航空发动机参数采集器的研究与设计

摘要

随着航空电子技术的不断发展，在对飞机处理信息能力要求提高的同时，对其整体性能与操控性也提出了更高的要求。发动机参数采集显示系统是航空电子系统的重要组成部分，由发动机参数采集器与座舱显示系统两部分构成。目前国内作战飞机发动机参数座舱显示系统较多采用电磁式、机械式、机电伺服式的模拟组合仪表，直接接收传感器输出的模拟量信号，其显示精度低、可靠性差、体积大，布局凌乱，不能与其他数字航电设备通讯，一定程度上制约飞机的操控性能。
　　 本课题设计的发动机参数采集器对发动机螺旋桨磁电机系统、发电机系统、液压系统、滑油系统、燃油系统及告警系统传感器输出的信号进行采集与处理，并通过标准RS-422接口与座舱数字综合显示系统、机身综合处理机和机载备份设备进行通信，实现采样结果的显示，为飞机空中安全飞行提供数据支持并对发动机各项参数的历史数据进行备份。
　　 系统硬件采用DSP+FPGA结构进行设计，根据功能划分为信号调理模块和信号采集模块。信号调理模块中针对18路模拟量信号、2路频率量信号和2路开关量信号的特性设计了相关信号调理电路，通过对被采样信号进行滤波、放大、整形、电压转换等处理，使信号满足系统采样要求。
　　 信号采集模块以TI公司的TMS320F2812数字信号处理芯片为核心，选用模数转换芯片ADS8364和异步通信单元TL16C554对AD采样电路与通信电路进行设计。在分析频率量信号干扰产生原因的基础上，以Altera公司的EP1C6Q240型号FPGA为协处理器，对频率量信号中存在的窄脉冲干扰信号采用信号同步法与计时法实现干扰信号的检测并予以滤除，从而保证了频率量信号采集的准确性。同时利用FPGA实现模数转换芯片ADS8364和异步通信单元TL16C554的控制逻辑，辅助DSP完成多路模拟量的采集与数据通信，简化DSP与AD采样电路、通信电路的接口。
　　 系统软件设计中分析了系统软件工作流程，完成了DSP主程序、驱动程序、应用程序与中断服务程序设计，实现系统上电引导、系统资源初始配置、系统上电自检与周期自检、数据采集与处理、数据通信等功能。
　　 通过专用测试平台对系统的性能与功能进行全面测试，结果表明该采集器性能稳定，功能完善，满足系统设计要求。

目录

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 课题研究目的与意义

1．3 国内外现状

1．4 论文的主要研究内容

1．5 本章小结

2 系统总体设计

2．1 系统功能描述

2．2 系统需求

2．2．1 系统采集信号特性

2．2．2 系统通信要求

2．3 系统方案选择与总体结构

2．4 芯片选型

2．4．1 DSP选型与芯片介绍

2．4．2 FPGA选型芯片介绍

2．4．3 AD转换芯片选型与介绍

2．4．4 异步通信芯片选型与介绍

2．5 系统工作原理

2．5．1 TMS320F2812相关资源

2．5．2 系统模拟量采集原理

2．5．3 系统频率量采集原理

2．5．4 系统开关量采集原理

2．5．5 系统通信实现

2．6 本章小结

3 系统硬件设计

3．1 信号调理模块电路设计

3．1．1 模拟量信号调理电路设计

3．1．2 温度冷端补偿电路设计

3．1．3 频率量信号调理电路设计

3．1．4 开关量调理电路设计

3．2 信号采集模块电路设计

3．2．1 系统复位设计

3．2．2 系统时钟设计

3．2．3 系统电源设计

3．2．4 JTAG接口设计

3．2．5 模拟量采集电路设计

3．2．6 频率量采集电路设计

3．2．7 开关量采集电路设计

3．2．8 系统通信电路设计

3．3 本章小结

4 FPGA功能模块设计

4．1 开发环境与VHDL硬件描述语言

4．1．1 QuartusⅡ开发环境

4．1．2 VHDL硬件描述语言

4．2 FPGA总体结构划分

4．3 AD采集控制功能模块设计

4．3．1 AD采集控制模块定义

4．3．2 模块工作原理及仿真

4．4 频率量滤波功能模块设计

4．4．1 窄脉冲干扰信号特性分析

4．4．2 滤波模块定义

4．4．3 滤波模块工作原理

4．4．3 滤波模块状态机设计

4．4．4 滤波模块仿真

4．5 通信控制功能模块设计

4．5．1 通信控制模块定义

4．5．2 模块工作原理及仿真

4．6 本章小结

5 系统软件设计

5．1 CCS软件开发环境介绍

5．2 系统软件结构

5．3 系统软件设计

5．3．1 系统软件工作流程

5．3．2 系统初始化

5．3．3 系统自检

5．3．4 数据采集与处理

5．3．5 数据通信

5．3．6 系统中断

5．4 本章小结

6 系统测试

6．1 测试环境构成

6．2 测试台

6．2．1 模拟量输出

6．2．2 开关量输出

6．3 上位机测试软件

6．3．1 测试软件界面

6．4 测试结果

6．5 本章小结

7 总结与展望

7．1 课题总结

7．2 课题展望

致谢

附录A：发动机参数数据发送协议

附录B：油箱油量数据接收协议

附录C：油箱油量发送接收协议

参考文献

攻读学位期间发表的论文目录

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