摘要：飞机机电办理操控器关于确保飞机的正常飞翔起着十分要害的效果，而现在飞机上各种机电设备越来越杂乱的状况下，关于离散量信号的输入输出牢靠性有着越来越高的需求。本体系经过合理的硬件规划，完结了具有自测验功用的冗余硬件装备，一起结合通道办理规划，确保了离散量信号收集和输出的高牢靠性，具有较强的运用价值。
0 导言
近年来，航空业开展日新月异，飞机上的仪器设备正执政多电式，全电式的方向开展。机电办理操控器作为飞机上机电设备的操控“大脑”，需求处理越来越多的机电信号。而机上恶劣的作业环境和飞翔安全要求的迫切性对机电信号处理的牢靠性提出了很高的要求。在空中杂乱的环境条件下，在大气压力、盐雾、电磁搅扰、温度、湿度、振荡和加速度多种要素的影响下确保电路的安稳性是一切航空电子设备面对的问题。本文在规划中充沛考虑电路的功用和防护，经过单个电路的具体规划堆叠确保整个体系的牢靠性。在满意根本电路功用的基础上，经过测验性电路和通道冗余装备，极大的进步了体系的牢靠性，提高了传统简略规划在牢靠性方面的潜力。
1 整体体系方案规划
关于飞机机电信号而言，开关离散量信号是一种常见信号。离散量信号多担任机电设备的状况指示和开关动作，比方起落架体系中舱门状况，作动筒方位，照明体系中信号灯开关，等等。离散量信号包含28V/开、地/开、115V沟通/开等多种制式，本文首要针对28V/开和地/开离散量信号进行具体规划。在体系中，输入离散量信号从各个机电子设备而来，收集输送给机电操控器。输入信号需求经过相应的调度电路，转换成FPGA规范的IO信号进行收集。FPGA的内核拜访这些I/O获取外部接口数据，经过双口RAM供给给主处理器，一起FPGA的内核也经过双口RAM获取主处理器要求输出的数据，依据这些数据输出相应的I/O，经过外部驱动后操控负载。离散量的输入和输出均选用双通道的冗余规划，进步了牢靠性。CPLD首要效果是获取健康断定信号，经过必定的逻辑处理输出给FPGA作为通道挑选的依据。整体规划方案如图1所示。
2 硬件规划
2.1 离散量输入信号
2.1.1 28V/开离散量输入信号
单路离散量输入信号经过两个完全共同的冗余电路进行收集，经过光耦将信号转换为规范TTL信号，一起完结了外部接口电路和内部电路的阻隔，进步了安全性和牢靠性。
28V鼓励源由机上电源供给，意图是做自测验运用。自测验电路的添加，有利于快速的发现和定位毛病并进行阻隔，有用的进步了整机的牢靠性、测验性目标。为了确保自测验电路不对收集电路形成搅扰，V1二极管可以避免28V鼓励源对外部输入信号源的影响，V2、V3二极管可以避免在自测验状况时，每个光耦输入端相互影响。
为了可以将离散量的收集规模操控在习惯机上供电动摇的合理规模内，光耦的选型需求满意必定的条件。挑选光耦的导通电流为0.5mA，导通韶光耦压降为1.4V，再依据二极管和稳压管的导通特性，可以得知最低的输入导通电压为0.5*10+6.2+1.4+0.7=13.3V。而当输入信号产生高的拉偏时(典型值为32V)，此韶光耦可以导通而且导通电流为(32-6.2-1.4-0.7)/10=2.37mA，小于导通电流的最大值5mA，光耦正常导通。上述剖析的收集电压规模确保了在飞机上信号源遭到搅扰而产生拉偏的时分，本体系依然可以收集到正确的值。
2.1.2 地/开离散量输入信号
地/开离散量输入信号收集与28V/开信号原理相似，仅仅光耦导通状况相反。当28V输入时导通，开路时不导通;而地/开输入信号时不导通，开路时导通。原理如图3所示。
光耦选型不变，稳压管选型为压降3.9V型，这样当内部电源拉偏为18V-32V的规模内时，光耦导通电流为0.635mA至1.335mA，光耦正常导通。当外部输入信号为9.6V以下时，光耦均不导通，也便是可以采到“地”的状况。这也满意了机上要求。而光耦在两种电路上选型共同，进步了体系的可修理性和确保性，经过对被选型光耦的充沛验证，也在实际上进步了体系的牢靠性。
2.2 离散量输出信号
2.2.1 28V/开离散量输出信号
离散量输出信号的完结原理是经过FPGA输出信号经过驱动之后操控继电器直接输出。在输出线路上串联二极管和可恢复熔断丝，二极管用于双通道之间的输出阻隔，熔断丝用于过流维护。
双通道的规划完结了冗余输出，进一步合作CPLD的通道毛病逻辑的通道办理，进步体系的牢靠性。经过缭绕的办法进行自测验，可以有用的监控通道状况，进步可测验性。
2.2.2 地/开离散量输出信号
原理与28V/开输出相似，如图5所示。
3 通道办理规划
前述双通道和自检电路的硬件规划，为的是进步整个体系的牢靠性和可测验性。为了完结这一意图，相应的通道办理也是十分重要的。
3. 1 离散量输入通道办理
离散量输入首要是对收集到得状况进行上报，可以依据相应通道的BIT成果确认相信通道。因而其办理可以经过软件进行。在选用C言语编写的主程序内，依照必定的战略完结了双通道比较处理。其流程图如图6所示。
3.2 离散量输出通道办理
离散量输出操控机上电机动作，归于要害离散量。在正常状况下，两个通道的离散量输出一起有用输出。当体系发现某个通道的BIT存在毛病时，应该第一时刻经过软件关断该输出。但是在某些状况下，比方光耦被击穿的状况，软件无法封闭该通道。这时分就需求其他办法关断。为了增强通道办理的有用性，将离散量输出分为若干组，每一组添加一个二级继电器进行组控办理。规划如图7所示。
其间继电器的输出衔接至需求操控的离散量输出的“地”端或许“28V”端，只有当继电器闭合时分，相应的离散量才可以输出。
CPLD上的通道毛病逻辑也是经过上述继电器组控电路起效果的。通道毛病逻辑可以承受来自CPU和其他模块的健康指示信号，断定某一个通道的有用性。这也很大程度上进步了通道办理的有用性和准确性。在通道毛病逻辑的规划中，需求避免一种“过度维护”的局势呈现。即假如两个通道相关的健康断定信号都标明有误，那么就会封闭两个通道然后导致没有输出通道可以正常输出。正确的做法是，假如两个通道连续呈现过错，应当至少确保一个通道可以作业。在逻辑的规划中可以经过D触发器的特性奇妙的完结。暗示如图8示。
在使能端有用的状况下，D触发器的输出端随输入端改变而改变：不然输出端坚持不变。假如将另～通道有用信号作为D触发器的使能信号，则可确保当有一个通道失效时，另一通道恒为坚持有用。
4 体系牢靠性剖析
使命牢靠性是产品在执行使命过程中完结规则功用的程度。关于处于高速飞翔状况的飞机，机电设备的每一个动作都对飞翔安全有着严重的影响，因而机电体系的使命牢靠度是点评其好坏的重要目标。
首要剖析在传统的单通道规划的状况下体系的牢靠性。关于单通道的规划，离散量输入输出体系整个使命牢靠性框图如图9所示：
这是一个典型的单元串联牢靠性模型。依照牢靠性模型理论，牢靠度R(t)契合指数分布。
假如每一个单元都有一个常数的毛病率λi，则体系牢靠度可以标明为
式中λs即为体系毛病率。依据经历置三个框图对应的均匀毛病前时刻MTTF分别为10000/小时，8500小时，9000小时，则可依据MTTFs=1/λs推知体系总的均匀毛病前时刻为3041.75小时。
本文规划的体系为输入和输出均为双通道，对应的使命牢靠性框图如图10所示：
可以看出体系是一个并-串联的混联体系。则可核算体系总的使命牢靠度
相同依照单元牢靠性契合指数分布的假定，可以推知体系总的均匀毛病前时刻算式：
用数学东西MATLAB核算得到MTT为4807.86小时，可以发现经过双通道的规划之后，使命牢靠性得到了很大的提高。
5 结束语
本文针对机载设备对离散量输入输出的需求，介绍了一种高牢靠的离散量收集和输出体系。经过合理的器材选型满意了电路根本功用的需求，一起经过自测验电路的规划，进步了体系的测验性和牢靠性。在硬件双通道装备的基础上，经过合理的通道办理，确保了整个体系的牢靠性。最终的理论核算标明，双通道的规划可以有用的提高体系的使命牢靠度。本体系已经在某型军用项目上实际运用，并已经过各种实验验证，功用安稳牢靠。
