CN115566672A - 一种基于zynq的飞机前端电源分配单元及其工作方法 - Google Patents

一种基于zynq的飞机前端电源分配单元及其工作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115566672A
CN115566672A CN202211258335.4A CN202211258335A CN115566672A CN 115566672 A CN115566672 A CN 115566672A CN 202211258335 A CN202211258335 A CN 202211258335A CN 115566672 A CN115566672 A CN 115566672A
Authority
CN
China
Prior art keywords
data
power distribution
zynq
voltage
module
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202211258335.4A
Other languages
English (en)
Inventor
魏德宝
马勃
吴艳
刘旺
乔立岩
彭喜元
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Institute of Technology
Original Assignee
Harbin Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Institute of Technology filed Critical Harbin Institute of Technology
Priority to CN202211258335.4A priority Critical patent/CN115566672A/zh
Publication of CN115566672A publication Critical patent/CN115566672A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
    • B60R16/02—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
    • B60R16/023—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for transmission of signals between vehicle parts or subsystems
    • B60R16/0238—Electrical distribution centers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENTS OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D47/00—Equipment not otherwise provided for
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J13/00—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J13/00—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network
    • H02J13/00004—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network characterised by the power network being locally controlled
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J13/00—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network
    • H02J13/00006—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network characterised by information or instructions transport means between the monitoring, controlling or managing units and monitored, controlled or operated power network element or electrical equipment
    • H02J13/00016—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network characterised by information or instructions transport means between the monitoring, controlling or managing units and monitored, controlled or operated power network element or electrical equipment using a wired telecommunication network or a data transmission bus
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENTS OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D2221/00—Electric power distribution systems onboard aircraft
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2310/00—The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load
    • H02J2310/40—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle
    • H02J2310/44—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle for aircrafts

Abstract

本发明公开了一种基于ZYNQ的飞机前端电源分配单元及其工作方法。所述主控模块分别与接触器开关模块、数据采集模块、本地存储及配电控制中心相连接，所述接触器开关模块包括驱动电路与接触器开关，所述驱动电路分别与主控模块和接触器开关相连接，所述数据采集模块包括A/D采集模块和传感器，所述A/D采集模块分别与传感器和主控模块相连接。用以解决由人工控制的前端电源分配，无法自动分配，不利于飞行员在飞机飞行时对飞机的操控的问题。

Description

一种基于ZYNQ的飞机前端电源分配单元及其工作方法
技术领域
本发明属于飞机配电技术领域，具体涉及一种基于ZYNQ的飞机前端电源 分配单元及其工作方法。
背景技术
传统前端电源分配单元由汇流条和断路器等组成，由驾驶舱的指令或控制装 置控制断路器，从而实现前端电源分配，但其控制由人工完成，无法自动分配， 不利于飞行员在飞机飞行时对飞机的操控。为此，本发明提出了一种基于ZYNQ 的前端电源分配单元，通过采集前端电源分配单元的输入输出电压、电流、温度 数据实现电源的自动分配。
发明内容
本发明提供一种基于ZYNQ的飞机前端电源分配单元及其工作方法，用以 解决由人工控制的前端电源分配，无法自动分配，不利于飞行员在飞机飞行时对 飞机的操控的问题。
本发明通过以下技术方案实现：
一种基于ZYNQ的飞机前端电源分配单元，所述飞机前端电源分配单元包 括主控模块、接触器开关模块、数据采集模块、本地存储及配电控制中心；
所述主控模块分别与接触器开关模块、数据采集模块、本地存储及配电控制 中心相连接，
所述接触器开关模块包括驱动电路与接触器开关，所述驱动电路分别与主控 模块和接触器开关相连接，
所述数据采集模块包括A/D采集模块和传感器，所述A/D采集模块分别与 传感器和主控模块相连接。
一种基于ZYNQ的飞机前端电源分配单元，所述主控模块包括ZYNQ，所 述ZYNQ包括PL部分和PS部分，所述PL部分和PS部分之间通过GP接口与 HP接口相连接；
所述PL部分包括先进先出数据存储器FIFOⅠ、先进先出数据存储器FIFO Ⅱ、先进先出数据存储器FIFOⅢ、AXI-DMA、所述先进先出数据存储器FIFO Ⅰ接收数据采集模块发送的电压电流数据，所述先进先出数据存储器FIFOⅡ接 收数据采集模块发送的温度数据，所述先进先出数据存储器FIFOⅢ接收数据采 集模块发送的开关状态数据，所述先进先出数据存储器FIFOⅠ、先进先出数据 存储器FIFOⅡ、先进先出数据存储器FIFOⅢ将接收的数据传输给AXI-DMA， 所述ARM处理器通过GP接口对AXI-DMA进行配置，通过HP接口进行数据 传输。
一种基于ZYNQ的飞机前端电源分配单元，所述PS部分还包括两个CAN 控制器，每个CAN控制器都可独立配置；所述PS部分的ARM处理器通过CAN 控制器、CAN收发器与CAN物理总线相连接，所述CAN控制器包括接口管理 逻辑模块，所述PS通过CAN总线发送数据时，接口管理逻辑模块将ARM处理 器的待发送数据通过发送先进先出数据存储器FIFO传输至CAN核心模块，并 通过CAN收发器向CAN物理总线发送数据；
所述PS通过CAN总线接收数据时，CAN物理总线向CAN收发器传输数 据，并通过验收滤波器、接收先进先出数据存储器FIFO与接口管理逻辑模块向 ARM处理器发送数据。
4.根据权利要求2所述一种基于ZYNQ的飞机前端电源分配单元，所述本地 存储包括SDIO控制器、电平转换模块与SD卡槽内的SD卡，所述ARM处理 器与SDIO控制器双向传输信号，所述SDIO控制器与电平转换模块双向传输信 号。
一种基于ZYNQ的飞机前端电源分配单元的工作方法，所述工作方法具体 为，
所述主控模块，通过总线接收配电控制中心的命令，控制接触器开关通断实 现不同工作模式；
所述接触器开关模块，受主控模块控制通断实现不同工作模式；
所述数据采集模块，采集不同通道的电压、电流、温度数据；
所述本地存储，用以存储数据采集模块所采集的数据及主控模块处理后的数 据；
所述配电控制中心，为操作人员通过配电控制中心来控制前端电源分配单元；
所述主控模块包括ZYNQ，所述ZYNQ包括可编程逻辑PL部分和ARM处 理器相关的PS部分；
PL通过数据采集模块采集不同通道的电压、电流、温度数据。接着这些被 采集的数据通过AXI-DMA被送至PS的DDR存储器中，ARM处理器对这些数 据按照ISO-12384标准计算得到电压电流的有效值；处理后的数据通过总线送至 配电控制中心并同时储存在本地SD卡中。
一种基于ZYNQ的飞机前端电源分配单元的工作方法，所述ZYNQ具体为， 当PL接收到来自数据采集模块传输来的数据时，通过AXI-DMA将数据传输至 PS中DDR内存。接着ARM处理器将DDR中数据进行数据处理得到电压电流 的有效值，一方面将处理后的数据通过总线送至配电控制中心，一方面将处理后 的数据保存在本地存储单元留做备份。同时ZYNQ具有看门狗定时器用来防止 程序跑飞；
CAN通信通过两根线CAN_H和CAN_L实现信号的串行差分传输；CAN 总线以报文的形式进行设备之间的数据传输，其中报文包括数据帧、远程帧、错 误帧以及超载帧；ZYNQ有两个CAN控制器且均位于PS端，并且每个CAN控 制器都可独立配置。CAN控制器兼容CAN2.0A和CAN2.0B标准，最大比特率 可达1Mb/s；
ZYNQ具有两个SD控制器，且均挂载在PS端；由于PS的MIO引脚电平 标准是1.8V，SD卡引脚电平是3.3V，因此在通过MIO引脚外接SD卡时需进 行电平转换。
一种基于ZYNQ的飞机前端电源分配单元的工作方法，本发明中开关的驱 动信号是由ZYNQ的PS发出，当主控接收到来自配电控制中心发出的通断命令 时，PS便发出相对应的驱动信号，控制开关通断，从而实现不同通道的通断。
PS中ARM处理器将接收的原始电压、电流数据按照ISO-12384标准计算得 到电压电流的有效值；
交流电压有效值计算公式如公式(1)所示：
Figure BDA0003890314920000031
其中，U是所求交流电压有效值，V；Tw是不超过1s的采样时长，s；n是 采样点数；i是采样序号，i＝1,2,3,…,n；Ui是瞬态交流电压值，V；Δt是采样 间隔，s；
交流电流有效值计算公式如公式(2)所示：
Figure BDA0003890314920000041
若采集的是三相交流电，则必须三相同时采集；而对于变频系统电压电流参 数的采集和计算，除采样频率需要按照变频系统最高频率与常频系统额定频率的 比值相应增加外，其它和定频情况下一致。
一种基于ZYNQ的飞机前端电源分配单元的工作方法，前端电源分配单元 共有三种工作模式，每一种工作模式的实现都是通过控制开关通断实现，ZYNQ 需要通过一个驱动芯片来控制接触器；
当前端电源分配单元正常工作时，需要采集输入输出通道的电压、电流和温 度数据；电压、电流数据的采集是通过电压电流传感器+A/D转换芯片实现；
温度数据的采集是通过数字温度传感器实现。数字温度传感器在内部直接将 温度转换为主控模块可以直接读取的数字量，因此温度采集并不需要加A/D转 换芯片；接触器开关状态通过在接触器控制线圈的驱动电压经过分压处理后送入 A/D转换芯片，实现接触器开关状态检测；当发出驱动信号时，A/D采集到高电 平，接触器开，没有发出驱动信号时，A/D采集到低电平，接触器关。
一种基于ZYNQ的飞机前端电源分配单元的工作方法，所述工作方法具体 为，首先主控模块通过总线接收配电控制中心的命令控制接触器通断从而选择不 同的工作模式，接着开始采集各通道的电压、电流、温度数据以及接触器通断状 态并将这些数据通过DMA传输给PS的DDR内存中，PS将接收到的电压电流 数据进行数据处理得到电压电流有效值，最后PS一方面将这些数据存储在SD 卡中，一方面通过总线将数据发送至配电控制中心。
一种基于ZYNQ的飞机前端电源分配单元的工作方法，所述工作方法中， PS与PL协同工作具体包括以下步骤：
X1：配电控制中心向前端电源分配单元发出接触器通断命令；
X2：PS接收到命令后控制接触器通断；
X3：PS的ARM处理器配置DMA，启动PS与PL的数据交互；
X4：PL通过数据采集模块采集各通道的电压、电流、温度数据以及接触器 通断状态；
X5：采集到的数据通过DMA传输至PS的DDR内存中；
X6：PS的ARM处理器取出DDR内存中数据进行数据处理得到电压电流有 效值；
X7：PS将处理后的数据存储在SD卡中；
X8：PS将处理后的数据通过总线发送至配电控制中心。
本发明的有益效果是：
本发明提出的前端电源分配单元基本功能示意图如图1所示。该单元以一路 或两路飞机抽引电源作为前端电源输入，并提供不少于12路输出。
本发明具有三种工作模式：
(1)仅以前端交流电源1作为输入，为所有输出通道供电；
(2)仅以前端交流电源2作为输入，为所有输出通道供电；
(3)同时以前端交流电源1和前端交流电源2作为输入，分别为不少于6 路输出通道供电。
本发明能够将采集得到数据根据ISO-12384标准中计算方法得到电压、电流 数据的有效值，然后将其通过总线将处理后的数据送至飞机配电控制中心。
本发明根据飞机不同飞行科目下的不同需求，通过网口更新不同的工作模式， 有很好的普适性。
附图说明
图1是本发明的前端电源分配单元基本功能示意图。
图2是本发明的前端电源分配单元结构框图。
图3是本发明的主控模块结构框图。
图4是本发明的CAN通信接口示意图。
图5是本发明的本地存储模块示意图。
图6是本发明的以太网模块原理框图。
图7是本发明的ZYNQ中看门狗计数器原理图。
图8是本发明的接触器开关状态检测示意图。
图9是本发明的主控模块数据流向图。
图10是本发明的方法流程图。
图11是本发明的PS+PL协同工作流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的 实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前 提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实现对电源分配单元输入输出电压、电流、温度数据的实时采集以及开关通 断状态的检测，并能够将采集得到数据根据ISO-12384标准中计算方法得到电压、 电流数据的有效值，然后将其通过总线将处理后的数据送至飞机配电控制中心。 并且根据飞机不同飞行科目下的不同需求，通过网口更新不同的工作模式，有很 好的普适性。
一种基于ZYNQ的飞机前端电源分配单元，所述飞机前端电源分配单元包 括主控模块、接触器开关模块、数据采集模块、本地存储及配电控制中心；
所述主控模块分别与接触器开关模块、数据采集模块、本地存储及配电控制 中心相连接，
所述接触器开关模块包括驱动电路与接触器开关，所述驱动电路分别与主控 模块和接触器开关相连接，
所述数据采集模块包括A/D采集模块和传感器，所述A/D采集模块分别与 传感器和主控模块相连接。
一种基于ZYNQ的飞机前端电源分配单元，所述主控模块包括ZYNQ，所 述ZYNQ包括PL部分和PS部分，所述PL部分和PS部分之间通过GP接口与 HP接口相连接；
所述PL部分包括先进先出数据存储器FIFOⅠ、先进先出数据存储器FIFO Ⅱ、先进先出数据存储器FIFOⅢ、AXI-DMA、所述先进先出数据存储器FIFO Ⅰ接收数据采集模块发送的电压电流数据，所述先进先出数据存储器FIFOⅡ接 收数据采集模块发送的温度数据，所述先进先出数据存储器FIFOⅢ接收数据采 集模块发送的开关状态数据，所述先进先出数据存储器FIFOⅠ、先进先出数据 存储器FIFOⅡ、先进先出数据存储器FIFOⅢ将接收的数据传输给AXI-DMA， 所述ARM处理器通过GP接口对AXI-DMA进行配置，通过HP接口进行数据 传输。
一种基于ZYNQ的飞机前端电源分配单元，所述PS部分还包括两个CAN 控制器，每个CAN控制器都可独立配置；所述PS部分的ARM处理器通过CAN 控制器、CAN收发器与CAN物理总线相连接，所述CAN控制器包括接口管理 逻辑模块，所述PS通过CAN总线发送数据时，接口管理逻辑模块将ARM处理 器的待发送数据通过发送先进先出数据存储器FIFO传输至CAN核心模块，并 通过CAN收发器向CAN物理总线发送数据；
所述PS通过CAN总线接收数据时，CAN物理总线向CAN收发器传输数 据，并通过验收滤波器、接收先进先出数据存储器FIFO与接口管理逻辑模块向 ARM处理器发送数据。
一种基于ZYNQ的飞机前端电源分配单元，所述本地存储包括SDIO控制 器、电平转换模块与SD卡槽内的SD卡，所述ARM处理器与SDIO控制器双 向传输信号，所述SDIO控制器与电平转换模块双向传输信号。
一种基于ZYNQ的飞机前端电源分配单元的工作方法，所述工作方法具体 为，
所述主控模块，通过总线接收配电控制中心的命令，控制接触器开关通断实 现不同工作模式；
所述接触器开关模块，受主控模块控制通断实现不同工作模式；
所述数据采集模块，采集不同通道的电压、电流、温度数据；
所述本地存储，用以存储数据采集模块所采集的数据及主控模块处理后的数 据；
所述配电控制中心，为操作人员通过配电控制中心来控制前端电源分配单元；
所述主控模块包括ZYNQ，所述ZYNQ包括可编程逻辑PL部分和ARM处 理器相关的PS部分；
PL通过数据采集模块采集不同通道的电压、电流、温度数据。接着这些被 采集的数据通过AXI-DMA被送至PS的DDR存储器中，ARM处理器对这些数 据按照ISO-12384标准计算得到电压电流的有效值；处理后的数据通过总线送至 配电控制中心并同时储存在本地SD卡中。
一种基于ZYNQ的飞机前端电源分配单元的工作方法，所述ZYNQ具体为， 当PL接收到来自数据采集模块传输来的数据时，通过AXI-DMA将数据传输至 PS中DDR内存。接着ARM处理器将DDR中数据进行数据处理得到电压电流 的有效值，一方面将处理后的数据通过总线送至配电控制中心，一方面将处理后 的数据保存在本地存储单元留做备份。同时ZYNQ具有看门狗定时器用来防止 程序跑飞；
本单元中ZYNQ通过总线与配电控制中心进行数据通信，本发明采取的是 通过CAN总线通信。CAN通信是一种能够实现分布式实时控制的串行通信网络。 CAN通信通过两根线CAN_H和CAN_L实现信号的串行差分传输；CAN总线 以报文的形式进行设备之间的数据传输，其中报文包括数据帧、远程帧、错误帧 以及超载帧；本发明采用的是数据帧进行通信。ZYNQ有两个CAN控制器且均 位于PS端，并且每个CAN控制器都可独立配置。CAN控制器兼容CAN2.0A 和CAN2.0B标准，最大比特率可达1Mb/s。由于CAN总线采用差分形式进行数 据传输，而ZYNQ端口只能实现高低电平传输，所以需要在总线和CAN控制器 之间加一个CAN收发器作为CAN控制器与物理总线的接口，以此实现逻辑电 平与差分电平之间的转换。通信模块示意图如所图4所示；
本地存储模块为了数据在总线传输的过程中发生错误时，可以将配电控制中 心得到的数据和本地存储模块的数据进行对比校验。ZYNQ具有两个SD控制器， 且均挂载在PS端；FATFS文件系统是一个开源的FAT系统模块，专门为小型嵌 入式系统设计，支持FAT12/FAT16和FAT32文件系统，采用标准C语言编写。 因此可以很方便将其移植至PS的ARM处理器中。由于PS的MIO引脚电平标 准是1.8V，SD卡引脚电平是3.3V，因此在通过MIO引脚外接SD卡时需进行 电平转换。本地存储模块示意图如图5所示。
一种基于ZYNQ的飞机前端电源分配单元的工作方法，本发明中开关的驱 动信号是由ZYNQ的PS发出，当主控接收到来自配电控制中心发出的通断命令 时，PS便发出相对应的驱动信号，控制开关通断，从而实现不同通道的通断。
PS中ARM处理器将接收的原始电压、电流数据按照ISO-12384标准计算得 到电压电流的有效值；ISO-12384对于交流定频电压电流采集有如下规定：
采样频率不低于72kHz；
采样时间不超过1s。
交流电压有效值计算公式如公式(1)所示：
Figure BDA0003890314920000091
其中，U是所求交流电压有效值，V；Tw是不超过1s的采样时长，s；n是 采样点数；i是采样序号，i＝1,2,3,…,n；Ui是瞬态交流电压值，V；Δt是采样 间隔，s；
交流电流有效值计算公式如公式(2)所示：
Figure BDA0003890314920000092
若采集的是三相交流电，则必须三相同时采集；而对于变频系统电压电流参 数的采集和计算，除采样频率需要按照变频系统最高频率与常频系统额定频率的 比值相应增加外，其它和定频情况下一致。
一种基于ZYNQ的飞机前端电源分配单元的工作方法，前端电源分配单元 共有三种工作模式，每一种工作模式的实现都是通过控制开关通断实现，本发明 中采用接触器来模拟开关。接触器的原理是当接触器线圈后，线圈电流会产生磁 场，产生的磁场使静铁芯产生电磁吸引力从而引动铁芯。由于ZYNQ的I/O输 出不能直接驱动接触器，因此ZYNQ需要通过一个驱动芯片来控制接触器。除 此之外，为了防止通道短路时电流超过接触器额定电流，本发明使用断路器进行 短路保护。
当前端电源分配单元正常工作时，需要采集输入输出通道的电压、电流和温 度数据；电压、电流数据的采集是通过电压电流传感器+A/D转换芯片实现；
温度数据的采集是通过数字温度传感器实现；数字温度传感器在内部直接将 温度转换为主控模块可以直接读取的数字量，因此温度采集并不需要加A/D转 换芯片；
由于接触器本身不具有通断状态检测功能，因此需要设计一个开关状态检测 模块，其示意图如图8所示。在接触器控制线圈的驱动电压经过分压处理后送入 A/D转换芯片，实现接触器开关状态检测；当发出驱动信号时，A/D采集到高电 平，接触器开，没有发出驱动信号时，A/D采集到低电平，接触器关。
一种基于ZYNQ的飞机前端电源分配单元的工作方法，所述工作方法具体 为，首先主控模块通过总线接收配电控制中心的命令控制接触器通断从而选择不 同的工作模式，接着开始采集各通道的电压、电流、温度数据以及接触器通断状 态并将这些数据通过DMA传输给PS的DDR内存中，PS将接收到的电压电流 数据进行数据处理得到电压电流有效值，最后PS一方面将这些数据存储在SD 卡中，一方面通过总线将数据发送至配电控制中心。
一种基于ZYNQ的飞机前端电源分配单元的工作方法，所述工作方法中， PS与PL协同工作具体包括以下步骤：
X1：配电控制中心向前端电源分配单元发出接触器通断命令；
X2：PS接收到命令后控制接触器通断；
X3：PS的ARM处理器配置DMA，启动PS与PL的数据交互；
X4：PL通过数据采集模块采集各通道的电压、电流、温度数据以及接触器 通断状态；
X5：采集到的数据通过DMA传输至PS的DDR内存中；
X6：PS的ARM处理器取出DDR内存中数据进行数据处理得到电压电流有 效值；
X7：PS将处理后的数据存储在SD卡中；
X8：PS将处理后的数据通过总线发送至配电控制中心。
主控模块基于ZYNQ平台，PS和PL分别完成不同功能，PL端完成数据采 集，PS端完成数据处理、本地存储、总线通信，开关控制功能。PS与PL通过 AXI总线进行高速数据通信。
计算电压、电路有效值时按照ISO-12384标准规定，符合飞机飞行电参数采 集标准。
ZYNQ具有看门狗计数器，系统崩溃时可自动复位。
具有本地存储功能，飞机试飞结束后可将配电控制中心接收的数据与本地存 储的数据进行对比校正，防止数据在总线传输过程中发生错误。
主控模块预留网口，可以根据不同飞行需求更新代码，有很好的普适性。
主控模块具有本地存储功能，飞机试飞结束后可将配电控制中心接收的数据 与本地存储的数据进行对比校正，防止数据在总线传输过程中发生错误。
主控模块预留网口，可以根据不同工作模式需求进行代码更新，具有很好的 普适性。

Claims (10)

1.一种基于ZYNQ的飞机前端电源分配单元，其特征在于，所述飞机前端电源分配单元包括主控模块、接触器开关模块、数据采集模块、本地存储及配电控制中心；
所述主控模块分别与接触器开关模块、数据采集模块、本地存储及配电控制中心相连接，
所述接触器开关模块包括驱动电路与接触器开关，所述驱动电路分别与主控模块和接触器开关相连接，
所述数据采集模块包括A/D采集模块和传感器，所述A/D采集模块分别与传感器和主控模块相连接。
2.根据权利要求1所述一种基于ZYNQ的飞机前端电源分配单元，其特征在于，所述主控模块包括ZYNQ，所述ZYNQ包括PL部分和PS部分，所述PL部分和PS部分之间通过GP接口与HP接口相连接；
所述PL部分包括先进先出数据存储器FIFOⅠ、先进先出数据存储器FIFOⅡ、先进先出数据存储器FIFOⅢ、AXI-DMA、所述先进先出数据存储器FIFOⅠ接收数据采集模块发送的电压电流数据，所述先进先出数据存储器FIFOⅡ接收数据采集模块发送的温度数据，所述先进先出数据存储器FIFOⅢ接收数据采集模块发送的开关状态数据，所述先进先出数据存储器FIFOⅠ、先进先出数据存储器FIFOⅡ、先进先出数据存储器FIFOⅢ将接收的数据传输给AXI-DMA，所述ARM处理器通过GP接口对AXI-DMA进行配置，通过HP接口进行数据传输。
3.根据权利要求2所述一种基于ZYNQ的飞机前端电源分配单元，其特征在于，所述PS部分还包括两个CAN控制器，每个CAN控制器都可独立配置；所述PS部分的ARM处理器通过CAN控制器、CAN收发器与CAN物理总线相连接，所述CAN控制器包括接口管理逻辑模块，所述PS通过CAN总线发送数据时，接口管理逻辑模块将ARM处理器的待发送数据通过发送先进先出数据存储器FIFO传输至CAN核心模块，并通过CAN收发器向CAN物理总线发送数据；
所述PS通过CAN总线接收数据时，CAN物理总线向CAN收发器传输数据，并通过验收滤波器、接收先进先出数据存储器FIFO与接口管理逻辑模块向ARM处理器发送数据。
4.根据权利要求2所述一种基于ZYNQ的飞机前端电源分配单元，其特征在于，所述本地存储包括SDIO控制器、电平转换模块与SD卡槽内的SD卡，所述ARM处理器与SDIO控制器双向传输信号，所述SDIO控制器与电平转换模块双向传输信号。
5.根据权利要求1-4任一所述一种基于ZYNQ的飞机前端电源分配单元的工作方法，其特征在于，所述工作方法具体为，
所述主控模块，通过总线接收配电控制中心的命令，控制接触器开关通断实现不同工作模式；
所述接触器开关模块，受主控模块控制通断实现不同工作模式；
所述数据采集模块，采集不同通道的电压、电流、温度数据；
所述本地存储，用以存储数据采集模块所采集的数据及主控模块处理后的数据；
所述配电控制中心，为操作人员通过配电控制中心来控制前端电源分配单元；
所述主控模块包括ZYNQ，所述ZYNQ包括可编程逻辑PL部分和ARM处理器相关的PS部分；
PL通过数据采集模块采集不同通道的电压、电流、温度数据。接着这些被采集的数据通过AXI-DMA被送至PS的DDR存储器中，ARM处理器对这些数据按照ISO-12384标准计算得到电压电流的有效值；处理后的数据通过总线送至配电控制中心并同时储存在本地SD卡中。
6.根据权利要求5所述一种基于ZYNQ的飞机前端电源分配单元的工作方法，其特征在于，所述ZYNQ具体为，当PL接收到来自数据采集模块传输来的数据时，通过AXI-DMA将数据传输至PS中DDR内存。接着ARM处理器将DDR中数据进行数据处理得到电压电流的有效值，一方面将处理后的数据通过总线送至配电控制中心，一方面将处理后的数据保存在本地存储单元留做备份。同时ZYNQ具有看门狗定时器用来防止程序跑飞；
CAN通信通过两根线CAN_H和CAN_L实现信号的串行差分传输；CAN总线以报文的形式进行设备之间的数据传输，其中报文包括数据帧、远程帧、错误帧以及超载帧；ZYNQ有两个CAN控制器且均位于PS端，并且每个CAN控制器都可独立配置。CAN控制器兼容CAN2.0A和CAN2.0B标准，最大比特率可达1Mb/s；
ZYNQ具有两个SD控制器，且均挂载在PS端；由于PS的MIO引脚电平标准是1.8V，SD卡引脚电平是3.3V，因此在通过MIO引脚外接SD卡时需进行电平转换。
7.根据权利要求5所述一种基于ZYNQ的飞机前端电源分配单元的工作方法，其特征在于，本发明中开关的驱动信号是由ZYNQ的PS发出，当主控接收到来自配电控制中心发出的通断命令时，PS便发出相对应的驱动信号，控制开关通断，从而实现不同通道的通断。
PS中ARM处理器将接收的原始电压、电流数据按照ISO-12384标准计算得到电压电流的有效值；
交流电压有效值计算公式如公式(1)所示：
Figure FDA0003890314910000031
其中，U是所求交流电压有效值，V；Tw是不超过1s的采样时长，s；n是采样点数；i是采样序号，i＝1,2,3,…,n；Ui是瞬态交流电压值，V；Δt是采样间隔，s；
交流电流有效值计算公式如公式(2)所示：
Figure FDA0003890314910000032
若采集的是三相交流电，则必须三相同时采集；而对于变频系统电压电流参数的采集和计算，除采样频率需要按照变频系统最高频率与常频系统额定频率的比值相应增加外，其它和定频情况下一致。
8.根据权利要求5所述一种基于ZYNQ的飞机前端电源分配单元的工作方法，其特征在于，前端电源分配单元共有三种工作模式，每一种工作模式的实现都是通过控制开关通断实现，ZYNQ需要通过一个驱动芯片来控制接触器；
当前端电源分配单元正常工作时，需要采集输入输出通道的电压、电流和温度数据；电压、电流数据的采集是通过电压电流传感器+A/D转换芯片实现；
温度数据的采集是通过数字温度传感器实现；数字温度传感器在内部直接将温度转换为主控模块可以直接读取的数字量在接触器控制线圈的驱动电压经过分压处理后送入A/D转换芯片，实现接触器开关状态检测；当发出驱动信号时，A/D采集到高电平，接触器开，没有发出驱动信号时，A/D采集到低电平，接触器关。
9.根据权利要求5所述一种基于ZYNQ的飞机前端电源分配单元的工作方法，其特征在于，所述工作方法具体为，首先主控模块通过总线接收配电控制中心的命令控制接触器通断从而选择不同的工作模式，接着开始采集各通道的电压、电流、温度数据以及接触器通断状态并将这些数据通过DMA传输给PS的DDR内存中，PS将接收到的电压电流数据进行数据处理得到电压电流有效值，最后PS一方面将这些数据存储在SD卡中，一方面通过总线将数据发送至配电控制中心。
10.根据权利要求5所述一种基于ZYNQ的飞机前端电源分配单元的工作方法，其特征在于，所述工作方法中，PS与PL协同工作具体包括以下步骤：
X1：配电控制中心向前端电源分配单元发出接触器通断命令；
X2：PS接收到命令后控制接触器通断；
X3：PS的ARM处理器配置DMA，启动PS与PL的数据交互；
X4：PL通过数据采集模块采集各通道的电压、电流、温度数据以及接触器通断状态；
X5：采集到的数据通过DMA传输至PS的DDR内存中；
X6：PS的ARM处理器取出DDR内存中数据进行数据处理得到电压电流有效值；
X7：PS将处理后的数据存储在SD卡中；
X8：PS将处理后的数据通过总线发送至配电控制中心。
CN202211258335.4A 2022-10-14 2022-10-14 一种基于zynq的飞机前端电源分配单元及其工作方法 Pending CN115566672A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211258335.4A CN115566672A (zh) 2022-10-14 2022-10-14 一种基于zynq的飞机前端电源分配单元及其工作方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211258335.4A CN115566672A (zh) 2022-10-14 2022-10-14 一种基于zynq的飞机前端电源分配单元及其工作方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115566672A true CN115566672A (zh) 2023-01-03

Family

ID=84745296

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211258335.4A Pending CN115566672A (zh) 2022-10-14 2022-10-14 一种基于zynq的飞机前端电源分配单元及其工作方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115566672A (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1921260A (zh) * 2006-09-01 2007-02-28 桂林航天电子有限公司 智能配电管理中心
CN109639547A (zh) * 2019-02-20 2019-04-16 大连交通大学 一种便携式多功能列车网关设备
CN110579642A (zh) * 2019-09-20 2019-12-17 哈尔滨工业大学 基于Zynq的机载交流电多路并行采集处理系统
CN112462642A (zh) * 2020-10-30 2021-03-09 天津航空机电有限公司 一种适用于飞机的sspc与接触器联合控制系统及方法
CN113489594A (zh) * 2021-06-04 2021-10-08 北京中航双兴科技有限公司 基于fpga模块的pcie实时网卡
CN114674492A (zh) * 2022-03-11 2022-06-28 哈尔滨工业大学 基于zynq的无人机纵向重心测量系统
CN114697274A (zh) * 2022-04-29 2022-07-01 哈尔滨工业大学 一种无人机机载FlexRay数据记录系统

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1921260A (zh) * 2006-09-01 2007-02-28 桂林航天电子有限公司 智能配电管理中心
CN109639547A (zh) * 2019-02-20 2019-04-16 大连交通大学 一种便携式多功能列车网关设备
CN110579642A (zh) * 2019-09-20 2019-12-17 哈尔滨工业大学 基于Zynq的机载交流电多路并行采集处理系统
CN112462642A (zh) * 2020-10-30 2021-03-09 天津航空机电有限公司 一种适用于飞机的sspc与接触器联合控制系统及方法
CN113489594A (zh) * 2021-06-04 2021-10-08 北京中航双兴科技有限公司 基于fpga模块的pcie实时网卡
CN114674492A (zh) * 2022-03-11 2022-06-28 哈尔滨工业大学 基于zynq的无人机纵向重心测量系统
CN114697274A (zh) * 2022-04-29 2022-07-01 哈尔滨工业大学 一种无人机机载FlexRay数据记录系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110647157B (zh) 一种星载多路有效载荷管理器
CN111698139A (zh) 一种rs485总线多主机竞争切换方法
CN112087731A (zh) 物联网信息采集处理传输的边缘处理主机、系统和方法
CN105406593B (zh) 一种开关柜电动驱动器智能控制装置及方法
CN103336494A (zh) 基于WinPac控制器的机车控制系统及实现方法
CN115566672A (zh) 一种基于zynq的飞机前端电源分配单元及其工作方法
CN115693928B (zh) 一种基于zynq的飞机直流远程配电单元及配电控制方法
CN208488659U (zh) 一种远程控制与本地控制的智能化切换装置
CN106300644A (zh) 一种电源切换电路及自动分合闸智能断路器
CN109541933A (zh) 内燃机车状态监测与应急控制系统及方法
CN206004404U (zh) 一种电源切换电路及自动分合闸智能断路器
CN109213042B (zh) 一种基于单片机和fpga的自动调谐控制系统
CN206389119U (zh) 一种用于多段母线的svg控制系统
CN209281177U (zh) 内燃机车状态监测与应急控制系统
CN210323236U (zh) 一种具有多传感器接口和多通讯手段的电力数据采集模块
CN113867247A (zh) 总线型开关量采集系统及方法
CN205753608U (zh) 一种多回路备用电源自动投切装置
CN108037710A (zh) 一种基于嵌入式的开关柜智能操控系统
CN109799410B (zh) 飞行剖面控制装置、飞机电力系统综合测试系统和方法
CN209701642U (zh) 监测带式输送机运行状态的双向拉绳开关系统
CN204031212U (zh) 一种基于多方式多协议的配电告警装置
CN115580016B (zh) 一种基于zynq的飞机交流远程配电单元及配电控制方法
CN204361784U (zh) 一种全站仪供电的远程控制装置
CN220419849U (zh) 一种用于板材切割设备的数据采集系统
CN214124928U (zh) 一种进线备自投功能保护测控装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination