一种机载机电管理计算机中离散量采集系统的设计

严琳 王建生 刘卫华 中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所

1 概述

机电管理计算机用于实现飞机供电、燃油、刹车、液压等机电系统的控制功能，而数据采集是机电管理计算机的重要功能之一。如何精确采集机电系统的各子系统的参数，是实现对飞机精确控制，保证飞机的飞行安全的关键。机电管理计算机常见采集数据包括离散量数据、模拟量数据和总线类数据。本文对机电管理计算机常见的离散量采集方法进行了研究，设计了一种高可靠性的离散量采集系统。

2 机电管理计算机的离散量采集系统概述

2.1 离散量类型

常见的机电管理计算机的离散量采集信号分为：

1)28V/地、28V/开、地/开离散量采集信号，常用于交联电气设备的开关；

2)5V/地、5V/开离散量输入信号，常用于计算机内部逻辑电路，如电源监控电路、通道故障逻辑电路等。

2.2 离散量采集流程

离散量采集电路原理框图如图1 所示。离散量采集电路通常分为保护电路和状态监测电路。其中保护电路完成对采集电路的瞬态及过应力保护，状态监测电路完成采集真假状态的判断及TTL 逻辑电平转换。

图1 离散量采集原理框图

离散量采集的自检测方式采用激励测试的方法，需进行电路自检测时，需切换至自检测模式，使能激励信号，将测试的激励信号注入到离散量输入接口上，对于采集到的信号与激励信号是否一致来判断电路工作是否正常。

3 离散量采集电路硬件设计

3.1 28V/地、28V 开离散量采集电路

28V/地、28V 开离散量采集方法相同，如图2 所示。

图2 28V/地、28V 开离散量采集电路原理图

保护电路由阻容网络完成，包含电阻和电容。其包含的电阻用于限制导通二极管的电流，保证电流既能使二极管导通又不损坏二极管，同时在进行自检测时可以有效地隔离输入信号；其包含的电容用于对输入信号的滤波。

状态监测电路包含光隔和稳压管。当输入信号为开路时，发光二极管无电流不导通，且加之由上拉电阻R1，端口状态输出为1，当输入信号为28V 时，发光二极管中有电流，光隔导通，端口状态输出为0。TTL 电平状态即为输入信号状态。

3.2 地/开离散量采集电路

地/开离散量采集电路如图3 所示，状态监测电路与图2 类似。

图3 地/开离散量采集电路原理图

当输入信号为地时，发光二极管无电流不导通，且加之通过电阻上拉到VCC，端口状态输出为1，当输入信号为开路时，发光二极管中有电流，光隔导通，端口状态输出为0。TTL 电平状态即为输入信号状态

3.3 5V/地、5V/开离散量采集

5V/地、5V/开离散量信号的电平与处理器的工作电平相兼容，只需经过三台缓冲电路即可挂接到计算机的内部总线上。

4 离散量采集自检测激励的设计

5V/地、5V/开离散量信号的电平与处理器的工作电平相兼容，该部分在本章节不在赘述。

4.1 28V/地、28V/开、地/开离散量采集自检测激励电路设计

28V/地、28V/开、地/开离散量采集激励电路相同，由局部总线或者FPGA 输出的TTL 电平经MOS 管来改变电平并增加输出驱动能力输出激励信号。当采集信号为高电平时，MOS 管输出地，激励为0V，当采集信号为低电平时，MOS 管截止状态为开路，但MOS 输出端上拉电阻到15V，激励为15V。通过激励信号耦合采集电路中来测试采集电路是否正常。

4.2 28V/地、28V/开、地/开离散量采集自检测机制设计

因激励测试会对正常采集产生影响，故离散量采集自检测常用于启动自检测，很少用于周期自检测。在进行上电自检测，通常一路离散量采集通道使用高、低电平两种激励方式分别进行激励测试，保证自检测的全面性和电路的可靠性。

5 总结

本文对常见的离散量采集方法进行了研究，提出基于激励测试的自检测方法，设计了一种高可靠性的离散量采集系统，该离散量采集系统简单可靠，取得了不错的效果。