CN208460081U - 一种飞行数据采集器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种飞行数据采集器，包括主控模块，该主控模块分别通过RS422总线与直流模拟信号采集模块，交流信号采集模块和模拟信号采集模块进行通信，还包括给各模块供电的电源模块，主控模块通过RS232总线分别与上位机和记录器进行通信。使用时直流模拟信号采集模块，交流信号采集模块和模拟信号采集模块分别与飞机连上，将飞机的各项数据采集过来，由各模块处理成相应合格后，经由各RS422总线传输分别给主控模块，由主控模块再整合后传输给记录器，从而实现了飞行各项数据的采集。因本实用新型的飞行数据采集器具有多个采集通道，使其能够采集不同机型的飞行数据，具有适应性强，可灵活应用与不同的机型的优点。

Description

一种飞行数据采集器

技术领域

本实用新型涉及数据采集器技术领域，尤其涉及一种飞行数据采集器。

背景技术

飞行数据对飞机的性能分析、维护、故障排除等有着至关重要的作用。飞机上具有很多传感器、设备，飞行数据量非常大，需要具有多个采集通道的采集器，才能实现全部飞行数据的采集。有时飞机上会增设一些设备、传感器等，若采集器的采集通道不足，则无法获取全部的数据，影响对飞行性能等的分析。

实用新型内容

针对上述不足，本实用新型的目的是提供一种采集飞机各项数据的飞行数据采集器，并且该采集器适应性强，可灵活应用于不同的机型，具有扩展能力。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种飞行数据采集器，包括：直流模拟信号采集模块，所述直流模拟信号采集模块用于采集5路0或27V交变的耗油信号、5路0～100mv模拟信号、5路－10～10V直流差分信号、35路±35V直流信号以及90路开关信号；交流信号采集模块，所述交流信号采集模块用于采集8路高速采样、8路频率信号和10路电流比值信号；模拟信号采集模块，所述模拟信号采集模块用于采集6路36～380V交流模拟信号以及同步器输出的三相交流信号；用于供电的电源模块；主控模块，所述主控模块通过RS422总线分别与所述直流模拟信号采集模块、所述交流信号采集模块和所述模拟信号采集模块进行通信，所述主控模块通过RS232总线分别与上位机和记录器进行通信。

优选方式为，所述主控模块包括电连接的板载主控制器和协处理器FPGA，以及分别与所述板载主控制器电连接的接口电路和主板载缓存；由所述板载主控制器分别与所述直流模拟信号采集模块、所述交流信号采集模块、所述模拟信号采集模块以及所述记录器进行通信；由所述协处理器FPGA与所述上位机进行通信。

优选方式为，所述采集器还包括级联接口，所述级联接口通过所述接口电路与所述板载主控制器进行通信。

优选方式为，所述采集器还包括与所述记录器连接的预留HDLC接口，所述预留HDLC接口通过所述接口电路与所述协处理器FPGA进行通信。

优选方式为，所述板载主控制器分别通过1553B总线、ARINC429总线、RS422总线和RS232总线与机载进行通信。

优选方式为，所述协处理器FPGA分别通过RS422总线和RS232总线与所述机载进行通信。

优选方式为，所述主控模块还包括用于提供时标信息的时钟电路。

优选方式为，所述直流模拟信号采集模块包括：用于各模拟信号的调理以及输入隔离的第一隔离电路；与所述第一隔离电路电连接的145选1通道选择电路；与所述145选1通道选择电路电连接的模数转换电路；与所述模数转换电路电连接的第一板载控制器，所述第一板载控制器还传输通道选择信号给所述145选1通道选择电路；用于通信的RS422总线接口电路，所述RS422总线接口电路连接所述第一板载控制器，并通过RS422总线与所述板载主控制器进行通信；用于缓存的第一板载缓存。

优选方式为，所述交流信号采集模块包括：用于接入三相交流信号的自整角机-数字转换器；用于接入高压交流输入信号并隔开和分压的隔离分压电路；与所述隔离分压电路电连接并输出-5V～5V交流信号的模拟前端控制电路；用于接收-5V～5V交流信号的第二板载控制器，所述第二板载控制器还通过并行总线与所述自整角机-数字转换器通信，通过RS422总线接口电路与所述板载主控制器进行通信；用于缓存的第二板载缓存。

优选方式为，所述模拟信号采集模块包括：用于接入10路电流比值信号的10选1通道选择电路；用于接入电流比值信号的第三板载控制器，所述第三板载控制器通过RS422总线接口电路与所述板载主控制器进行通信；用于缓存的第三板载缓存，所述第三板载缓存与所述第三板载控制器电连接；与第三板载控制器电连接的板载协处理器FPGA，所述板载协处理器FPGA接收8路高速采集信号和8路频率信号；用于缓存的第四板载缓存，所述第四板载缓存与所述板载协处理器FPGA电连接。

采用上述技术方案后，本实用新型的有益效果是：

由于本实用新型的飞行数据采集器包括主控模块，该主控模块分别通过RS422总线与直流模拟信号采集模块，交流信号采集模块和模拟信号采集模块进行通信，还包括给各模块供电的电源模块，其中主控模块通过RS232总线分别与上位机和记录器进行通信。各采集通道参数由上位机进行配置，使各采集模块按照配置进行采集、处理、缓存等。具体使用时，直流模拟信号采集模块，交流信号采集模块和模拟信号采集模块分别与飞机上对应处连接上，将飞机的各项数据采集过来，由各模块处理成相应合格后，经由各RS422总线传输分别给主控模块，由主控模块再整合后传输给记录器，实现了飞行各项数据的采集。因直流模拟信号采集模块，交流信号采集模块和模拟信号采集模块，能够采集不同机型的飞行数据，使本实用新型适应性强，可灵活应用与不同的机型。

由于采集器还包括级联接口，级联接口通过接口电路与板载主控制器进行通信；该级联接口能够级联设备、级联飞机上增设的接口等，使本实用新型具有扩展能力，进一步增强了适应性。

由于采集器还包括与记录器连接的预留HDLC接口，预留HDLC接口通过接口电路与协处理器FPGA进行通信；通过该HDLC接口可在采集现场进行灵活扩展，增强数据采集和传输能力。

附图说明

图1是本实用新型飞行数据采集器的安装结构示意图；

图2是实用新型飞行数据采集器的原理框图；

图3是本实用新型的主控模块的原理框图；

图4是本实用新型的直流模拟信号采集模块的原理框图；

图5是本实用新型的交流信号采集模块的原理框图；

图6是本实用新型的模拟信号采集模块的原理框图；

图中：1-线路板，2-板间连接器。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1至图6所示，一种飞行数据采集器，包括主控模块，主控模块分别通过RS422总线与直流模拟信号采集模块、交流信号采集模块和模拟信号采集模块进行数据传输，还包括为各模块供电的电源模块，该电源模块主要实现DC-DC电源转换，提供了稳定的电源。主控模块还通过RS232总线分别与上位机和记录器进行通信。上位机通过RS232总线将各采集通道的参数配置下载到主控模块上，主控模块再通过RS422总线传输给各模块，使各采集通道按照所需参数进行采集。

其中直流模拟信号采集模块用于采集：5路0或27V交变的耗油信号、5路0～100mv模拟信号(比如，发动机排温信号，热电偶)、5路－10～10V直流差分信号、35路±35V直流信号以及90路开关信号。90路开关信号具体有：高电平/地、高电平/悬空、地/悬空三种状态；高电平可能为5V，12V或28V；地/悬空状态信号至少10路；或通用通道。

其中交流信号采集模块用于采集：8路高速采样、8路频率信号和10路电流比值信号。8路频率信号的频率范围5～4KHz，幅度40V左右，测发动机的转速；10路电流比值信号为交流和直流电流比值，滑油温度等。

其中模拟信号采集模块用于采集：6路36～380V交流模拟信号，同步器输出的三相交流信号。

如图3所示，本实施例的主控模块包括电连接的板载主控制器和协处理器FPGA，以及分别与板载主控制器电连接的接口电路和主板载缓存；由板载主控制器分别与直流模拟信号采集模块、交流信号采集模块、模拟信号采集模块以及记录器进行通信；由协处理器FPGA与上位机进行通信。

如图1至图6所示，本实用新型的飞行数据采集器，各个模块的线路板1采用层叠式结构，模块之间通过板间连接器2连接，大大提高了系统的可维修性。具体使用时，直流模拟信号采集模块，交流信号采集模块和模拟信号采集模块分别与飞机上对应处连接上，将飞机上的各项数据采集过来，经过各模块的处理后，经由各RS422总线传输分别传输给板载主控制器，板载主控制器再通过RS422总线将数据统一传输给记录器。同时，各模块的数据传输给主控模块后，主控模块可同步将数据存储在主板载缓存内，作为数据备份，该数据可经有上位机导出。由上述可知，本实用新型的飞行数据采集器，实现了飞行各项数据的采集，因直流模拟信号采集模块，交流信号采集模块和模拟信号采集模块，能够采集不同机型的飞行数据，使本实用新型适应性强，可灵活应用与不同的机型。

如图3所示，本实施例的主控模块还包括用于标时的RTC模块、用于备份数据的主板载缓存，用于级联设备或接口的级联接口，用于扩展的预留HDLC接口，用于驱动和控制各总线的接口电路。其中RTC模块是实时时钟，主要是为提供时标信息，使每个采集结果数据都带有时标信息。由于采集器由多个功能模块组成，每个模块都设计有RTC，所以在本实用新型上电时，各个功能模块必须先进行校时，保证每个模块的RTC信息是一致的。同时，各个功能模块的RTC都可通过RS232接口由上位机进行初始化配置。

接口电路包括：

电连接的RS422控制器和RS422驱动电路，RS422控制器与板载主控制器电连接，RS422驱动电路与RS422总线电连接；共使用7条RS422总线；

电连接的RS232控制器和RS232驱动电路，共3条RS232总线，RS232控制器与协处理器FPGA电连接，RS232驱动电路与RS232总线连接；

以及1553B总线、ARINC429总线的控制器和驱动电路。

如图6所示，控制模块上还具有内置的数据总线采集模块，主要由板载主控制器分别通过2条1553B总线和ARINC429总线与机载进行通信，由协处理器FPGA通过2条RS422总线、3条RS232总线与机载进行通信。具有数据总线采集模块的控制模块，可独立与机载进行通信，采集机载上对应的参数，进一步提高了本实用新型的适应性和扩展性，以及数据采集的能力。

同时，主控模块上的级联接口，该级联接口可为CAN总线接口，这样，主控模块上的接口电路还包括电连接的CAN总线控制器和CAN驱动电路，CAN总线控制器与板载主控制器电连接。本实用新型在实际使用时，当数据采集通道不足时，可通过该级联接口在级联一飞行数据采集器，增加了采集通道等，或者飞机上增设了其他传感器等后，将该级联接口与增设的传感器连接上后，可将该传感器的数据采集过来，进一步增加了本实用新型的适应性、数据采集能力和扩展能力。

同理，主控模块上的预留HDLC接口，用于扩展现场使用的总线接口，进一步增加了本实用新型的适应性、数据采集能力和扩展能力。

本实施例的主控模块，集成了1553B、ARINC429、CAN、RS422、RS232等航空总线接口，利用板载主控制器的丰富的外设接口资源，使得产品的设计更加紧凑。本例的板载主控器使用S698-T，具体是利用了S698-T的2个独立的1553B总线控制器，只需在S698-T的外围设计驱动电路即可完成2路1553B总线接口的硬件设计，1553B驱动器芯片选用HI-1573，输出接口的隔离变压器选用DB2725。另外，S698-T主频可运行在200MHz，具有强大的运算处理能力，并集成了2路双冗余1553B总线控制器、4路ARINC429总线控制器(4收2发)、1路CAN总线控制器、4路RS-232总线控制器以及16路独立的多功能IO接口，可节省了1553B总线控制器芯片、ARINC429总线控制器芯片、CAN总线控制器芯片、RS-232总线控制器芯片，大大减少了产品的复杂度以及产品重量，降低了产品的功耗，提高产品的可靠性。

如图4所示，直流模拟信号采集模块包括：用于各模拟信号的调理以及输入隔离的第一隔离电路；与第一隔离电路电连接的145选1通道选择电路；与145选1通道选择电路电连接的模数转换电路；与模数转换电路电连接的第一板载控制器，第一板载控制器还传输通道选择信号给145选1通道选择电路；用于通信的RS422总线接口电路，RS422总线接口电路连接第一板载控制器，并通过RS422总线与板载主控制器进行通信；用于缓存的第一板载缓存。

本例中第一板载控制器也使用S698-T，模数转换电路包括MAX195AMDE,在第一调理隔离电路和模数转换电路之间还设置有二阶低通有源滤波电路。第一板载控制器S698-T控制，通道选择则实现145个模拟输入的145选1输出功能；调理隔离电路主要是实现各种模拟信号的调理和输入隔离，由于模数转换电路的输入信号范围为-5V to+5V，所以所有的信号经过调理隔离后都在此范围内，再经过通道选择输入到模数转换电路进行采集。

如图5所示，交流信号采集模块包括：用于接入三相交流信号的自整角机-数字转换器；用于接入高压交流输入信号并隔开和分压的隔离分压电路；与隔离分压电路电连接并输出-5V～5V交流信号的模拟前端控制电路；用于接收-5V～5V交流信号的第二板载控制器，第二板载控制器还通过并行总线与自整角机-数字转换器通信，通过RS422总线接口电路与板载主控制器进行通信；用于缓存的第二板载缓存。

本例中第二板载控制器使用S698-T，S698-T作为板上控制单元，实现整个模块的控制，包括自整角机—数字转换器的控制、模拟前端的控制、板载缓存的读写以及提供RS422通讯接口等功能；交流高压隔离分压电路用于高压交流输入信号的隔离和分压，高压交流信号经过隔离分压后，输出-5V to+5V的交流信号，输入到模拟前端进行采集。

如图6所示，模拟信号采集模块包括：用于接入10路电流比值信号的10选1通道选择电路；用于接入电流比值信号的第三板载控制器，第三板载控制器通过RS422总线接口电路与板载主控制器进行通信；用于缓存的第三板载缓存，第三板载缓存与第三板载控制器电连接；与第三板载控制器电连接的板载协处理器FPGA，板载协处理器FPGA接收8路高速采集信号和8路频率信号；用于缓存的第四板载缓存，第四板载缓存与板载协处理器FPGA电连接。

本实施例中，第三板载处理器使用S698-T，S698-T与板载协处理器FPGA通信，其中第三板载处理器S698-T作为板上控制单元，实现整个模块的控制，包括高精度ADS5424MHFG的控制、10路电流比值信号输入选择的控制、第四板载缓存的读写以及提供RS422总线通信等功能；板载协处理器FPGA用于实现高速ADC的控制以及频率信号的采集控制，实现8路高速采样和8路频率信号的采集；电流比值信号的调理隔离滤波采样模块用于实现电流比值信号的调理隔离、高精度采样；8路高速采样模块用于实现8了高速采样信号输入的调理隔离、高速采样；8路频率信号采集模块用于实现8路频率信号的测频。

综上所述，本实用新型实现了以下功能：

完成输入通道参数的高精度采集工作，并按一定的格式输出到记录器；

连接上位机可完成参数配置、履历设置、数据校准、数据卸载等功能；

采集器内部带有实时时钟，数据中带有时钟信息；

具有4路高速采样通道，可通过高速采样分析波形完成对未知信号的采集；

通过系统级总线可级联设备扩展采集通道；

产品支持上电自检、周期自检和维护自检，并能够记录并报告自检测信息，方便定位故障；

产品具有很强的抗电磁干扰能力，也不会对其他航电设备产生电磁干扰。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：

产品所采用的A/D，采样精度为16位，每个通道都具有很高的采集精度；

针对多种机型的要求，集成了相关的模拟信号采集模块以及数据总线接口模块，其中模拟信号采集模块支持的输入信号包括：50路直流模拟信号、90路开关信号、6路交流模拟信号、8路频率信号、10路电流比值信号、4路高速采样通道；数据总线接口包括：2路1553总线、4路ARINC429总线(4收2发)、3路RS-422总线、2路RS-232总线等；

还集成了与记录器的连接接口—RS422接口、设备级联总线接口—CAN总线接口、与上位机设置接口—RS232接口；

降低了产品的复杂度以及产品重量，降低了产品的功耗，提高产品的可靠性；

各个采集通道之间采用隔离保护措施，保证通道间无干扰，另外数据总线接口都采用光电隔离或磁耦隔离，保证产品的安全。

以上所述本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同一种飞行数据采集器结构的改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种飞行数据采集器，其特征在于，包括：

直流模拟信号采集模块，所述直流模拟信号采集模块用于采集5路0或27V交变的耗油信号、5路0～100mv模拟信号、5路－10～10V直流差分信号、35路±35V直流信号以及90路开关信号；

交流信号采集模块，所述交流信号采集模块用于采集8路高速采样、8路频率信号和10路电流比值信号；

模拟信号采集模块，所述模拟信号采集模块用于采集6路36～380V交流模拟信号以及同步器输出的三相交流信号；

用于供电的电源模块；

主控模块，所述主控模块通过RS422总线分别与所述直流模拟信号采集模块、所述交流信号采集模块和所述模拟信号采集模块进行通信，所述主控模块通过RS232总线分别与上位机和记录器进行通信。

2.根据权利要求1所述的飞行数据采集器，其特征在于，所述主控模块包括电连接的板载主控制器和协处理器FPGA，以及分别与所述板载主控制器电连接的接口电路和主板载缓存；

由所述板载主控制器分别与所述直流模拟信号采集模块、所述交流信号采集模块、所述模拟信号采集模块以及所述记录器进行通信；

由所述协处理器FPGA与所述上位机进行通信。

3.根据权利要求2所述的飞行数据采集器，其特征在于，所述采集器还包括级联接口，所述级联接口通过所述接口电路与所述板载主控制器进行通信。

4.根据权利要求2所述的飞行数据采集器，其特征在于，所述采集器还包括与所述记录器连接的预留HDLC接口，所述预留HDLC接口通过所述接口电路与所述协处理器FPGA进行通信。

5.根据权利要求2所述的飞行数据采集器，其特征在于，所述板载主控制器分别通过1553B总线、ARINC429总线、RS422总线和RS232总线与机载进行通信。

6.根据权利要求5所述的飞行数据采集器，其特征在于，所述协处理器FPGA分别通过RS422总线和RS232总线与所述机载进行通信。

7.根据权利要求1所述的飞行数据采集器，其特征在于，所述主控模块还包括用于提供时标信息的时钟电路。

8.根据权利要求2所述的飞行数据采集器，其特征在于，所述直流模拟信号采集模块包括：

用于各模拟信号的调理以及输入隔离的第一隔离电路；

与所述第一隔离电路电连接的145选1通道选择电路；

与所述145选1通道选择电路电连接的模数转换电路；

与所述模数转换电路电连接的第一板载控制器，所述第一板载控制器还传输通道选择信号给所述145选1通道选择电路；

用于通信的RS422总线接口电路，所述RS422总线接口电路连接所述第一板载控制器，并通过RS422总线与所述板载主控制器进行通信；

用于缓存的第一板载缓存。

9.根据权利要求2所述的飞行数据采集器，其特征在于，所述交流信号采集模块包括：

用于接入三相交流信号的自整角机-数字转换器；

用于接入高压交流输入信号并隔开和分压的隔离分压电路；

与所述隔离分压电路电连接并输出-5V～5V交流信号的模拟前端控制电路；

用于接收-5V～5V交流信号的第二板载控制器，所述第二板载控制器还通过并行总线与所述自整角机-数字转换器通信，通过RS422总线接口电路与所述板载主控制器进行通信；

用于缓存的第二板载缓存。

10.根据权利要求2所述的飞行数据采集器，其特征在于，所述模拟信号采集模块包括：

用于接入10路电流比值信号的10选1通道选择电路；

用于接入电流比值信号的第三板载控制器，所述第三板载控制器通过RS422总线接口电路与所述板载主控制器进行通信；

用于缓存的第三板载缓存，所述第三板载缓存与所述第三板载控制器电连接；

与第三板载控制器电连接的板载协处理器FPGA，所述板载协处理器FPGA接收8路高速采集信号和8路频率信号；

用于缓存的第四板载缓存，所述第四板载缓存与所述板载协处理器FPGA电连接。