通用航空电气设计培训平台的研制

李 铁

沈阳飞机工业（集团）有限公司产品研发部

引言

目前，由于中国大学专业课程设置的局限性，所学专业知识多数与实际需求脱轨。为使航空电气专业新员工尽快达到电气设计岗位知识及技能要求，研制一种培训平台，在平台上集成了航空电气专业基础培训所需的基础硬件如：主板、温度、压力、姿态、航向等模块，另外通过软件编程训练，可以更好地理解数据总线知识和当前通用飞机普遍采用的EFIS 等相关知识，为将来的设计工作打下良好基础。

研制目的

航空电气设计员应知应会能力的培养

电气设计员设计水平的提高是一个理论和实践相结合的渐进式上升的过程。只有经过大量的实践、总结、再实践、再总结这个理论和实践相结合的过程，设计员的设计水平才能逐渐提高。目前，在进行飞机电气设计过程中所用到的电气基础知识涉及面很广，如果平时没有电气基础知识的训练，只靠书本上所学到的知识是不能很好地完成设计工作的。鉴于此，开发一个平台，在这个平台上进行电气基础知识学习（应知）和基本动手能力（应会）的训练。

通用飞机电气设计基本知识的掌握

在平台上集成了温度、压力、姿态、航向、数据总线等模块，通过学习上面几个模块的相关知识及使用方法，就为提高通用飞机电气设计水平打下了良好的基础，就能更好的吸收国内外同类产品的先进技术，使我们自主研发的产品能与世界先进水平保持同步。

培训平台的构成

培训平台主要由两部分构成：硬件和软件。硬件主要有主板、功能模块、传感器、显示屏、电源等组成；软件主要是主板处理来自传感器、功能模块等数据，将处理结果及相关信息送到液晶显示屏显示出来。

硬件系统框图如图1。

图1

主板介绍

主板是整个培训平台的核心，它集成了核心模块RCM5700、六个数字量输入接口、七个继电器输出接口、四个232 串口、一个485 口、一个USB 编程口、一个3X3 键盘接口。

RCM5700 由 美 国Digi International 公 司 生 产，是一种紧凑型模块。内嵌有功能强大的Rabbit5000 微处理器，具有10/100 Base-T 以太网功能和片内SRAM。Rabbit5000 微处理器包括硬件DMA、至多六个串行口、可变相位PWM、外部输入/输出总线、正交解码器、输入捕获。这使其成为一种快速、高效、适用于各种不同嵌入式应用的理想的核心模块。

主板电源采用双12V 供电，目的是使核心模块电源与功率器件电源分开，降低功率器件在使用过程中产生的干扰对核心模块正常工作的影响。为了保证核心模块的电源质量，在12V 输入端，并联了3300uF 及0.1uF 的电容，然后经过7806 稳压，输出给AMS1117，产生3.3V的电压，供给核心模块及相关芯片。

为了使主板工作更加稳定，主要芯片（USB 转串口、232 串口电平转换、485 接口电平转换等）及电阻、去耦电容、磁珠等均采用贴片元件。

输入信号有四路采用触点输入，两路采用电平输入，均经过光耦TLP521 输入给核心模块的输入管脚。光耦主要起到两个作用：一是隔离干扰、二是电平转换。

主板上扩展了6 个串行接口，包括：

1 个USB 接口，用于给核心模块编程。在应用中，也可开放给用户，用作普通USB 接口。

4 个232 接口、1 个485 接口。由于带数字接口的传感器大多数采用的都是232 接口。232 接口是传统串行通讯接口，属于点对点通讯，即一个232 接口对应一个传感器。传输最大距离只有15m。485 接口是一主多从，即一条485 总线上可以挂接多个器件，抗干扰性能好，传输距离远，最多可以达到1000m。

外围模块及传感器介绍

温度、压力测量模块自制，以AVR MEGA8 为核心。

MEGA8 是一种8 位单片机，爱特梅尔公司生产。其片内集成了看门狗、内部晶振、10 位AD 转换电路、16 位定时器、外部中断、串口、PWM 等资源，是一款高度集成的CPU，仅需极少的外部器件就能完成各种工作，使用非常方便。

温度传感器选用的是DALLas 生产的DS18B20，测温范围 -50℃～+125℃。采用单总线通讯，每个芯片唯一编码，支持联网寻址（在一条总线上可以接多个温度传感器）。

压力传感器选用霍尼韦尔的142PC15A，绝压型，压力范围0～15PSI。通过气压和温度的测量，再根据相应的计算公式，就可得出测量的气压和高度的对应关系。

姿态、航向测量模块采用霍尼韦尔公司的HMR3000数字罗盘模块。HMR3000 与主板通过232 接口，使用简单的ASC Ⅱ指令字符串进行通讯。

液晶显示屏采用北京迪文公司的10 寸800X600 工业串口屏。

键盘采用3X3 矩阵，扩展出9 个按键，用于设置各种参数。

软件介绍

在上述主板及相关外围模块连接完成后，必须通过软件编程，采集各传感器数据到主板，通过处理，送到液晶显示屏将各种数据显示出来。主板编程采用Dynamic C，它是RCM5700 编程专用软件，有丰富的功能函数。对于数据及字符串处理非常方便。另外温度、压力测量模块的编程采用ICCAVR，它是AVR 单片机专用编程软件。

培训内容

硬件基础知识

首先了解主板的硬件组成，掌握下列电子器件的使用方法：

核心模块RCM5700：要求掌握其工作频率、工作电压。输入/输出口线的使用方法、串口的使用方法、片内EEROM 存储器的使用方法、实时时钟、片内看门狗等的使用方法。

AVR 单片机MEGA8 的使用方法。

单总线温度传感器DS18B20 的使用方法。

继电器隔离驱动：要求掌握TLP521 的使用方法、PNP 三极管工作在饱和和截止区的使用方法、继电器续流二极管的使用方法。

TTL 电平到232 电平转换芯片SP3243 的使用方法。

TTL 电平到485 电平转换芯片ME3483EESA 的使用方法。

TTL 电平到USB 电平转换芯片FT232RL 的使用方法。

矩阵键盘的编程方法。

嵌入式系统C 语言编程

要求掌握软件编程基本方法、软件调试、代码下载。

Dynamic C：Dynamic C 是用于编写嵌入式应用软件的一套集成的开发系统。是专为基于Rabbit 微处理器而设计的。Dynamic C 带有很多函数库，并且全为源代码形式。这些库支持实时编程、芯片级I/O，并提供标准字串处理和数学计算等函数。

Iccavr：用于 AVR 系列单片机开发，集成了IDE、编译。

培训平台的使用

培训准备

在使用培训平台进行学习之前，首先应掌握：

电阻、电容、电感等基本元器件的类型及器件参数含义。

示波器、万用表、电烙铁等常用电气工具的使用方法。

硬件学习

首先应看明白培训平台的电气原理图，读懂培训平台涉及的器件手册，弄清楚RCM5700 各个口线的基本操作方法，口线的复位电平状态。掌握核心模块RCM5700与周边器件的连接、控制方法。按照培训平台的使用说明逐个掌握各器件的使用方法。

在控制板中继电器是常见器件，其驱动方法应熟练掌握。其它电子器件根据器件手册也应掌握其使用方法。

软件学习

由于培训平台微处理器为主，对所有相关器件的操作都体现在软件编程上，编程以Dynamic C 为主。首先应学习Dynamic C 的基本语法、Dynamic C 自带的字符串和数学函数、串口操作函数等基本编程知识。根据平台给出的示例程序逐步对Dynamic C 的资源进行操作。在充分了解了示例程序后，另外编一些程序，检验对软硬件的掌握程度。重复以上过程，直到具有能独立编程控制外部器件能力。同理，学习其它器件的操作方法。

经过上面的训练，目的并不是仅仅掌握以上涉及的器件的使用，而是在训练中培养分析问题、解决问题的能力，并将这种能力在今后的工作中加以运用，这就是研制培训平台的主要目的。

结束语

电气设计培训平台为企业开创了一种新的新员工培训方法，此种方法把培训和实际工作更加紧密联系。按照培训内容要求，掌握各器件的使用方法，相关软件的编程方法，不仅学到了电气基础知识，还能提高动手能力，为今后的工作打下坚实基础。