一种机载多模态混合复用通信装置的制作方法

1.本技术属于飞机设计技术领域，具体涉及一种机载多模态混合复用通信装置。


背景技术：

2.目前飞机的电气化程度迅速提高，出现了多电甚至全电飞机，机载系统功率也随着技术发展不断升高，机载系统又是一个典型的多余度系统，这导致机载线束愈发庞大和臃肿，机上线束应经成为减轻飞机重量的重要制约。机上线束越少对整个线束敷设安装的压力就越小，由于线束数量庞大，极其不易于维护和升级，所以线束数量的减少能够大大降低机载线束的维护和更新的复杂性。目前机载通信总线以422总线为主，上位机与下位机通信需要4根线束，同时对下位机供电还需要额外的28v功率供电线束。
3.机载设备28v供电由配电装置进行28v供电管理，完成rs422a总线通讯管理、负载管理，采集离散量模拟量信号，故障数据记录，自检，完成sspc控制管理及保护，进行sspc状态监测，处理sspc工作信息与故障信息。机载计算机与各个分系统通过硬线和总线进行信息交互，通过422与下位微控装置进行通讯，硬线信号的采集周期一般为2.5ms，软件运行周期为10ms，计算机运行的周期远远小于需要监测的设备状态变化需求，所以实际上机载计算机采集到的数据很多是冗余的数据。
4.针对线束问题，飞机设计人员和研究者们提出了优化方案，实行线束综合设计ewis(electrical wiring interconnection systems,简称ewis)，对机载线束进行综合设计和集成，一般按照从小到大的顺序从子系统综合、分系统综合、区域综合直到全机综合，同时线束的综合设计也出现了很多算法型的设计，运用最优路径规划等计算机算法，在机载敷设规则的边界限制下，辅助设计人员进行线束敷设。
5.随着机载网络的复杂度增加、节点数增加，机载线束不断增加。随着目前对机载线束进行减重主要集中于飞机线束综合设计，这样的综合设计虽然能够最大限度的减少机载线束，但是随着机载线束的数量增多，优化程度相对有限，因此减少机载线束、提高线束维护性已经成为需要进一步分析解决的问题。
6.机载控制装置、元器件和机载线束是相辅相成的，线束就是为了给机载装置通信和供电等功能实现连接，所以机载线束和机载控制装置、元器件必定是同时出现数量和复杂度的上升，成本和复杂度都随着飞机的电气化程度提高而大大提升。


技术实现要素：

7.机载系统的信号采集主要包括供电线缆以高压270v和低压28v为主，由于机上凡是输出信号，通过线束与机载计算机进行信号通讯的设备基本上都需要28v供电，所以复用供电线束成为切实可靠的减少机载线束，提高设备集成化的可行方案。
8.本技术基于单总线与机载28v供电线束复用的通信主体架构，提供了一种机载多模态混合复用通信装置，主要包括：
9.控制模块，所述控制模块包括主处理器、sspc单元、切换控制模块及数据处理模
块，所述主处理器用于控制各切换控制模块将第一类切换开关的第一端在供电链路与通信链路之间切换，所述第一类切换开关的第二端连接下位微控装置，所述第一类切换开关通过供电链路连接所述sspc单元，所述sspc单元连接机载28v电源，所述第一类切换开关通过通信链路连接所述数据处理模块，所述数据处理模块连接所述主处理器，所述主处理器通过所述机载28v电源供电；
10.下位微控装置，包括第二类切换开关，所述第二类切换开关的一端连接所述第一类切换开关，另一端在充电链路与通讯链路之间切换，充电链路的另一端连接可充电电池模块，所述可充电电池模块还连接有多个数据处理模块，多个数据处理模块通过所述通讯链路连接所述第二类切换开关。
11.优选的是，所述主处理器通过切换总控模块连接各切换控制模块，每个切换控制模块用于控制一个所述第一类切换开关。
12.优选的是，所述主处理器与数据处理模块之间，所述数据处理模块与所述第一类切换开关之间均为双向通信。
13.优选的是，所述主处理器通过机载28v电源连接所述sspc单元，用于完成sspc通道控制管理及保护算法，采集sspc负载电流，进行sspc状态监测，通过通信上报sspc工作信息与故障信息。
14.优选的是，所述下位微控装置的数据处理模块包括数据发送模块、数据提取模块及控制存储模块，所述数据提取模块用于对提取的主处理器中的信息进行数据识别，识别之后的数据由所述控制存储模块进行处理及存储，通过所述数据发送模块实现数据再次传输。
15.优选的是，当所述下位微控装置反馈电量不足信息或者到达预设的通信与供电切换周期，由所述控制模块发送握手信息给下位微控装置，通过多周期握手确认后双方将转入充电模式。
16.优选的是，所述充电模式下，下位微控装置直接将第二类切换开关切换至充电链路，所述控制模块延时一个通信周期后将所述第一类切换开关切换至供电链路。
17.优选的是，所述可充电电池模块与所述第二类切换开关之间设置有单向二极管。
18.优选的是，所述可充电电池模块设置有两个，两个可充电电池模块并联设置，实现双余度供电。
19.本技术通过单线通信，大大减少了机上线缆的重量，机上线缆可以由多种通信方式和多通信电缆，变为统一的单线总控，成倍的从根本上减少了机载线缆数量。同时由于通信机制和设备的统一，维护性也得到了相应的提升。
附图说明
20.图1为本技术机载多模态混合复用通信装置的一优选实施例的系统架构图。
21.图2为本技术图1所示实施例的可充电电池模块结构示意图。
具体实施方式
22.为使本技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施方式中的附图，对本技术实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同
或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。基于本技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本技术保护的范围。下面结合附图对本技术的实施方式进行详细说明。
23.本技术提供了一种机载多模态混合复用通信装置，如图1所示，主要包括：
24.控制模块，所述控制模块包括主处理器、sspc单元、切换控制模块及数据处理模块，所述主处理器用于控制各切换控制模块将第一类切换开关的第一端在供电链路与通信链路之间切换，所述第一类切换开关的第二端连接下位微控装置，所述第一类切换开关通过供电链路连接所述sspc单元，所述sspc单元连接机载28v电源，所述第一类切换开关通过通信链路连接所述数据处理模块，所述数据处理模块连接所述主处理器，所述主处理器通过所述机载28v电源供电；
25.下位微控装置，包括第二类切换开关，所述第二类切换开关的一端连接所述第一类切换开关，另一端在充电链路与通讯链路之间切换，充电链路的另一端连接可充电电池模块，所述可充电电池模块还连接有多个数据处理模块，多个数据处理模块通过所述通讯链路连接所述第二类切换开关。
26.在一些可选实施方式中，所述主处理器通过切换总控模块连接各切换控制模块，每个切换控制模块用于控制一个所述第一类切换开关。
27.本技术的控制模块如图1所示，主要是一种机载28v配电管理与控制一体计算机，该计算机将原机载配电装置和机载计算机进行功能和硬件上的集成。由于目前计算机处理器性能已经完全可以满足机载计算使用需求，所以使用一片主处理器，即可运行原机载计算机与原机载配电装置所有软件及驱动控制功能。
28.通过主处理器与数据处理模块实现控制模块与下位微控装置的通信。通过28v电源、主处理器、切换总控模块、切换控制模块、切换开关sspc形成对下位微控装置的供电管理，完成负载管理任务解算，采集信号，故障数据记录，自检。完成sspc通道控制管理及保护算法，采集sspc负载电流，进行sspc状态监测，通过通信上报sspc工作信息与故障信息。本技术设计主要包括控制模块与下位微控装置两部分，唯一的控制模块通过28v供电/单总线与各个下位微控装置连接。
29.控制模块主要由28v电源、主处理器、切换模块、数据处理模块、切换控制模块、切换开关以及sspc单元组成。整个架构分为能量传递与信息传递两部分，上位控制单元与下位微控装置不论是能量传输还是信息传递均由同一根总线实现。上位电能需求通过机载的28v供电提取能量，主处理器控制sspc单元、切换总控模块与数据处理模块，主处理器控制各行为模块的状态。通过实际情况判定，切换控制模块控制切换开关的不同开关位，从而实现上位控制向下位控制信息或能量的切换。
30.在一些可选实施方式中，所述主处理器与数据处理模块之间，所述数据处理模块与所述第一类切换开关之间均为双向通信。当需要控制模块向下位微控装置输出电能时，主处理器将控制信号传递给切换总控模块与sspc单元。切换开关接入能量传输架构，控制模块从机载28v供电电网中提取电能，通过sspc单元向下位微控单元供能。sspc单元和切换控制总模块与主处理器之间形成双向信息传递，形成局部闭环。当控制模块需要向下位微
控装置传递信息时，主处理器向切换总控模块传递信息，切换开关转入信息传递架构。主处理器与数据处理模块实现双向数据交互，数据处理模块与下位微控装置实现双向信息交互。
31.在一些可选实施方式中，所述下位微控装置的数据处理模块包括数据发送模块、数据提取模块及控制存储模块，所述数据提取模块用于对提取的主处理器中的信息进行数据识别，识别之后的数据由所述控制存储模块进行处理及存储，通过所述数据发送模块实现数据再次传输。
32.该实施例中，下位微控装置的控制开关由控制与存储模块控制切换功能。在供能模式下，下位微控装置的切换开关接通可充电电池模块，电池存储能量。在数据传递模式下，来自控制模块的控制信息首先进入数据提取模块进行数据识别，之后转入可靠性较高的控制与存储模块中进行处理与存储，之后通过数据发送模块实线数据再次传输。下位微控装置中的三个数据处理单元工作中所需电能均由可充电电池模块提供，数据传递模式结束后，电池再次进入充电模式，为下一次各个模块运行供能。
33.充电与通信模式的转换机制方案：通过上下位的握手通信机制，由控制模块作为总控，控制模块将切换开关进入通信模式，控制模块与下位微控装置进行通信。当下位微控装置反馈电量不足信息或者到达预设的通信与供电切换周期，控制模块将会发送握手信息给下位，通过多周期握手确认双方将转入充电模式，握手确认后为保护下位微控装置，下位微控装置将会直接将切换开关切换至充电等待模式，上位计算机将会延时一个通信周期后将切换开关切换至28v。为保证延时一个通信周期中上位通信模块不受影响，如图2所示，下位微控装置将会采用二极管保证电池不会倒流，同时下位可充电电池模块采用双余度电池，保证余度供电。
34.本技术通过单线通信，大大减少了机上线缆的重量，机上线缆可以由多种通信方式和多通信电缆，变为统一的单线总控，成倍的从根本上减少了机载线缆数量。同时由于通信机制和设备的统一，维护性也得到了相应的提升。
35.另一方面，本技术的单总线通信可以减少芯片资源和接口的占用，上位机和下位机的芯片可以选择封装更小、接口更少的模式，同时相应的外围控制电路的复杂度与数量也将会大大减少，增加的小电池的成本远小于相对于芯片和控制电路的成本的减少。从根本上节约了成本，同时整个总线架构便于整个机载网络的拓展和维护。
36.虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本技术作了详尽的描述，但在本技术基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本技术精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本技术要求保护的范围。