一种用于机载制氧机的UI指示系统的制作方法

一种用于机载制氧机的ui指示系统
技术领域
1.本发明涉及民航机载设备领域，尤其涉及一种用于提供机载制氧机状态或故障灯光信号的ui指示系统。


背景技术：

2.现代飞机的飞行往往都在高空中进行（7000
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1.5万米为高空，1.5万米以上为超高空），为保障乘员在高空飞行时的安全舒适性，民航飞机上均采用大气增压式机舱。外界空气由增压装置加压后送入机舱，增加的气压满足人体对空气含氧量的需要，并能调节通风使温度和湿度符合生理需要，使乘员在高空飞行中有一个舒适安全的生活环境。以波音客机为例，它通过发动机将空气进行增压后供入机舱。即使飞机飞行在万米高空，机舱内的大气环境也和在海拔1500米左右相似。
3.目前中国民用航空局（以下简称caac）要求航空公司在运行高高原航班（机场海拔高度≥3000米），当座舱高度≥3000米时，需要执勤的飞行员进行补充吸氧。航空公司现在普遍采用驾驶舱内配备备用氧气瓶的方式为飞行员提供氧气，但此方式存在氧气瓶容量有限、氧气瓶存放有一定风险、氧气瓶维护运营成本高的问题。
4.现在计划开发一款机载制氧机，利用分子筛制氧的原理对空气中的氧气进行过滤提纯，从而为飞行员提供满足相应规章的氧气。经过前期市场调查，发现目前国内市面上没有适合民航大飞机使用的机载制氧机及相应的整机工程解决方案。
5.在开发机载制氧机的过程中，需要对机载制氧机中的ui模块进行了独立研发，使设备能够适应民航飞机复杂的机载电气运行环境。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于机载制氧机的ui指示系统，能为机载制氧机提供状态或故障灯光信号，具备高可靠性，满足rtca do
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160g机载设备环境试验标准。
7.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种用于机载制氧机的ui指示系统，包括设置在ui电路板上的主控mcu、emc处理电路、故障指示灯电路、电压比较器电路、电压射随器电路和电源指示灯电路；所述主控mcu分别与电压射随器电路和emc处理电路连接；所述电压比较器电路与主控mcu连接；所述故障指示灯电路与主控mcu连接；所述电源指示灯电路与电压比较器电路连接；所述主控mcu内安装有ui指示系统，用于读取制氧机的故障信号，判断故障类型，并根据判断结果生成故障指示灯的控制指令。
8.具体的，电压射随器电路包括电压射随器和蜂鸣器，蜂鸣器与电压射随器连接；电压射随器与主控mcu连接。
9.电压比较器电路包括电压比较器和电流信号输入接口，电流信号输入接口与电压比较器连接；电压比较器分别与主控mcu和电源指示灯电路连接。
10.ui指示系统具体包括中断模块、计时器模块、判断模块和指示灯控制模块，其中，中断模块用于根据中断信号触发中断事件，并生成中断事件对应的判断信号；判断模块用于根据判断原则对判断信号进行信号分析，判断出中断事件对应的故障类型；指示灯控制模块用于根据判断模块判断出的故障类型生成指示灯控制指令；计时器模块用于设定中断信号判断主循环值、计时器超时值和判断时间间隔。
11.具体的，判断原则具体包括：a:前一个故障无法判断是重要故障还是普通故障；b:前一个故障为重要故障时，间隔20s，就会产生下一个重要故障；这种情况下，故障时间间隔是小于29s的；c：前一个故障是普通故障时，正常情况下，会在间隔30s时，会产生下一个普通故障，如果再次产生故障信号，则这个信号的等级必然高于普通信号，也就是重要故障，所以第一个故障是普通故障，在29s内发生故障，则这个故障可以判断是重要故障；d：前一个故障无论是重要故障还是普通故障，与后一个故障信号间隔30s，这可以判断后一个故障信号是普通故障信号；e：前一个故障无论是重要故障还是普通故障，与后一个故障信号间隔超过30s，则可以判断故障已经消失。
12.此外，系统还包括电源接口和按键接口。电源接口用于接入外部电源，emc处理电路与电源接口连接。按键接口用于发送开机信号，主控mcu与按键接口连接。
13.本发明的有益效果：1.本发明为机载制氧机提供状态或故障灯光信号，组成了完整的民航运输类大飞机机载制氧解决方案。
14.2.本发明设计的设备具备高可靠性，满足rtca do
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160g机载设备环境试验标准，填补国内空缺。
15.3本发明的开发成本与生产成本远低于国外机载设备成本均值。
附图说明
16.图1是本发明的系统设备原理框图。
17.图2是emc处理电路框图。
18.图3是电压射随器电路图。
19.图4是故障指示灯电路图。
20.图5是主控mcu电路图。
21.图6是电压比较器电路图。
22.图7是软件系统运行逻辑图。
具体实施方式
23.为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
24.本发明中，ui电路板（ui模块）主要功能是提供机载制氧机的状态或故障灯光信
号。ui模块设置有两个led指示灯，其中一个为红/黄双色指示灯，另外一个为绿色指示灯。信号输入为制氧机的核心组件的故障蜂鸣器信号，通过对信号的判断，控制指示灯组合来指示工作状态。
25.本发明解决的技术问题是：为民航机载制氧机提供运行状态和故障指示功能，且设备满足民用航空机载设备使用标准，具体包括：满足rtca do
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160g 机载设备的环境条件和测试程序中的第17节电压尖峰要求；满足rtca do
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160g 机载设备的环境条件和测试程序中的第18节音频传导敏感性的要求；满足rtca do
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160g 机载设备的环境条件和测试程序中的第19节感应信号敏感性要求；满足rtca do
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160g 机载设备的环境条件和测试程序中的第20节射频敏感性（辐射和传导）要求；满足rtca do
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160g 机载设备的环境条件和测试程序中的第21节无线电频率能量发射要求；本发明针对以上rtca do
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160g要求，对ui模块电路进行了设计，以满足民航机载环境的使用要求，具体设计过程见下列实施例。
26.实施例一：本实施例中，如图1所示，一种用于机载制氧机的ui指示系统，包括设置在ui电路板上的主控mcu、emc处理电路、故障指示灯电路、电压比较器电路、电压射随器电路和电源指示灯电路；所述主控mcu分别与电压射随器电路和emc处理电路连接；所述电压比较器电路与主控mcu连接；所述故障指示灯电路与主控mcu连接；所述电源指示灯电路与电压比较器电路连接；所述主控mcu内安装有ui指示系统，用于读取制氧机的故障信号，判断故障类型，并根据判断结果生成故障指示灯的控制指令。
27.其中，故障指示灯包括红色led灯和黄色led灯，红色led灯用于指示重要故障，黄色led用于指示普通故障。电源指示灯电路包括电源led灯，电源led灯用于指示制氧机的工作状态。
28.本实施例中，电压射随器电路包括电压射随器和蜂鸣器，蜂鸣器与电压射随器连接；电压射随器与主控mcu连接。
29.电压比较器电路包括电压比较器和电流信号输入接口，电流信号输入接口与电压比较器连接；电压比较器分别与主控mcu和电源指示灯电路连接。
30.此外，系统还包括电源接口和按键接口。电源接口用于接入外部电源，emc处理电路与电源接口连接。按键接口用于发送开机信号，主控mcu与按键接口连接。
31.实施例二：本实施例中，设备电路组成主要包含emc处理电路、电压射随器、故障指示灯电路、电压比较器、电源指示灯电路和主控 mcu 电路。本实施例在实施例一提供的模块电路架构上进一步进行详细设计，具体设计内容包括以下方面：1.emc处理电路emc处理电路用于滤除ui模块和其他设备模块之间的 emi、esd 干扰，处理掉相互之间的干扰。其参考电路如图2所示。
32.2.电压射随器电路电压射随器电路位于蜂鸣器与ui模块之间，蜂鸣器位于制氧机核心电路上，为避免ui模块对制氧机核心电路的影响，射随器电路采用输入阻抗极高的 tl9301,对制氧机核心电路的分流极小，tl9301 内部包含 emi 滤波器，可以滤除制氧机核心电路的 emi 对 ui 模块的干扰。同时作为两个模块之间的阻抗匹配。电压射随器电路相关电路如图3所示。
33.3.故障指示灯电路故障指示灯电路作为制氧机故障情况指示，普通故障为黄灯，重要故障为红色，控制信号由主控 mcu 提供。故障指示灯电路参考电路如图4所示。
34.4.主控mcu电路 主控mcu电路的核心为stc公司推出的stc89c52，该芯片是stc89c52 系列单片机，具有高速/低功耗/超强抗干扰等特点，增强型8051单片机指令代码完全兼容传统 8051。主控mcu电路相关参数如下：工作电压：5.5v~3.8v； 工作频率：0~35mhz；片上集成 1280 字节；有eeprom功能；看门狗；工作温度范围：
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40℃~ 85℃； 封装：lqfp
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44，pdip
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40，plcc
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44，pqfp
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44。主控mcu电路如图5所示。
35.5.电压比较器电路电压比较器电路将由电源模块输入ui模块的电流信号与基准信号进行比较，电路设计思路是将电源模块输入的电压信号与基准信号进行比较，高于基准信号，比较器输出高电平，将led灯点亮。电源模块输入电压为电流信号转换而来，电流越大，电压也就越高，基准信号由电源电压分压而来，最终实现电源模块输出电流大于1a 时，led灯点亮。其电路如图6所示。
36.本实施例设计的ui电路板可为机载制氧机提供状态或故障灯光信号，组成了完整的民航运输类大飞机机载制氧解决方案。同时设备具备高可靠性，满足rtca do
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160g机载设备环境试验标准，填补国内空缺，设备整体开发成本与生产成本远低于国外机载设备成本均值。
37.实施例三：本实施例中，在实施例二提供的硬件设备基础上，具体设计了用于处理硬件设备数据的嵌入式ui指示系统，系统安装在主要需要实现的软件功能是读取制氧机的故障信号，然后判断故障类型，完成判断后将故障已指示灯的形式展现出来。其主要由中断模块、计时器模块、判断模块、指示灯控制模块。其中，中断模块用于根据中断信号触发中断事件，并生成中断事件对应的判断信号。判断模块用于根据判断原则对判断信号进行信号分析，判断出中断事件对应故障类型。指示灯控制模块用于根据判断模块判断出的故障类型生成指示灯控制指令。计时器模块用于设定中断信号判断主循环值、计时器超时值和判断时间间隔。
38.本实施例中，系统逻辑如图7所示，其中，中断触发：中断触发采用下降沿触发，由于中断信号正常情况为高电平，发生触发事件时，电平被拉低，故采用下降沿触发。
39.判断信号，再次判断触发信号是否确为完整的触发信号，确定为低电平触发信号。则进入下一步，否则，不做处理，退出中断。
40.时间间隔判断也就是故障类型判断，其判断原则如下：1：前一个故障无法判断是重要故障还是普通故障；
2：前一个故障为重要故障时，间隔 20s，就会产生下一个重要故障；这种情况下，故障时间间隔是小于 29s 的，3：前一个故障是普通故障时，正常情况下，会在间隔 30s 时，会产生下一个普通故障，如果再次产生故障信号，则这个信号的等级必然高于普通信号，也就是重要故障，所以第一个故障是普通故障，在 29s 内发生故障，则这个故障可以判断是重要故障。
41.4：前一个故障无论是重要故障还是普通故障，与后一个故障信号间隔 30s，这可以判断后一个故障信号是普通故障信号。
42.5：前一个故障无论是重要故障还是普通故障，与后一个故障信号间隔超过 30s，则可以判断故障已经消失。
43.本实施例中，在上述实施例一、实施二的设计基础上还对系统进行了综合设计，设计内容包括：一、环境适应性设计1.温湿度本实施例设计的模块pcb板布局上充分考虑散热，产热源四周采用大量过孔散热，器件分布较为均匀，利于散热。所有器件均采用工作温度不低于
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25℃~85℃温度范围的器件。满足 do160
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g 中该类属性模块
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15℃~55℃的工作温度区间。
[0044] pcb 板采用满足 gb4588 标准的电路板。确保电路板的环境适应性。电路板表面生产过程中做三防处理，避免湿热环境对电路板的损坏。
[0045]
2.电磁兼容本实施例的模块电路设计上前后添加了2级emi处理，外壳除去顶部采用塑料件，其余均采用金属件，并做接地处理。
[0046]
3.抗冲击本实施例的模块上采用的器件均采用表贴器件，避免了不利于冲击的高大直插器件。 pcb 板采用满足 gb4588 标准的电路板，确保电路板的抗冲击性。模块的生产地为具有生产高可靠性军工电路板的贴片厂。所用器件本身具备抗高强度冲击。
[0047]
二、可生产性设计本实施例所有器件均采用现行量产器件，后期进行大批量生产时，可以避免批量生产过程中大面积缺货或器件停产的情况出现。
[0048]
电路板设计按照常规设计进行处理，无特殊封装器件，无特殊人工操作器件，无需特殊工艺要求，方便大批量生产。
[0049]
三、安全性设计本实施例模块设计过程充分考虑安全性： 电路板边缘无尖锐，避免刮伤。所选器件无易燃易爆，极端情况下，不会产生明火、无毒害气体产生。模块表面做阻燃喷涂，阻止内外燃烧。
[0050]
四、符合性设计本实施例模块设计过程严格按照设计需求书执行，遵循 rtca/do
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g 和 rtca/do
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313 与中航相关标准。
[0051]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本
发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。