Разработка бортового устройства блока ввода данных

            Введение

В настоящее время широко развивается авиастроение. За сравнительно небольшое время были достигнуты значительные успехи в увеличении скорости, дальности полётов и грузоподъемности. Многократно расширилась сфера применения летательных аппаратов, как в военных, так и в гражданских целях.

Основной задачей при разработке бортового электронного оборудования для самолета является снижение его объёма, веса, уменьшение потребляемой мощности, а также автоматизация процессов навигации и пилотирования. Работу каждого члена экипажа можно рассматривать как развивающийся во времени процесс, в котором каждое последующее действие зависит от предыдущего. Раньше пилотам приходилось в течении полета непрерывно анализировать показания большого числа приборов и по ним принимать сложные решения порой в достаточно короткий промежуток времени. Такие решения, сделанные в быстро меняющихся условиях полета, не всегда могли быть достаточно верными. Выполнение действий, связанных решением одной определённой задачи необходимо организовывать в определённом ограниченном пространстве, т.е. необходимые для решения определённой задачи индикаторы, коммутационно-управляющие элементы, сигнализаторы и т.д. должны быть локализованы на лицевой панели одного пульта. Поэтому наряду с улучшением летно-тактических характеристик летательных аппаратов большое значение приобрела автоматизация процесса пилотирования и навигации.

В связи с усложнением авиационных аппаратурных комплексов, вызванным необходимостью решения новых задач (повышения погодного минимума, интенсивности перевозок и т.д.), количество аппаратуры в них росло почти пропорционально количеству решаемых задач. Увеличивающийся объём оборудования предполагает либо увеличение количества обслуживающих комплекс операторов, либо интенсификацию труда оператора при потоке информации, превышающей его физиологические способности. Такая интенсификация труда повышает утомляемость оператора, увеличивает вероятность принятия неправильно решения, что недопустимо, так как ошибка оператора может привести к тяжелым последствиям.

Стала очевидной необходимость не простого наращивания оборудования, а качественного скачка, обеспечивающего комплексную автоматизацию процесса управления и контроля оборудования во всех режимах его работы.

С вводом в состав оборудования самолётов первых автоматизированных навигационно-пилотажных комплексов задача ввода информации решалась при помощи феррито-транзисторных ячеек памяти. Так на самолете ИЛ - 62 в навигационном комплексе «Полёт» был введен блок памяти маршрута ПК - 31.

В более поздних навигационно-пилотажных комплексах, на самолётах ИЛ - 86 и ЯК - 42, были установлены блоки ввода информации с применением разомкнутых оптронных пар для считывания информации с носителя на бумажных перфокартах. Для этих целей в ОКБ «Электроавтоматика» был разработан пульт подготовки и контроля ППК. Перед полетом с бумажных перфокарт, порядка 10 - 15 штук, информация вводилась в ППК.

1. Анализ технического задания

1.1     Общие требования к конструкции бортовой аппаратуры

Основная особенность эксплуатации бортовой аппаратуры, устанавливаемой на самолеты и вертолеты - повышенное воздействие механических факторов (вибраций, ударов, линейных ускорений), причем это воздействие имеет место практически в течении всего срока эксплуатации. Это накладывает повышенные требования к прочности конструкции бортовой аппаратуры в части воздействия механических нагрузок и заставляет принимать все меры по исключению их влияния. Практика полетов показывает, при эксплуатации наибольшее разрушающее воздействие на бортовую аппаратуру оказывают вибрации. Как правило, конструкция аппарата, выдерживающая воздействие вибрационных нагрузок в определённом частотном диапазоне, выдерживает ударные нагрузки и линейные ускорения с значительно большими значениями соответствующих параметров.

Кроме того, бортовая аппаратура должна обладать минимально возможными габаритными размерами, массой и мощностью потребления при сохранении высоких показателей быстродействия, ёмкости памяти, надёжности и т.д. Минимальные габаритные размеры достигаются за счет использования специальных методов компоновки, применение электрорадиоэлементов с высоким коэффициентом интеграции и низкой потребляемой энергией для своей работы.

Бортовая аппаратура характеризуется значительно большим временем непрерывной работы, до 25 часов. Бортовая аппаратура испытывает значительные температурные колебания, например летом, в южных широтах корпус самолета нагревается более чем до +50⁰, а при взлёте температура падает, достигая -50⁰ на высоте 10 км.

1.2 Тактико-технические требования к блоку ввода данных

Блок ввода данных (БВД) входит в бортовую систему ввода-вывода информации, которая в свою очередь обеспечивает:

·   Автоматическое считывание в бортовую ЭВМ информации полетного задания объемом до 16 Мб, записанной на съемной кассете;

·   Время готовности БВД к работе не должно превышать 10с с момента подачи питания. Под временем готовности понимается время с момента подачи на БВД питающего напряжения до момента, начиная с которого БВД способен к выполнению любого режима, в том числе - к проверке работоспособности в режиме контроля.

·   Время непрерывной работы БВД должно составлять не менее 25 ч.

·   Принудительно обесточивать сменную кассету при её стыковке / расстыковке.

.2.1 Требования к съёмной кассете памяти

Съемная кассета памяти должна обеспечивать:

·   запись в нее, хранение и считывание из нее информации объемом до 16 Мб по сигналам блока ввода данных (БВД), при установке кассеты в блок, и в снятую кассету по каналу RS-232;

- количество циклов записи не менее 10000;

количество установок не менее 1000.

·   На кассете должно быть поле для нанесения идентификационного номера карандашом

·   Запись информации полетного задания в наземных условиях в съемную кассету памяти и считывание зарегистрированной в полете информации из нее должны быть обеспечены системой подготовки полетного задания и обработки полетной информации.

1.2.2 Характеристики электропитания

·   Электропитание БВД должно осуществляться от бортового источника постоянного тока с номинальным напряжением +27В.

·   БВД должен выполнять свои функции при соответствии качества электропитания требованиям по ГОСТ 19705-89

·   БВД является приемником электроэнергии 2 категории по ГОСТ 19705-89.

·   Мощность, потребляемая БВД от бортовой системы электроснабжения, не должна превышать 10 Вт.

Подключение БВД к бортовой сети по цепи питания осуществляется соединителем ОНЦ-5С-1-19/18-В1-1-В

.2.3 Требования к взаимодействию с бортовой ЭВМ

·   Взаимодействие с бортовой ЭВМ по трем каналам последовательного кода (два входных и один выходной) ГОСТ 18977-79 и РТМ 1495-75 (100 Кбит/с +1%).

·   Информационный обмен БВД с бортовой ЭВМ и логика работы в составе системы определяются разработанным «Протоколом взаимодействия и информационного обмена БВД в составе комплексов и систем».

.2.4 Характеристики внешних воздействующих факторов

·   БВД должен быть прочным и устойчивым к внешним воздействующим факторам (ВВФ) в соответствии с ГОСТ В 20.39.304-76 по группе аппаратуры 3.3.3., размещаемой в носовой части фюзеляжа, включая кабину самолёта, в соответствии с Таблицей 1.1, к воздействиям широкополосной случайной вибрации по ОТТ ВВС-86 п. 2.2.2.2 в соответствии с параметрами указанными в Таблице 1.2

Таблица 1.1. Параметры внешних воздействующих факторов на БВД

Таблица 1.2. Параметры воздействия вибраций на БВД

1.2.5 Требования по надежности

- средняя наработка на отказ в полете, - Топ =15000 ч

·   средняя наработка на отказ и повреждения, - Тс =10000 ч

·   коэффициент, учитывающий регламентную наработку изделия в исправном состоянии при обслуживании =К1,2

Данное условие обеспечивается переходом от механической системы к электронной, выбором элементной базы.

1.2.6 Конструктивные требования

При разработке БВД должна быть предусмотрена максимально возможная применяемость стандартных узлов и деталей.

Конструкция БВД должна соответствовать ГОСТ 17046-81 и иметь пылезащищенную камеру для установки съёмной кассеты памятью 16 Мб.

Конструкция должна быть выполнена в виде блока БВД и съемной кассеты.

В конструкции БВД должны быть предусмотрены меры защиты от неправильной установки съемной кассеты.

Габаритные размеры блока БВД должны быть не более 146 х 80 х 160 мм (ширина - высота - глубина).

Габариты съемной кассеты не более - 83 х 133 х 20 мм.

Масса БВД со съемной кассетой не должна превышать 2 кг (без ответных частей разъемов).

Данные требования достигаются конструкцией разрабатываемого блока.

1.2.7 Анализ конструкции аналога и ее недостатков

Система ввода информации (СВИ) ВИДК.467239.001 является аналогом для БВИ.

При сравнение системы с БВД к её недостаткам можно отнести:

большие габариты (146 х 112х 188 мм)

меньшей памятью съёмной кассеты (4 Мб)

не обесточивает принудительно сменную кассету при её стыковке / расстыковке

отсутствие пылезащищенной камеры

потребляемая мощность 14 Вт.

2. Назначение, выполняемые функции и принцип работы

.1 Назначение и состав

Блок ввода данных (БВД) предназначен для энергонезависимого хранения и выдачи в бортовую ЭВМ данных полетного задания, а также приема данных регистрации. Ввод данных полетного задания в БВД и вывод из БВД данных регистрации производится в наземных условиях на рабочем месте оператора БВД (РМО БВД). Перенос данных от РМО БВД в БВД и обратно осуществляется с помощью съемной кассеты памяти, входящей в состав БВД.

Блок ввода данных входит в состав автоматизированного навигационно-пилотажного комплекса, состоящего из системы ввода информации, бортовой ЭВМ, пультов управления и средств отображения информации. Состав БВД приведен в таблице 2.1.

Таблица 2.1. Состав блока ввода данных

Входящие в систему устройства имеют следующие назначение и технические характеристики.

Модуль МНИ обеспечивает:

обмен с бортовым оборудованием по каналам последовательного кода в соответствии с ГОСТ 18977-79 и РТМ 1495-75 изм. 2, 3 и формирует сигналы светодиодов «ИСПР ПИТ» и «ИСПР БВД»;

выработку вторичных питающих напряжений для БВИ (+5 В, +6 В,
минус 6 В).

Кассета памяти обеспечивает запись, хранение и считывание данных задания и регистрации. Объем памяти - 16Мб.

2.2 Принцип работы

При подаче электропитания БВД производит начальную самопроверку. Длительность самопроверки БВД не более 10 с с момента подачи электропитания. Через 10 с, бортовая ЭВМ комплекса запрашивает слово состояния БВД и фиксирует состояние по результату самопроверки.

При работе БВД в составе комплекса взаимодействие производится по каналам последовательного кода по ГОСТ 18977-79, при этом выполняются следующие режимы работы:

считывания из зоны задания

запись в зону регистрации

считывание из зоны регистрации

стирание зоны регистрации

тест расширенного контроля

запрос слова состояния

При поступлении из бортовой ЭВМ по каналу последовательного кода командного 32-х разрядного слова, задающего режим «считывания из зоны задания», БВД выдает ответное слово состояния и 32 слова данных задания по запомненному адресу массива (в том числе контрольную сумму этого массива зоны задания). В слове состояния передается команда «считывание из зоны задания». При трехкратном несовпадении значений контрольной суммы (64-го байта массива) и контрольной суммы 63-х байтов параметров задания, вычисленной бортовой ЭВМ, ЭВМ делает вывод о неисправности БВИ и формирует сообщение об этом. Так как запись в зону задания в составе комплекса невозможна, то оперативное изменение параметров задания, считанных из БВД, производится с помощью органов управления комплекса в ОЗУ бортовой ЭВМ. Изменение параметра фиксируется в зоне регистрации БВИ. При выполнении режима игнорируется команда перехода на другой режим.

При режиме «запись в зону регистрации» БВД принимает командное слово из бортовой ЭВМ и четыре слова регистрируемых параметров и записывает регистрируемые параметры на очередное свободное место в зоне регистрации. В этом режиме БВД выдает ответное слово состояния. В слове состояния передается команда «запись в зону регистрации». Если объем передаваемой информации превышает емкость зоны регистрации, то вся последующая информация игнорируется.

При режиме «считывание из зоны регистрации» БВД считывает из зоны регистрации параметр, записанный последним, и выдает слово состояния и 8 слов данных регистрации (4 записанных параметра). В слове состояния передается команда «считывание из зоны регистрации».

Если бортовая ЭВМ не получает восьми слов от БВД, то повторяет запрос этого массива. При трехкратной ошибке бортовая ЭВМ делает заключение об отказе БВД. При выполнении режима игнорируется команда перехода на другой режим.

При режиме «стирание зоны регистрации» бортовая ЭВМ трижды посылает команду «стирание зоны регистрации» в БВД. БВД выдает ответное слово и стирает все данные в зоне регистрации (очищает зону регистрации).

В слове состояния передается команда «стирание». Типовое время выполнения команды «стирание» 7 с. Если в процессе стирания бортовая ЭВМ выдает команду о переходе на другой режим, то эта команда игнорируется и дополнительно выдается в ответном слове команда «занято».

При поступлении от бортовой ЭВМ команды «расширенный контроль» БВД последовательно выполняет тесты программной памяти, оперативной памяти, памяти задания, петлевого контроля канала по ГОСТ 18977-79 и памяти регистрации. Продолжительность теста 60 с. Если во время выполнения расширенного контроля поступает иная команда, то выполнение ее не производится и БВД выдает ответное слово с установленным битом «занято». При режиме «запрос слова состояния» БВД выдает только ответное слово состояния. В слове состояния передается команда «запрос слова состояния».

При работе БВД в составе рабочего места оператора (РМО БВД) взаимодействие производится по последовательному каналу RS232, при этом выполняются следующие режимы работы:

Тест расширенного контроля

Cтирания памяти задания

Запись памяти задания

Чтение памяти задания

Стирание памяти регистрации

Чтение параметров регистрации

На РМО БВД выбирают нужный режим и запускают его на выполнение. Результаты выполнения указанных режимов отображаются на экране ПЭВМ, входящей в состав РМО БВД.

2.3 Протокол взаимодействия и информационного обмена БВД в составе комплексов и систем

Настоящий протокол описывает порядок и принципы взаимодействия блока ввода данных БВД с аппаратурой комплекса самолёта.

Режимы работы БВД выполняются при выдаче в слове управления одной из команд выбора режима. Кодировка команд выбора режима работы БВД приведена в таблице 2.2.

Таблица 2.2. Кодировка команд выбора режима работы

Неиспользуемые команды воспринимаются БВД как ошибка в сообщении и игнорируются. При получении неиспользуемой команды выбора режимов БВД формирует в ответном слове состояния команду «некорректный режим» (23 р. в выходном слове состояния БВД) и нулевой код в поле команды исполняемого режима (26…29 р.).

При отсутствии ответного слова состояния от БВД на командное слово и при неправильном ответе (команда в ответном слове БВД не соответствует заданному в командном слове режиму работы), ЭВМ повторяет команду выбора режима трижды. При отсутствии правильного ответа после 3-х кратного обращения ЭВМ делает заключение об отказе БВД, индицируемое на индикаторе комплекса самолёта.

2.3.1 Режим «считывание из зоны задания»

БВД переходит в данный режим по команде «считывание из зоны задания» (код команды - 0011). В этом режиме БВД выдает ответное слово состояния и 32 слова данных задания по запомненному адресу массива (в том числе контрольную сумму этого массива зоны задания).

В слове состояния передается команда «считывание из зоны задания».

Если значение суммы массива зоны задания (сумма 63-х байтов параметров задания) не совпадает со значением контрольной суммы (64-й байт массива), полученным от БВД, то ЭВМ повторяет команду считывания из зоны задания этого же массива.

При 3-х кратном несовпадении значений контрольной суммы ЭВМ делает вывод о неисправности БВД и формирует сообщение об этом.

Если в одном из слов, считанном из массива зоны задания, нарушен признак четности (некорректный прием), то ЭВМ повторяет запрос этого массива. Если при 3-х кратном обращении повторяется некорректный прием, то ЦВМ делает заключение об отказе БВД, индицируемое на индикаторе.

Если в процессе считывания и выдачи параметров из зоны задания из ЭВМ выдается команда переключения на другой режим работы БВД, то БВД эту команду игнорирует.

2.3.2 Режим «запись в зону регистрации»

БВД переходит в данный режим по команде «запись в зону регистрации» (код команды - 0100). В этом режиме БВД принимает входное слово управления и 16 слов регистрируемых параметров и записывает регистрируемые параметры на очередное свободное место в зоне регистрации. Регистрируемые параметры могут иметь любые адреса, кроме 000, 127, 376 и 377 (служебные адреса БВД).

В этом режиме БВД выдает ответное слово состояния.

В слове состояния передается команда «запись в зону регистрации».

Если объем передаваемой информации превышает емкость зоны регистрации, то вся последующая информация игнорируется.

2.3.3 Режим «считывание из зоны регистрации»

БВД переходит в данный режим по команде «считывание из зоны регистрации» (код команды - 0101). В этом режиме БВД считывает из зоны регистрации параметр, записанный последним, и выдает слово состояния и 32 слова данных регистрации (16 записанных параметров).

В слове состояния передается команда «считывание из зоны регистрации».

Если в одном из слов, считанном из массива зоны регистрации, нарушен признак четности (некорректный прием), то ЭВМ повторяет запрос этого массива, выдавая при этом команду «Повторное считывание из зоны регистрации» (код команды - 0110). Если при 3-х кратном обращении повторяется некорректный прием, то ЭВМ делает заключение об отказе БВД.

Если в процессе считывания и выдачи информации из ЭВМ выдается команда переключения на другой режим работы БВД, то БВД эту команду игнорирует.

2.3.4 Режим «стирание зоны регистрации»

БВД переходит в данный режим по команде «стирание зоны регистрации» (код команды - 0010). Команда «стирание зоны регистрации» выдается из ЦВМ 3 раза подряд. В этом режиме БВД после трехкратного приема команды и выдачи ответного слова должна стереть все данные из зоны регистрации (очистить зону регистрации).

В слове состояния передается команда «стирание» и бит «занято», равный 1.

По окончании режима стирания БВД выдает в бортовую ЭВМ слово состояния с признаком команды «стирание» и обнуленным битом «занято».

Если в процессе стирания из бортовой ЭВМ выдается команда переключения на другой режим работы БВД, то БВД эту команду игнорирует.

2.3.5 Режим «запрос слова состояния»

БВД переходит в данный режим по команде «запрос слова состояния» (код команды - 0111).

В этом режиме БВД выдает только ответное слово состояния.

В слове состояния передается команда «запрос слова состояния».

2.3.6 Режим «контроль»

В БВД предусмотрены три вида контроля:

·   автоматический автономный контроль работоспособности по включению питания (начальная самопроверка);

·   непрерывный автоматический контроль работоспособности БВД, выполняемый без внешних инициирующих команд одновременно с решением текущей задачи (текущий самоконтроль);

·   автоматический контроль работоспособности в составе изделия, выполняемый по внешней инициирующей команде от изделия с уходом на время контроля от текущей задачи (расширенный контроль). Продолжительность расширенного контроля БВД с помощью встроенного системного контроля (ВСК) не должна превышать 10 с.

Начальная самопроверка. При подачи на БВД электропитания, БВД производит начальную самопроверку. Длительность самопроверки БВД не более 10 сек с момента подачи электропитания. Через 10 сек бортовая ЭВМ комплекса запрашивает слово состояния БВД и фиксирует состояние БВД по результату начальной самопроверки (по битам исправности зоны задания, в том числе по проверке информации массивов по контрольным суммам, и зоны регистрации), передаваемому из БВД в бортовую ЭВМ (24 и 25 разряды выходного слова состояния БВИ в режиме «контроль»).

Текущий самоконтроль выполняется на фоне основной задачи, не прерывая ее и никак не сказываясь на ее выполнении.

В режиме текущего контроля выполняется контроль зоны задания. Бит исправности зоны регистрации сохраняется по результатам начальной самопроверки.

Расширенный контроль по команде оператора. Расширенный контроль выполняется по соответствующей команде с пульта управления изделия, при этом допускается прерывание основной задачи на время контроля. Режим расширенного контроля БВД продолжается не более 10 с. Для проведения расширенного контроля БВД бортовая ЭВМ передает в нее команду «Контроль» (код команды - 0001).

В выходном слове состояния БВД выдает признак режима контроля, бит «занято», равный 1 и переходит в режим контроля. До окончания расширенного контроля биты исправности сохраняются и снимаются только при возникновении отказа. По окончании режима расширенного контроля БВД выдает в бортовую ЭВМ выходное слово состояния с признаком режима контроля и обнуленным битом «занято».

Анализ и фиксация результатов контроля аналогичны режиму начальной самопроверки.

Если в процессе выполнения контроля из бортовой ЭВМ выдается команда переключения на другой режим работы БВД, то БВД эту команду игнорирует.

3.       
Описание структурной схемы

В основу построения БВД заложены принципы модульности и магистральности, т.е. его основные функциональные части размещены в конструктивно - функциональных модулях, а обмен информацией между ними происходит по единой магистрали интерфейса.

На рисунке 1 приведена структурная схема БВД.

Рисунок 1. Структурная схема БВД

Блок ввода данных состоит из модуля напряжения и интерфейса (МНИ), съёмной кассеты памяти, фильтра радиопомех ФРП.

3.1 Съёмная кассета памяти

Съёмная кассета памяти предназначена для считывания данных полетного задания емкостью 16 Мб.

Ввод данных полетного задания в кассету и контроль занесенных данных регистрации производится в наземных условиях на рабочем месте оператора (РМО) по последовательному каналу RS232.

Основные параметры. Съёмная кассета памяти обеспечивает:

а) считывание данных полетного задания из памяти задания по каналам ARINC 429 в составе бортовой ЭВМ

б) стирание, запись и считывание данных памяти регистрации по каналам ARINC 429 в составе бортовой ЭВМ

в) стирание, запись и считывание данных памяти задания по каналу RS232 в составе рабочего места оператора (РМО) БВД

г) считывание и стирание данных памяти регистрации по каналу RS232 в составе РМО БВД

д) количество циклов перезаписи информации в памяти задания и в памяти регистрации не менее 10000 раз.

Организация памяти. Память данных БВД размещена во FLASH памяти съемной кассеты и имеет емкость 16 Мб, условно разделенную на две части:

·   память данных задания 12,16 Мб

·   память данных регистрируемых параметров 3,84 Мб

Память данных задания (зона задания) хранит параметры задания и доступна только для чтения. Загрузка параметров в зону задания производится байтами на технической позиции (РМО БВД).

Условно зона задания разбита на массивы, каждый из которых хранит 64 байта (32 слова) информации о параметрах задания. В старшем (64-ом) байте последнего слова массива хранится контрольная сумма этого массива.

Контрольная сумма определяется суммированием 63-х байтов без переноса.

Стирание и запись памяти данных задания кассеты производится только на рабочем месте оператора (РМО). РМО состоит из ПЭВМ PC/AT и подключенного к ней с помощью жгута блока БВД. Связь осуществляется по каналу RS-232 в соответствии с «Протоколом информационного взаимодействия БВД и ПЭВМ в составе РМО - БВД по каналу RS232.».

Память данных регистрируемых параметров (зона регистрации) доступна как по записи, так и по считыванию в составе изделия. Память зоны регистрируемых параметров может зарегистрировать 960К 32-х разрядных слов - регистрируемых параметров. В зону регистрации последовательно байтами записываются регистрируемые параметры с последующим автоматическим изменением адреса зоны регистрации. Младший байт первого слова регистрируемых параметров (1…8 р.) записывается в байт зоны регистрации с меньшим номером. Размер свободного места в зоне регистрации формируется и выдается в слове состояния БВИ. Память данных регистрируемых параметров может быть стерта по команде в слове управления входного канала последовательного кода.

При считывании памяти регистрируемых параметров производится выдача шестнадцати параметров, записанных последними. Первыми считываются и выдаются два старших байта шестнадцатого параметра регистрации.

При втором считывании памяти регистрируемых параметров производится выдача шестнадцати параметров, записанных предпоследними, и т.д.

Если при последовательном считывании параметров из зоны регистрации производится запись новых параметров в зону регистрации, то очередной цикл считывания будет считаться первым.

На РМО реализуются режимы считывания, стирания и записи информации в зону задания и режимы стирания и считывания информации из зоны регистрации кассеты.

При отсутствии кассеты выходные сигналы БВД по последовательному коду отсутствуют (светодиод «исправность» на лицевой панели блока не светится).

Ток, потребляемый кассетой при допустимых значениях питающего напряжения, не должен превышать значения, указанного в таблице 3.1.

Таблица 3.1. Параметры питания кассеты

Кассета должна обеспечивать энергонезависимое хранение информации в памяти задания емкостью 12,16 Мб и памяти регистрации емкостью 3,84 Мб в течение 1 года. Ток, потребляемый кассетой при допустимых значениях питающего напряжения, не должен превышать значения, указанного в таблице 3.2.

3.2   Модуль напряжения и интерфейса

Модуль МНИ обеспечивает:

) Выработку вторичных питающих напряжений для БВИ-70 (+5 В, +6 В, минус 6 В).

Подключение БВД к системе электропитания осуществляется через фильтр ФРП, который обеспечивает подавление радиопомех, создаваемых блоком.

Модуль напряжения имеет следующие характеристики, приведенные в таблице 3.2.

) Обмен с бортовым оборудованием по каналам последовательного кода в соответствии с ГОСТ 18977-79 и РТМ 1495-75 изм. 2, 3 и формирует сигналы светодиодов «ИСПР ПИТ.» и «ИСПР БВД»;

Таблица 3.2. Характеристики модуля напряжения

Межмодульный интерфейс БВД представляет собой совокупность аппаратно - программных средств, обеспечивающих обмен информации. В состав аппаратной части интерфейса входят:

·   линии связей;

·   входные и выходные каскады модулей, включая элементы, формирующие необходимые временные задержки;

·   усилители.

Обмен информацией с бортовой аппаратурой осуществляется по трем каналам последовательного кода (одному из двух входных каналов (КП1 или КП2) и одному выходному каналу (КВ) в режиме асинхронного обмена в соответствии с ГОСТ 18977-79 и РТМ 1495.

Выбор входного канала производится сигналом КП1/КП2. При низком уровне сигнала КП1/КП2 (минус 0,1…+0,4В) выбирается для работы входной канал КП1, при обрыве - входной канал КП2. Одновременная работа по двум каналам не предусмотрена.

Частота сигналов обмена - 100 Кбит/с  1%.

3.3 Система встроенного контроля (ВСК)

В БВД предусмотрены три вида встроенного программного контроля:

·   автономный автоматический контроль работоспособности по включению питания (начальная самопроверка) - проверяется исправность памяти программ, оперативной памяти, контроллера каналов ARINC 429 и производится запись и считывание контрольного параметра в зону регистрации;

·   непрерывный автоматический контроль работоспособности БВИ, выполняемый без внешних инициирующих команд одновременно с решением текущей задачи (текущий самоконтроль) - проверяется исправность памяти программ;

·   автоматический контроль работоспособности в составе комплекса, выполняемый по внешней инициирующей команде оператора комплекса с уходом на время контроля от решения текущей задачи (расширенный контроль) - проверяется исправность памяти программ, оперативной памяти, контроллера каналов обмена и производится запись и считывание контрольного параметра в зону регистрации, производится контроль памяти задания по контрольным суммам.

Об исправности БВД свидетельствует наличие битов исправности в слове состояния, выдаваемого по запросу в канал обмена, и свечение светодиодов ИСПР БВД и ИСПР ПИТ на лицевой панели корпуса БВД.

3.4 Электрические характеристики. Назначение входных и выходных сигналов. Схема включения

Ниже приведена электрическая схема подключения БВД.

Вилка ОНЦ-БС-2-50/27-В1-1-В бРО.364.030 ТУ

Вилка ОНЦ-БС-2-19/18-В1-1-В бРО.364.030 ТУ

Рисунок 2. Электрическая схема подключения БВД

Параметры сети электропитания приведены в таблице 3.3.

Таблица 3.3. Параметры сети питания БВД

Входные и выходные сигналы соединителя Х1 приведены таблице 3.4.

Таблица 3.4. Входные и выходные сигналы соединителя Х1

Примечания

При подсоединении монтажа БВД к бортовой ЭВМ следует:

.1 Соединить между собой контакты Х1:4, X1:5, Х1:17.

.2 Провода сигналов КП1 (А) и КП1 (Б), КП2 (А) и КП2 (Б), КВ1 (А) и КВ1 (Б), КП1/КП2 и 0/КП1/КП2 выполнить витыми парами.

.3 Витые пары проводов КП1 (А) и КП1 (Б), КП2 (А) и КП2 (Б), КВ1 (А) и КВ1 (Б) поместить в защитные экраны, которые припаять соответственно к контактам Х1:38, Х1:36, Х1:34.

При подключения БВД к РМО БВД следует:

.1 Соединить между собой контакты Х1:1, Х1:2, Х1:5, Х1:16;

.2. К контакту Х1:23 припаять два провода, один из которых перевить с проводом TXD, а другой - с проводом RXD.

Входные и выходные сигналы соединителя Х2 приведены в таблице 3.5.

Таблица 3.5. Входные и выходные сигналы соединителя Х2

4. Разработка конструкции

4.1 Разработка конструкции блока

бортовой аппаратура ввод полетный

Разрабатываемая конструкция блока ввода данных должна отвечать: конструктивно-технологическим, эксплуатационным, экономическим требованиям и требованиям по надежности. Все эти требования взаимосвязаны и оптимальное их удовлетворение определит наилучший вариант конструкции.

Конструктивно-технологические требования. К этим требованиям относят: обеспечение модульного принципа построения конструкции, технологичность, минимальную номенклатуру комплектующих изделий, минимальные габариты и вес, предусмотрение мер защиты от воздействия климатических и механических факторов, ремонтопригодность, техника безопасности эксплуатации.

Технологичность конструкции в существенной степени определяется рациональным выбором ее структуры, которая должна быть разработана с учетом автономного раздельного изготовления и наладки ее основных элементов, модулей, блоков. Конструкция тем более технологична, чем меньше доводочных и регулировочных операций придется выполнять после ее окончательной сборки.

Конструкция должна иметь минимальные габариты и вес, что особенно важно в авиастроении, где объем и вес ограничиваются размерами и мощностью летательного аппарата.

В конструкции необходимо предусмотреть меры защиты от воздействия климатических и механических факторов, состав и величина которых определяются заданными значениями (Таблица 1.1).

Важнейшая характеристика конструкции, это ее ремонтопригодность - качество конструкции к восстановлению работоспособности и поддержанию заданной долговечности. Для повышения ремонтопригодности в конструкции необходимо предусмотреть:

·   доступность ко всем конструктивным элементам для осмотра и замены без предварительного удаления других элементов;

·   электрические соединители для связи отдельных частей блока.

Конструкция тем ремонтопригоднее, чем меньшую конструктивную единицу она позволяет оперативно заменить.

Эксплуатационные требования. К эксплуатационным требованиям относятся:

·   простота управления и обслуживания;

·   сигнализации о наличии питания неисправности блока.

С эксплуатационными требованиями тесно связаны требования обеспечения нормальной работы обслуживающего персонала:

возможность доступа ко всем отдельным частям блока;

безопасная работа при отладке и ремонте.

Требования по надежности. Данные требования включают в себя обеспечение вероятности безотказной работы, наработки на отказ, среднего времени восстановления работоспособности, долговечности, сохраняемости.

Экономические требования. К экономическим требованиям относят:

минимально возможные затраты времени, труда и материальных средств на разработку, изготовление и эксплуатацию;

минимальную стоимость машины после освоения ее в опытном производстве [2].

Исходя из требований технического задания, размеры блока ввода данных должны быть 146 х 80 х 160 мм. Блок БВД разрабатывается для установки на приборной доске самолета. При этом лицевая часть БВД располагается на поверхности приборной доски, а весь корпус проходит в окно приборной доски и закреплен консольно. Размеры и выполнение компоновки крепежных отверстий БВД должны соответствовать ГОСТ 17046 - 81, и иметь координаты 135 х 64 мм.

Крепление БВД к приборной доске осуществляется 4-мя винтами с резьбой М5. Для подключения блока к бортовой системе самолёта на задней стенке корпуса расположены два соединителя типа ОНЦ-БС2 по бРО.364.030ТУ

Блок имеет модульную конструкцию и состоит из корпуса, модуля напряжения и интерфейса (МНИ), задней панели, двух крышек.

Блок БВД имеет алюминиевый корпус, который обеспечивает необходимую жесткость элементов конструкции при эксплуатации.

Корпус блока должен иметь элементы, необходимые для крепления МНИ, задней панели, крышек, и должен иметь камеру для кассеты. Механическое соединение деталей корпуса производят с помощью винтов.

Для установки кассеты в корпусе предусмотрена камера с направляющими, на задней стенке которой крепиться вилка соединителя ГРПМ2 по КеО.364.002ТУ. Соединитель обладает самым большим (из отечественных) по количеству сочленений - расчленений.

На лицевой поверхности блока расположены два светодиода типа ЗЛ360Б для индикации исправности блока и наличии напряжения.

Для установки и съема кассеты предусмотрена камера, закрытая откидной крышкой. Для выполнения требований пылезащищенности, крышка имеет резиновый уплотнитель. Кассета располагается в нижней части блока, горизонтально и врубается своим разъёмом в ответную часть на основании.

4.2 Разработка конструкции кассеты памяти

Конструкция съемной кассеты памяти представляет собой алюминиевый кожух, внутри которого монтируется рамка, придающая конструкции жесткость. На рамке 4-мя винтами крепиться печатная плата и разъём ГРПМ2 предназначенный для подключения к корпусу системы. Разъём соединяется с платой навесным монтажом. По межплатному электромонтажу кассета соответствует техническим требованиям к печатному электромонтажу ОСТ 4 ГО.010.030.

Для избежания неправильной установки кассеты в блок в нижней части кожуха кассеты предусмотрен выступ, а в основании корпуса блока паз.

Вставка и выемка кассеты из блока осуществляется с помощью 2-х откидывающихся рычагов, которые также закрепляют кассету в корпусе системы во время эксплуатации.

Габаритные размеры кассеты выбраны исходя из требований технического задания и размеров корпуса блока, и составляют 83 х 133 х 20 мм.

На верхней стенке кожуха кассеты предусматривается наклейка для нанесения надписей о содержимой информации, записанной на кассету.

Вынутая из блока кассета храниться и переноситься в специально разработанном для неё защитном футляре.

4.3 Выбор элементной базы

Выбор элементной базы является важной частью разработки любого электронного устройства, так как от правильного выбора зависит как стоимость устройства, так и гарантированное выполнение своих функций в условиях предусмотренных в техническом задании. При выборе элементной базы для разрабатываемой установки необходимо учитывать следующие требования:

·   обеспечение минимальной потребляемой мощности электрорадиоэлементов (ЭРЭ);

·   обеспечение быстродействия ЭРЭ;

·   обеспечение минимальных габаритов платы;

·   обеспечение работы платы в условиях, указанных в техническом задании;

·   обеспечение наименьшей стоимости платы;

·   обеспечение простоты ремонта.

- соответствие требованиям спецтехники.

Для реализации электронно-логических схем устройства необходимо применять интегральные микросхемы с повышенным уровнем интеграции, специализированные микросхемы импортного производства для приема и передачи информации, а также запоминающие устройства большой ёмкости. Применение указанных микросхем позволит существенно улучшить технико-экономические характеристики устройства по сравнению с реализацией его на интегральных микросхемах широкого применения.

Анализ существующих серий и состояния разработок перспективных элементов позволил выявить интегральные микросхемы, которые по своим функциональным возможностям являются наиболее приемлемыми для применения в бортовой аппаратуре [1].

Для реализации элементов памяти в съемной кассете используются микросхемы типа Am29F016В-120EI. В качестве приемопередатчика используется микросхема ADM232 AARN. В схеме кассеты используется также процессор АТ89С52-24PI и программируемая логическая матрица, микросхема фирмы ALTERA ЕРМ 7226 SRI208-15.

Для подключения МНИ выбран соединитель СНП58-64/94 НЩО.364.061ТУ, направление которого перпендикулярно плоскости платы МНИ.

4.4 Разработка печатной платы МНИ

Исходными данными для проектирования ПП МНИ является электрическая принципиальная схема с перечнем элементов заданных в ТЗ [5]. Схема электрическая принципиальная приведена в приложении.

Для проектирования ПП использовалась система автоматизированного проектирования на ПК - система P-CAD фирмы «Personal CAD System».

Цепи питания +6В и «0» -6В разведены сплошной заливкой в соседних слоях, ширина печатных проводников указанных цепей не менее 2 мм.

Размер платы выбирается из условия рационального размещения ЭРЭ, максимального использования сечения блока для установки ЭРЭ при минимальной длине связей между элементами и функциональными узлами.

В результате разработки получается двухслойная печатная плата с двух сторонним расположением элементов и размерами 135 х 117 х 2 мм.

Нормы и требования, предъявляемые к ДПП соответствуют 6Ф0.715.001.ТУ.

Учитывая специфику элементной базы (сочетание ИМС со штырьковыми и планарными корпусами, а также наличие дискретных элементов), требования по максимальной плотности компоновки и разрешающей способности печатных проводников, наиболее предпочтительным методом изготовления печатной платы является метод металлизации сквозных отверстий.

Материалом для слоев ДПП является фольгированный медью с двух сторон стеклотекстолит марки СТФ-2-0,05-0,15 ТУ16-503.161.83. Толщина фольги 0,05 мм. Толщина фольгированного диэлектрика 2 мм.

На поверхности платы под элементами устанавливаются прокладки из гетинакса ГОСТ2718-74, изолирующие металлизированные отверстия платы от элементов с металлическим корпусом.

4.5 Разработка МНИ

За счет оптимальной компоновки элементы устройства напряжения и интерфейса размещены на единой плате, что экономит габариты. При этом условие эксплуатации каждого элемента не достигает предельного значения по температуре. Элементы, которые выделяют значительное количество тепла, со своими теплоотводами разнесены на противоположных сторонах платы, достигая этим равномерное распределение выделяемого элементами тепла по корпусу блока. Соответственно, чтобы убедиться, возможно ли разместить все элементы на одной плате приведена таблица 4.1 с размерами и необходимой площадью размещения их на плате МНИ.

Таблица 4.1

                                                                                  ∑=12 753,5 мм²

Таким образом, необходимая поверхность для монтажа радиоэлементов элементов составляет 12 753,5 мм², на установочные элементы (разъемы, крепежные элементы, электрические соединители) требуется около 7 000 мм, при общей площади платы 32 096 мм², следовательно оставшееся свободное место позволяет оптимизировать размещение элементов с учетом работоспособности схемы.

.6 Разработка корпуса

Блок ввода данных должен соответствовать ГОСТ 17046-81 и ТЗ по габаритно-присоединительным размерам:

мм - ширина передней панели

мм - высота передней панели

мм - расстояние от опорной поверхности до поверхности установки электрических соединителей, обеспечивающих подключения блока в бортовую сеть.

ГОСТ 17046-81 устанавливает:

а) наружный размер корпуса. Размерами 146 мм и 123 мм определяется ширина опорных поверхностей и равна 11,5 мм.

б) высоту корпуса 96 мм, оставляя расстояние до крышек по 2 мм.

На верхней, нижней крышках и боковых стенках корпуса, а также опорной поверхности передней панели, не должно быть выступающих наружу деталей.

На рисунке 4.1 представлена схема построения корпуса.

С целью снижения веса в конструкции используется лист из алюминиевого сплава АМг6.

Для двух боковых стенах поз. 11 достаточно толщины материала поз. 2 без обработки по боковым поверхностям. Ширина стенок 96 мм.

По вертикали объём корпуса делим на три части:

·   В нижней части корпуса находится переключатель МП12ОЮЭ.602.063 для управления включением электропитания кассеты. Переключатель должен реагировать на открывание и закрывание крышки отсека кассеты.

·   В середине корпуса отведём место для камеры и место для размещения фильтра радиопомех. Камера размерами 20 х 80 х 122 мм оборудуется деталями поз. 7,9,10 и стенкой поз. 5.

·   В верхней части корпуса под камерой, для установки кассеты, и фильтром размещен модуль МНИ поз. 3, на уголках поз. 2 установленных на боковых стенках.

Через уголки тепло от наиболее тепловыделяющих элементов должно передаваться стенкам поз. 4 и поз. 11 и по ним к передней панели поз. 1. Через поверхности соприкосновения передней панели, размерами 11,5 х 96 мм, тепло передаётся приборной доске самолёта.

На торцах деталей поз. 7,9,10 устанавливается планка для размещения врубного соединителя подключения кассеты в схему блока.

На обеспечение требований по сочленении соединителей кассеты и корпуса (не допущение больших перекосов) на боковой стенке поз. 5 и стенке камеры поз. 10, устанавливаем два ряда пальцев 6. Снизу и сверху корпус закрываем двумя крышками поз. 8. На задних торцах стенок поз. 5 и поз. 11, крышек поз. 8 имеются отверстия для закрепления задней стенки блока, несущей на себе внешний соединитель типа ОНЦ БС-2. С передней стороны боковые стенки поз. 5 и поз. 11, крышки крепления к передней панели поз. 1.

5. Описание конструкции

Внешний вид блока БВД представлен на рисунке 3.

Рисунок 3. Внешний вид БВД

Блок БВД сконструирован для установки на приборной доске самолета. При этом лицевая часть БВД располагается в плоскости приборной доски, а весь корпус проходит в окно приборной доски и подвешен консольно. Электрическое подсоединение к бортовой аппаратуре осуществляется с помощью кабелей. Для этого на задней стенке корпуса расположены 2 соединителя.

Габаритные и присоединительные размеры блока соответствуют размерам корпуса пульта типа 1 по ГОСТ 17046-81, а именно: размер по горизонтали - 146 мм, размер по вертикали - 80 мм, глубина блока от приварочной плоскости - 160 мм. Блок крепится 4 винтами М5.

Корпус блока поз. 1 собран из деталей, изготовленных из алюминиевых сплавов. В корпусе размещены модуль МНИ поз. 4 и фильтр радиопомех ФРП поз. 2.

Модуль МНИ соединяется с остальными частями блока посредством врубного соединителя СНП58-64/95, который позволяет устанавливать плату движением перпендикулярным поверхности платы.

Внутри корпуса образована камера для размещения кассеты. На задней стенке камеры установлена вилка ГРПМ2-30ШО2-В для подключения кассеты в схему БВИ. При закрытой крышке поз. 6 камера становится герметичной с возможностью выравнивания давления через пылевые фильтры. При открывании крышки отключается питание кассеты. В закрытом состоянии крышка удерживается рукояткой поз. 5. После установки кассеты крышку опломбировать битумной мастикой по ОСТ 1 80023-80 или пломбой (трубчатой) по ОСТ 1 10067-71.

На задней крышке, параллельной лицевой части блока, установлены два соединителя: вилка ОНЦ-БС-2-50/27-В1-1-В и соединитель питания (вилка ОНЦ-БС-2-19/18-В1-1-В), принадлежащий ФРП. На этой же крышке размещена клемма заземления с резьбовым штырем М4.

Блок закрывается двумя крышками поз. 3 (снизу и сверху).

6.        Расчеты

6.1      Расчет вибропрочности платы МНИ

Расчет производиться по методике изложенной в [6] стр. 35.

Частота собственных колебаний прямоугольной, равномерно нагруженной платы для всех случаев закрепления ее краев приближенно рассчитывается по формуле:

                                          (6.1)

где a          -        длина платы, [см];        -        толщина платы, [см];

с - коэффициент, зависящий от способа закрепления платы.

где Е - модуль упругости материала пластины;

Р - плотность материала пластины;_C - модуль упругости стали;

Р_С      - плотность стали.

где Q_Э - масса элементов, равномерно размещенных на пластине;_Р - масса пластины.

Печатная плата должна обладать значительной усталостной долговечностью при воздействии вибраций. Для этого необходимо, чтобы минимальная частота собственных колебаний платы удовлетворяла условию:

где J_max - вибрационные перегрузки в единицах g;

Y_f0     -        безразмерная постоянная, числовое значение которой зависит от значения частоты собственных колебаний воздействующих ускорений.

При ускорениях 5 - 15 g значения Y_f0 приведены в таблице 6.1:

Таблица 6.1

Подставляя исходные данные в формулы 6.1 - 6.4 получим:

Поправочный коэффициент K_М (материал платы - стеклотекстолит): 0,56

Вес элементов на плате Q_Э: 62 г.

Вес платы Q_р: 50 г.

Стороны платы: a = 135 мм, b = 117 мм

Ширина платы: h = 2 мм

Полученный К_МАСС 0,67

Вариант закрепления печатной платы: одна защемленная сторона, две стороны закреплены 4 и 5 винтами, соответственно, одна сторона свободна (противоположная защемленной стороне).

Частотная постоянная с: 55

Собственная частота f_р: 265 Гц

Собственные колебания воздействующих ускорений f₀: 223 Гц.

Условие f_P = 265 Гц > f₀ = 223 Гц выполняется, следовательно вибропрочность платы обеспечена.

6.2 Расчет надёжности БВД

Под надежностью понимается свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени или требуемой наработки при соблюдении режимов эксплуатации, правил технического обслуживания, хранения и транспортировки. Надежность - комплексное понятие, с помощью которого оценивают такие важнейшие характеристики изделий, как работоспособность, долговечность, безотказность, ремонтопригодность, восстанавливаемость и др. [7].

Одним из основных показателей надежности является интенсивность отказов λ - вероятность отказа неремонтируемого изделия в единицу времени после данного момента при условии, что отказ (случайное событие, заключающееся в нарушении работоспособности изделия) до этого не возник. Под расчетом надежности будем понимать определение количественных характеристик надежности прибора.

Учет эксплуатационной обстановки осуществляется с помощью поправочных коэффициентов.

Интенсивность отказов устройства рассчитывается по формуле:

 (7.1)

где    l_i - интенсивность отказов i-го элемента, 1/ч;_i - количество элементов i-го типа.

Среднее время между соседними отказами (наработка на отказ) равно:

 (ч) (7.2)

В таблицу 7.1. сведены данные для расчета надежности МНИ.

Таблица 7.1. Параметры надёжности МНИ