系统中产生的电流，将其与GJB151 B中CS114测试项目中规定的干扰信号注入限值进行比较，若宽带载波信号产生的电流小于限值，则能够说明在系统中宽带载波信号小于CS114规定的注入干扰信号限值，若系统中其他设备通过了CS114试验，则其应能承受宽带载波信号影响，以此评估宽带载波信号对其他设备的影响。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明首次实现基于28V直流供电线的飞行器电气系统宽带载波自组网通信，从而降低了线缆网的复杂度，进而降低了飞行器的重量和体积。同时本发明通信终端通信时，能够兼容飞行器电气系统，不影响飞行器电气系统其他设备正常工作。

(2)在不加中继的条件下，本发明基于28V直流供电线的传输距离可达2Km以上，能够满足飞行器内部任意28V供电设备及地面设备间的数据互传需求。

(3)本发明具有高速率、低误码率和低延迟的特点。主从PLC载波通信电路采用OFDM调制解调方式，有效数据的通信速率高达2Mb/s以上；通过对通信的宽带载波信号进行设置，实现了低误码率，具备较强的抗干扰能力，兼容飞行器28V电源网络系统，实现高可靠数据传输。

(4)本发明能够实现设备间数据的低延迟快速透传功能，通过拓宽终端的工作频段、提高与外部设备的串口通信速率等手段，可以使得PLC载波通信电路的延迟小于30ms，满足多种协议及多种接口透传需求。

(5)本发明采用小型化模块化设计，便于加装使用，当增减某一个终端时，不影响其他终端正常工作，安装及使用灵活。

附图说明

图1为本发明通信终端示意图；

图2为主控制电路或从控制电路示意图；

图3为主PLC载波通信电路示意图；

图4为从LC载波通信电路示意图；

图5为主PLC载波通信电路或从PLC载波通信电路的立体结构。

具体实施方式

针对当前存在的问题，本发明提出了一种飞行器电气系统通信终端，实现基于电力线的数据通信，从而降低线缆网的复杂度。

本发明通信终端，包括一个主节点终端和多个从节点终端，在飞行器电子系统中选择一个电子设备安装主节点终端，在其余电子设备上安装从节点终端，主节点终端和从节点终端能够实现自动组网，形成以主节点终端为中心，连接所有同一个28V电源网络中的从节点终端的多级关联树形结构。每个从节点终端和主节点终端通过28V直流供电线进行信息转发传输。每个从节点终端均能作为中继通信接点，当从节点终端所处的通信环境较为恶劣以至难以直接与主节点终端组网通信时，可通过其他从节点终端实现与主节点终端的中继组网通信。飞行器电气系统中的电子设备可通过组网后的主节点终端、从节点终端实现互联互通。

具体地，如图1所示，主节点终端包括主控制电路、主PLC载波通信电路、主RS422接口电路及主电源电路。

主控制电路：确定组网白名单，向主PLC载波通信电路发送组网指令；控制自身的通信频段和发射信号增益，同时向主PLC载波通信电路发送从节点终端的通信频段；组网后，接收主PLC载波通信电路发送的从节点终端载波数据，判断该载波数据是否是发送给主节点终端的，若是，则通过主RS422接口电路发送给主节点终端连接的主外部设备；接收主RS422接口电路转发的主外部设备信息，将其转化为载波数据，发送给主PLC载波通信电路；

主PLC载波通信电路：与28V直流供电线连接；将组网指令通过28V直流供电线发送给组网白名单中的从节点终端；将从节点终端的通信频段通过28V直流供电线发送给从节点终端；组网后，通过28V直流供电线接收从节点终端发送的载波数据，发送给主控制电路；若该载波数据要发送给其他从节点终端，则通过28V直流供电线发送给相应的从节点终端；根据需求，将来自主控制电路的载波数据通过28V直流供电线发送给对应的从节点终端；

主RS422接口电路：与主外部设备连接，将主外部设备发送的信息转发给主控制电路，并将主控制电路接收的载波数据发送给主外部设备；

主电源电路：接收28V直流供电线的供电，将其进行一次电源转换，得到12V电压，为主PLC载波通信电路供电，同时将12V电压进行二次电源转换，获得3.3V电压，为主PLC载波通信电路、主控制电路和主RS422接口电路供电。

主控制电路与主PLC载波通信电路之间数据传输的通信速率最高达3Mbps。

主控制电路采用STM32F103CBT6芯片，设计三个通信接口，即对外调试接口及两个UART接口；其中STM32F103CBT6芯片采用Cortex-M3 ARM内核，主频为72MHz；对外调试接口连接至产品对外接插件上，实现主节点终端的程序升级及调试功能；UART1连接至主RS422接口电路，实现与主外部设备的串口通信功能，其最大通信速率达2.25Mb/s；UART2连接至主PLC载波通信电路，实现数据收发功能，其最大通信速率达4.5Mb/s。

从节点终端包括从控制电路、从PLC载波通信电路、从RS422接口电路及从电源电路；

从PLC载波通信电路：与28V直流供电线连接；通过28V直流供电线接收组网指令，实现入网；通过28V直流供电线接收主节点终端发送的通信频段、主外部设备信息载波数据，转发给从控制电路；将从外部设备信息载波数据通过28V直流供电线发送给主节点终端；

从控制电路：接收主节点终端发送的通信频段，并将自身通信频段调至主节点终端发送的通信频段；接收主节点终端发送的主外部设备信息载波数据，经从RS422接口电路转发给该从节点终端连接的从外部设备；接收从RS422接口电路转发的从外部设备信息，将其转化为载波数据发送给从PLC载波通信电路；

从RS422接口电路：与从外部设备相连，将从外部设备发送的信息转发给从控制电路，并将从控制电路接收的载波数据发送给从外部设备；

从电源电路：接收28V直流供电线的供电，将其进行一次电源转换，得到12V电压，为从PLC载波通信电路供电，同时将12V电压进行二次电源转换，获得3.3V电压，为从PLC载波通信电路、从控制电路和从RS422接口电路供电。

当从节点终端作为中继通信节点时，从PLC载波通信电路将主节点终端发送的载波数据通过28V直流供电线转发给相应从节点终端的从PLC载波通信电路。

从控制电路与从PLC载波通信电路之间数据传输的通信数率最高达3Mbps。

如图2所示，主节点终端中的主控制电路和从节点终端中的从控制电路结构相同，均采用STM32F103CBT6芯片，设计三个通信接口，即对外调试接口及两个UART接口；其中STM32F103CBT6芯片采用Cortex-M3 ARM内核，主频为72MHz，该芯片共48个引脚，体积小，运算及接口资源丰富；对外调试接口连接至产品对外接插件上，实现相应终端的程序升级及调试功能；

主控制电路的UART1连接至主RS422接口电路，实现与主外部设备的串口通信功能，其最大通信速率达2.25Mb/s；UART2连接至主PLC载波通信电路，实现数据收发功能，其最大通信速率达4.5Mb/s。

从控制电路的UART1连接至从RS422接口电路，实现与从外部设备的串口通信功能，其最大通信速率达2.25Mb/s；UART2连接至从PLC载波通信电路，实现数据收发功能，其最大通信速率达4.5Mb/s。

如图3所示，主PLC载波通信电路包括晶振、PSRAM、PLC芯片(HZ3001)、模拟前端芯片(PA1450)及信号调理及耦合电路。

HZ3001芯片集成了两个32位RISC-Ⅴ内核CPU，内置PLC MAC、基于OFDM调制解调的PLC PHY、模拟前端(AFE)及各类外围接口(如UART、SPI、I2C等)，通过外部模拟前段芯片PA1450进行放大处理，并配备PSRAM芯片扩充芯片运行内存容量。

信号调理电路主要完成PLC信号滤波、耦合、浪涌抑制等功能。

如图4所示，从PLC载波通信电路包括晶振、PLC芯片(HZ3011)及信号调理及耦合电路。不配备外部模拟前段芯片PA1450和PSRAM芯片。

主PLC载波通信电路和从PLC载波通信电路的立体结构如图5所示，尺寸为70mm(长)*63mm(宽)*28mm(高)。

本发明主节点终端和从节点终端的技术指标如表1所示：

表1终端主要技术指标

序号	指标名称	具体指标
			1	通信速率	＞1Mb/s
2	拓扑结构	总线结构
			3	调制方式	PLC宽带载波
4	编码方式	OFDM
			5	通信距离	＞200米
6	供电电压	28V±4V
			7	供电电流	＜0.15A
8	重量	＜0.15kg

本发明终端需要与指定的外部设备绑定在一起并指定自身ID，设备之间的数据透传需要指定对方的ID号。

当主外部设备需向某个从外部设备2发送数据时，主节点终端的控制电路首先解析并识别主外部设备通过主RS422接口电路发送的数据帧，然后将该数据帧作为数据段打包成主PLC载波通信电路识别的数据帧格式(该数据帧含从外部设备2的MAC地址)发送至主PLC载波通信电路，主PLC载波通信电路将打包后的数据发送至28V直流供电线上，与从外部设备对应的从节点终端的从PLC载波通信电路接收到与自身ID匹配的数据后，将其发送给从控制电路，从控制电路提取除其中的数据段数据后，最终转发至从外部设备，完成数据透传功能。

本发明还可以根据需求去掉主控制电路和从控制电路，直接使用主PLC载波通信电路或从PLC载波通信电路与RS422接口电路连接，从而能够进一步降低通信延迟。

本发明首次实现基于28V直流供电线的飞行器电气系统宽带载波自组网通信，从而降低了线缆网的复杂度，进而降低了飞行器的重量和体积。同时本发明通信终端通信时，能够兼容飞行器电气系统，不影响飞行器电气系统其他设备正常工作。

本发明说明书中未详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (9)

1.一种飞行器电气系统通信终端，其特征在于：包括一个主节点终端和多个从节点终端，在飞行器电子系统中选择一个电子设备安装主节点终端，在其余电子设备上安装从节点终端，主节点终端和从节点终端能够实现自动组网，每个从节点终端和主节点终端通过28V直流供电线进行通信；

主节点终端包括主控制电路、主PLC载波通信电路、主RS422接口电路及主电源电路；

主控制电路：确定组网白名单，向主PLC载波通信电路发送组网指令；控制自身的通信频段和发射信号增益，同时向主PLC载波通信电路发送从节点终端的通信频段；组网后，接收主PLC载波通信电路发送的从节点终端载波数据，判断该载波数据是否是发送给主节点终端的，若是，则通过主RS422接口电路发送给主节点终端连接的主外部设备；接收主RS422接口电路转发的主外部设备信息，将其转化为载波数据，发送给主PLC载波通信电路；

主PLC载波通信电路：与28V直流供电线连接；将组网指令通过28V直流供电线发送给组网白名单中的从节点终端；将从节点终端的通信频段通过28V直流供电线发送给从节点终端；组网后，通过28V直流供电线接收从节点终端发送的载波数据，发送给主控制电路；若该载波数据要发送给其他从节点终端，则通过28V直流供电线发送给相应的从节点终端；根据需求，将来自主控制电路的载波数据通过28V直流供电线发送给对应的从节点终端；

主RS422接口电路：与主外部设备连接，将主外部设备发送的信息转发给主控制电路，并将主控制电路接收的载波数据发送给主外部设备；

主电源电路：接收28V直流供电线的供电，将其进行一次电源转换，得到12V电压，为主PLC载波通信电路供电，同时将12V电压进行二次电源转换，获得3.3V电压，为主PLC载波通信电路、主控制电路和主RS422接口电路供电。

2.根据权利要求1所述的一种飞行器电气系统通信终端，其特征在于：每个从节点终端均能作为中继通信接点，实现远距离从节点终端与主节点终端的通信。

3.根据权利要求1所述的一种飞行器电气系统通信终端，其特征在于：主控制电路与主PLC载波通信电路之间数据传输的通信速率最高达3Mbps。

4.根据权利要求1所述的一种飞行器电气系统通信终端，其特征在于：主控制电路采用STM32F103CBT6芯片，设计三个通信接口，即对外调试接口及两个UART接口；其中STM32F103CBT6芯片采用Cortex-M3 ARM内核，主频为72MHz；对外调试接口连接至产品对外接插件上，实现主节点终端的程序升级及调试功能；UART1连接至主RS422接口电路，实现与主外部设备的串口通信功能，其最大通信速率达2.25Mb/s；UART2连接至主PLC载波通信电路，实现数据收发功能，其最大通信速率达4.5Mb/s。

5.根据权利要求1所述的一种飞行器电气系统通信终端，其特征在于：从节点终端包括从控制电路、从PLC载波通信电路、从RS422接口电路及从电源电路；

从PLC载波通信电路：与28V直流供电线连接；通过28V直流供电线接收组网指令，实现入网；通过28V直流供电线接收主节点终端发送的通信频段、主外部设备信息载波数据，转发给从控制电路；将从外部设备信息载波数据通过28V直流供电线发送给主节点终端；

从控制电路：接收主节点终端发送的通信频段，并将自身通信频段调至主节点终端发送的通信频段；接收主节点终端发送的主外部设备信息载波数据，经从RS422接口电路转发给该从节点终端连接的从外部设备；接收从RS422接口电路转发的从外部设备信息，将其转化为载波数据发送给从PLC载波通信电路；

从RS422接口电路：与从外部设备相连，将从外部设备发送的信息转发给从控制电路，并将从控制电路接收的载波数据发送给从外部设备；

从电源电路：接收28V直流供电线的供电，将其进行一次电源转换，得到12V电压，为从PLC载波通信电路供电，同时将12V电压进行二次电源转换，获得3.3V电压，为从PLC载波通信电路、从控制电路和从RS422接口电路供电。

6.根据权利要求5所述的一种飞行器电气系统通信终端，其特征在于：当从节点终端作为中继通信节点时，从PLC载波通信电路将主节点终端发送的载波数据通过28V直流供电线转发给相应从节点终端的从PLC载波通信电路。

7.根据权利要求5所述的一种飞行器电气系统通信终端，其特征在于：从控制电路与从PLC载波通信电路之间数据传输的通信数率最高达3Mbps。

8.根据权利要求5所述的一种飞行器电气系统通信终端，其特征在于：从控制电路采用STM32F103CBT6芯片，设计三个通信接口，即对外调试接口及两个UART接口；其中STM32F103CBT6芯片采用Cortex-M3 ARM内核，主频为72MHz；对外调试接口连接至产品对外接插件上，实现从节点终端的程序升级及调试功能；UART1连接至从RS422接口电路，实现与从外部设备的串口通信功能，其最大通信速率达2.25Mb/s；UART2连接至从PLC载波通信电路，实现数据收发功能，其最大通信速率达4.5Mb/s。

9.根据权利要求1所述的一种飞行器电气系统通信终端，其特征在于：每个从节点终端和主节点终端通过28V直流供电线进行通信，通信的宽带载波信号叠加到28V直流供电线时，为了降低对28V直流供电线供电频率的影响，需对通信的宽带载波信号进行设置，设置方式如下：

a)根据飞行器上电气系统各设备的频点分布情况，调整主节点终端和从节点终端的工作频段，所述主节点终端和从节点终端的工作频段为700K-30MHz；

b)调整主节点终端和从节点终端的输出信号功率和信号增益使得带内发射功率谱密度在-55dB/Hz—-35dB/Hz范围内可调，在降低终端信号对其他设备影响的前提下，保证终端正常通信；

c)测量终端宽带载波信号在系统中产生的电流，将其与GJB151 B中CS114测试项目中规定的干扰信号注入限值进行比较，若宽带载波信号产生的电流小于限值，则能够说明在系统中宽带载波信号小于CS114规定的注入干扰信号限值，若系统中其他设备通过了CS114试验，则其应能承受宽带载波信号影响，以此评估宽带载波信号对其他设备的影响。

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