劉政華 常培平

摘 要：近年來隨著航空機(jī)載設(shè)備技術(shù)的不斷發(fā)展，健康管理的設(shè)計(jì)理念被提出，并逐步深入到產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中。本文以航空某重點(diǎn)型號(hào)配套電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器健康管理系統(tǒng)為研究背景，通過開展通用化的接口電路設(shè)計(jì)，以及基于TMS320F2812為核心處理器的軟件開發(fā)環(huán)境，完成健康管理系統(tǒng)的軟件開發(fā)，覆蓋數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)類型及存儲(chǔ)方式，實(shí)現(xiàn)故障前后數(shù)據(jù)以及關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)的有效記錄，極大的提高系統(tǒng)的維修性。

關(guān)鍵詞：電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器;數(shù)據(jù)存儲(chǔ);健康管理

0 引言

隨著航空機(jī)載設(shè)備技術(shù)的不斷發(fā)展，設(shè)備的復(fù)雜程度不斷提高、設(shè)備維修保障費(fèi)用不斷增長以及狀態(tài)監(jiān)控技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的健康診斷與健康管理，準(zhǔn)確評(píng)估和預(yù)測(cè)設(shè)備未來一段時(shí)間的性能狀態(tài)已經(jīng)成為當(dāng)今學(xué)者們研究的熱門問題[1～3]。

本文設(shè)計(jì)了一種基于TMS320F2812為核心處理器及存儲(chǔ)接口電路，完成了軟件代碼開發(fā)及驗(yàn)證?？梢詫?shí)現(xiàn)系統(tǒng)全壽命周期的信息、故障等參數(shù)的記錄，提高了系統(tǒng)的維修性，滿足實(shí)際工程中的應(yīng)用需求。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)總體組成如圖1所示，主要包括DSP2812數(shù)據(jù)處理器，以及E2PROM、SRAM、FLASH外設(shè)存儲(chǔ)器。DSP2812實(shí)時(shí)采集電機(jī)運(yùn)行的參數(shù)，并將數(shù)據(jù)寫入到SRAM中，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，記錄故障發(fā)生后相同參數(shù)的多組數(shù)據(jù)，也存放到RAM中。隨后將SRAM中的故障前后的多組數(shù)據(jù)寫入到FLASH中，再通過相應(yīng)的指令進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取，從而實(shí)現(xiàn)了故障前后數(shù)據(jù)的記錄。

考慮到掉電等異常工況，寫入FLASH的數(shù)據(jù)地址長度通過E2PROM進(jìn)行記錄，避免掉電時(shí)，F(xiàn)LASH內(nèi)數(shù)據(jù)的地址出現(xiàn)混亂。根據(jù)電機(jī)故障發(fā)生前后的各項(xiàng)變量的多組數(shù)據(jù)，對(duì)故障原因進(jìn)行分析，從而更加精確地分析得到故障問題，使故障得到合理的解決。

2 硬件及接口電路設(shè)計(jì)

2.1 E2PROM的接口電路設(shè)計(jì)

E2PROM選用JM71180，JM71180是符合國軍標(biāo)的串行接口的8位存儲(chǔ)器，該電路的存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)是EEPROM，存儲(chǔ)容量為512K bits，該器件可用于高速低功耗和低電壓的使用環(huán)境。DSP2812采用SPI數(shù)據(jù)總線的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)E2PROM的數(shù)據(jù)讀寫，實(shí)現(xiàn)原理如圖2所示。

2.2 SRAM的接口電路設(shè)計(jì)

SM7C028是一款高性能CMOS雙端口靜態(tài)RAM，容量為64Kx16bit，有16根地址線、16根數(shù)據(jù)線。通過一個(gè)芯片使能端（CE）和一個(gè)輸出使能端（OE）以及三態(tài)IO驅(qū)動(dòng)器可以很容易對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行擴(kuò)展。當(dāng)芯片沒有選中時(shí)（即CE=1），芯片自動(dòng)進(jìn)入低功耗狀態(tài)，大大降低芯片功耗。

2.3 FLASH的接口電路設(shè)計(jì)

SM29LV320 是一款32Mbit FLASH 存儲(chǔ)器，支持32 兆位的地址空間讀寫，具有廠商ID 和器件ID，有數(shù)據(jù)查詢位，與AM29LV320D 管腳兼容。它的存儲(chǔ)形式為2097152個(gè)字或者4194304個(gè)字節(jié)。字模式時(shí)，數(shù)據(jù)端口為DQ0-DQ15;字節(jié)模式時(shí)，數(shù)據(jù)端口為DQ0-DQ7。

3 軟件設(shè)計(jì)

驅(qū)動(dòng)器采用TI的DSP芯片TMS320F2812為核心處理器，完成健康管理系統(tǒng)的軟件開發(fā)。編程語言采用C語言程序，編碼量小、易讀性強(qiáng)。為提高程序的運(yùn)行執(zhí)行速度，軟件采用模塊化程序結(jié)構(gòu)，方便功能的進(jìn)一步擴(kuò)展。

3.1 基礎(chǔ)配置信息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

驅(qū)動(dòng)器的基礎(chǔ)配置信息包含產(chǎn)品的型號(hào)、編號(hào)、出廠日期、廠家、軟硬件版本、健康管理狀態(tài)、工作時(shí)間、以及工作次數(shù)等基本信息，這些信息存儲(chǔ)在E2PROM中，通過SPI接口進(jìn)行讀寫。

3.2 FLASH擦除

FLASH采用整片擦除方式，DSP通過FLASH的存儲(chǔ)地址長度決定是否進(jìn)行擦除，F(xiàn)ALSH的擦除流程如圖5所示。

3.3 故障數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器的故障數(shù)據(jù)定義如表1所示，為電機(jī)運(yùn)行過程中的關(guān)鍵參數(shù)及故障狀態(tài)信息等。在SRAM中開辟兩段緩存區(qū)域，如圖6所示，一段為故障前數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，另一段為故障后數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。

當(dāng)檢測(cè)到故障出現(xiàn)時(shí)，首先從SRAM讀取對(duì)應(yīng)地址中的數(shù)據(jù)，再將讀出的數(shù)據(jù)寫入Flash，數(shù)據(jù)寫入Flash執(zhí)行流程如圖7所示。

4? 結(jié)論

本文以電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)健康管理系統(tǒng)為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)了一種基于TMS320F2812為核心處理器及存儲(chǔ)接口電路，并完成了軟件代碼開發(fā)及驗(yàn)證。該方法考慮了掉電等異常工況的處理措施，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全壽命周期的信息、故障等數(shù)據(jù)的記錄，提高了系統(tǒng)的維修性，滿足實(shí)際工程中的應(yīng)用需求。

參考文獻(xiàn)：

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