CN217113059U - 具有故障监控和实时告警功能的飞行数据采集记录设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种具有故障监控和实时告警功能的飞行数据采集记录设备，飞行数据采集记录设备包括主控板、通信采集板和电源板，所述主控板和所述通信采集板通过数据总线进行通信，所述电源板连接所述主控板和所述通信采集板。本实用新型的飞行数据采集记录设备具有多达105路的对外采集和通信通道，能采集接收各类不同的航空器状态数据，通过实时的数据分析，判断航空器是否存在故障，从而能够对异常数据进行实时告警。
Description
技术领域
本实用新型属于飞行数据采集记录技术领域，具体涉及一种具有故障监控和实时告警功能的飞行数据采集记录设备。
背景技术
随着航空技术的不断发展，对航空器的安全性要求越来越高，用户不仅需要采集和记录机上信息以便事后分析，更需要实时了解航空器的实际状态，以方便进行管理和避免不必要的飞行事故。
目前，现有飞行数据采集设备和数据记录器只具有单一或者少数类型通道的采集和记录，不能实时分析数据，对采集记录到异常数据时不能进行实时告警。
因此，提供一种能采集不同数据、并对数据进行实时分析的设备成为了亟待解决的问题
实用新型内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供了一种具有故障监控和实时告警功能的飞行数据采集记录设备。本实用新型要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
一种具有故障监控和实时告警功能的飞行数据采集记录设备，包括主控板、通信采集板和电源板，所述主控板和所述通信采集板通过数据总线进行通信，所述电源板连接所述主控板和所述通信采集板。
在本实用新型的一个实施例中，所述主控板包括POWER PC处理器、FPGA和SATA存储芯片，其中，所述POWER PC处理器通过EMIF接口访问FPGA，所述POWER PC处理器通过内置的SATA控制器外接所述SATA存储芯片。
在本实用新型的一个实施例中，所述POWER PC处理器通过内置的TEMAC外接千兆以太网PHY电路。
在本实用新型的一个实施例中，所述主控板还包括NOR FLASH、PROM、DDR3 RAM、JTAG接口、RTC和复位电路，其中，所述NOR FLASH连接所述POWER PC处理器，所述PROM连接所述FPGA，所述DDR3 RAM连接所述POWER PC处理器，所述JTAG接口连接所述POWER PC处理器，所述RTC连接所述POWER PC处理器。
在本实用新型的一个实施例中，在所述FPGA内实行4路RS232、8收12发的RS422全双工电路收发，8收12发的ARINC429总线的接收处理、2路1553B总线的接收处理。
在本实用新型的一个实施例中，所述通信采集板包括数据通信单元和飞行数据采集单元，所述通信采集板包括数据通信单元和飞行数据采集单元通过数据总线与所述主控板进行通信。
在本实用新型的一个实施例中，所述数据通信单元包括：RS232接口芯片、RS422接口芯片、ARINC429接口芯片和1553B接口芯片，所述RS232接口芯片、所述RS422接口芯片、所述ARINC429接口芯片和所述1553B接口芯片通过数据总线与所述主控板进行通信。
在本实用新型的一个实施例中，所述RS232接口芯片为4路RS232串口总线，所述RS422接口芯片为8路发送和12路接收的RS422串口总线，所述ARINC429接口芯片为8路发送和12路接收的ARINC429总线，所述1553B接口芯片为2路1553B总线。
在本实用新型的一个实施例中，所述RS232接口芯片、所述RS422接口芯片和所述ARINC429接口芯片通过J1航空插头与外界外部设备交联，所述1553B接口芯片通过J4或J5航空插头与外界设备交联。
在本实用新型的一个实施例中，所述飞行数据采集单元包括16路模拟量输入采集接口、8路频率量量输出采集接口、16路离散开关量输入采集接口和16路离散开关量输出接口。
本实用新型的有益效果：
本实用新型的飞行数据采集记录设备具有多达105路的对外采集和通信通道，能采集接收各类不同的航空器状态数据，通过实时的数据分析，判断航空器是否存在故障，从而能够对异常数据进行实时告警。
以下将结合附图及实施例对本实用新型做进一步详细说明。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的一种具有故障监控和实时告警功能的飞行数据采集记录设备的组成框图；
图2是本实用新型实施例提供的一种具有故障监控和实时告警功能的飞行数据采集记录设备的主控板的组成框图；
图3是本实用新型实施例提供的一种具有故障监控和实时告警功能的飞行数据采集记录设备的通信采集板的组成框图；
图4是本实用新型实施例提供的一种具有故障监控和实时告警功能的飞行数据采集记录设备的电源板的组成框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型做进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。
请参见图1，图1是本实用新型实施例提供的一种具有故障监控和实时告警功能的飞行数据采集记录设备的组成框图。本实施例提供一种具有故障监控和实时告警功能的飞行数据采集记录设备，该飞行数据采集记录设备包括主控板、通信采集板和电源板，主控板和通信采集板通过数据总线进行通信，电源板连接主控板和通信采集板。
具体地，主控板是飞行数据采集记录设备的控制中心和数据存储中心，对所有任务进行控制和调度，音视频采集和存储、数据卸载。通信采集板主要用于与机载设备进行数据通信，并对航空器的数据信号进行采集，通信采集板和主控板之间通过数据总线进行通信，与外部交联设备通过圆形航空插头交联，是飞行数据采集记录设备与外部设备通信和信号采集的部件。电源板是飞行数据采集记录设备的供电单元，接收来自机上的28VDC的主电源和24VDC的应急电源，将电源输送给主控板和通信采集板。
请参见图2，主控板包括POWER PC处理器、FPGA(Field Programmable GateArray，现场可编程逻辑门阵列)和SATA存储芯片，其中，POWER PC处理器通过EMIF(External Memory Interface，外部存储器接口)接口访问FPGA，POWER PC处理器通过内置的SATA控制器外接SATA存储芯片。
在本实施例中，主控板还包括NOR FLASH(非易失闪存)、PROM(Programmableread-only memory，可编程只读存储器)、DDR3 RAM(DDR3内存)、JTAG(Joint Test ActionGroup，联合测试工作组)接口、RTC(Real_Time Clock，实时时钟)和复位电路，其中，NORFLASH连接POWER PC处理器，PROM连接FPGA，DDR3 RAM连接POWER PC处理器，JTAG接口连接POWER PC处理器，RTC连接POWER PC处理器。
具体地，POWER PC处理器是飞行数据采集记录设备的中央处理器，主控板以POWERPC处理器为核心，通过EMIF接口访问DDR3 RAM，实现与FPGA芯片的交联；FPGA完成A/D控制、4路RS232、8收12发的RS422全双工电路收发、8收12发的ARINC429总线的接收处理、2路1553B总线的接收处理、频率信号采集数据读取、离散信号采集数据读取、离散信号输出的预处理。采用FPGA的I/O接口实现中断信号输入处理，板上的NOR FLASH实现对POWER PC处理器程序的存储，程序运行在外部的DDR3 RAM上，板上的PROM实现对FPGA程序的存储，POWER PC处理器采用其内置的TEMAC外接千兆以太网PHY电路，来实现音视频信号采集和数据卸载，卸载速率达20MPs，以太网通信单元完成与外界的通信功能，包括与网络摄像头的通信、数据卸载，各单元之间通过圆形航空插头的总线连接，进行数据传输。POWER PC处理器使用其内置的SATA控制器外接SATA存储芯片来实现大容量数据存储，可以实现对容量为128G的SATA存储芯片的读写，读写速度不小于20MB/s。JTAG接口直接连接POWER PC处理器，并通过RS232实行地检功能，通过RTC时钟电路获得时钟信号，通过复位电路实现上电复位。
优选地，POWER PC处理器为32位双核1GHz POWER PC处理器。
本实施例的主控板基于POWER PC处理器和FPGA，对所采集的如航空器发动机、减速机的振动信号、发动机的缸温信号、滑油系统的滑油金属屑含量、发动机缸温、滑油压力、航空器姿态角、攻角、侧滑角、姿态角速率、经纬度、高度、以及航空器各机载设备状态等信息等参数进行大数据分析，与预先装订的故障状态参数对比，判断所监控对象工作状态是否正常，若超出门限值，系统认定所监控对象存在故障，并由FPGA驱动外部告警灯点亮，实现在线实时告警功能。
请参见图3，通信采集板包括数据通信单元和飞行数据采集单元，通信采集板包括数据通信单元和飞行数据采集单元通过数据总线与主控板进行通信。
在一个具体实施例中，数据通信单元包括：RS232接口芯片及其外围的驱动/供电电路、RS422接口芯片及其外围的驱动/供电电路、ARINC429接口芯片及其外围的驱动/供电电路和1553B接口芯片及其外围的驱动/供电电路，RS232接口芯片、RS422接口芯片、ARINC429接口芯片和1553B接口芯片通过数据总线与主控板进行通信。
进一步地，RS232接口芯片为4路RS232串口总线，RS422接口芯片为8路发送和12路接收的RS422串口总线，ARINC429接口芯片为8路发送和12路接收的ARINC429总线，1553B接口芯片为2路1553B总线。其中，RS232接口芯片、RS422接口芯片和ARINC429接口芯片通过J1航空插头与外界外部设备交联，1553B接口芯片通过J4或J5航空插头与外界设备交联。
在一个具体实施例中，飞行数据采集单元包括16路模拟量输入采集接口、8路频率量量输出采集接口、16路离散开关量输入采集接口(可外接告警开关)和16路离散开关量输出接口(可外接告警显示灯)。通信采集板的飞行数据采集单元可以实现接受外部的离散开关量告警信息，驱动外部状态告警灯进行实时点灯告警。
另外，飞行数据采集单元中还可以设置离散量输入调理电路、离散量输出调理电路、频率量输入调理电路和模拟量调理电路，其中，离散量输入调理电路将外部采集到的离散量28V/地和地/开信号经其调理成数字信号，再进入到I/O接口电路的转换，然后通过总线接口发送给主控板；离散量输出调理电路将总线接口线路接收的内部数字信号经I/O接口电路转换后，经离散量输出调理电路调理，转换为28V/地和地/开信号，然后对外发送；频率量输入调理电路对外部采集的频率信号进行调理，在经过计数电路转换为数字信号，然后通过总线接口发送到主控板；模拟量调理电路对外部采集的模拟信号进行调理，再经过A/D转换为数字信号，然后通过总线接口发送到控制板。
本实施例的电源板，通过J1航空插头接收机上的28VDC(范围：18VDC-32VDC)主电源和24VDC应急电源，两路电源可以为主控板和采集板供电。
在一个具体实施例中，电源板还可以通过电源防尖峰、防浪涌、滤波、整流、调压等电路后输送给主控板和通信采集板，并具有防反接、掉电保护、DC/DC隔离、电源监测等功能。具体地，请参见图4，28VDC主电源和24VDC应急电源分别经过电源入口防反接电路处理后进入切换电路，实现电源的切换功能，然后通过电源入口防尖峰、电源入口防浪涌、电源入口滤波、输入电源检测、电源防50毫秒掉电、DC/DC隔离、板级电源转换后给主控板和采集板供电。
在本实施例的一个实际案例中，频率量采集来自一个通航飞机发动机的转速，模拟量采集来自飞机发动机的缸头温度和滑油压力，离散量采集来自机上的告警按钮、离散量输出为机上告警灯。在飞机飞行过程中，本实施例一直采集发动机转速、发动机缸头温度、滑油压力、以及告警按钮的状态信息。当发动机转速超出程序预设的发动机安全转速2700rpm，此时主控板会输出离散量信号驱动告警灯点灯，实现告警功能。当所采集的发动机缸头温度超过260℃，此时主控板会输出离散量信号驱动告警灯点灯，实现告警功能。当所采集的滑油压力小于172KPa或者大于758KPa，此时主控板会输出离散量信号驱动告警灯点灯，实现告警功能。
本实用新型的飞行数据采集记录设备可适应于民用航空器的使用，如通航飞机、飞行汽车、科学试验用飞机等航空器。
本实用新型的飞行数据采集记录设备具有多达105路的对外采集和通信通道，能采集接收各类不同的航空器状态数据，通过实时的数据分析，判断航空器是否存在故障，从而能够对异常数据进行实时告警。
在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。
Claims (7)
1.一种具有故障监控和实时告警功能的飞行数据采集记录设备，其特征在于，包括主控板、通信采集板和电源板，所述主控板和所述通信采集板通过数据总线进行通信，所述电源板连接所述主控板和所述通信采集板；
所述主控板包括POWER PC处理器、FPGA和SATA存储芯片，其中，所述POWER PC处理器通过EMIF接口访问FPGA，所述POWER PC处理器通过内置的SATA控制器外接所述SATA存储芯片；
所述主控板还包括NORFLASH、PROM、DDR3 RAM、JTAG接口、RTC和复位电路，其中，所述NORFLASH连接所述POWER PC处理器，所述PROM连接所述FPGA，所述DDR3 RAM连接所述POWERPC处理器，所述JTAG接口连接所述POWER PC处理器，所述RTC连接所述POWER PC处理器；
所述通信采集板包括数据通信单元和飞行数据采集单元，所述通信采集板包括数据通信单元和飞行数据采集单元通过数据总线与所述主控板进行通信。
2.根据权利要求1所述的具有故障监控和实时告警功能的飞行数据采集记录设备，其特征在于，所述POWER PC处理器通过内置的TEMAC外接千兆以太网PHY电路。
3.根据权利要求1所述的具有故障监控和实时告警功能的飞行数据采集记录设备，其特征在于，在所述FPGA内实行4路RS232、8收12发的RS422全双工电路收发，8收12发的ARINC429总线的接收处理、2路1553B总线的接收处理。
4.根据权利要求1所述的具有故障监控和实时告警功能的飞行数据采集记录设备，其特征在于，所述数据通信单元包括：RS232接口芯片、RS422 接口芯片、ARINC429接口芯片和1553B接口芯片，所述RS232接口芯片、所述RS422接口芯片、所述ARINC429接口芯片和所述1553B接口芯片通过数据总线与所述主控板进行通信。
5.根据权利要求4所述的具有故障监控和实时告警功能的飞行数据采集记录设备，其特征在于，所述RS232接口芯片为4路RS232串口总线，所述RS422接口芯片为8路发送和12路接收的RS422串口总线，所述ARINC429接口芯片为8路发送和12路接收的ARINC429总线，所述1553B接口芯片为2路1553B总线。
6.根据权利要求4或5所述的具有故障监控和实时告警功能的飞行数据采集记录设备，其特征在于，所述RS232接口芯片、所述RS422接口芯片和所述ARINC429接口芯片通过J1航空插头与外界外部设备交联，所述1553B接口芯片通过J4或J5航空插头与外界设备交联。
7.根据权利要求1所述的具有故障监控和实时告警功能的飞行数据采集记录设备，其特征在于，所述飞行数据采集单元包括16路模拟量输入采集接口、8路频率量量输出采集接口、16路离散开关量输入采集接口和16路离散开关量输出接口。
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