机载燃油系统远程接口单元

摘要

本发明提出的一种机载燃油系统远程接口单元，旨在提供一种硬件利用率高，管理统一，维护方便，传输干扰小，容错能力与故障检测能力强，能够降低连线的复杂性，通过总线网络将信息传输到的远程接口单元。本发明通过下述技术方案予以实现：温度传感器变换接口通过滑动滤波电路、压力传感器变换接口通过变换电路、密度传感器变换接口通过参考电压电路经多路开关电路连接CPU子卡，电容传感器变换接口通过数字电桥电路、耗量传感变换接口通过变换模块、质量流量计变换接口通过信号调理电路、离散输入信号变换接口通过隔离变换电路连接CPU子卡；CPU子卡通过上述各类接口就近采集燃油系统的各种控制信号和传感器信号，上传给管理计算机。

说明书

技术领域

本发明涉及一种主要用于飞机、汽车、轮船、坦克、特种车辆燃油系统物理量(油 量、电容、温度、压力、密度、耗量、质量流量)测量、实时控制、状态监测和自检测的远 程接口单元RIU。

背景技术

在现代飞机上，机载机电系统的综合管理成为一种必然的趋势，在航空电子技术和 数据总线技术高速发展的基础上，将所有公共设备作为一个整体来研究，综合管理后的系统 能够解决综合前系统存在的大量问题。机电系统的综合可以大大减少电子设备的重量和体积， 能够显著提高飞机的可靠性、维修性和燃油经济性，并且显著提高机电系统的先进程度和可 测试性。飞机燃油系统是飞机的重要组成系统之一,对于飞机安全顺利的执行飞行任务起着 至关重要的作用。与传统机载机电系统设备相比，新型机载RIU装备量大、接口信号种类 多，测试验收压力大。远程接口单元(RemoteInterfaceUnit，RIU)隶属于机电管理系统 (UtilityMan-RIU作为UMS总线环路上执行终端，通过1553BagementSystem，UMS)， 是新型机载机电系统的终端总线接口与UMC进行数据交换，承担机电管理任务的信号处 理设备，主要完成与其交联机电子系统的状态执行、实施，并完成与机电系统的能源管理、 功能控制采集与输出控制。机载机电系统中，每个子系统的控制管理、信息管理和成员及监 控管理有关的信号采集、信制信号和传感器信号通过RIU和机载数据总线连接，息传输、 输出控制以及BIT检测。对机电综合管理系统和燃油系统而言，远程接口装置与传统的远 程接口装置有所不同，需考虑机电系统和燃油系统的特殊性，定制和开发不同类型的接口控 制装置，并考虑分布式IMA的设计理念，在远端进行简单控制逻辑的就近处理和控制输出， 将逻辑结果传输到IMA中。远程接口单元主要实现传感器的信号采集、处理和输出，还要 输出控制指令到作动器或者激励线圈。另外，远程接口单元还需要集成网络支持模块以实现 与计算机处理平台和网络交换机的通信。远程接口单元主要包括：

(1)种类1：远程数据接口提供通用的接口处理功能和离散驱动功能，可根据用户系统 进行裁剪。另外，根据用户系统的需求，此类RDC具备远端进行较简单逻辑的实现功能， 具体模块将根据用户系统需求进行配置。

(2)种类2：此类接口装置完成接近传感器的信号处理功能，使用该类型传感器的 系统包括舱门、起落架舱门及轮载信号、飞控扰流板、发动机反推等，初步计划采用分布式 RDC进行就近信号处理并传输到航电网络。

(3)种类3：此类接口装置就近完成信号的处理和小功率电源的配电控制功能 (<1A)，此类装置采用开放式标准LRM架构，具备可扩展和可替换性。

(4)种类4：此类接口装置是燃油系统专用RDC，用以收集油箱内各传感器信号。

(5)种类5：此类接口装置是快速闭环RDC，如刹车控制器和前轮转弯控制器， 此类设备由于传感器的处理和控制需要在极短时间内完成，其闭环控制功能在专用RDC中 完成。

(6)其他：普通SSPC板卡通过RDC与网络进行交互，具备信号处理功能的 RPDU直接与网络进行交互，另外RPDU需考虑特殊的需求，如接地故障要求。RPDU技术 用以综合包括设备供电、供电逻辑和接地故障保护等。其他未综合系统(如飞控或动力等) 如为A429设备，则通过RDC与机电综合管理系统网络进行交互；如为A664设备，则直接 通过航电网关进行交互。

通常机上无线电设备的状态和维护数据通过各设备的ARINC429总线传送给无线电 接口单元(RIU)，综合后通过远程接口单元RIU输出的ARINC429总线传送给输入输出 综合模块IOC；其它电子设备的状态和维护数据则通过各设备的ARINC429总线直接传送 给处理机(IPC)中的IOC。IOC将汇集的数据经IPC中的网关模块(DSM)传送到 CCM，由其中的DMS处理。传统的机载机电系统之间联系微弱，互相之间的影响不大， 各自独立。通常情况下，每个机电子系统甚至一个简单的机电设备都有一个控制器和独立的 显示器，这样就会使控制单元分布在飞机上多个位置，它们之间的连线复杂且繁多，座舱就 显得拥挤杂乱，整个飞机上的机电系统形成了“散、乱、杂”的局面。杂乱无章的数据格式 会使故障诊断与维护非常困难，且不利于维护。地面支援设备的开发，DSM系统需要地面 支援设备的支持，才可以真正实现实时故障诊断与维护。地面支援设备的开发亦是一个庞大 的工程。需要建立专家数据库、故障数据库、飞机健康数据库、维护数据库、零器件数据 库等。此外还需各厂商、维护人员、调配流程等许多因素和地面支援设备有效配合，才能真 正实现快速维修。由于每个机电子系统配有专用的外围设备，导致飞机的重量很大、硬件利 用率很低，设备多了，相对地可靠性和可维护性变差了。

从先进发达国家的研究来看，综合化不仅有利于减轻飞机重量，降低连线的复杂性， 而且有利于增加系统的容错能力与故障检测能力。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术机载系统信号种类很复杂，各种信号分布在机体的 不同部位，信号分布很杂很乱的问题，提供一种硬件利用率高，管理统一，维护方便，传输 干扰小，容错能力与故障检测能力强，能够降低连线的复杂性，能有效提取燃油系统机载设 备状态信息，并通过总线网络将信息传输到驾驶舱进行集中控制机载燃油系统远程接口单元 RIU。

本发明的上述目的可以通过以下措施来达到，一种机载燃油系统远程接口单元，包括 电连接在接口母板上的CPU子卡、功率驱动子卡和用以收集油箱内各传感器信号进行信号 采集、处理和输出的各类接口，其特征在于：温度传感器变换接口通过滑动滤波电路、压力 传感器变换接口通过变换电路、密度传感器变换接口通过参考电压电路经多路开关电路连接 CPU子卡，电容传感器变换接口通过数字电桥电路、耗量传感变换接口通过变换模块、质 量流量计变换接口通过信号调理电路、离散输入信号变换接口通过隔离变换电路连接CPU 子卡；CPU子卡通过对应连接的驱动隔离电路连接步进电机驱动接口，CPU子卡通过功率 驱动子卡电连接点火激励接口、燃油系统附件驱动接口、离散输出接口和电源变换接口； CPU子卡通过上述各类接口就近采集燃油系统的各种控制信号和传感器信号，并通过总线 网络接口上传给管理计算机UMC与燃油系统进行信息交流。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

本发明远程接口单元通过上电BIT、周期BIT和维护BIT功能大大提高了燃油系统的可靠性 及维修性。它对燃油系统的各部件实施故障探测、故障分离、及故障后系统重组。综合化后 整个系统的可靠性提高了约25％。

燃油系统相关信号通过本发明远程接口单元就近采集，远程传输，灵活配置，统一 管理，能够解决复杂机电系统的信号传输干扰问题，减轻设备重量，降低连接复杂性，有利 于增加系统的容错能力与故障检测能力。

本发明远程接口单元安装在飞机燃油油箱壁上，极大提高硬件减少了传统设计中的 连接电缆束，从而降低了连线复杂性，减小了因电缆束感应而产生的传输干扰。远程接口单 元就近采集各种本说明书所述信号，消除了分布式测量的相似硬件设计，采用集成设计方式， 充分利用硬件资源；并且因为在一个硬件平台上进行采集、处理和运算，进行BIT，实现了 管理统一和维护，提高了故障检测和容错能力。

附图说明

图1是本发明机载燃油系统远程接口单元RIU电路原理示意图。

图2是图1CPU子卡电路原理示意图。

图3是图1功率驱动子卡电路原理框图。

图4是图1电源变换接口电路原理框图。

具体实施方式

参阅图1。在以下描述的一个实施例中，远程接口单元是燃油系统的信号处理终端。 燃油系统的各种控制信号和传感器信号都通过RIU接入机载、车载或船载总线网络，上传 给管理计算机UMC，从而使得UMC能与燃油系统进行信息交流。机载燃油系统远程接口 单元设置在扁平方形结构机箱内。机载燃油系统远程接口单元主要包括：电连接在接口母板 上的CPU子卡、功率驱动子卡和用以收集油箱内各传感器信号进行信号采集、处理和输出 的各类接口。在所述各类接口中，温度传感器变换接口通过滑动滤波电路、压力传感器变换 接口通过变换电路、密度传感器变换接口通过参考电压电路经多路开关电路连接CPU子卡。 电容传感器变换接口通过数字电桥电路、耗量传感变换接口通过变换模块、质量流量计变换 接口通过信号调理电路、地/开、28V/开的离散输入信号变换接口通过隔离变换电路连接 CPU子卡；CPU子卡通过对应连接的驱动隔离电路连接步进电机驱动接口，CPU子卡通过 RS422总线和TTL电连接功率驱动子卡，功率驱动子卡电连接点火激励接口、燃油系统附 件驱动接口、28V/开离散输出接口和电源变换接口；CPU子卡通过上述各类接口就近采集 燃油系统的各种控制信号和传感器信号，并通过总线网络接口上传给管理计算机UMC与燃 油系统进行信息交流。通过总线网络接口包括通过驱动隔离电路电连接的IEEE-1394B接口、 HB6096接口、RS-422接口和RS-232接口。

在燃油量测量中，CPU子卡根据各油箱内传感器的测量值，通过分析和计算得出各 油箱及飞机总的燃油质量特性数据发送至驾驶舱显示，作为加油控制、输油控制的依据。燃 油质量特性数据包括燃油重量、重心等。其中，燃油系统控制主要包括：加油控制、供输油 控制、通气增压系统控制，根据需要不同还可能有应急放油控制、热负载系统控制等，控制 燃油泵的启动、停止及阀门的打开和关闭。

燃油系统状态监测和告警：系统状态监测包括对油箱压力、燃油温度、油泵出口压 力、油面位置、主要阀门的开关状态等信号的检测，当出现较严重故障时向机组人员发出告 警信号，如供输油泵出口低压、剩油量不多、左右输油不平衡、油箱严重超压等。

参阅图2。CPU子卡可以是带有晶振电路、复位电路、兼容IEEE1149.1国际标准测 试协议的JTAG接口、1394物理层接口芯片和10/100M以太网卡的微处理器MPU和现场可 编程门阵列FPGA构成的。微处理器MPU通过母版交联信号线电连接。CPU子卡负责燃油 系统RIU的信息处理和资源管理，完成信号的输入采集和输出控制，同时实现IEEE1394B、 HB6096、RS-422和RS-232通讯功能。用FPGA的UARTIP核实现RS-422通信，用PCI 接口芯片PCI9054、1394链路层接口芯片TSB12LV26和1394物理层接口芯片TSB43AB3 设计IEEE1394B通信电路，用HS-3282设计HB6096通信电路，用DSP的SCI外设实现 RS-232通讯。

接口母板实现燃油系统RIU各接口的变换驱动，其由以下功能接口电路组成：电容 传感器变换接口、温度传感器变换接口、压力传感器变换接口、密度传感器变换接口、耗量 传感变换接口、质量流量计变换接口、离散输入信号(地/开、28V/开)变换接口、步进电 机驱动接口、28V/开离散输出接口和电源变换接口，其中：

电容传感器变换接口电路采用数字式平衡电桥方式对电容式传感器进行测量，数字式平衡电 桥将电容式传感器感受的油位信号变换为数字电压信号，供CPU子卡进行采集，用以计算 燃油箱油位高度。

温度传感器变换接口电路采用采用电桥处理电路；

压力传感器变换接口电路采用恒流源激励，并将其内部的力敏电桥输出端接至仪表放大器实 现变换，得到压力与电压的关系；

密度传感器变换接口电路将燃油密度变换为可测方波信号，CPU子卡采集方波信号并计算 其频率，进而计算出燃油密度；

耗量传感变换接口电路采用专用耗量调理器将燃油流量信号变换为一定频率的脉冲信号， CPU子卡采集脉冲信号并计算其频率，进而计算出燃油瞬时耗量和累积耗量。

质量流量计变换接口电路是将质量流量计的两路输出信号经过滤波放大处理后得到 方波信号，方波信号再输入到CPU子卡，由FPGA对两路信号进行采集比较，得到两路信 号的时间差，进而计算出质量流量。

离散信号(地/开、28V/开)变换接口电路经过光耦隔离变换电路后输出到CPU子卡， CPU子卡采集这些信号，并根根逻辑运算，实现燃油系统状态监控及附件控制。

步进电机驱动接口电路是通过CPU子卡输出控制时序并通过驱动芯片驱动两绕组步 进电机，对步进电机各相励磁绕组的通电，进而实现对步进电机内部磁场方向的变化使步进 电机转动。

电源变换接口电路通过图4所示电源滤波变换模块将28V直流电源变换成满足电源 特性和电磁兼容性、闪电防护要求的±15V、+5V电压。

参阅图3。功率驱动子是由电连接RS-422数据总线的接口转换控制器，接口转换控 制器通过TTL0、TTL1…TTL9驱动通道对应电连接的控制保护电路构成的。每个控制保护 电路对应连接负载。卡功率驱动子卡通过接口转换控制器的驱动通道TTL输出10路地/开 离散量信号，每路地/开离散量信号通过点火激励接口、燃油系统附件驱动接口接通/断开由 一个离散量信号TTL电平控制。在负载电流正常的情况下，驱动通道接通/断开受TTL信 号控制，进而实现对燃油系统相关附件及点火激励功率控制。功率驱动子卡与CPU子卡通 过RS-422总线形式通讯，实现命令/状态的回传。功率驱动子卡可将驱动通道TTL相连的 负载状态、输出状态、跳闸状态、负载电流值、二进位制信息单位比特BIT结果等上传到 CPU子卡。

参阅图4。电源变换接口电路包括，顺次串联在28V直流电源与变换器之间的LC滤 波电路、储能电路和EMI滤波器，在28V直流电源与变换器通过地并联。电源变换接口电 路中的电源滤波变换模块将28V直流电源变换成内部所需要的±15V、+5V，并满足电源特 性和电磁兼容性、闪电防护要求。