Модуль дискретный МД организует обмен дискретной информацией по ГОСТ 18977-79.

Основные задачи дискретного модуля:

прием дискретной информации, поступающей в ПУИ от подсистем системы самолетовождения в виде ПК и РК, ее преобразование и хранение, а также выдачу преобразованной информации на межмодульный интерфейс по запросу вычислительного модуля;

прием и хранение информации, поступающей по межмодульному интерфейсу, ее преобразование и выдачу в виде ПК и РК во взаимодействующие с ПУИ подсистемы.

Из дискретных модулей, для модуля МВ62Б2 наиболее подходит модуль МД52 [14]. Данный модуль имеет аналогичный с вычислительным модулем интерфейс (по ГОСТ 26765-51-86), унифицированные номиналы питающих напряжений и одинаковые габаритные размеры. Кроме этого, данный модуль используется совместно с модулем вычислительным МВ62Б2 в ряде БЦВМ систем самолетовождения, разработанных в ОКБ «Электроавтоматика».

Модуль МД52 соответствует всем требованиям ТЗ на разработку ПУИ, имеет 6 входов и 2 выхода разовых команд по ГОСТ 18977-79, 4 входа и 4 выхода последовательного кода. Основные характеристики модуля МД52 содержатся в таблице 3.2.

Модуль управления МУ предназначен для управления кнопочными переключателями, также содержит устройство автоматической и ручной регулировки яркости экрана.

В соответствии с ТЗ на разработку ПУИ, данный модуль должен иметь:

10 функциональных кнопочных переключателей;

цифровое наборное поле (10 кнопочных переключателей);

буквенное наборное поле (26 кнопочных переключателей, алфавит-латиница);

кнопочные переключатели выбора страниц (2 шт.);

кнопочные переключатели вспомогательных символов (6 шт.);

- кнопочные переключатели ENT (ENTER), EXE (EXECUTION), CLR (CLEAR), CNL (CANCEL);

- кнопочные переключатели выбора строк (расположенные по боковым сторонам экрана) - по 6 штук с каждой стороны;

Таблица 3.2. Основные характеристики модуля МД52

* - способ настройки частоты выдачи выходных каналов ПК - программный, независимый по каждому каналу.

Все кнопки, за исключением кнопок выбора строк, должны иметь ночной подсвет.

МУ должен обеспечивать: АРЯ экрана, в зависимости от внешней освещенности при помощи датчика внешней освещенности, установленного на лицевой панели в и ручную регулировку яркости экрана.

В соответствии с требованиями ТЗ на разработку ПУИ выбран модуль управления МУ74 [21]. МУ74 соответствует зарубежным стандартам по количеству кнопок и их расположению. Данный модуль удовлетворяет всем требованиям ТЗ по составу, наличию ночного подсвета кнопочных переключателей, устройства АРЯ, диапазону рабочих температур и соответствует требованиям ГОСТ В 20.39.304-76. Основные характеристики модуля МУ74 представлены в таблице 3.3.

Таблица 3.3. Основные характеристики модуля МУ74

Индикация на ПУИ должна осуществляться на цветной активно-матричной ЖК панели, поэтому необходимо выбрать цветную активно-матричную ЖК панель, удовлетворяющую требованиям настоящего ТЗ:

·   разрешающая способность 320 х 240 точек;

·   контраст (при внешней засветке 70000 лк.) не менее 0,5.

При выборе панели необходимо также учесть потребляемую мощность (суммарная потребляемая мощность ПУИ в рабочем режиме не должна превышать 90Вт), массу и габариты.

Анализ информации об аналогах показал, что для того, чтобы информация без утомления считывалась с экрана экипажем, размер ЖК панели должен быть не менее 5-и дюймов по диагонали (~ 127 мм).

Основными производителями цветных активно-матричных ЖК панелей являются компании:

1 SHARP Corp.

2 Tannas Electronic Display Inc.

3 Nec Corp.

4 Korry Electronics Company.

5 General Dynamics Corp.

Основные характеристики данных панелей представлены в таблице 3.4.

Таблица 3.4. Основные характеристики цветных активно-матричных ЖК панелей

ЖК панель LQ5AW136 [15] компании SHARP обладает хорошими показателями контрастности и яркости, но данная панель не имеет устройства подогрева ЖК панели и подогрева лампы подсвета, что не позволяет ей работать при пониженной температуре (по ТЗ требуется от -40 до +60⁰С). Данная ЖК панель не имеет интерфейсного устройства вертикальной и горизонтальной синхронизации. Разработка интерфейсного устройства, устройства подсвета и подогрева (для обеспечения работы при пониженных температурах) для данной панели потребует большого количества времени и затрат [15].

ЖК панель 0550AM-QVGA [16] производства General Dynamics и NL3224AC35-01/13 [17] производства Nec не удовлетворяют требованиям по диапазону рабочих температур, поэтому в данном ПУИ не могут быть использованы.

ЖК панель TED3X3P1 [18] фирмы Tannas обладает интерфейсным устройством, возможен «холодный запуск» при пониженной рабочей температуре -40⁰С, но разрешающая способность ниже требуемой по ТЗ.

ЖК панель [19] фирмы Korry удовлетворяет всем требованиям установленным в ТЗ. Благодаря встроенному устройству подогрева ЖК панели и подогрева лампы подсвета, возможен «холодный запуск». Встроенный двухканальный температурный датчик, реализованный на базе AD590, позволяет управлять включением и выключением устройств подогрева, которые поддерживают температуру на рекомендуемом для ЖК панели уровне + (35 ÷ 45)⁰С.

Для отображения информации на экране необходим графический модуль, который должен формировать телевизионные сигналы:

·   сигналы яркости красного, зеленого и синего цветов;

·   сигналы горизонтальной и вертикальной синхронизации,

кроме этого данный модуль должен организовывать опрос кнопочного поля.

Данный модуль должен формировать векторы, знаки, символы, окружности и дуги, т. к. пилотажно-навигационная информация представляется именно в таком виде. Хранение таких графических примитивов для матрицы из 320 х 240 пикселей, требует ПЗУ объемом не менее 256 Кб [20]. Конструкция ПУИ, в соответствии с ТЗ, предусматривает 70 кнопочных переключателей, опрос которых должен осуществляется графическим модулем.

Выбран модуль МГ52 [21]. Данный модуль удовлетворяет всем требованиям ТЗ и требованиям дисплейного модуля KDM500 по количеству цветов, качеству выводимой на экран информации и необходимому объему ПЗУ для хранения графических примитивов. Основные характеристики модуля графического МГ52 представлены в таблице 3.5

Таблица 3.5. Основные характеристики модуля МГ52

Из анализа информации об аналогах и современных требований по безопасности полетов видно, что для обеспечения конкурентоспособности ПУИ и повышения безопасности полета необходима база данных аэронавигационной, а также картографической информации типа «Jeppesen» или АБД ЦАИГА. Данная база должна храниться на компактной FLASH карте (ЭСПЗУ). Наиболее часто используется FLASH карта стандарта PCMCIA объемом 256МГб [19].

Загрузку навигационных данных должен осуществлять интерфейсный модуль (МИ). Он преобразует интерфейс FLASH карты стандарта PCMCIA в интерфейс по ГОСТ 26765.51-86, осуществляя преобразование информации FLASH карты. FLASH карты - ЭСПЗУ, они позволяют хранить международные или региональные базы данных всех авиамаршрутов, все аэропорты с взлетно-посадочной полосой (ВПП) более 1200 м, все радиотрансляционные станции (РТС) и частоты радиосвязи.

Для преобразования данных с FLASH карты объемом памяти 256МГб, подходит модуль интерфейсный МИ74 [22]. Данный модуль имеет унифицированные номиналы питающих напряжений, низкую потребляемую мощность, допустимые габаритные размеры и удовлетворяет всем требованиям ТЗ на разработку ПУИ. Таблица 3.6 содержит основные характеристики данного модуля.

Таблица 3.6. Основные характеристики модуля интерфейсного МИ74.

ФРП должен обеспечивать сигнальные уровни напряжения радиопомех.

Модуль напряжений МН предназначен для формирования вторичных напряжений для модулей МВ62, МД52, МГ52, МИ74, МУ74 и ЖК панели KDM500.

МН состоит из МН-М и МН-П. Модуль напряжений МН-М предназначен для формирования питающих напряжений модулей МВ62, МД52, МГ52, МИ74, МУ74.

Модуль напряжений МН-П предназначен для формирования питающих напряжений дисплейного модуля KDM500 (подогрев ЖК панели, лампа подсвета, подогрева лампы подсвета ЖК панели).

Структурная схема пульта приведена на рисунке 3.2.

Расположение модулей в корпусе ПУИ определяется конструкцией прибора. В соответствии с требованиями ТЗ корпус будет иметь размеры 146 (±0,3) х228 (±0,3) х204 (мах) мм.

4.   Детальная разработка модуля напряжений

Модуль питающих напряжений МН-М предназначен для выработки вторичных питающих напряжений +5В, ±6В, +8В, минус 5В для модулей МУ, МД, МВ, МИ, МГ и KDM500.

Модуль напряжений МН-П предназначен для формирования питающих напряжений дисплейного модуля KDM500 (подогрев ЖК панели, лампа подсвета, подогрева лампы подсвета ЖК панели).

Схема электропитания пульта приведена на рисунке 4.1.

Рис. 4.1 Схема системы питания пульта

4.1 Описание функциональной схемы модуля напряжений

В состав модуля напряжений входят следующие основные функциональные узлы:

1)  СПН - получают необходимые номиналы напряжений.

К нашим требованиям ТЗ подошли следующие высокочастотные преобразователи DC-DC фирмы «Александер Электрик», обеспечивающие дополнительное питание:

-     СПН27-15-05-В-I (КЦАЯ.436434.001ТУ) - U_вых=+5В, P_{вых.ном}=15Вт, I_{вых.ном}=0,3А;

-     СПН27-05-06Д (КЦАЯ.436631.008) - U_вых=±6В P_{вых.ном}=5Вт, I_{вых.ном}=0,42А;

-     СПН27-05-09-І (КЦАЯ.436431.005) - U_вых=+9В, P_{вых.ном}=5Вт, I_{вых.ном}=0,55А;

      СПН27-03-05-В-I (КЦАЯ.436434.001ТУ) - U_вых=-5В, P_{вых.ном}=3Вт, I_{вых.ном}=0,6А.

2)   Линейный стабилизатор напряжения - т. к. статические преобразователи напряжений не выпускаются для преобразования напряжения из +27В в +8В, используется СПН27-05-09-І, данный преобразователь вырабатывает напряжение +9В, следовательно, для преобразования напряжения из +9В в +8В, в схеме устанавливается линейный стабилизатор напряжения.

3)   Ограничитель напряжения - т. к. по ГОСТ 19705-89 допускается наличие бросков напряжения в СЭС до 80 В, а используемые модули СПН по ТУ допускают броски напряжения до 36В, то для защиты СПН от выбросов до 80В в схеме модуля МН необходимо установить ограничитель напряжения.

4)   Вольт - добавки (импульсный преобразователь) - доводит питающее напряжение до требуемого уровня (качество электроэнергии по постоянному току аварийного источника СЭС от +18 до +31В), т. к. при нижнем уровне напряжения +16В (с учетом потерь на ФРП и ограничителе напряжения) СПН не будет вырабатывать требуемые номиналы напряжений.

5)   Контроль - будет вырабатывать сигнал «исправность МН» при наличии всех номиналов напряжений с допусками, указанными в таблице 4.1. При снятии сигнала «Исправность МН», вычислительный модуль сохраняет необходимую информацию. Контроль осуществляется только по нижнему допуску напряжений, так как статические преобразователи напряжений не будет вырабатывать напряжения выше указанных в ТУ.

На рисунке 4.2 представлена функциональная схема модуля МН-М.

Таблица 4.1. Требуемые значения питающих напряжений и токов для модулей ПУИ

4.2 Выбор элементной базы модуля напряжения

При выборе элементной базы элементы должны отвечать электрическим параметрам, согласно принципиальной электрической схеме, с учетом электрических требований и выполняемых функций. Электроэлементы должны обладать высокой помехоустойчивостью, низкой потребляемой мощностью и высоким быстродействием.

Микроэлектронные компоненты выбираются в соответствии с электрической принципиальной схемой, представленной на чертеже ДП.6155.001

Э3. Ниже подробно рассмотрен выбор основных функциональных микросхем модуля.

1)       СПН - купленные в фирме «Александер Электрик».

2)   Линейный стабилизатор напряжения.

Рис. 4.2 Функциональная схема модуля МН-М

Линейный стабилизатор напряжения реализован на базе интегральной микросхемы Н142ЕН19 (DA10), транзисторной оптопары 3ОД129А (DA8), транзистора IRF5210 (VT6).

Напряжение питания микросхемы Н142ЕН19 в соответствии с ТУ должно быть +(2,4¸2,6) В. Резисторы R₄₃, R₄₄, R₄₅ исполняют роль делителя напряжений. Переменный резистор R₄₅ является регулировочным, он необходим т. к. напряжение питания микросхемы Н142ЕН19 по ТУ может меняться.

3)       Ограничитель напряжения.

Ограничитель напряжения построен на базе интегральной микросхемы Н142ЕН19 (DA3), транзисторной оптопары 3ОД129А (DA1), транзистора IRF5210 (VT1) и стабилитрона 2С210Ж (VD1).

Микросхема Н142ЕН19 представляет собой интегральный регулируемый прецизионный стабилизатор параллельного типа положительной полярности (интегральный аналог стабилитрона). Н142ЕН19 (бКО.347.098-12ТУ) предназначена для использования в качестве источника опорного напряжения в высококачественной аппаратуре. Предусмотрена возможность установки любого значения выходного напряжения в диапазоне от 2,5В до 36В с помощью двух внешних резисторов.

Вставка плавкая F1 применяется для защиты модуля от возгорания при коротком замыкании, перегрузках, больших переходных сопротивлениях, искрении и электрической дуге.

Микросхема Н142ЕН19 (DA3) включена по бКО.347.098-12ТУ, напряжение питания данной микросхемы +(2,4 ¸ 2,6) В, резисторы R₁₁ и R₁₃ используются, как делитель напряжения.

Транзисторная оптопара 3ОД129А (DA1) применена для развязки.

Конденсатор С₁ применяется для снижения пульсаций на входе, С1=3300 мФ.

Конденсатор С₄ применяется для снижения пульсаций на входе микросхемы Н142ЕН19, С₄ = 0,15мФ.

Номинальный ток ограничителя напряжений не превышает 2А, поэтому выбираем вставку плавкую ВП1-2В 5А (ОЮО.480.003ТУ).

4)       Вольт - добавки (импульсный преобразователь).

Схема вольт добавки (высокочастотный преобразователь) реализована на базе микросхемы 1114ЕУ3, данная микросхема может выполнять следующие функции:

1. Формирование опорного напряжения

2. Усиление сигнала рассогласования

3. Формирование пилообразного напряжения

4. Широтно-импульсная модуляция

5. Формирование двухтактного и однотактного выхода

6. Защита от сквозных токов

7. Усиление сигнала датчика тока или напряжения

8. Управление (включение, выключение)

9. Формирование частотной характеристики

10. Обеспечение «мягкого» запуска.

В данной схеме не используется функция формирования двухтактного напряжения.

Частота генератора пилообразного напряжения принята 200 КГц, в соответствии с ТУ на 1114ЕУ3 (бКО.347.300-02ТУ).

5)       Контроль.

Контроль в модуле МН-М реализован на базе интегральной микросхемы Н142ЕН19 (DA11), транзисторной матрице 1НТ251 (DA9.1, DA9.2), диодов 2Д419Б (VD3, VD4, VD5), транзисторе 2Т3108А (VT7).

Резисторы R₃₅, R₃₆ и R₃₇ являются делителем напряжения +10В. Необходимо чтобы транзистор DA9.1 был закрыт, поэтому напряжение на базе должно быть низким, ток должен быть ~7мА.

Для снижения количества типов номиналов резисторов, резисторы R₃₅, R₃₆ и R₃₇ выбраны номиналом 909 Ом.

Пара резисторов R₄₆, R₄₇ является делителем напряжения +8 В, резисторы R₄₈, R₄₉ являются делителем напряжения +5 В, резисторы R₅₀, R₅₁ являются делителем напряжения +6 В. Данные резисторы должны делить входные напряжения так, чтобы напряжение питания микросхемы Н142ЕН19 было не ниже 2,4 В.

Модуль МН-М конструктивно состоит из двух плат.

На МПП располагаются элементы узлов ограничителя напряжений, вольт - добавки, линейного стабилизатора и цепь контроля.

Статические преобразователи напряжений СПН являются наиболее теплонапряженными и имеют сравнительно большие габаритные размеры.

Целесообразно данные элементы выделить на другую плату.

Плата 2 металлическая, что позволяет отвести тепло со статических преобразователей напряжений и, тем самым, снизить эксплуатационные нагрузки, повысить надежность. Т.о. на плате металлической располагаются статические преобразователи напряжений СПН 15 05-В-I, СПН 27-05 06 Д, СПН 05 09-В-I, СПН 03 05-В-I и конденсаторы емкостью 6800 пФ (предусмотренные схемой подключения).

Модуль питающих напряжений МН-П предназначен для обеспечения электропитанием подогревателя лампы, подсвета лампы и обеспечения включения подогревателя ЖК панели через электронный ключ. Сигнал включения электронного ключа поступает с модуля МГ52. В схеме модуля предусмотрена защита выходных цепей от бросков входного напряжения при переходных процессах в бортовой сети. Данный модуль разрабатывать не надо, он взят из ранее разработанных МН для ПУИ.

При питании модуля от аварийного источника электропитания при нижнем значении входного напряжения в модуле имеется высокочастотный преобразователь (узел вольт - добавки), обеспечивающий дополнительное питание.

Цепи входных напряжений защищены от короткого замыкания плавкими предохранителями.

.3 Проектирование печатной платы

Печатные платы в общем случае представляют собой пластину, содержащую необходимые отверстия и токопроводящий рисунок, который может быть выполнен на поверхности платы, так и в ее объеме, сформированный проводниками, соединяющими электрорадио элементы в соответствии с электрической схемой. По конструктивному исполнению печатные платы подразделяются на односторонние, двусторонние и многослойные. Многослойные печатные платы (МПП) по сравнению с первыми двумя типами обладают следующими преимуществами:

) большей плотностью размещения печатных проводников;

) меньшими потерями сигналов в них;

3) меньшими удельными массами и габаритами, приведенными к одному слою.

Проектирование топологии

К печатным платам предъявляется ряд требований в соответствии с ГОСТ 23751-86 и ГОСТ 10317-79:

-     Максимальный размер любой из сторон ПП не должен превышать 470 мм. Это ограничение определяется требованиями прочности и плотности монтажа.

-     Соотношения размеров сторон ПП для упрощения компоновки блоков и унификации размеров ПП рекомендуются следующие: 1:1, 2:1, 3:1, 4:1, 3:2, 5:2 и т. д.

      При разбиении схемы на слои следует стремиться с минимизации числа слоев, это диктуется экономическими соображениями.

      По краям платы следует предусматривать технологическую зону шириной 1,5-2,0 мм.