Модуль приема и выдачи разовых команд

Полезная модель относится к области испытательного оборудования техники и предназначена для приема и выдачи двух типов дискретных сигналов: +27 В/разрыв и корпус/разрыв.
При испытании самолетного оборудования на комплексах полунатурного моделирования возникает необходимость имитировать большое количество датчиков самолета.
По этой причине необходимо устройство, позволяющее как принимать от датчиков дискретные сигналы (+27 В/разрыв и корпус/разрыв) так и выдавать дискретные сигналы (+27 В/разрыв и корпус/разрыв) с определенными электрическими параметрами, поскольку испытываемое самолетное оборудование принимает дискретные сигналы с напряжением в определенных диапазонах, таких как: чувствительность к приему сигналов +27 В/разрыв при наличии напряжения в диапазоне от 16 до 40 В, чувствительность к приему сигналов корпус/разрыв при наличии напряжения от 0 до 3,3 В. Также, используемое при испытаниях устройство должно выдавать дискретные сигналы (+27 В/разрыв и корпус/разрыв), с возможностью увеличения амплитуды выходного сигнала до 60 В, при силе тока в нагрузке до 0,1 А и защитой от короткого замыкания с порогом срабатывания 150 мА и временем восстановления не более 2 с.
Также для работы с самолетным оборудованием необходимо ограничение по приему сигналов +27 В/разрыв от импульсных скачков напряжения до 200 В и длительностью не более 5 мкс, для того, чтобы устройство не могло быть выведено из строя.
Необходимо обеспечить коммутацию двух опорных сигналов REF1, REF2 на выход дискретных каналов с защитой от дребезга и сопротивлением коммутации не более 12 Ом на канал, иметь удобную систему изменения типа выходного дискретного сигнала с минимальными изменениями схем подключения, временными и финансовыми затратами.
Известен адаптер дискретного ввода-вывода с гальванической изоляцией PCI-P16R16 фирмы ICP DAS (www.icpdas.com) и плата ввода-вывода с гальванической изоляцией PCI-7230 фирма ADLink (www.adlinktech.com). Устройство конструктивно выполнено в виде печатной платы для персонального компьютера и содержит последовательно связанные шину ввода-вывода PCI для подключения к персональному компьютеру (ПК), преобразователи напряжений, микроконтроллер управления основными функциями, преобразователь дискретных сигналов в цифровые сигналы и разъемы для приема сигналов +27 В/разрыв и корпус/разрыв. Адаптер дискретного ввода-вывода с гальванической изоляцией PCI-P16R16 и плата ввода-вывода с гальванической изоляцией PCI-7230 имеют каналы выдачи дискретных сигналов.
К недостаткам вышеописанных аналогов можно отнести:
- недостаточную чувствительность к приему сигналов +27 В/разрыв, например, чувствительность к приему сигналов +27 В/разрыв устройства PCI-P16R16 и PCI-7230 рассчитаны на напряжение от 5 до 24 В при требуемом напряжении от 16 до 40 В;
- недостаточную чувствительность представленных аналогов к приему сигналов корпус/разрыв, например, чувствительность к приему сигналов корпус/разрыв устройства PCI-P16R16 рассчитаны на напряжение от 0 до 1 В, у устройств PCI-7230 - от 0 до 1,5 В при потребном напряжении от 0 до 3,3 В;
- недостаточное ограничение устройства по приему сигналов +27 В/разрыв от импульсных скачков напряжения, например, устройства PCI-P16R16 и PCI-7230 выдерживают не более 24 В;
- отсутствие возможности увеличения амплитуды выходного сигнала до 60 В с силой тока в нагрузке до 0,1 А.
- отсутствие удобной системы изменения типа выходного дискретного сигнала с минимальными изменениями схем подключения, временными и финансовыми затратами.
Известен «Модуль приема разовых команд» (патент РФ №185268 от 29.11.2018), который состоит из печатной платы для ПК, содержащей последовательно связанные шину ввода-вывода PCI для подключения к ПК, преобразователи напряжений, микроконтроллер управления основными функциями, интерфейсные разъемы для приема сигналов +27 В/разрыв и корпус/разрыв и преобразователь дискретных сигналов в цифровые сигналы, позволяющий принимать входные сигналы +27 В/разрыв и корпус/разрыв с чувствительностью, необходимой приема сигналов от самолетного оборудования.
К недостатку указанного аналога можно отнести то, что у указанного аналога отсутствует возможность выдачи дискретных сигналов +27 В/разрыв и корпус/разрыв.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в обеспечении выдачи дискретных сигналов +27 В/разрыв и корпус/разрыв с возможностью увеличения амплитуды выходного сигнала до 60 В и током в нагрузке до 0,1 А с ограничением на выход от короткого замыкания при защите от дребезга.
Дополнительный технический результат заключается в простой коммутации двух опорных сигналов на выход дискретных каналов, позволяющей менять тип выдаваемого сигнала с минимальными изменениями схем подключения, временными и финансовыми затратами.
Указанный технический результат достигается благодаря тому, что модуль приема и выдачи разовых команд, состоящий из печатной платы, которая содержит последовательно связанные между собой PCI-разъем, по меньшей мере два преобразователя напряжений, программируемую логическую интегральную схему (ПЛИС) дополнительно содержит интерфейсный разъем для приема и выдачи сигналов +27 В/разрыв и корпус/разрыв и разъем, обеспечивающий подачу опорных сигналов, твердотельные реле с гальванической развязкой, работающие в режиме ключа. Первый вход каждого твердотельного реле с гальванической развязкой соединен линиями связи с выходами ПЛИС, а второй вход соединен со штыревыми соединителями с перемычками для коммутации опорных сигналов, на которые опорный сигнал с напряжением в диапазоне от 0 до 60 В подается с разъема, обеспечивающего подачу опорных сигналов, а каждый выход твердотельных реле с гальванической развязкой последовательно соединен с самовосстанавливающимся предохранителем и интерфейсным разъемом для выдачи и приема дискретных сигналов.
Полезная модель поясняется следующими чертежами:
фиг. 1 - структурная схема модуля приема и выдачи разовых команд;
На фиг. 1 представлены:
1 - PCI-разъем;
2 - преобразователи напряжения;
3 - программируемая логическая интегральная схема (ПЛИС);
4 - конфигурационная память;
5 - разъем JTAG для загрузки конфигурационной последовательности;
6 - преобразователь дискретных сигналов в цифровые сигналы;
7 - модуль ограничения напряжения по входу;
8 - персональный компьютер (ПК);
9 - твердотельные реле с гальванической развязкой;
10 - предохранители;
11 - штыревые соединители с перемычками для коммутации опорных сигналов;
Х1(Х1.1; X1.2) - интерфейсный разъем, обеспечивающий прием и выдачу дискретных сигналов;
Х2 - разъем, обеспечивающий подачу опорных сигналов.
Полезная модель осуществляется следующим образом.
В основе модуля лежит программируемая интегральная микросхема (ПЛИС) 3 семейства SPARTAN2. В ПЛИС реализовано soft-ядро (программное) PCI для работы в составе персонального компьютера (ПК) и схема управления разовыми командами. Программирование осуществляется с помощью разъема JTAG-интерфейса. Код конфигурации загружается в конфигурационную память 4 на базе микросхемы XC18V02. На разъем JTAG 5 с помощью ПК 8 в конфигурационную память 4 (на базе микросхемы XC18V02) загружается код конфигурации, позволяющий в данной реализации осуществлять обработку принятых дискретных сигналов, передавать их в ПК 8 и управлять работой реле.
Модуль приема и выдачи разовых команд управляется посредством драйвера и пользовательского интерфейса, установленного на ПК 8.
Первичное напряжение 5 В подается с шины PCI (на фигурах не показана) ПК 8 на PCI-разъем 1, далее на преобразователи напряжения 2, которые необходимы для работы входящих в состав модуля функциональных блоков (фиг. 1). В представленной реализации полезной модели используются преобразователи напряжения 2 на базе микросхем LM1084-3.3 и IRU1010-25, позволяющие преобразовывать входящее на них напряжение в напряжение 3,3 В и 2,5 В соответственно. Преобразованное напряжение подается в ПЛИС 3 и другие микросхемы.
Модуль приема и выдачи разовых команд управляется посредством драйвера и пользовательского интерфейса, установленного на ПК 8.
Первичное напряжение 5 В подается с шины PCI (на фиг. не показана) ПК 8 на PCI-разъем 1, далее на преобразователи напряжения 2, которые необходимы для работы входящих в состав модуля функциональных блоков (фиг. 1). В представленной реализации полезной модели используются преобразователи напряжения 2 на базе микросхем LM1084-3.3 и IRU1010-25, позволяющие преобразовывать входящее на них напряжение в напряжение 3,3 В и 2,5 В соответственно. Преобразованное напряжение подается в ПЛИС 3 и другие микросхемы.
Прием и выдача дискретных сигналов осуществляется через разъем X1 (X1.1; X1.2), разъем Х2 служит для подачи опорных сигналов (REF) оба разъема расположены на торцевой планке модуля.
Для выдачи дискретных сигналов модуль приема и выдачи разовых команд коммутирует опорные сигналы (REF) постоянного и переменного тока на выход. Модуль поддерживает прием двух опорных сигналов с напряжением в диапазоне от 0 до 60 В постоянного и переменного тока.
Типовое значение опорных сигналов:
- REF1,+27 В постоянного тока;
- REF2, Корпус.
Тип выдаваемого дискретного сигнала на каждый канал (+27 В/разрыв или Корпус/разрыв) определяется для каждого канала отдельно с помощью перемычек.
Посредством твердотельных реле с гальванической развязкой 9, управляемых ПЛИС 3, опорный сигнал коммутируется на выход. В выходной цепи каждого канала имеется защита по току на базе самовосстанавливающихся предохранителей 10 с ограничением силы тока на уровне 150 мА и временем восстановления не более 2 с. Это позволяет защитить канал от короткого замыкания, а при снятии некорректной нагрузки восстановить линию связи в течение двух секунд. напряжения в диапазоне от 16 до 40 В, для входных дискретных сигналов корпус/разрыв при наличии напряжения в диапазоне от 0 до 3,3 В.
Для каналов приема +27 В/Разрыв предусмотрено ограничение по рабочему напряжению по входу, благодаря включению в устройство модуля ограничения напряжения по входу 7, которое ограничивает входной сигнал в диапазоне от минус 40 до 40 В. Модуль ограничения напряжения по входу выполнен с использованием резистора и ограничительного диода (на фиг. не показаны). При уровне сигнала на входе контакта интерфейсного разъема X1 в диапазоне от минус 40 до 40 В, ограничительный диод закрыт и входной сигнал через резистор поступает на преобразователь дискретных сигналов в цифровые сигналы 6. Как только на входе появляется кратковременный скачок напряжения (не более 5 мкс, до 200 В), ограничительный диод открывается и шунтирует входной сигнал через токоограничивающий резистор. Ограничение по приему сигналов корпус/разрыв от импульсных скачков напряжения (не более 5 мкс, до 80 В) обеспечивает преобразователь дискретных сигналов в цифровые сигналы, реализованный на базе микросхемы HI-8422.