通用航空電氣設計培訓平臺的研制

李 鐵

沈陽飛機工業(yè)（集團）有限公司產(chǎn)品研發(fā)部

引言

目前，由于中國大學專業(yè)課程設置的局限性，所學專業(yè)知識多數(shù)與實際需求脫軌。為使航空電氣專業(yè)新員工盡快達到電氣設計崗位知識及技能要求，研制一種培訓平臺，在平臺上集成了航空電氣專業(yè)基礎培訓所需的基礎硬件如：主板、溫度、壓力、姿態(tài)、航向等模塊，另外通過軟件編程訓練，可以更好地理解數(shù)據(jù)總線知識和當前通用飛機普遍采用的EFIS 等相關知識，為將來的設計工作打下良好基礎。

研制目的

航空電氣設計員應知應會能力的培養(yǎng)

電氣設計員設計水平的提高是一個理論和實踐相結(jié)合的漸進式上升的過程。只有經(jīng)過大量的實踐、總結(jié)、再實踐、再總結(jié)這個理論和實踐相結(jié)合的過程，設計員的設計水平才能逐漸提高。目前，在進行飛機電氣設計過程中所用到的電氣基礎知識涉及面很廣，如果平時沒有電氣基礎知識的訓練，只靠書本上所學到的知識是不能很好地完成設計工作的。鑒于此，開發(fā)一個平臺，在這個平臺上進行電氣基礎知識學習（應知）和基本動手能力（應會）的訓練。

通用飛機電氣設計基本知識的掌握

在平臺上集成了溫度、壓力、姿態(tài)、航向、數(shù)據(jù)總線等模塊，通過學習上面幾個模塊的相關知識及使用方法，就為提高通用飛機電氣設計水平打下了良好的基礎，就能更好的吸收國內(nèi)外同類產(chǎn)品的先進技術，使我們自主研發(fā)的產(chǎn)品能與世界先進水平保持同步。

培訓平臺的構成

培訓平臺主要由兩部分構成：硬件和軟件。硬件主要有主板、功能模塊、傳感器、顯示屏、電源等組成；軟件主要是主板處理來自傳感器、功能模塊等數(shù)據(jù)，將處理結(jié)果及相關信息送到液晶顯示屏顯示出來。

硬件系統(tǒng)框圖如圖1。

圖1

主板介紹

主板是整個培訓平臺的核心，它集成了核心模塊RCM5700、六個數(shù)字量輸入接口、七個繼電器輸出接口、四個232 串口、一個485 口、一個USB 編程口、一個3X3 鍵盤接口。

RCM5700 由 美 國Digi International 公 司 生 產(chǎn)，是一種緊湊型模塊。內(nèi)嵌有功能強大的Rabbit5000 微處理器，具有10/100 Base-T 以太網(wǎng)功能和片內(nèi)SRAM。Rabbit5000 微處理器包括硬件DMA、至多六個串行口、可變相位PWM、外部輸入/輸出總線、正交解碼器、輸入捕獲。這使其成為一種快速、高效、適用于各種不同嵌入式應用的理想的核心模塊。

主板電源采用雙12V 供電，目的是使核心模塊電源與功率器件電源分開，降低功率器件在使用過程中產(chǎn)生的干擾對核心模塊正常工作的影響。為了保證核心模塊的電源質(zhì)量，在12V 輸入端，并聯(lián)了3300uF 及0.1uF 的電容，然后經(jīng)過7806 穩(wěn)壓，輸出給AMS1117，產(chǎn)生3.3V的電壓，供給核心模塊及相關芯片。

為了使主板工作更加穩(wěn)定，主要芯片（USB 轉(zhuǎn)串口、232 串口電平轉(zhuǎn)換、485 接口電平轉(zhuǎn)換等）及電阻、去耦電容、磁珠等均采用貼片元件。

輸入信號有四路采用觸點輸入，兩路采用電平輸入，均經(jīng)過光耦TLP521 輸入給核心模塊的輸入管腳。光耦主要起到兩個作用：一是隔離干擾、二是電平轉(zhuǎn)換。

主板上擴展了6 個串行接口，包括：

1 個USB 接口，用于給核心模塊編程。在應用中，也可開放給用戶，用作普通USB 接口。

4 個232 接口、1 個485 接口。由于帶數(shù)字接口的傳感器大多數(shù)采用的都是232 接口。232 接口是傳統(tǒng)串行通訊接口，屬于點對點通訊，即一個232 接口對應一個傳感器。傳輸最大距離只有15m。485 接口是一主多從，即一條485 總線上可以掛接多個器件，抗干擾性能好，傳輸距離遠，最多可以達到1000m。

外圍模塊及傳感器介紹

溫度、壓力測量模塊自制，以AVR MEGA8 為核心。

MEGA8 是一種8 位單片機，愛特梅爾公司生產(chǎn)。其片內(nèi)集成了看門狗、內(nèi)部晶振、10 位AD 轉(zhuǎn)換電路、16 位定時器、外部中斷、串口、PWM 等資源，是一款高度集成的CPU，僅需極少的外部器件就能完成各種工作，使用非常方便。

溫度傳感器選用的是DALLas 生產(chǎn)的DS18B20，測溫范圍 -50℃～+125℃。采用單總線通訊，每個芯片唯一編碼，支持聯(lián)網(wǎng)尋址（在一條總線上可以接多個溫度傳感器）。

壓力傳感器選用霍尼韋爾的142PC15A，絕壓型，壓力范圍0～15PSI。通過氣壓和溫度的測量，再根據(jù)相應的計算公式，就可得出測量的氣壓和高度的對應關系。

姿態(tài)、航向測量模塊采用霍尼韋爾公司的HMR3000數(shù)字羅盤模塊。HMR3000 與主板通過232 接口，使用簡單的ASC Ⅱ指令字符串進行通訊。

液晶顯示屏采用北京迪文公司的10 寸800X600 工業(yè)串口屏。

鍵盤采用3X3 矩陣，擴展出9 個按鍵，用于設置各種參數(shù)。

軟件介紹

在上述主板及相關外圍模塊連接完成后，必須通過軟件編程，采集各傳感器數(shù)據(jù)到主板，通過處理，送到液晶顯示屏將各種數(shù)據(jù)顯示出來。主板編程采用Dynamic C，它是RCM5700 編程專用軟件，有豐富的功能函數(shù)。對于數(shù)據(jù)及字符串處理非常方便。另外溫度、壓力測量模塊的編程采用ICCAVR，它是AVR 單片機專用編程軟件。

培訓內(nèi)容

硬件基礎知識

首先了解主板的硬件組成，掌握下列電子器件的使用方法：

核心模塊RCM5700：要求掌握其工作頻率、工作電壓。輸入/輸出口線的使用方法、串口的使用方法、片內(nèi)EEROM 存儲器的使用方法、實時時鐘、片內(nèi)看門狗等的使用方法。

AVR 單片機MEGA8 的使用方法。

單總線溫度傳感器DS18B20 的使用方法。

繼電器隔離驅(qū)動：要求掌握TLP521 的使用方法、PNP 三極管工作在飽和和截止區(qū)的使用方法、繼電器續(xù)流二極管的使用方法。

TTL 電平到232 電平轉(zhuǎn)換芯片SP3243 的使用方法。

TTL 電平到485 電平轉(zhuǎn)換芯片ME3483EESA 的使用方法。

TTL 電平到USB 電平轉(zhuǎn)換芯片F(xiàn)T232RL 的使用方法。

矩陣鍵盤的編程方法。

嵌入式系統(tǒng)C 語言編程

要求掌握軟件編程基本方法、軟件調(diào)試、代碼下載。

Dynamic C：Dynamic C 是用于編寫嵌入式應用軟件的一套集成的開發(fā)系統(tǒng)。是專為基于Rabbit 微處理器而設計的。Dynamic C 帶有很多函數(shù)庫，并且全為源代碼形式。這些庫支持實時編程、芯片級I/O，并提供標準字串處理和數(shù)學計算等函數(shù)。

Iccavr：用于 AVR 系列單片機開發(fā)，集成了IDE、編譯。

培訓平臺的使用

培訓準備

在使用培訓平臺進行學習之前，首先應掌握：

電阻、電容、電感等基本元器件的類型及器件參數(shù)含義。

示波器、萬用表、電烙鐵等常用電氣工具的使用方法。

硬件學習

首先應看明白培訓平臺的電氣原理圖，讀懂培訓平臺涉及的器件手冊，弄清楚RCM5700 各個口線的基本操作方法，口線的復位電平狀態(tài)。掌握核心模塊RCM5700與周邊器件的連接、控制方法。按照培訓平臺的使用說明逐個掌握各器件的使用方法。

在控制板中繼電器是常見器件，其驅(qū)動方法應熟練掌握。其它電子器件根據(jù)器件手冊也應掌握其使用方法。

軟件學習

由于培訓平臺微處理器為主，對所有相關器件的操作都體現(xiàn)在軟件編程上，編程以Dynamic C 為主。首先應學習Dynamic C 的基本語法、Dynamic C 自帶的字符串和數(shù)學函數(shù)、串口操作函數(shù)等基本編程知識。根據(jù)平臺給出的示例程序逐步對Dynamic C 的資源進行操作。在充分了解了示例程序后，另外編一些程序，檢驗對軟硬件的掌握程度。重復以上過程，直到具有能獨立編程控制外部器件能力。同理，學習其它器件的操作方法。

經(jīng)過上面的訓練，目的并不是僅僅掌握以上涉及的器件的使用，而是在訓練中培養(yǎng)分析問題、解決問題的能力，并將這種能力在今后的工作中加以運用，這就是研制培訓平臺的主要目的。

結(jié)束語

電氣設計培訓平臺為企業(yè)開創(chuàng)了一種新的新員工培訓方法，此種方法把培訓和實際工作更加緊密聯(lián)系。按照培訓內(nèi)容要求，掌握各器件的使用方法，相關軟件的編程方法，不僅學到了電氣基礎知識，還能提高動手能力，為今后的工作打下堅實基礎。