Введение
На протяжении всей истории создания и совершенствования бортовой аппаратуры разработчики пытались решить три проблемы [1]:
§ получить максимально возможные вычислительные ресурсы (быстродействие, объем памяти, пропускная способность интерфейсов);
§ обеспечить высокие показатели надежности;
§ минимизировать массу, физический объем, потребляемую мощность, стоимость.
Прогресс в области создания авиационной техники всегда сопровождался повышением уровня автоматизации управления полетом ЛА [2]. Процесс разработки технических устройств и систем, решающих задачу автоматизации управления полетом ЛА, шел по пути усложнения функций управления и имел два источника своего развития. Первый - информационный. Появление новых датчиков или информационных систем привело к возникновению новых режимов систем автоматизированного управления полетом ЛА. Второй источник - техническое совершенствование бортовых вычислителей, приводов и агрегатов управления, повышение их надежности и быстродействия [3].
На современных самолетах летчик испытывает большие интеллектуальные и психофизиологические нагрузки. Анализ авиационных происшествий отечественных гражданских самолетов за период эксплуатации 1958-1999 гг. показывает, что порядка 80 % авиационных происшествий связаны с ошибками экипажа по выдерживанию параметров полета, соблюдению схем полета и по работе с системами самолета. Зарубежная статистика, также свидетельствует, что 70…75 % происшествий связаны с ошибками экипажа, причем общее их число за год прогрессирует [4].
Современные тенденции развития систем самолетовождения заключаются в уменьшении нагрузки на экипаж, что достигается речевым управлением [5], улучшенной компоновкой кабины [6], изменением формы представления информации и придания ей образных и интуитивных свойств [7] и адаптивностью индикации [8]. Кроме выше указанных методов повышения безопасности, используется бесконтактная диагностика состояния пилота, позволяющая изменить степень его загруженности путем повышения автоматизации.
Большинство систем самолетовождения имеют следующую структуру. Состав систем самолетовождения определяется характером решаемых задач и требованиями безопасности полетов:
- решение навигационных задач и задач самолетовождения обеспечивается двумя БЦВМ в соответствии с заложенной программой и двумя ПУИ - отражающими резервированную систему самолетовождения. Прием информации в ПУИ осуществляется с приоритетом БЦВМ1. Ввод информации в БЦВМ возможен с любого ПУИ при отсутствии приоритета одного из них.
- отображение пилотажной, навигационной и обзорной информации, информации о функционировании бортового оборудования, отказах и неисправностях систем, подсказок экипажу осуществляется на пяти МФЦИ.
СНС используется в качестве корректора местоположения. СНС одновременно взаимодействует с двумя БЦВМ;
СВИ, обеспечивает ввод в БЦВМ аэронавигационной информации;
функцию контроля технического состояния бортового оборудования, регистрацию, хранение и выдачу результатов контроля в полете и в процессе технического обслуживания осуществляют блоки БПС. Одновременно БПС выполняет функции концентратора, получая и обрабатывая информацию от систем объекта, передает ее в БЦВМ.
В данном дипломной работе разрабатывается конструкция ПУИ. ПУИ является основным элементом управления системой.
Первые пульты состояли из кнопок. Постепенно у пультов появился дисплей. В качестве экрана сначала использовались ЭЛТ, затем появились электролюминесцентные экраны, которые сменились на монохромные ЖК. В 1987 компания Боинг первый раз применяет в бортовой аппаратуре монохромные ЖК мониторы, а затем и цветные [2].
В настоящее время пульты управления и индикации либо предусматривают установку глобальной спутниковой системы навигации и определения местоположения (GPS), либо приемник GPS встроен непосредственно в ПУИ. Включение данной системы в ПУИ позволяет производить коррекцию счисленных координат не только по данным РСБН и РСДН, но и по данным спутников определения местоположения. Данная коррекция позволяет снизить накапливаемую ошибку счисленных координат, проверить корректность работы вычислителя (по величине ошибки), и, тем самым, повысить безопасность полета. В конце ХХ века, появились новые устройства надежного хранения данных - FLASH карты - ЭСПЗУ, они позволяют хранить международные или региональные базы данных всех авиамаршрутов, все аэропорты с ВПП более 1200 м, все РТС и частоты радиосвязи. Основными задачами современных ПУИ является решение задач навигации, управление, планирование полета и обмен данными, ручной ввод с клавиатуры (с возможностью визуального контроля вводимой информации) параметров плана полёта, взлёта, посадки, полёта по маршруту, как во время предполетной подготовки, так и в полете.
Необходимость разработки данного ПУИ возникла в связи с тем, что мало ПУИ имеется на базе активно-матричной ЖК-дисплея отечественного производства. Разрабатываемый ПУИ должен иметь в своем составе следующие функциональные элементы:
- интегрированный вычислитель, который будет решать задачи навигации,
- цветной ЖК монитор, который имеет наибольший приоритет, так как упрощает ввод информации и чтение ее экипажем, что повышает безопасность полетов,
клавиатура.
1.
Анализ требований ТЗ
В данной дипломной работе необходимо разработать МН и конструкцию ПУИ.
Прибор предназначен для управления рабочими режимами самолетовождения ввода и индикации пилотажно-навигационных параметров. Прибор должен обеспечить индикацию пилотажно-навигационной информации и ввод информации в вычислительную систему.
ПУИ производит обмен информацией с системой самолетовождения посредством разовых команд и последовательного кода по ГОСТ 18977-79, основные технические характеристики которых приведены в таблице 1.1:
Таблица 1.1. Технические характеристики ПК и РК
| Уровни сигналов, структура слов и временные характеристики ПК | В соответствии с ГОСТ18977-79 (с учетом изм. 2 и 3), ARINC429 |
| Количество входных «слушающих» каналов ПК (независимых) | |
| Частота следования импульсов в принимаемом ПК | (12…14,5) кГц, 48 кГц ± 25 %, 100 кГц ± 1 % |
| Способ настройки частоты приёма входных каналов ПК | Программный, независимый по каждому каналу |
| Количество выходных каналов ПК (независимых) | |
| Частота следования импульсов в выдаваемом ПК | 12,5кГц ±1 %, 50 кГц ± 1 %, 100 кГц ± 1 %; |
| Способы настройки частоты выдачи выходных каналов ПК | Программный, независимый по каждому каналу |
| Количество входных РК | |
| Уровни сигналов, структура слов и временные характеристики ПК | В соответствии с ГОСТ18977-79 (с учетом изм. 2 и 3), ARINC429 |
| Уровни входных РК по ГОСТ 18977-79: А) отсутствие сигнала наличие сигнала В) отсутствие сигнала наличие сигнала | Разрыв цепи или напряжение +(3,7±1,3) В, замыкание на корпус (0,22±0,22) В; Разрыв цепи или замыкание на корпус, напряжение +27В; |
| Количество выходных РК | |
| Параметры выходных РК: А) отсутствие сигнала В) наличие сигнала | Закрытое состояние выходного каскада Iут. < 80 мкА, Uн < 30В; Открытое состояние выходного каскада Uост. < 0,7B, Iн < 30мА |
Электропитание ПУИ должно осуществляться от бортовой системы электроснабжения постоянного тока с номинальным напряжением +27В. Требование обеспечивается путем подключения питания ПУИ:
- от 2-х независимых каналов самолетной системы электроснабжения постоянного тока +27В (один из которых является аварийным) с качеством электроэнергии в соответствии с Приложением 5 ГОСТ19705-89, а именно:
1) напряжение на выводах приемников в установившихся режимах должно соответствовать диапазонам:
от 24,0 до 29,4В - при нормальной работе и частичной работе системы электроснабжения;
от 18,0 до 31,0В - при аварийной работе системы электроснабжения;
от 21,0 до 33,0В - при ненормальной работе системы электроснабжения;
) Коэффициент пульсации напряжения постоянного тока на выводах приемника должен быть не менее 7,4 % номинального значения.
от аварийного источника питания качеством электроэнергии от +18 до +31В. Потребляемая мощность в рабочем режиме должна составлять не более 90Вт, в режиме холодного запуска - не более 200Вт. 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. Электрическая связь с другими устройствами осуществляется через разъем ОНЦ-БС-2.
ПУИ должен быть устойчивым к ВВФ в соответствии с требованиями, предъявляемыми к группе исполнения аппаратуры 3.3.1 по ГОСТ В20.39.304-76, зона А. Данные требования на данный тип оборудования рассмотрены в НЛГС-3, поэтому требования, предъявляемые к группе исполнения аппаратуры 3.3.1 по ГОСТ В 20.39.304-76 соответствуют группе исполнения: КОД-ВАС1, зонаА1, грунт-УI-УЛ-ДРIII-TI-ВЛI-ТМХ-РОХ-ППI-РС-ПГХ-ВДХ-АШХ. В таблицах 1.2 и 1.3 перечислены условия эксплуатации ПУИ.
пульт индикация напряжение управление
Таблица 1.2. Характеристики и значения ВВФ
| № | Внешний воздействующий фактор | Характеристика | Код | Значения ВВФ, степень жесткости | ||
| Широкополосная случайная вибрация | См. таблицу 1.3 | В АС1, Зона А1, Грунт | См. таблицу 1.3 | |||
| Линейное ускорение | Величина ускорения, м/с2 (g) | УЛ | 49,1 (5) 98,0 (10) - к узлам креп-я | |||
| Механический удар: одиночного действия | Пиковое ударное ускорение, м/с2 (g) Длительность действия ударного ускорения, мс Количество ударов | УI | 147 (15) - I 15 18 (по 3 удара в каждом нап-ии ±X, ±Y, ±Z) | |||
| Многократного действия | Пиковое ударное ускорение, м/с2 (g) Длительность действия ударного ускорения, мс Количество ударов | 59 (6) - I 20 10000 | ||||
| Повыш. атм. давление | Предельное, кПа (мм рт. ст.) | ДРIII | 170 (1270) - III | |||
| Изменение атм. давления (разгерметизация) | Диапазон изменения давления, кПа (мм рт. ст.) | от 74,67 до 12,00 (от 560 до 90) | ||||
| Пониж. атм. давление | Рабочее, кПа (мм рт. ст.) | 12 (90) - III | ||||
| Повышенная температура среды | Рабочая, К (ОС) Рабочая кратковременная, К(ОС) Предельная, К (ОС) | ТI | 328 (+55) - I 343 (+70) - I 358 (+85) - I | |||
| Пониженная температура среды | Рабочая, К (ОС) Предельная, К (ОС) | 233 (минус 40) 218 (минус 55) - I | ||||
| Повышенная влажность | Относительная влажность при температуре 308К (+35 ОС), % | ВЛI | 98 - I | |||
| Статическая пыль (песок) | Относ. влажность при температуре 328К (+55 ОС), % Скорость циркуляции, м/с Размер частиц, не более, мкм Массовая концентрация, г/м³ | ППI | 50 - I (0,5-1) - I 50 3±1 | |||
| Солнечная радиация | Интегральная плотность потока, Вт/м² Плотность потока УФ, Вт/м² Спектр УФ излучения, мкм Температура, К (оС) | РС | 1125 68 0,28 - 0,40 328 + 2 (+55 + 2) | |||
Римскими цифрами (I, III) в таблице 1.2 обозначены степени жесткости ВВФ.
Таблица 1.3. Параметры широкополосной случайной вибрации
| Режим эксплуатации | Параметры широкополосной случайной вибрации | ||
| Диапазон частот, Гц | Спектральная плотность ускорения, g2/Гц | Суммарная среднеквадратичная величина ускорения, g | |
| Кратковременный | 10 - 40 | 0,001-0,04 | 5,07 |
| 40-600 | 0,02 | ||
| 600-2000 | 0,02-0,006 | ||
| Длительный | 10-600 | 0,02 | 5,07 |
| 600-2000 | 0,02 | ||
| Примечания: В таблице приведено значение виброускорения по оси Y. Значения виброускорения по осям Y и Z равны. Значение виброускорения по оси X составляет 50 % от значения по оси Y. |
Обеспечение стабильной и надежной работы ПУИ при требуемых условиях возможно за счет правильного выбора элементной базы, конструкционных и защитных материалов, а также конструкции блока. Для ЖК панели возможен «холодный запуск» при пониженной рабочей температуре -400С.
Средняя наработка на отказ должна составлять не менее 8000 ч. Данное требование можно обеспечить выбором более быстродействующих элементов и высокопроизводительных устройств при проектировании изделия.
Индикация должна осуществляться на цветной активно-матричной ЖК панели со следующими характеристиками: разрешающая способность 320х240 пикселей, контраст (при внешней засветке не менее 75000 лк) не менее 0,5. Данное требование можно обеспечить выбором из аналогов разных компаний.
Ввод информации должен осуществляться с помощью клавиатуры. Клавиатура должна включать в себя:
- 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 (2 шт.);
- кнопочный переключатель 
(ENTER);
кнопочный переключатель 
(EXECUTION);
кнопочный переключатель CLR (CLEAR);
кнопочный переключатель 
(CANCEL);
кнопочные переключатели выбора строк (расположенные по боковым сторонам экрана) - по 6 штук с каждой стороны;
датчик внешней освещенности;
ручку регулировки яркости экрана.
Примечания:
1) Все кнопочные переключатели, за исключением кнопочных переключателей выбора строк, должны иметь ночной подсвет.
2) ПУИ должен обеспечивать: АРЯ экрана, в зависимости от освещенности с помощью датчика внешней освещенности, установленного на лицевой панели; ручную подрегулировку яркости экрана посредством соответствующей ручки.
) Конструктивное расположение органов управления на лицевой панели, их состав и наименования приведены в Приложении А.
Масса не более 6 кг. Данное требование можно обеспечить использованием по возможности электрорадиоэлементов средней и большой степени интеграции или миниатюрных дискретных элементов, а также легких конструктивных материалов.
Блок устанавливается на амортизированную приборную панель в посадочное место 147х229х216 мм.
Габаритные размеры ПУИ: 146 (± 0,3) х 228 (± 0,3) х 216 (max) мм.
2.
Аналитический обзор
В данном разделе проведем сравнительный анализ распространенных аналогов ПУИ как отечественных, так и зарубежных производителей:
· Rockwell Collins, США;
· Honewell, США;
· ЗАО Транзас, Россия.
Основные характеристики пультов управления и индикации данных производителей представлены в таблицах 2.1 - 2.4.
Таблица 2.1. Основные характеристики CDU-7000 производства Rocwell Collins
| Параметр | Значение | |
| Тактовая частота процессора, МГц | ||
| Дисплей | AMLCD 3,45х3,45 | |
| Яркость, кд/м² | ||
| Контраст при внешней засветке 70000 лк | 3: 1 | |
| Боковой угол обзора | по горизонтали | ± 450 |
| по вертикали | ± 300 | |
| Наличие подсвета клавиатуры | + | |
| Объем FLASH карты, Мб | ||
| Питающее напряжение, В | +28 | |
| Потребляемая мощность, Вт | ||
| Масса, кг | 4,9 | |
| Габариты, мм | 181,0 x 146,1 x 165,1 | |
| Число входов / выходов разовых команд | 12 / 6 | |
| Диапазон рабочих температур, 0С | от -40 до +55 | |
| Вид охлаждения | Принудительное охлаждение | |
| Среднее время наработки на отказ, ч. | ||
| Дополнительно | - |
В аналоге CDU-7000 производства Rockwell Collins [9] применяется принудительный вид охлаждения. Данный вид охлаждения, безусловно, имеет преимущества над кондуктивным, но неудобен при эксплуатации, т. к. для обеспечения безотказной работы необходимы регулярные регламентные осмотры вентиляторов (через каждые 100 летных часов), проверка работоспособности и замена.
Таблица 2.2. Основные характеристики CDU-900 производства Rockwell Collins
| Параметр | Значение | |
| Тактовая частота процессора, МГц | 2 х 24 | |
| Дисплей | AMLCD 3,25х2,60 | |
| Яркость, кд/м² | ||
| Контраст при внешней засветке 70000 лк | 2,4: 1 | |
| Боковой угол обзора | по горизонтали | ± 450 |
| по вертикали | ± 300 | |
| Наличие подсвета клавиатуры | + | |
| Объем FLASH карты, Мб | ||
| Питающее напряжение, В | +28 | |
| Потребляемая мощность, Вт | ||
| Масса, кг | 4,54 | |
| Габариты, мм | 181,0 x 146,1 x 165,1 | |
| Число входов / выходов разовых команд | 16 / 4 | |
| Диапазон рабочих температур, 0С | от -40 до +55 | |
| Вид охлаждения | Конвекционный | |
| Среднее время наработки на отказ, ч. | ||
| Дополнительно | встроен 5 канальный GPS приемник |
Пульт CDU-900 управления и индикации является модернизацией широко распространенного CDU-800, различие между ними заключается в более высокой производительности процессора, программном обеспечении и наличием GPS приемника. CDU-900 имеет 14 модификаций различающихся форматом FLASH карты, наличием и количеством аналоговых входов (для работы с аналоговыми датчиками не имеющими АЦП) и адаптированной клавиатурой, так как производится для США, стран Европы и ближнего Востока [9].
Таблица 2.3. Основные характеристики HT9100 производства Honeywell.
| Параметр | Значение | |
| Тактовая частота процессора, МГц | ||
| Дисплей | AMLCD 5,5» | |
| Яркость, кд/м² | ||
| Контраст при внешней засветке 70000 лк | 3: 1 | |
| Боковой угол обзора | по горизонтали | ± 500 |
| по вертикали | ± 300 | |
| Наличие подсвета клавиатуры | + | |
| Объем FLASH карты | 256Кб | |
| Питающее напряжение | +28В / ~115В | |
| Потребляемая мощность | 80Вт / 108Вт | |
| Масса, кг | 6,5 | |
| Габариты, мм | * | |
| Число входов / выходов разовых команд | 16/21 | |
| Диапазон рабочих температур, 0С | от -45 до +55 | |
| Вид охлаждения | Конвекционное и принудительное ** | |
| Среднее время наработки на отказ, ч. | ||
| Дополнительно | встроен 12 канальный GPS приемник |
* - Состоит из двух моноблоков: процессорный блок 19,3 х 5,72 х 37,16 мм; блок управления и индикации 18,08 х 14,61 х 15,24 мм.
** - Принудительное воздушное охлаждение реализовано в навигационном процессоре при работе на переменном токе 115В.
Аналог HT9100 [10] производства Honeywell конструктивно состоит из двух моноблоков:
· многофункционального блока управления и индикации;
· навигационного процессора,
чем и объясняется большая масса и габариты.
Навигационный процессор в HT9100 имеет более высокую производительность, чем у представленных аналогов.
Низкий показатель надежности HT9100 объясняется тем, что предполагается установка навигационного процессора в техническом отсеке, где условия эксплуатации более жесткие, чем в кабине [10].
Рис. 2.3 Внешний вид НТ9100
Таблица 2.4. Основные характеристики TNC-1G производства ЗАО Транзас
| Параметр | Значение | |
| Тактовая частота процессора, МГц | ||
| Дисплей | AMLCD 3х4 | |
| Количество цветов | Монохромный | |
| Яркость кд/м² | ||
| Контраст при внешней засветке 70000 лк. | 2,5: 1 | |
| Боковой угол обзора | по горизонтали | ± 450 |
| по вертикали | ± 300 | |
| Наличие подсвета клавиатуры | + | |
| Объем FLASH карты | 512Кб | |
| Питающее напряжение | +27,5В | |
| Потребляемая мощность | 65Вт | |
| Масса | 2,5 кг | |
| Габариты, мм | 193,0 x 156,1 x 172,3 | |
| Число входов / выходов разовых команд | 2/2 | |
| Диапазон рабочих температур, 0С | От -45 до +55 | |
| Вид охлаждения | Конвекционный | |
| Среднее время наработки на отказ, ч. | ||
| Дополнительно | встроен 12 канальный GPS приемник |
Активно-матричная ЖК панель изделия TNC-1G монохромная, но реализован трехцветный подсвет (белый, зеленый, красный), позволяющий сигнализировать изменением цвета появление важной пилотажно-навигационной информации, но не позволяет выделить сам параметр [11].
Внешний вид данного аналога представлен на рисунке 3.3.
Все аналоги ПУИ имеют сходную архитектуру и, в зависимости от решаемых задач имеют в своем составе следующие модули:
· дисплейный модуль;
· графический модуль;
· вычислительный (процессорный) модуль;
· дискретный модуль;
· модуль напряжений.
Так же, в том случае если предусматривается загрузка баз данных с Flash карты, в состав ПУИ входит интерфейсное устройство, предназначенное для преобразования данных.
Некоторые ПУИ содержат в составе приемник GPS, обеспечивающий точное определение местоположения самолета по данным глобальной СНС и системы астронавигации (NAVSTAR). Разрабатываемый ПУИ не будет содержать в своем составе приемник GPS, но через каналы обмена данными предусмотрена возможность его подключения.
Данная разработка является актуальной, т. к. из обзора информации об аналогах видно, что отсутствуют пульты управления и индикации на базе цветных активно-матричных ЖК панелей отечественного производства. Поэтому и возникла необходимость разработки данного ПУИ.
3.
Выбор элементной базы ПУИ
Для выполнения основных задач, ПУИ должен иметь в своем составе следующие модули: МВ, МД, МУ, экран (цветная активно-матричная ЖК панель), МГ, МИ, ФРП, корпус, МН (подлежит разработке).
Модуль вычислительный МВ исполняет роль центрального процессора, решая задачи навигации, управления и планирования полетом.
При выборе вычислительного модуля необходимо учесть потребляемую мощность (суммарная потребляемая мощность ПУИ не должна превышать 90Вт), массу и габариты, также необходимо учесть диапазон рабочих температур (по ТЗ от -40 до +600С) и возможность эксплуатации на самолете по группе применения 3.3.1 по ГОСТ В20.39.304-76.
Из вычислительных модулей: МВ63, МВ62Б2, МВ60, МВ52 наиболее подходит модуль МВ62Б2 производства ОКБ «Электроавтоматика» [12]. Данный модуль удовлетворяет всем требованиям ТЗ. Основные характеристики модуля МВ62Б2 содержатся в таблице 3.1.
Таблица 3.1. Основные характеристики модуля МВ62Б2
| Параметр | Значение |
| Тактовая частота процессора, МГц | |
| Элементная база | СБИС 1890ВМ²Т (ОЗУ), Am²9F800 (ЭЗУ), Н1515ХМ1-220, Н1515ХМ1-0431, 1533АП5, 1533АП6, 1533ЛН1, 1533ЛН2, EPM7256SR1208-10, MAX202ЕEPE, SG-8002DC, ADM705AR, CY7C1049B-15VI, LT1963AEQ - 3,3. |
| Тип процессора | Параллельный асинхронный, с обработкой данных в форматах с фиксированной и плавающей запятой |
| Разрядность процессора, Бит | |
| Максимальная рабочая частота, МГц | |
| ОЗУ, Мб | |
| ПЗУ, Мб | |
| ЭЗУ, Мб | |
| Питающее напряжение | +5В ± 5 % |
| Потребляемая мощность, Вт | |
| Масса, кг. | 0,6 |
| Габариты, мм | 15 x 160 x 117 |
| Диапазон рабочих температур, 0С | от -55 до +85 |
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
| Параметр | Значение |
| Элементная база | EPF10K30RI208, EPM²56SRI208, 537РУ23, 1533АП5, 1533АП6, Микросборка АП.003, АП.004, 530ЛА9 |
| Входы / выходы разовых команд (РК) | 6 / 2 |
| Входы / выходы последовательного кода (ПК) | 4 / 4 |
| Частота следования импульсов ПК входная / выходная, кГц | (12…14,5), 48 ± 25 %, 100 ± 1 %* 12,5 ± 1 %, 50 ± 1 %, 100 ± 1 %;* |
| Межмодульный интерфейс по | ГОСТ 26765.51-86 |
| ОЗУ, Кб | |
| Питающее напряжение | + (5В ± 5 %), ± (6В ± 5 %) |
| Потребляемая мощность, Вт | |
| Масса, кг. | 0,6 |
| Габариты, мм | 15 ´ 160 ´ 117 |
| Диапазон рабочих температур, 0С | от -55 до +85 |
* - 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
| Параметр | Значение |
| Количество кнопок | |
| Яркость свечения ночного подсвета кнопок | 0,6 ÷ 6Кд / м² |
| Питающее напряжение | +5В ± 5 % |
| Потребляемая мощность, Вт | |
| Масса, кг. | 0,8 |
| Габариты, мм | 1,5х215х145 |
| Диапазон рабочих температур, 0С | от -55 до +85 |
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
| Название | KDM500 | LQ5AW136 | 0550AM-QVGA | NL3224AC35-01/13 | TED3X3P1 |
| Производитель | Korry | Sharp | G&D | NEC | Tannas |
| Разрешающая способность | 320х240 | 320х240 | 320х240 | 320х234 | 234х240 |
| Яркость, кд / м² | |||||
| Боковой угол обзора | 50/30 | 50/30 | 50/25 | 45/30 | 65/40 |
| Время отклика, мс | ~ 25 | - | ~ 50 | ~ 30 | ~ 40 |
| Стандарт видеосигнала | RGB, NTSC, ¼ VGA | - | RGB, NTSC, ¼ VGA | RGB | RGB, NTSC, |
| Масса, кг. | 0,885 | 0,315 | 1,45 | 0,95 | 0,815 |
| Диапазон рабочих температур, 0С | от -55 до +80 | от -10 до +85 | от -30 до +85 | от -30 до +60 | от -50 до +65 |
| Среднее время наработки на отказ | 15000 ч. | 35000 ч. | 7500 ч. | 20000 ч. |
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
| Параметр | Значение |
| Элементная база | ПЛИС XC4036XL, CY7C1049B, AM²9F200BB, AT17C010, AD22100ST, AD7811YR, AD7801BR, LP3961EMPX, 1533АП5, 1533АП6, 133ЛП9А |
| Количество цветов | |
| ПЗУ, Кб | |
| ОЗУ, Мб | 3 х 2 х 512Кбайт (8 разр.) |
| Размер матрицы кнопочного поля, мм | 8 х 10 |
| Межмодульный интерфейс по: | ГОСТ 26765.51-86 |
| Питающее напряжение | +5В ±5 % |
| Потребляемая мощность, Вт | 3,0 |
| Масса, кг. | 0,5 |
| Габариты, мм | 15 x 160 x 117 |
| Диапазон рабочих температур, 0С | от -55 до +85 |
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.
| Параметр | Значение |
| Элементная база | ПЛИС EPF10K20RI240-4, EPC2LI20, 1533АП5, 1533АП6, SG-8002DC-24M-PTM |
| Межмодульный интерфейс по | ГОСТ 26765.51-86 |
| Питающее напряжение | +5В ±5 % |
| Потребляемая мощность, Вт | 3,0 |
| Масса, кг. | 0,4 |
| Габариты, мм | 15х150х95 |
| Диапазон рабочих температур, 0С | От -55 до +85 |
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 выр