Мезонинный модуль приема-выдачи разовых команд

Полезная модель относится к области испытательного оборудования техники и предназначена для приема и выдачи дискретных сигналов (разовых команд), таких как +27В/разрыв, Корпус/разрыв и приема сигналов ТТЛ/разрыв.
При разработке и испытаниях самолетного оборудования на комплексах полунатурного моделирования возникает необходимость интеграции данных с широкой номенклатурой авиационных интерфейсов, состав и количество которых может меняться. В связи с этим, требуется многоуровневая система, в которой физические интерфейсы выполнены в виде мезонинов с внешними выводами, а вычислительный модуль имеет унифицированный способ их подключения.
Из уровня техники известны следующие технические решения.
Известен модуль разовых команд М5 84-03 фирмы АО «Раменское приборостроительное конструкторское бюро» (https://mniirip.m/sites/default/files/articles/katalog_elektronnogo_napravleniya_rpkb.pdf), который состоит из печатной платы, содержащей интерфейсные микросхемы для приема и выдачи разовых команд, микросхему контроллера интерфейсной шины PCI Express и интерфейсные разъемы ХМС для обеспечения взаимодействия с другими модулями, входящими в состав бортовой графической станции БГС-5.
Модуль конструктивно выполнен в виде мезонина типа ХМС, стандарт VITA 42.0. Модуль предназначен для выдачи и приема разовых команд (+27В/разрыв, Корпус/разрыв) и функционирует в соответствии с требованиями спецификации шины PCI Express v1.0a.
К недостаткам указанного устройства можно отнести:
отсутствие возможности установки на одноплатный компьютер типа Raspberry Pi или аналогичный ему вычислительный модуль по набору интерфейсов, а также по форме и расположению соединительных контактов ввиду несовместимости соединителей, поскольку в аналоге используются соединители ХМС в соответствии со стандартом VITA 42.0 и интерфейсная шина PCI Express, а в модуле Raspberry Pi - штыревые соединители серии PLD (40 контактов) и набор интерфейсов, отличных от интерфейсной шины PCI Express;
подключение соединителей ХМС, содержащих большое число контактов, и реализация более ресурсоемкой шины PCI Express в аналоге требует применения сложной элементной базы, что приводит к усложнению и удорожанию печатной платы т.к. это увеличивает количество слоев, повышает класс точности, усложняет контроль качества пайки, а также ухудшает ремонтопригодность.
Известен «Модуль приема и выдачи разовых команд» (патент РФ №191679 от 15.08.2019), который состоит из печатной платы для ПК, содержащей последовательно связанные шину ввода-вывода PCI для подключения к ПК, преобразователи напряжений, ПЛИС для управления основными функциями, интерфейсные разъемы для приема сигналов +27В/разрыв и Корпус/разрыв, преобразователь дискретных сигналов в цифровые сигналы, позволяющий принимать входные сигналы +27В/разрыв и Корпус/разрыв с чувствительностью, необходимой для приема сигналов от самолетного оборудования и твердотельные реле, коммутирующие опорные сигналы с напряжением в диапазоне от 0 до 60 В.
К недостаткам указанного устройства можно отнести:
отсутствие возможности установки на одноплатный компьютер типа Raspberry Pi или аналогичный ему вычислительный модуль по набору интерфейсов, а также по форме и расположению соединительных контактов ввиду несовместимости соединителей, поскольку в аналоге используется интерфейсная шина PCI, а в модуле Raspberry Pi - штыревые соединители серии PLD (40 контактов);
аналог не может функционировать как самостоятельное изделие вне промышленного компьютера, что оказывает существенное влияние на массогабаритные характеристики, стоимость изделия в целом и область его применения.
Данный модуль приема-выдачи разовых команд по технической сущности является наиболее близким к заявленному техническому решению и может выступать в качестве прототипа.
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в создании мезонинного модуля, способного работать с разовыми командами +27В/разрыв, Корпус/разрыв и ТТЛ/Разрыв под управлением одноплатного компьютера типа Raspberry Pi или аналогичного ему вычислительного модуля по набору интерфейсов, а также по форме и расположению соединительных контактов.
Технический результат заявленной полезной модели заключается в возможности приема дискретных сигналов типа +27В/разрыв, Корпус/разрыв и ТТЛ/Разрыв при обеспечении выдачи дискретных сигналов типа +27В/разрыв, Корпус/разрыв при взаимодействии с одноплатным компьютером типа Raspberry Pi или аналогичным ему вычислительным модулем по набору интерфейсов, а также по форме и расположению соединительных контактов.
Указанный технический результат достигается за счет реализации мезонинного модуля приема-выдачи разовых команд, выполненного в виде печатной платы, которая содержит в своем составе разъем подключения периферийного оборудования для приема и выдачи дискретных сигналов, интерфейсный разъем для подключения вычислительного модуля, разъем для подачи внешнего опорного напряжения, реле для коммутации опорного напряжения, отличающегося тем, что содержит микросхему, выполненную с возможностью принимать дискретные сигналы типа +27В/разрыв, Корпус/разрыв и ТТЛ/разрыв с регулируемыми порогами чувствительности по приему входных сигналов, микроконтроллер, позволяющий управлять реле и соединенный линиями связи с контактами управления реле, при этом указанные микросхема и микроконтроллер соединены линиями связи с интерфейсным разъемом для подключения вычислительного модуля, при этом приемник дискретных сигналов в составе микросхемы и указанное реле, связанное с разъемом для подачи внешнего опорного напряжения через штыревые соединители с перемычками для коммутации опорных сигналов, соединены линиями связи с разъемом подключения периферийного оборудования для приема и выдачи дискретных сигналов.
В предпочтительном варианте исполнения, предлагаемый мезонинный модуль в своем составе дополнительно содержит штыревой разъем для программирования микроконтроллера.
Исполнение предлагаемого мезонинного модуля указанным образом позволяет принимать от датчиков дискретные сигналы типа +27В/разрыв, Корпус/разрыв и ТТЛ/разрыв и выдавать дискретные сигналы типа +27В/разрыв, корпус/разрыв путем установки данного устройства на одноплатный компьютер типа Raspberry Pi или на аналогичный ему вычислительный модуль по набору интерфейсов, а также по форме и расположению соединительных контактов.
Предлагаемый мезонинный модуль выполнен в виде единого корпуса, который содержит в своем составе элементы, представляющие собой сборочные единицы, соединенные между собой сборочными операциями, и обладает функционально-конструктивным единством, поэтому может быть заявлено в качестве полезной модели.
На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого мезонинного модуля приема-выдачи разовых команд в предпочтительном варианте исполнения, где 1 - разъем подключения периферийного оборудования, 2 - интерфейсный разъем серии PBD40 для подключения к одноплатному компьютеру Raspberry Pi или аналогичному ему вычислительному модулю, 3 - микросхема HI-8435, 4 - микроконтроллер, 5 - реле, 6 - разъем для подачи опорного напряжения, 7 - штыревые соединители с перемычками для коммутации опорных сигналов, 8 - штыревой разъем для программирования микроконтроллера.
Мезонинный модуль приема-выдачи разовых команд в предпочтительном варианте своего исполнения (фиг. 1) выполнен в виде печатной платы, которая содержит в своем составе разъем подключения периферийного оборудования для приема и выдачи дискретных сигналов (1), интерфейсный разъем серии PBD40 для подключения одноплатного компьютера типа Raspberry Pi или аналогичного ему вычислительного модуля по набору интерфейсов, а также по форме и расположению соединительных контактов (2), разъем для подачи внешнего опорного напряжения (6), микросхему HI-8435 фирмы HOLT (3), выполненную с возможностью принимать дискретные сигналы типа+27В/разрыв, Корпус/разрыв и ТТЛ/разрыв с регулируемыми порогами чувствительности по приему входных сигналов, реле PRAC37S для коммутации опорного напряжения (5), микроконтроллер (4), позволяющий управлять реле (5) и соединенный линиями связи с контактами управления реле (5). При этом указанные микросхема (3) и микроконтроллер (4) соединены линиями связи с интерфейсным разъемом для подключения одноплатного компьютера (2).
Приемник дискретных сигналов в составе указанной микросхемы (3) и реле (5), связанное с разъемом для подключения опорного напряжения (6) через штыревые соединители с перемычками для коммутации опорных сигналов (7), соединены линиями связи с разъемом подключения периферийного оборудования для приема и выдачи дискретных сигналов (1).
Штыревой разъем (8) предназначен для программирования микроконтроллера (4).
Полезная модель осуществляется следующим образом.
Прием и выдача дискретных сигналов (разовых команд) осуществляется через разъем подключения периферийного оборудования (1), разъем (6) служит для подачи опорных сигналов.
Для приема дискретных сигналов типов +27В/разрыв, Корпус/разрыв и ТТЛ/разрыв служит микросхема HI-8435 фирмы HOLT IС (3), представляющая собой 32-канальный дискретно-цифровой датчик с последовательным периферийным интерфейсом SPI. Все 32 управляющих канала разделены на 4 независимых группы по 8 входов, каждая из которых настраивается на прием определенного типа сигнала и управляется одноплатным компьютером Raspberry Pi или аналогичным ему вычислительным модулем посредством интерфейса SPI через разъем (2). Пороговые напряжения и гистерезис для каждой входной группы обнаружения сигналов программируются с шагом 0,5В в диапазоне от 2 до 21В, а также при помощи одноплатного компьютера или аналогичного ему вычислительного модуля посредством интерфейса SPI через разъем (2).
Для выдачи дискретных сигналов мезонинный модуль коммутирует опорные сигналы постоянного и переменного тока на выход. Модуль поддерживает прием двух опорных сигналов с напряжением в диапазоне от 0 до 60В постоянного и переменного тока.
Тип выдаваемого дискретного сигнала на каждый канал (+27В/разрыв или Корпус/разрыв) определяется для каждого канала отдельно с помощью перемычек, устанавливаемых на штыревые соединители (7).
Посредством реле (5) (в предпочтительном варианте осуществления полезной модели используются твердотельные реле PRAC37S), управляемых микроконтроллером (4), который, в свою очередь, управляется от одноплатного компьютера Raspberry Pi или аналогичного ему вычислительного модуля посредством интерфейса SPI через разъем (2) и программируется при помощи штыревого разъема (8), опорный сигнал коммутируется на выход.
Электропитание микросхем (3) и (4) напряжением +3,3В осуществляется от одноплатного компьютера Raspberry Pi или аналогичного ему вычислительного модуля через интерфейсный разъем (2).