李 鐵

沈陽(yáng)飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司產(chǎn)品研發(fā)部

引言

目前，由于中國(guó)大學(xué)專業(yè)課程設(shè)置的局限性，所學(xué)專業(yè)知識(shí)多數(shù)與實(shí)際需求脫軌。為使航空電氣專業(yè)新員工盡快達(dá)到電氣設(shè)計(jì)崗位知識(shí)及技能要求，研制一種培訓(xùn)平臺(tái)，在平臺(tái)上集成了航空電氣專業(yè)基礎(chǔ)培訓(xùn)所需的基礎(chǔ)硬件如：主板、溫度、壓力、姿態(tài)、航向等模塊，另外通過(guò)軟件編程訓(xùn)練，可以更好地理解數(shù)據(jù)總線知識(shí)和當(dāng)前通用飛機(jī)普遍采用的EFIS 等相關(guān)知識(shí)，為將來(lái)的設(shè)計(jì)工作打下良好基礎(chǔ)。

研制目的

航空電氣設(shè)計(jì)員應(yīng)知應(yīng)會(huì)能力的培養(yǎng)

電氣設(shè)計(jì)員設(shè)計(jì)水平的提高是一個(gè)理論和實(shí)踐相結(jié)合的漸進(jìn)式上升的過(guò)程。只有經(jīng)過(guò)大量的實(shí)踐、總結(jié)、再實(shí)踐、再總結(jié)這個(gè)理論和實(shí)踐相結(jié)合的過(guò)程，設(shè)計(jì)員的設(shè)計(jì)水平才能逐漸提高。目前，在進(jìn)行飛機(jī)電氣設(shè)計(jì)過(guò)程中所用到的電氣基礎(chǔ)知識(shí)涉及面很廣，如果平時(shí)沒(méi)有電氣基礎(chǔ)知識(shí)的訓(xùn)練，只靠書本上所學(xué)到的知識(shí)是不能很好地完成設(shè)計(jì)工作的。鑒于此，開(kāi)發(fā)一個(gè)平臺(tái)，在這個(gè)平臺(tái)上進(jìn)行電氣基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)（應(yīng)知）和基本動(dòng)手能力（應(yīng)會(huì)）的訓(xùn)練。

通用飛機(jī)電氣設(shè)計(jì)基本知識(shí)的掌握

在平臺(tái)上集成了溫度、壓力、姿態(tài)、航向、數(shù)據(jù)總線等模塊，通過(guò)學(xué)習(xí)上面幾個(gè)模塊的相關(guān)知識(shí)及使用方法，就為提高通用飛機(jī)電氣設(shè)計(jì)水平打下了良好的基礎(chǔ)，就能更好的吸收國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品的先進(jìn)技術(shù)，使我們自主研發(fā)的產(chǎn)品能與世界先進(jìn)水平保持同步。

培訓(xùn)平臺(tái)的構(gòu)成

培訓(xùn)平臺(tái)主要由兩部分構(gòu)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(lái)自傳感器、功能模塊等數(shù)據(jù)，將處理結(jié)果及相關(guān)信息送到液晶顯示屏顯示出來(lái)。

硬件系統(tǒng)框圖如圖1。

圖1

主板介紹

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

RCM5700 由 美 國(guó)Digi International 公 司 生 產(chǎn)，是一種緊湊型模塊。內(nèi)嵌有功能強(qiáng)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(gè)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(yīng)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(kāi)，降低功率器件在使用過(guò)程中產(chǎn)生的干擾對(duì)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(guò)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(guān)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(hào)有四路采用觸點(diǎn)輸入，兩路采用電平輸入，均經(jīng)過(guò)光耦TLP521 輸入給核心模塊的輸入管腳。光耦主要起到兩個(gè)作用：一是隔離干擾、二是電平轉(zhuǎn)換。

主板上擴(kuò)展了6 個(gè)串行接口，包括：

1 個(gè)USB 接口，用于給核心模塊編程。在應(yīng)用中，也可開(kāi)放給用戶，用作普通USB 接口。

4 個(gè)232 接口、1 個(gè)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊，即一個(gè)232 接口對(duì)應(yīng)一個(gè)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(gè)器件，抗干擾性能好，傳輸距離遠(yuǎn)，最多可以達(dá)到1000m。

外圍模塊及傳感器介紹

溫度、壓力測(cè)量模塊自制，以AVR MEGA8 為核心。

MEGA8 是一種8 位單片機(jī)，愛(ài)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(shí)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(cè)溫范圍 -50℃～+125℃。采用單總線通訊，每個(gè)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(gè)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(guò)氣壓和溫度的測(cè)量，再根據(jù)相應(yīng)的計(jì)算公式，就可得出測(cè)量的氣壓和高度的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

姿態(tài)、航向測(cè)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(guò)232 接口，使用簡(jiǎn)單的ASC Ⅱ指令字符串進(jìn)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(kuò)展出9 個(gè)按鍵，用于設(shè)置各種參數(shù)。

軟件介紹

在上述主板及相關(guān)外圍模塊連接完成后，必須通過(guò)軟件編程，采集各傳感器數(shù)據(jù)到主板，通過(guò)處理，送到液晶顯示屏將各種數(shù)據(jù)顯示出來(lái)。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(duì)于數(shù)據(jù)及字符串處理非常方便。另外溫度、壓力測(cè)量模塊的編程采用ICCAVR，它是AVR 單片機(jī)專用編程軟件。

培訓(xùn)內(nèi)容

硬件基礎(chǔ)知識(shí)

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(chǔ)器的使用方法、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、片內(nèi)看門狗等的使用方法。

AVR 單片機(jī)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(dòng)：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(yǔ)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(yīng)用軟件的一套集成的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。是專為基于Rabbit 微處理器而設(shè)計(jì)的。Dynamic C 帶有很多函數(shù)庫(kù)，并且全為源代碼形式。這些庫(kù)支持實(shí)時(shí)編程、芯片級(jí)I/O，并提供標(biāo)準(zhǔn)字串處理和數(shù)學(xué)計(jì)算等函數(shù)。

Iccavr：用于 AVR 系列單片機(jī)開(kāi)發(fā)，集成了IDE、編譯。

培訓(xùn)平臺(tái)的使用

培訓(xùn)準(zhǔn)備

在使用培訓(xùn)平臺(tái)進(jìn)行學(xué)習(xí)之前，首先應(yīng)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(wàn)用表、電烙鐵等常用電氣工具的使用方法。

硬件學(xué)習(xí)

首先應(yīng)看明白培訓(xùn)平臺(tái)的電氣原理圖，讀懂培訓(xùn)平臺(tái)涉及的器件手冊(cè)，弄清楚RCM5700 各個(gè)口線的基本操作方法，口線的復(fù)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(xùn)平臺(tái)的使用說(shuō)明逐個(gè)掌握各器件的使用方法。

在控制板中繼電器是常見(jiàn)器件，其驅(qū)動(dòng)方法應(yīng)熟練掌握。其它電子器件根據(jù)器件手冊(cè)也應(yīng)掌握其使用方法。

軟件學(xué)習(xí)

由于培訓(xùn)平臺(tái)微處理器為主，對(duì)所有相關(guān)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(yīng)學(xué)習(xí)Dynamic C 的基本語(yǔ)法、Dynamic C 自帶的字符串和數(shù)學(xué)函數(shù)、串口操作函數(shù)等基本編程知識(shí)。根據(jù)平臺(tái)給出的示例程序逐步對(duì)Dynamic C 的資源進(jìn)行操作。在充分了解了示例程序后，另外編一些程序，檢驗(yàn)對(duì)軟硬件的掌握程度。重復(fù)以上過(guò)程，直到具有能獨(dú)立編程控制外部器件能力。同理，學(xué)習(xí)其它器件的操作方法。

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

結(jié)束語(yǔ)

電氣設(shè)計(jì)培訓(xùn)平臺(tái)為企業(yè)開(kāi)創(chuàng)了一種新的新員工培訓(xùn)方法，此種方法把培訓(xùn)和實(shí)際工作更加緊密聯(lián)系。按照培訓(xùn)內(nèi)容要求，掌握各器件的使用方法，相關(guān)軟件的編程方法，不僅學(xué)到了電氣基礎(chǔ)知識(shí)，還能提高動(dòng)手能力，為今后的工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。