直升機(jī)負(fù)載監(jiān)控器顯示屏死機(jī)故障分析

劉文軒，楊宇航

（中國直升機(jī)設(shè)計研究所，江西景德鎮(zhèn)，333000）

0 引言

直升機(jī)配電系統(tǒng)是直升機(jī)電氣系統(tǒng)的重要組成部分，其按控制方式可以分為三種：常規(guī)式配電、分布式配電和自動配電系統(tǒng)。目前國內(nèi)外使用較多的是自動配電系統(tǒng)[1-2]。直升機(jī)自動配電系統(tǒng)可以利用計算機(jī)和數(shù)據(jù)總線，根據(jù)飛行階段和電源情況控制直升機(jī)各路電氣負(fù)載的通斷[3-4]。在自動配電系統(tǒng)中，負(fù)載監(jiān)控器通過數(shù)據(jù)總線監(jiān)控直升機(jī)上各個負(fù)載的狀態(tài)信息，并向負(fù)載管理中心發(fā)送操作指令，控制各個負(fù)載的供電/斷電/復(fù)位，是直升機(jī)自動配電系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。本文基于直升機(jī)負(fù)載監(jiān)控器顯示屏死機(jī)的故障，運(yùn)用故障樹的方法逐步定位故障來源，并根據(jù)負(fù)載監(jiān)控器的工作原理，對故障機(jī)理進(jìn)行分析，并據(jù)此提出后續(xù)改進(jìn)措施，保證直升機(jī)自動配電系統(tǒng)正常工作。

1 概述

直升機(jī)地面通電檢查時，負(fù)載監(jiān)控器在工作幾分鐘后死機(jī)，按壓周圍按鍵無反應(yīng)。全機(jī)下電再重新上電后，負(fù)載監(jiān)控器恢復(fù)正常，但是在工作十分鐘后又死機(jī)。

2 故障分析

2.1 故障樹

負(fù)載監(jiān)控器接收用戶操作指令，通過RS-422A串行總線向兩臺電氣負(fù)載管理中心下發(fā)負(fù)載供電/斷電/復(fù)位控制指令，接收、顯示電氣負(fù)載管理中心上傳的負(fù)載信息，完成對直流正常電源、直流應(yīng)急電源和三相交流電源至各電氣負(fù)載的供電分配。

地面通電時對負(fù)載監(jiān)控器進(jìn)行負(fù)載接通操作，負(fù)載監(jiān)控器工作正常，按鍵正常，顯示屏畫面切換正常，工作一定時間后，負(fù)載監(jiān)控器顯示畫面出現(xiàn)無法切換的故障現(xiàn)象，通過故障現(xiàn)象和原理電路進(jìn)行分析，得出故障樹如圖1所示。

圖1 負(fù)載監(jiān)控器顯示畫面無法切換、按鍵無法操作故障樹

分析出現(xiàn)故障的原因可能為：

(1)主控芯片通訊電路故障；

(2)主控芯片故障；

(3)顯示屏故障；

(4)導(dǎo)光板故障。

2.2 負(fù)載監(jiān)控器復(fù)位電路檢查

我們在地面通電情況下進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)，上電后負(fù)載監(jiān)控器工作正常，按鍵功能正常，可以排除導(dǎo)光板故障。在通電一定時間后，負(fù)載監(jiān)控器出現(xiàn)顯示畫面無法切換現(xiàn)象，重新上電復(fù)位后，負(fù)載監(jiān)控器工作正常，且再次工作一段時間后，負(fù)載監(jiān)控器又出現(xiàn)顯示畫面無法切換現(xiàn)象。

復(fù)位電路原理圖分析如圖2所示。

圖2 復(fù)位電路原理圖

設(shè)計中使用了外部看門狗設(shè)計，在軟件中周期進(jìn)行喂狗操作，看門狗復(fù)位信號同上電復(fù)位信號相與生成主控制芯片的復(fù)位信號nREST，通過分析，上電復(fù)位和看門狗復(fù)位都會使主控芯片重新復(fù)位。當(dāng)負(fù)載監(jiān)控器程序出現(xiàn)顯示畫面無法切換現(xiàn)象時，通過地面斷電重新上電復(fù)位可以使負(fù)載監(jiān)控器重新正常工作，因此看門狗復(fù)位也能使負(fù)載監(jiān)控器重新進(jìn)入正常工作狀態(tài)。

如果程序跑死導(dǎo)致顯示屏畫面無法切換，則硬件看門狗輸出主控芯片復(fù)位信號/RST，主控芯片會重新復(fù)位使顯示屏重新正常工作，但現(xiàn)場反應(yīng)的情況是顯示屏一直無法正常工作，因此可以排除負(fù)載監(jiān)控器程序跑死故障。

2.3 主控芯片顯示屏驅(qū)動信號檢查

主控芯片與顯示屏的數(shù)據(jù)傳輸線路圖如圖3所示。

圖3 主控制器與顯示屏數(shù)據(jù)通訊電路原理圖

顯示屏為成品串口顯示屏，通過主控制器下發(fā)的控制指令進(jìn)行界面顯示，主控制與顯示屏之間通過MAX3232接口轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行連接。

打開負(fù)載監(jiān)控器后觀察主控制器TXD4、RXD4引腳無虛焊、漏焊情況，產(chǎn)品通電后用示波器測試主控制器的輸出波形如圖4所示。

圖4 主控制器輸出波形圖

從波形圖中可以看出主控制器周期性的輸出顯示屏驅(qū)動信號，刷新顯示屏顯示，驅(qū)動電壓為3.3V滿足設(shè)計要求，因此可以排除主控芯片輸出顯示屏通訊信號異常故障。

2.4 主控芯片通訊電路檢查

主控芯片通訊電路由一片MAX3232芯片和外圍電容構(gòu)成，如圖3所示，首先觀察MAX3232芯片沒有虛焊、漏焊現(xiàn)象，測試供電電源為3.3V。在通訊芯片TXD4輸入端存在輸入波形的情況下，測試ITXD通訊芯片輸出波形，如圖5所示。

圖5 通訊芯片輸入輸出波形對比圖

2.5 故障定位

為進(jìn)一步確認(rèn)故障原因，我們將負(fù)載監(jiān)控器單獨(dú)進(jìn)行連續(xù)通電試驗(yàn)，通電過程中發(fā)現(xiàn)，在負(fù)載監(jiān)控器運(yùn)行約8.5分鐘后，操作顯示界面時，出現(xiàn)顯示界面無法切換現(xiàn)象，在此狀態(tài)下，重新用示波器對主控芯片顯示屏驅(qū)動信號、主控芯片通訊電路的輸出信號進(jìn)行檢測發(fā)現(xiàn)，顯示屏驅(qū)動信號依舊存在，且信號幅度滿足要求，至此可以完全排除主控芯片故障和通訊電路故障原因。

通過對負(fù)載監(jiān)控器進(jìn)行連續(xù)通電試驗(yàn)，出現(xiàn)的故障現(xiàn)象和機(jī)上一致，故障問題得以復(fù)現(xiàn)。

通過上述測試及分析，故障可以定位為顯示屏故障，顯示屏接收到主控芯片發(fā)出的通訊信號后，無法進(jìn)行界面的更新所致。顯示屏可以進(jìn)行正常顯示說明顯示屏的控制器運(yùn)行是正常的，可能是信號處理電路出現(xiàn)問題，電路原理如圖6所示。

圖6 顯示屏控制電路原理圖

在顯示屏串口信號ITXD和IRXD上分別接有一顆濾波電感，正常情況下電感兩端的電阻值應(yīng)小于1Ω，拆下顯示屏后實(shí)際測得IRXD的電感阻值為0.2Ω，ITXD的電感阻值為76Ω，此電感明顯存在異常。上電后用示波器測試電感兩端的信號波形如圖7所示。

圖7 顯示屏控制電路原理圖

電感輸入端波形信號幅度約10V，電感輸出端波形約為6V，輸入波形受到衰減，顯示屏供電輸入電壓為5V，當(dāng)顯示屏輸入電壓跌落至3.5V左右時，顯示屏出現(xiàn)無法控制情況，繼續(xù)通電后重新測試電感的輸出端波形僅為2.2V左右，電感輸出波形如圖8所示。

圖8 顯示屏控制電路原理圖

ITXD信號通過異常的信號處理電路后，信號被衰減，導(dǎo)致顯示屏控制器不能正常識別顯示屏刷新信號，從而導(dǎo)致顯示屏出現(xiàn)無法切換的現(xiàn)象。

3 機(jī)理分析

從顯示屏控制電路原理圖可以看出，正常情況下ITXD的電阻值應(yīng)小于1Ω，實(shí)際測試中為76Ω，異常的電感與顯示屏控制器的等效電阻形成了分壓電路，使得輸入電壓被衰減。隨著通電時間的增加異常電感的等效電阻值在不斷變大，造成了輸入電壓的衰減值也不斷變大，衰減后的輸入信號最終無法被顯示屏控制器識別，從而導(dǎo)致顯示屏開始工作時正常，工作一段時間后出現(xiàn)顯示屏無法切換的現(xiàn)象。

取下異常的電感通過酒精擦拭后觀察無明顯燒毀現(xiàn)象，但發(fā)現(xiàn)該電感一側(cè)有明顯的碰撞裂紋。

圖9 電感裂紋

顯示屏的裝配過程如圖10~圖12所示。

圖10 顯示屏安裝在面板上

圖11 安裝控制板

圖12 裝配完成結(jié)構(gòu)組件

通過分析，控制板通過4個村套安裝在顯示屏上，從裝配完成后的結(jié)構(gòu)組件可以看到，控制板完全覆蓋在顯示屏上，印制板間留有足夠的空間，通過意外外力、振動或人為因素很難對顯示屏上器件造成損傷，因此該顯示屏電感應(yīng)該是在顯示屏裝配過程中受到外力撞擊后，其電氣物理特性受到損傷，并且在經(jīng)過通電后，進(jìn)一步受到損毀。

為驗(yàn)證分析的正確性，我們將該損壞的電感芯片取下，并將C型試驗(yàn)件上顯示屏的電感換到該顯示屏上，然后再次進(jìn)行環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn)，通過80小時的高低溫試驗(yàn)，每30min對顯示屏進(jìn)行一次操作，負(fù)載監(jiān)控器工作正常。試驗(yàn)完成后再進(jìn)行隨機(jī)振動試驗(yàn)，最后對電感的阻值進(jìn)行測試，測試值小于1Ω。

4 改進(jìn)措施

取下異常電感后，我們重新焊接電感。為了避免這種情況再次出現(xiàn)，我們采取了以下糾正措施。

(1)在外場不具備測試條件下，不進(jìn)行SRU的維修工作。

(2)對SRU進(jìn)行拆裝后，按照電氣負(fù)載自動管理系統(tǒng)外場測試流程進(jìn)行通電功能檢測，并加強(qiáng)對現(xiàn)場維修人員的外場服務(wù)培訓(xùn)工作。

顯示屏返修后，將顯示屏電感進(jìn)行測試，測試合格后安裝到返回故障件上重新進(jìn)行溫沖試驗(yàn)、高低溫試驗(yàn)、振動試驗(yàn)，整個試驗(yàn)過程中負(fù)載監(jiān)控器工作正常，無顯示屏無法切換現(xiàn)象。

5 結(jié)論

自動配電系統(tǒng)是直升機(jī)的重要系統(tǒng)，負(fù)責(zé)管理直升機(jī)上各個電氣負(fù)載的供電分配，與眾多系統(tǒng)交聯(lián)。本文以直升機(jī)負(fù)載監(jiān)控器死機(jī)故障為背景，對負(fù)載監(jiān)控器的工作原理和在自動配電系統(tǒng)中的作用進(jìn)行了介紹，并采用故障樹的方法定位了故障來源，對故障機(jī)理進(jìn)行分析。最后提出了故障的改進(jìn)措施，并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)果表面改進(jìn)措施可以有效避免負(fù)載監(jiān)控器出現(xiàn)死機(jī)的情況。