CN210721089U - 机载开关量信号调理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于机载开关量信号的飞行试验数据采集调理电路领域，具体涉及一种机载开关量信号调理装置，其包括:驱动模块，其包括地址编码驱动模块和控制总线收发驱动模块；控制模块，其与所述地址编码驱动模块和所述控制总线收发驱动模块分别连接；模拟开关模块，其与所述控制模块连接；调理隔离模块，其与所述模拟开关模块连接。本实用新型提供的一种机载开关量信号调理装置，作为测试系统的通用调节装置，成功地实现机载开关量参数采集前的信号隔离与调理功能。

Description

机载开关量信号调理装置

技术领域

本实用新型属于机载开关量信号的飞行试验数据采集调理电路领域，具体涉及一种机载开关量信号调理装置。

背景技术

在飞行试验中，采集机载开关量数据是获取飞行试验数据重要的一环，其获取的数据是考核与鉴定飞机性能的重要依据。而为了不影响原机信号，采集开关量参数前需要经过信号的隔离与调理才能进入采集设备。

在目前的试飞测试领域内，歼击机留给测试系统的改装空间小，而传统开关量信号调节设备体积较大；此外，传统开关量信号调节设备的手动跳线配置操作不够便捷且容易出现人为差错，这些对实际应用带来了诸多不便。

为了实现解决上述问题，本实用新型采用了一种机载开关量信号调理装置。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

本实用新型还有一个目的是提供一种机载开关量信号调理装置，其可避免传统开关量信号调节设备体积较大与飞机改装空间较小之间的矛盾。

为了实现根据本实用新型的这些目的和其它优点，本实用新型提供了一种机载开关量信号调理装置，包括:

驱动模块，其包括地址编码驱动模块和控制总线收发驱动模块；

控制模块，其与所述地址编码驱动模块和所述控制总线收发驱动模块分别连接；

模拟开关模块，其与所述控制模块连接；

调理隔离模块，其与所述模拟开关模块连接。

本实用新型体积小，可避免出现传统开关量信号调节设备体积较大与飞机改装空间较小之间的矛盾，且利用内部集成非易失性存储器的控制模块和模拟开关模块的可通信性，使得该开关量信号调理装置可通过上位机设置或获取装置的配制状态，提高了开关量信号调理装置的操作便捷性，避免了传统开关量信号调节设备手动跳线配置的操作不便，以及配置时容易出现人为差错的缺点。

优选的是，所述地址编码收发驱动模块包括地址编码收发驱动芯片，所述控制总线收发驱动模块包括控制总线收发驱动芯片，所述地址编码收发驱动芯片和所述控制总线收发驱动芯片均与所述控制模块连接，

其中，所述地址编码收发驱动芯片和所述控制总线收发驱动芯片均为MAX3490芯片。

所述驱动模块将接收或发送通信数据的电平信号进行转换，发送给对应可编程控制器。

优选的是，所述控制模块为可编程控制器，所述可编程控制器为PSOC单片机。

对所述驱动模块转换传送来的通信数据信号进行接收和处理后，继续向下一级接收端传递。

优选的是，所述模拟开关模块包括多个具有SPI接口的模拟开关芯片，多个所述模拟开关芯片之间通过所述SPI接口连接，构成菊花链；

其中，所述模拟开关模块与所述可编程控制器连接，由多块具有SPI通信功能的模拟开关芯片，结合相应的外围电路组成，接收并识别可编程控制器通过SPI通信发送的开关控制指令，控制模拟开关芯片内部开关开通或关断。

优选的是，所述模拟开关芯片为ADGS5412芯片。

优选的是，所述调理隔离模块包括光耦隔离电路和二极管隔离电路，所述光耦隔离电路包括光耦芯片，所述光耦芯片与所述模拟开关模块连接，所述二极管隔离电路包括二极管，所述二极管与所述模拟开关模块连接。

所述调理隔离电路，通过含有光耦或二极管的调理隔离电路对输入的开关量信号进行信号调理和与原机信号隔离，实现开关量信号采集前的调理和不同隔离需求。

优选的是，所述光耦芯片为PS2841光耦芯片，二极管为1N4148二极管。本实用新型至少包括以下有益效果：

1、本实用新型提供的一种机载开关量信号调理装置，其体积小，可避免出现传统开关量信号调节设备体积较大与飞机改装空间较小之间的矛盾。

2、本实用新型提供的一种机载开关量信号调理装置，其利用内部集成非易失性存储器的PSOC单片机和模拟开关芯片的可通信性，使得该开关量信号调理装置可通过上位机设置或获取装置的配置状态，提高了开关量信号调理装置的操作便捷性，避免了传统开关量信号调节设备手动跳线配置的操作不便以及配置时容易出现人为差错的缺点。

附图说明

图1是本实用新型所述的机载开关量信号调理装置的结构示意图；

图2是本实用新型所述的地址编码收发驱动电路原理图；

图3是本实用新型所述的控制总线收发驱动电路原理图；

图4是本实用新型所述的模拟开关芯片外围电路图；

图5是本实用新型所述的模拟开关芯片连接电路图；

图6是本实用新型所述光耦隔离电路原理图；

图7是本实用新型所述的二极管隔离电路原理图；

图8是本实用新型所述的可编程控制器的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

在本说明书中，当一个元件被提及为“连接至或耦接至”另一个元件或“设置在另一个元件中”时，其可以“直接”连接至或耦接至另一元件或“直接”设置在另一元件中。或以其他元件介于其间的方式连接至或耦接至另一元件或设置在另一元件中，除非其被体积为“直接耦接至或连接至”另一元件或“直接设置”在另一元件中。此外，应理解，当一个元件被提及为“在另一元件上”、“在另一元件上方”、“在另一元件下”或“在另一元件下方”时，其可与另一元件“直接”接触或以其间介入有其他元件的方式与另一元件接触，除非其被提及为与另一元件直接接触。

如图1所示，本实用新型提供了一种机载开关量信号调理装置，包括:

驱动模块，其用于实现数据通信的电平转换；

控制模块，其与所述驱动模块连接，所述控制模块用于处理驱动模块发送的转换过的电平信号后，继续向后发送开关控制指令；

模拟开关模块，其与所述控制模块连接，所述模拟开关模块接受所述控制模块发送的开关控制指令，控制模拟开关模块开通或者关断；

调理隔离模块，其与所述模拟开关模块连接，所述调理隔离模块实现开关量信号采集前的调理和不同隔离需求。

本实用新型体积小，可避免出现传统开关量信号调节设备体积较大与飞机改装空间较小之间的矛盾，且利用内部集成非易失性存储器的控制模块和模拟开关模块的可通信性，使得该开关量信号调理装置可通过上位机设置或获取装置的配制状态，提高了开关量信号调理装置的操作便捷性，避免了传统开关量信号调节设备手动跳线配置的操作不便，以及配置时容易出现人为差错的缺点。

在上述情况的基础上，又一个实施例，如图2所示，所述驱动模块包括地址编码收发驱动模块和控制总线收发驱动模块，所述地址编码收发驱动模块为一地址编码收发驱动电路，其包括地址编码收发驱动芯片，所述控制总线收发驱动模块为一控制总线收发驱动电路，其包括控制总线收发驱动芯片，所述地址编码收发驱动芯片和所述控制总线收发驱动芯片均与所述控制模块连接，

其中，所述地址编码收发驱动芯片和所述控制总线收发驱动芯片均为MAX3490芯片。

所述驱动模块包括为两路RS485收发驱动模块，具体包括地址编码收发驱动电路和控制总线收发驱动电路，所述地址编码收发驱动电路包括地址编码收发驱动芯片(MAX3490)及外围的电阻R18、R17、R19、R20、R27、R28和电容器C14、CA8，如图3所示，所述控制总线收发驱动电路包括控制总线收发驱动芯片(MAX3490)及外围的电阻R21、R22、R23、R24、R29、R30，所述地址编码收发驱动芯片和所述控制总线收发驱动芯片均与所述控制模块连接；

所述地址编码收发驱动电路用于实现信号调理装置的地址编码，所述控制总线收发驱动电路用于实现控制总线的数据通信，其中，所述驱动模块接收的地址编码数据由设备主控装置或上一级信号调理装置发送而来，接收的控制总线指令信息由上级设备主控装置发送而来，收发驱动模块将接收的地址编码和控制总线通信数据信号的电平转换成可编程控制器允许的电平范围后，发送给本信号调理装置内部的可编程控制器。可编程控制器解析处理接收的数据后通过驱动模块将地址编码继续向下一级信号调理装置发送，并根据接收到控制总线发来的指令信息判断是否通过收发驱动模块向设备主控装置回复数据信息。

其中，所述地址编码收发驱动芯片和所述控制总线收发驱动芯片均为MAX3490芯片。

在上述实施例的基础上，再一个实施例，所述控制模块为可编程控制器，所述可编程控制器为PSOC单片机。

所述可编程处理器，如图8所示，选用内部集成非易失性存储器、支持UART标准接口和SPI通信的PSOC单片机，其中，可编程处理器的48、49脚与U26控制总线收发驱动芯片MAX3490连接，50、51脚与U27地址编码收发驱动芯片MAX3490连接，可编程处理器对RS485收发驱动模块转换传送来的通信数据信号进行接收和处理后，继续向下一级装置接收端传递，具体过程为：可编程控制器接收到RS485收发驱动模块转换后发来的地址编码和控制总线通信数据后，一方面将数据存储到单片机内部的非易失性存储器，一方面对接收到的通信数据按照地址编码配置协议进行解析，数据解析后继续向下一级装置接收端发送地址编码或者通过SPI通信向模拟开关模块发送开关的开通关断指令。

在上述实施例的基础上，再一个实施例，所述模拟开关模块包括多个具有SPI接口的模拟开关芯片，多个所述模拟开关芯片之间通过所述SPI接口连接，构成菊花链；

其中，所述模拟开关模块与所述可编程控制器连接，所述模拟开关芯片为ADGS5412芯片。

具有SPI通信功能的模拟开关模块由多块采用菊花链方式连接的AD公司的ADGS5412芯片，并结合外围电阻R6、电容器C27、C41件组成(如图4所示)，如图5所示，模块内部有多个由模拟开关芯片构成的菊花链，菊花链中所有模拟开关芯片的有效控制输入管脚21和串行时钟输入管脚22都分别与可编程控制器中配置的控制模拟开关芯片输入管脚和串行时钟输出管脚连接，每一条菊花链的第一块模拟开关芯片的串行数据输入管脚23与可编程处理器配置的SPI输出管脚连接。模块内部模拟开关芯片外围电路如图4所示，和电源连接的电容C27、C41用于供电电源的滤波和稳压，由于SDO管脚为开漏输出，将一个上拉电阻R6连接到此输出，该管脚未被拉低时，SDO管脚处于高阻抗状态。

模拟开关芯片的菊花链连接方式使得模块能够以极少的数字线路实现多芯片配置，模拟开关芯片之间的连接方式如图5所示，所有模拟开关芯片共享相同的有效控制输入和串行时钟输入线路。菊花链连接方式下模拟开关芯片的配置方式为：每一条菊花链的第一块模拟开关芯片通过SDI管脚接收并由内置SPI接口解析可编程控制器发送的开关控制指令，取出控制自身芯片开关控制指令后控制内部四个独立的模拟开关开通或关断后，再通过SDO管脚继续向下一块模拟开关芯片的SDI管脚发送剩余的开关指令以控制下一块模拟开关芯片的模拟开关状态，然后依此类推完成菊花链中所有模拟开关芯片的开关状态配置。

在上述实施例的基础上，再一个实施例，所述调理隔离模块包括光耦隔离电路和二极管隔离电路，如图6所示，所述光耦隔离电路包括光耦芯片和多个电阻，所述光耦芯片与所述模拟开关模块连接，如图7所示，所述二极管隔离电路包括二极管和电阻及电容，所述二极管与所述模拟开关模块连接，其中，所述光耦芯片为PS2841光耦芯片，二极管为1N4148二极管。

信号的调理隔离电路主要由PS2841光耦芯片、1N4148二极管以及外围电阻电容器件组成，光耦芯片管脚与二极管分别与模拟开关模块内不同菊花链中的模拟开关芯片的开关两端管脚相连。信号调理隔离电路有多个功能相同的信号调理隔离通道，信号调理隔离通道通过含有光耦芯片或二极管的调理隔离电路对输入的开关量信号进行信号调理，输出与输入信号隔离的信号，实现开关量信号采集前的调理和不同隔离需求。

以调理隔离电路中的第一通道为例，电路具体调理隔离方式为：

一、如图6所示的光耦调理隔离

①若开关量信号特性为28V/断开、28V/开路、28V/悬空、28V/0V，信号首先经过模拟开关芯片U1的D1脚和S1脚之间的模拟开关，随后信号进入光耦芯片U19的2管脚，接着经过光耦芯片PS2841-4A调理隔离后的高低电平信号从光耦芯片U19的11管脚输出，并最终经由模拟开关芯片U1的D3脚和S3脚之间的模拟开关输出；

②若开关量信号特性为0V/断开、0V/开路、0V/悬空、0V/28V，信号首先经过模拟开关芯片U1的D2脚和S2脚之间的模拟开关，随后信号进入光耦芯片U23的2管脚，接着经过光耦芯片PS2841-4B调理隔离后的高低电平信号从光耦芯片U23的11管脚输出，并最终经由模拟开关芯片U1的D4脚和S4脚之间的模拟开关输出。

二、如图7所示的二极管调理隔离

①若开关量信号特性为28V/断开、28V/开路、28V/悬空、28V/0V，信号首先经过模拟开关芯片U30的D1脚和S1脚之间的模拟开关，随后信号经过二极管1N4148调理隔离后输出高低电平信号；

②若开关量信号特性为0V/断开、0V/开路、0V/悬空、0V/28V，信号首先经过模拟开关芯片U30的D2脚和S2脚之间的模拟开关，随后信号经过二极管1N4148调理隔离后输出高低电平信号。

综上所述，本实用新型提供的一种机载开关量信号调理装置，作为测试系统的通用调节装置，成功地实现机载开关量参数采集前的信号隔离与调理功能，本实用新型巧妙地利用装置内部芯片的高可靠性、内部集成非易失性存储器的PSOC单片机和模拟开关芯片的可通信性，设计实现了模块化的堆栈式开关量信号调理装置，提高了调理装置的操作便捷性，避免了传统开关量调节设备在实际使用中存在的问题。

显而易见的是，本领域的技术人员可以从根据本实用新型的实施方式的各种结构中获得根据不麻烦的各个实施方式尚未直接提到的各种效果。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.一种机载开关量信号调理装置，其特征在于，包括:

驱动模块，其包括地址编码驱动模块和控制总线收发驱动模块；

控制模块，其与所述地址编码驱动模块和所述控制总线收发驱动模块分别连接；

模拟开关模块，其与所述控制模块连接；

调理隔离模块，其与所述模拟开关模块连接。

2.如权利要求1所述的机载开关量信号调理装置，其特征在于，所述地址编码收发驱动模块包括地址编码收发驱动芯片，所述控制总线收发驱动模块包括控制总线收发驱动芯片，所述地址编码收发驱动芯片和所述控制总线收发驱动芯片均与所述控制模块连接，

其中，所述地址编码收发驱动芯片和所述控制总线收发驱动芯片均为MAX3490芯片。

3.如权利要求1所述的机载开关量信号调理装置，其特征在于，所述控制模块为可编程控制器，所述可编程控制器为PSOC单片机。

4.如权利要求3所述的机载开关量信号调理装置，其特征在于，所述模拟开关模块包括多个具有SPI接口的模拟开关芯片，多个所述模拟开关芯片之间通过所述SPI接口连接，构成菊花链；

其中，所述模拟开关模块与所述可编程控制器连接。

5.如权利要求4所述的机载开关量信号调理装置，其特征在于，所述模拟开关芯片为ADGS5412芯片。

6.如权利要求1所述的机载开关量信号调理装置，其特征在于，所述调理隔离模块包括光耦隔离电路和二极管隔离电路，所述光耦隔离电路包括光耦芯片，所述光耦芯片与所述模拟开关模块连接，所述二极管隔离电路包括二极管，所述二极管与所述模拟开关模块连接。

7.如权利要求6所述的机载开关量信号调理装置，其特征在于，所述光耦芯片为PS2841光耦芯片，二极管为1N4148二极管。

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