УСТРОЙСТВО СБОРА И РЕГИСТРАЦИИ ИНФОРМАЦИИ Российский патент 1999 года по МПК G01D9/00 G01D9/28 

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и предназначено для сбора и регистрации параметрической информации от датчиков, в частности полетных данных, и сохранения этой информации в случае летных происшествий, а также для эксплуатационного контроля систем и оборудования самолета.

Известны устройства для регистрации полетной информации, например, бортовое устройство регистрации БУР-1 (см. Руководство по эксплуатации 6Л1.500.023РЭ. Блок сбора параметрической информации БСПИ-4. Ленинград, Изд. з-да "Прибор", 1982г. ), содержащее коммутаторы аналоговых сигналов и нормализаторы сигналов по виду и\ или уровню, подключенные к входам одноканального АЦП, коммутатор дискретных сигналов с формирователем сигналов по уровню, устройство измерения временных интервалов, устройство синхронизации и управления, устройство программного управления, обеспечивающее опрос каналов коммутаторов и подключение нормализаторов по заданной для объекта программе, и формирователь выходного информационного кадра, поступающего на регистратор данных.

Эти устройства регистрации характеризуются значительными аппаратурными затратами за счет наличия нормализаторов сигналов в зависимости от их вида и формы, сложных систем синхронизации и программного управления, не предусматривающих использование возможностей вычислительной техники, что в конечном счете приводит к снижению надежности устройства.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство для сбора и регистрации информации многоканальной системы регистрации параметров МСРП-А-01 (см. Автоматизированная обработка полетной информации. Под ред.В.Н.Букова,М., Воениздат, 1995г., стр.87-92), состоящее из двух блоков сбора полетной информации БСПИ-8 и БСПИ-9. Это устройство содержит коммутатор аналоговых параметров, подключающий измерительные сигналы на вход согласующего устройства (СУ), с выхода которого частотные сигналы поступают на вход преобразователя частота - код (ПЧК); сигналы переменного тока и индукционных датчиков через нормализатор переменного тока (НПТ), а сигналы синусно-косинусных трансформаторов и сигналы постоянного тока через нормализатор напряжения (НН) поступают на вход устройства масштабирования (УМ), а с его выхода - на вход преобразователя напряжение - код (ПНК). Сигналы постоянного тока низкого уровня через усилитель милливольтовых(МВ) сигналов и соответствующий нормализатор поступают также на вход УМ, а затем на ПНК. Результат преобразования входных сигналов в последовательном коде в виде 12-разрядного слова от ПЧК и в параллельном двоичном коде от ПНК поступает в устройство сбора данных (УСД) вместе с опознавательными данными (ОД) и значением текущего времени, поступающими с пульта управления через преобразователь кодов(ПРК). На УСД, кроме этого, поступает информация о последовательных кодах (ПК) и разовых командах (РК) из блока БСПИ-9, который осуществляет их прием, преобразование и регистрацию. Все устройства БСПИ-8 управляются устройством программного управления (УПУ), к входу которого подключен первый синхронизатор.

Для приема последовательных кодов блок БСПИ-9 содержит два приемника ПК, в которых производится их преобразование и выделение адреса и информационной части, два устройства переадресации, формирователь адреса и два запоминающих устройства (ЗУ), управляемых устройством управления (УУ), которое, в свою очередь, управляется вторым синхронизатором, согласованным с первым. Выходной информационный поток из ЗУ по команде из устройства управления считывается и поступает во второе УСД.

Это устройство сбора и регистрации информации также характеризуется значительными аппаратурными затратами и низким уровнем программного обеспечения, обусловленными принципом построения структурной схемы устройства, что влечет за собой снижение быстродействия и надежности работы устройства и увеличение его массогабаритных показателей, что немаловажно в условиях летательного средства.

Изобретение решает задачу снижения аппаратурных затрат, повышения быстродействия и надежности работы устройства, а также расширение его функциональных возможностей.

Это достигается тем, в устройстве сбора и регистрации информации, включающем коммутатор аналоговых параметров и усилитель МВ-сигналов, подключенные к входу преобразователя напряжение - код, устройство программного управления и устройство сбора данных с подключенным к их входам синхронизатором, коммутатор разовых команд, подключенный двусторонней связью к устройству сбора данных, а также блок приемников последовательных кодов, подключенных к первому ОЗУ, которое соединено двусторонней связью с устройством управления, устройство встроенного контроля и преобразователь кодов, выходы которого являются выходами устройства, преобразователь напряжение - код выполнен в виде многоканального АЦП. Устройство дополнительно снабжено коммутатором частотных сигналов, подключенным к входу устройства программного управления, а также бортовой микроЭВМ (БЦВМ), формирователем команд управления и передатчиком последовательных кодов, соединенных между собой двусторонней связью, причем БЦВМ соединена двусторонней связью с устройством программного управления, устройством управления и устройством сбора данных и коммутатором разовых команд, приемники последовательных кодов подключены двусторонней связью к первому ОЗУ и к устройству управления, а устройство встроенного контроля и преобразователь кодов соединены двусторонней связью с устройством сбора данных.

Кроме того, устройство программного управления выполнено в виде первого микроконтроллера, устройство сбора данных выполнено в виде второго микроконтроллера, энергонезависимого ЗУ и второго ОЗУ, соединенных между собой двусторонней связью, а устройство управления выполнено в виде третьего микроконтроллера.

Сущность изобретения заключается в принципиально новом построении основных узлов устройства и введении в схему элементов вычислительной техники. Так, в узел, предназначенный для приема и преобразования аналоговых сигналов, введен первый микроконтроллер, выполняющий функции устройства программного управления (УПУ), а также преобразователя частота - код (ПЧК). Кроме того, содержащаяся в памяти микроконтроллера программа решает задачи масштабирования, что позволяет отказаться от нормализаторов сигналов и устройства масштабирования.

В качестве преобразователя напряжение - код (ПИК) использован многоканальный АЦП, что приводит к повышению быстродействия работы устройства за счет параллельной, в отличие от прототипа, обработки двухканальных сигналов, в частности сигналов синусно-косинусного трансформатора.

Устройство сбора данных (УСД) выполнено в виде второго микроконтроллера, который по программе, заданной для конкретного объекта, выдает инструкции на все преобразователи, получает от них информацию и формирует выходной информационный кадр для записи на регистратор данных. В качестве устройства, управляющего приемниками ПК, применен третий микроконтроллер.

Все три микроконтроллера объединены между собой двусторонними связями при помощи магистрали (шины) данных. К этой же шине подключена бортовая микроЭВМ (БЦВМ), расширяющая возможности устройства. С ее помощью проводится алгоритмическая обработка полученной информации, результаты которой передаются в сопрягаемые устройства через два периферийных устройства: формирователь команд управления (КУ) и передатчик последовательных кодов (ПК).

Устройство поясняется чертежом, на котором показана его структурная схема.

Устройство сбора и регистрации информации содержит многоканальный АЦП 1, к информационным входам которого подключены коммутатор 2 аналоговых сигналов, на входы которого поступают аналоговые сигналы от бортовых датчиков, и усилитель 3 МВ-сигналов, на входы которого поступают сигналы постоянного тока низкого уровня, коммутатор 4 частотных сигналов, на входы которого поступают сигналы с частотных датчиков, а выход подключен к первому входу устройства программного управления, выполненного в виде микроконтроллера (МК) 5. К второму входу микроконтроллера 5 и к первому входу второго микроконтроллера (МК) 6, входящего в устройство 7 сбора данных, подключен выход синхронизатора 8. Микроконтроллер 5 соединен двусторонней связью с АЦП 1, а также через магистраль (шину) 9 - с вторыми входами коммутаторов аналоговых параметров 2 и частотных сигналов 4.

Разовые команды (РК) поступают на первый вход коммутатора 10 разовых команд от сопрягаемых систем, а на второй его вход поступает инструкция от микроконтроллера 6, с которым он соединен двусторонней связью через магистраль 11.

Прием и преобразование последовательных кодов (ПК) осуществляется с помощью блока приемников 12, соединенного двусторонней связью с устройством управления, выполненного в виде третьего микроконтроллера 13, и первым оперативным запоминающим устройством (ОЗУ) 14 через магистраль 15.

Бортовая микроЭВМ (БЦВМ) 16 соединена двусторонней связью с формирователем 17 команд управления и передатчиком 18 последовательных кодов через магистраль 19.

Микроконтроллеры 5,6, 13 и БЦВМ 16 соединены между собой двусторонними связями через магистраль 11.

Устройство 7 сбора данных, кроме микроконтроллера 6, включает энергонезависимое ЗУ 20 и второе ОЗУ 21, соединенные двусторонней связью между собой и с преобразователем 22 кода и устройством 23 встроенного контроля через магистраль 24.

Все микроконтроллеры построены на базе микросхем семейства MCS 51 фирмы INTEL (США). В качестве БЦВМ может быть использован IBM-совместимый процессорный модуль фирмы EUROTECH (Италия), встраиваемый в блок.

Устройство работает следующим образом.

Информация от датчиков аналоговых параметров (АС), за исключением сигналов тока низкого уровня (милливольтовых сигналов) и частотных сигналов, поступает на коммутатор 2 аналоговых сигналов, который в соответствии с командами МК 5, подключает измерительные каналы к многоканальному АЦП 1.

Сигналы постоянного тока низкого уровня поступают на усилитель 3 МВ-сигналов, в котором осуществляется их коммутация и усиление. С выхода усилителя 3 информация поступает также на входы АЦП 1.

Частотные сигналы (ЧС) от частотных датчиков поступают на коммутатор 4 частотных сигналов, управляемый МК 5. Коммутатор 4 обеспечивает подключение выбранного частотного канала, преобразование входного сигнала и выделение периода его частоты, после чего в МК 5 производится подсчет количества импульсов высокой частоты за период частотного сигнала, вычисление частоты и передача полученной информации в МК 6. Подключение соответствующего канала к АЦП 1, выбор требуемого коэффициента масштабирования, считывание результатов измерения с АЦП 1 осуществляется МК 5 через магистраль 9 в соответствии с инструкцией, полученной от МК 6 через магистраль 11.

Разовые команды (РК) поступают на вход коммутатора 10 разовых команд, в котором подключение соответствующей разовой команды производится по инструкции, поступающей от МК 6 по магистрали 11. Инструкцией определяется номер подключаемой разовой команды и ее тип (+27В-ОБРЫВ ИЛИ КОРПУС, КОРПУС-ОБРЫВ, +5В - КОРПУС). Значение каждой разовой команды поступает непосредственно на вход МК 6 устройства 7 сбора данных и записывается во второе ОЗУ 21 через магистраль 24.

Прием последовательных кодов (ПК) и преобразование их в параллельный код производится блоком приемников 12 под управлением МК 13, который настраивает приемники ПК на соответствующую частоту приема, выделяет из полученного информационного слова адрес и информационную часть и размещает ее в соответствии с номером приемника ПК и адресом в определенной ячейке ОЗУ 14. Обмен информацией между блоком приемников 12. МК 13 и ОЗУ 14 осуществляется с помощью двусторонней связи по магистрали 15. Принятые сигналы ПК через магистраль 11 передаются на МК 6 по его команде и записываются через магистраль 24 в ОЗУ 21.

БЦВМ 16, формирователь 17 команд управления и передатчик 18 последовательных кодов служат для проведения операций предполетного, полетного и послеполетного контроля. Формирователь 17 команд управления преобразует сигналы, поступающие с БЦВМ 16, в сигналы с требуемыми электрическими характеристиками, которые обеспечивают включение встроенного контроля систем летательного средства. В режиме полетного контроля БЦВМ 16 по команде МК 6 осуществляет оперативную обработку информации в соответствии с алгоритмами бортовой обработки и через передатчик 18 ПК выдает результаты контроля в виде последовательного кода на защищенный бортовой накопитель (ЗБН) и систему отображения информации (СОИ). В режиме наземного контроля БЦВМ 16 формирует и выдает через формирователь 17 команд управления и передатчик 18 ПК сигналы управления в сопрягаемые системы. Переключение БЦВМ 16 в режимы наземного и полетного контроля осуществляется по специальным сигналам, получаемым по входам РК или ПК. Обмен информацией между БЦВМ 16, формирователем 16 и передатчиком 17 осуществляется по магистрали 19. Необходимую для проведения контроля информацию (значения аналоговых параметров, разовых команд, последовательных кодов и текущего времени) БЦВМ 16 получает из ОЗУ 21 через МК 6 и магистрали 11 и 24 по запросу.

Устройство 23 встроенного контроля (УВК) обеспечивает прием и передачу в МК 6 сигналов исправности от сопрягаемых блоков, по которым, на основании алгоритма проверки узлов устройства, МК 6 формирует сигналы отказов блоков и устройства и через УВК 23 выдает их в сопрягаемые системы.

Введение в заявляемое устройство БЦВМ, формирователя и передатчика позволяет, в отличие от прототипа, осуществлять не только сбор и регистрацию полетной информации, но также проводить оперативную обработку этой информации с выдачей результатов в сопрягаемые устройства, проводить операции предполетного, полетного и послеполетного контроля, т.е. выполнять функции бортовой автоматизированной системы контроля (БАСК), что расширяет функциональные возможности устройства.

Выполнение устройства программного управления в виде микроконтроллера, снабженного соответствующим программным обеспечением, позволяет ему выполнять функции устройства программного управления, нормализаторов напряжения, нормализаторов переменного тока, устройства масштабирования и преобразователя частота - код, имеющихся в прототипе, что дает возможность существенно снизить аппаратурные затраты и тем самым повысить надежность устройства.

Кроме того, построение устройства сбора данных на базе микроконтроллера с соответствующим программным обеспечением позволяет, в отличие от прототипа, оперативно изменять номенклатуру, порядок и частоту опроса входных сигналов в зависимости от режима работы объекта контроля, например, этапов полета (взлет, посадка или крейсерский полет), что повышает информативность процесса регистрации данных за счет записи только полезной информации.

Все микроконтроллеры и БЦВМ, использованные в устройстве, снабжены программами встроенного контроля, которые также позволяют повысить надежность работы устройства за счет повышения достоверности регистрируемой информации.

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано для сбора и регистрации полетных данных, сохранения этой информации в случае летных происшествий, а также для эксплуатационного контроля систем и оборудования самолета. Устройство сбора и регистрации информации содержит коммутатор аналоговых параметров и усилитель милливольтовых сигналов, подключенные к входу преобразователя напряжение - код, устройство программного управления и устройство сбора данных с подключенным к их входам синхронизатором, коммутатор разовых команд, подключенный двусторонней связью к устройству сбора данных, а также блок приемников последовательных кодов, подключенных к первому ОЗУ, которое соединено двусторонней связью с устройством управления, устройство встроенного контроля и преобразователь кодов, выходы которого являются выходами устройства. Особенность устройства состоит в том, что преобразователь напряжение - код выполнен в виде многоканального АЦП. Устройство дополнительно снабжено коммутатором частотных сигналов, подключенным к входу устройства программного управления, а также бортовой микроЭВМ, формирователем команд управления и передатчиком последовательных кодов, связанных между собой и с другими блоками устройства. Изобретение позволяет повысить надежность работы устройства, снизить аппаратурные затраты, а также расширяет функциональные возможности. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство сбора и регистрации информации, включающее коммутатор аналоговых параметров и усилитель милливольтовых сигналов, подключенные ко входу преобразователя напряжение - код, устройство программного управления и устройство сбора данных с подключенным к их входам синхронизатором, коммутатор разовых команд, подключенный двусторонней связью к устройству сбора данных, а также блок приемников последовательных кодов, подключенных к первому ОЗУ, которое соединено двусторонней связью с устройством управления, устройство встроенного контроля и преобразователь кодов, выходы которого являются выходами устройства, отличающееся тем, что преобразователь напряжение - код выполнен в виде многоканального АЦП, устройство дополнительно снабжено коммутатором частотных сигналов, подключенным ко входу устройства программного управления, а также бортовой микро-ЭВМ или БЦВМ формирователем команд управления и передатчиком последовательных кодов, соединенных между собой двусторонней связью, причем бортовая микро-ЭВМ или БЦВМ соединена двусторонней связью с устройством программного управления, устройством управления, устройством сбора данных и коммутатором разовых команд, приемники последовательных кодов подключены двусторонней связью к первому ОЗУ и к устройству управления, а устройство встроенного контроля и преобразователь кодов соединены двусторонней связью с устройством сбора данных. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство программного управления выполнено в виде первого микроконтроллера. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство сбора данных выполнено в виде второго микроконтроллера, энергонезависимого ЗУ и второго ОЗУ, соединенных между собой двусторонней связью. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство управления выполнено в виде третьего микроконтроллера.