Цифровий датчик тиску повітря у кабіні літака

Основні технічні характеристики:

- 4 програмувальних приймально-передавальних канали;

- розмір буфера одного каналу - 256 слів по 32 розряди;

- інтерфейс із ARINC 429 чи 575;

- двопортовий ОЗП обсягом 128 Кбайт;

- 48 біт (мкс) - мітка часу 1 мкс;

- програмне формування розрядів паритету і парності;

- можливість вибору швидкості передачі даних на (12,5ДО чи 1000ДО);

- розширений температурний діапазон.

Вибір плати прийому-видачі разових сигналів. Плата приймання-видачi разових сигналів містить у собі два функціональних блоки: приймач разових сигналів (ПРС) і передавач разових команд (ПРК).

ПРК здійснює перетворення цифрової кодової інформації в релейні сигнали і видачу цих сигналів.

Вибір блока живлення. Для забезпечення працездатності цифрової системи вимірювання тиску необхідний блок живлення (БЖ). Блок живлення цифрової системи вимірювання тиску повинний задовольняти наступним вимогам:

- надійності;

- мінімальним масі і габаритам;

- високому ККД і високій точності стабілізації

Виходячи з цих вимог, вибираємо імпульсний БЖ. Первинним джерелом електроживлення на борту є мережа постійного струму напругою +27В. Для роботи цифрової системи вимірювання тиску потрібно кілька вторинних напруг живлення, у тому числі і двополярних. Забезпечити цю вимогу можна за умови використання БЖ із регульованим перетворювачем.

Вище перерахованим вимогам цілком задовольняє могутній захищений DC-DC перетворювач НЕ 104 фірми Diamond Systems, виконаний у форматі PC/104,

Основні характеристики НЕ 104:

- вхідна напруга від 6 до 40В;

- вихідна потужність,50 Вт ;

- вихідні напруги +5В/10А; -5В/400мА; +12В/2А; -12В/500мА;

- ККД близько 95% ;

- діапазон робочих температур від -40°С до 85°С;

- повна сумісність з магістраллю РС/104;

- можливість вибору вибору вихідних напруг за замовленням;

- модуль НЕ104 також забезпечує збереження даних у разі зникання живлення і гальванічну розв'язку.

Вибір випускних та запобіжних клапанів. Управління потоком повітря з гермокабіни в атмосферу здійснює випускний клапан. Як випускний клапан можна використовувати клапан дросельного. Зміна пропускної здатності такого клапана досягається поворотом заслінки (диска) у сідлі. Дана особливість дозволяє забезпечити високу стабільність управління і швидку реакцію клапана на зміну тиску. Дросельні клапани виготовляються з алюмінію або високоміцних термопластикових матеріалів, що забезпечує їхню малу вагу. Використання таких клапанів доцільне в порівнянні з двостулковими відновлюваними клапанами, тому що вони мають меншу вагу і габарити. До переваг цих клапанів відноситься стійкість до тютюнових смол і обледеніння.

Запобіжні клапани, виконані у виді мембранної коробки, захищають від різких перепадів тисків у кабіні. Умови негативного перепаду тиску можуть виникнути через недостатній приплив повітря в кабіну, при різкому наборі висоти або зниженні, при попаданні літака у повітряну яму. Захист від зростання тиску буде забезпечений, якщо скидання повітря запобіжними клапанами буде перевищувати подачу повітря в гермокабiну. Для захисту від зниження тиску запобіжні клапани забезпечують впуск атмосферного повітря в кабіну і не повинні допускати перевищення атмосферного тиску над тиском усередині кабіни більш ніж на 0,035 кг/см².

Вибір електроприводу випускного клапана. Електропривід випускного клапана складається з двох каналів автоматичного управління й одного каналу ручного управління, що включається в роботу в аварійній ситуації, у випадку відмовлення двох основних каналів.

Канали автоматичного управління можуть бути виконані на базі крокових або безколекторних двигунів, двигунів постійного струму, що забезпечують поворот заслінки випускного клапана. Лінії зворотного зв'язку визначають положення заслінки і видають сигнали про положення заслінки на пульт управління і у контролери електродвигунів. Механічна частина, де передбачена можливість комбінації механічних входів трьох двигунів і забезпечення загального обертального виходу, служить для приведення в дію випускного клапана. Оскільки клапан може приводитися в рух вручну, то між обома робочими механізмами здійснюється зв'язок за допомогою черв'яково-планетарного редуктора. Для забезпечення незалежності дії приводів в автоматичному і ручному режимах може застосовуватись черв'ячна передача.

Кожен двигун автоматичного режиму зв'язаний з попередньою прямозубою передачею, вихід якої подається на необоротний черв'ячний гвинт. Двигун ручного режиму також має попередню редукцію за допомогою прямозубого зачеплення, розташованого перед другим необоротним гвинтом. Використання черв'ячних гвинтів дає можливість зменшити кількість шестерень і сприяє зниженню люфта.

При однакових масі і габаритах безколекторний двигун постійного струму має велику швидкість обертання у порівнянні з кроковим двигуном (КД). У кроковому двигуні відсутній вибiг (iнерцiйність), що є істотною перевагою перед безколекторним двигуном і дозволяє робити реверс на максимальну швидкість наступним тактовим імпульсом. Безколекторний двигун вимагає гальмування, а потім розгону. Крім того, із застосуванням крокового двигуна відпадає необхідність застосування широтно-імпульсних модуляторів і цифро-аналогового перетворення, що дозволяє істотно спростити схему. З огляду на вищесказане, для управління заслінкою випускного клапана доцільніше вибрати кроковий двигун.

Організація приводу пояснюється рис. 2.3. Управління двигуном здійснюється за допомогою лінії зворотного зв'язку, організованої за допомогою датчика обертання квадратурного декодера (датчика зворотного зв'язку), мікроконтролера і підсилювача потужності.

Мікроконтролер електропривода одержує сигнал про поточне положенні випускного клапана, про бажане положення від мікропроцесорного модуля і забезпечує управління електродвигунами. Потім мікроконтролер порівнює бажане положення заслінки з дійсним і запускає двигун доти, поки реальне положення не збіжиться з бажаним.

Керуюча напруга на фази КД подається по трьох каналах (А, В, С) зі зрушенням. Швидкість обертання вала КД залежить від частоти імпульсів.

…………

Рис. 2.3. Типова структура приводу з кроковим двигуном.

За мікроконтролер доцільно обрати мікроконтролер AT90S414 фірми Atmel. Він має чотири 8-розрядних порти вводу-виводу, 8 Кб вбудованої перепрограмованої флеш-пам'ятi, 256 байт EEPROM, вісім 32-розрядних регістрів загального призначення, 8(16)-розрядний вбудований таймер/лічильник, контролер по обробці внутрішніх і зовнішніх джерел переривань, програмований сторожовий таймер.

У системі може також використовуватись підсилювач для управління напругою чи струмом, що надходять на двигун. Більшість сучасних систем використовують виходи по напрузі, тому що їх простіше виконати і вони дешевші.

Квадратурний декодер призначений для сполучення вихідних сигналів датчика зворотного зв'язку з мікроконтролером. Ця схема дозволяє організовувати замкнуті цифрові цикли управління рухом. У якості декодера доцільно застосувати мікросхему HCTL-2016. Ця схема містить цифровий фільтр, призначений для синхронізації сигналів датчика з внутрішньою тактовою сіткою декодера; 16 розрядний реверсивний лічильник і 8-розрядний шинний інтерфейс. Схема підключення датчика тиску показана на рис. 2.4.

Датчик тиску

Рис. 2.4 Структурна схема підключення датчика

Зв'язок контролера електродвигуна з процесором і ПК здійснюється по послідовному порту RS-485. З оптичного датчика зворотного зв'язку (ДЗЗ) надходять серії прямокутних імпульсів, що відбивають інформацію про положення, швидкість і напрямок обертання ротора. Ці сигнали формуються в два імпульсні потоки (CountJJp і Count_Doun) і надходять по двом каналам на відповідні входи квадратурного декодера. Частота імпульсів пропорційна швидкості обертання, а перехід рівня свідчить про одиничне переміщення. Для визначення напрямку обертання формується два вихідних сигнали, різниця фаз між якими складає ±90° в залежності від напрямку обертання ротора. Ці сигнали через підсилювач і цифровий фільтр надходять у 16-розрядний лічильник, що працює на додавання або віднімання, стан лічильника і визначає положення ротора, мікроконтролер одержує інформацію про одиничну зміну положення вала з виходів квадратурного декодера. Поточне положення заслінки визначається шляхом додавання сигналу, що надійшов про одиничне переміщення з попереднім.

2.5 Розрахунки, що підтверджують працездатність датчика тиску

Управляючий модуль виконаний у стандарті PC/104, який є загально визнаним для розробки та вибору додаткових елементів. У наш час PC використовують у контролерах вимірювальних приладів, засобів зв'язку, медичного устаткування і та ін. Відкрита архітектура PC, доступність програмних засобів зменшує не тільки терміни розробки, але і дозволяє забезпечити принципово нові функціональні можливості проектованих систем та пристроїв, а також знизити вартість їхньої розробки у порівнянні з інструментальними засобами STD, VME, Multibus. Слід також зазначити, що використання традиційних SlotPC, об'єднуючих кросів-панелей і шасі не забезпечує компактних та недорогих рішень.

Модулі стандарту PC/104 забезпечують повну сумісність із традиційними PC у найбільш компактному виді. Вони характеризуються такими основними параметрами:

1) габаритний розмір - 90x96x15 мм;

2) унікальна self-stacking-bus, що виключає використання об'єднуючих плат і шасі і зменшує вартість;

3) pin-and-socket 40- і 64-контактні з'єднувачі, що забезпечують надійне з'єднання модулів;

4) зменшена навантажувальна здатність (4мА) і споживана потужність (не більш 1-2 Вт);

5) великий вибір готових процесорних плат і плат розширення;

6) стійкість до жорстких умов експлуатації.

Виконаємо аналіз найбільш відповідальних вузлів проектованого датчика тиску. З початку розглянемо приймач разових сигналів. У якості оптронної розв'язки може бути застосована оптопара HCPL-2200 фiрми Hewlett Packard, яка витримує напругу до 5 кВ. Ключ забезпечує підвищену перешкодозахищеність за рахунок наявності екрана і гiстерезіса передатної функції. Для захисту вхідного ланцюга оптрона від імпульсних перешкод (більш 1кВ) може використовуватись варистор з робочою напругою, що більше за максимальну напругу бортової мережі 27В (Uпрац = 35В, Uзat = 35В). Для обмеження струму, що проходить через варистор, використовується резистор R1. Припустимий струм через варистор складає сотні А. При Imax = 50A і Uном=1 кВ тривалість кіловольтових перешкод не перевищує декількох мкс, що значно менше припустимої для варистора тривалості імпульсу 20 мкс при припустимому струмі 150 А. Вибираємо варистор типу ZnО 40B 250 мВт.

Потужність, виділювана на резисторі R₁, не перевищить величини

Вт < 0,125 Вт (2.1)

Резистор R₁ вибираємо типу 02-23-0,125-24 Ом ±5%.

Для Т-образного фільтру низьких частот R₄ = R₁₃. Виходячи з робочого струму через діод оптрона 5 мА (при Imax =10 мА) і спаданні напруги на діоді оптрона, рівному 1,2 В, отримуємо:

(R₄+ R₁₃) =(U_вх-U_оп)/I_оп=(27-1,2)/5 = 5,2кОм (2.2)

Звідси R₄ (R₁₃) = 5,2/2 =2,6 кОм. Потужність, що виділяється на R₄ (R₁₃):

=62,5 мВт (2.3)

Резистор R₄(R₁₃) вибираємо типу 02-23-0,125-2,7 кОм ±5%. Для захисту від вібрації контактів реле у вхідному ланцюзі, тривалість імпульсів яких не перевищує 2-3 мкс застосовується ємність

С₁=2,5•10^-3/(2,2•R₄)=2,5•10^-3/2,2•2,7•103=0,42мкФ (2.4)

С₁ вибираємо типу 10-17а-н50-0,47 мкФ.

Для захисту оптрона від помилкового спрацювання при малих струмах шунтуємо діод оптрона резистором R₁₆ =5,1 кОм. При цьому при струмах витоку вхідного ланцюга величиною до 100 мкА падіння напруги на резисторі R16 складе

U(R₁₆)= I₂•R₄=(5•10^-3)2•2,6•103=62,5мВ (2.5)

що менше напруги відмикання оптрона,

Вибираємо резистор R₁₆ типу 02-23-0,125-5,1 кОм ±5%. Для ефективного придушення перешкод по живленню встановлюємо на шині живлення в безпосередній близькості місця розпаювання мікросхем шунтуючу ємність С4 типа К10-17а-Н90-1мкФ.

Перейдемо до розгляду передавача разових команд (ПРК). Для реалізації функцій ПРК вибираємо реле HSSR-8060 фірми Hewlett Packard. Перевагами цього типу реле є великий вихідний струм (до 1,5 А при рівнобіжному включенні обох польових ключів), досить велика швидкодія (1вкл < 1,8 мкс; 1вимк < 1 мкс), малий вхідний струм (5 - 20 мА). Припустима вихідна напруга (60 В) забезпечує роботу від бортової мережі 27В.

Для забезпечення надійної роботи реле від вихідного порту процесора використовується резистор підтяжки R₇ - R₁₂.

Припустимо, що робочий струм на виході (нижній) процесора 10 мА, тоді

R₇=(I_max-U_ol)/I_роб=(5,35-0,4)/10=0,485кОм (2.6)

Потужність розсіювання складе:

P (R₇)= I₂•R = 0,012•485 = 0,0485Вт <0,125Вт (2.7)

Вибираємо резистор R₇ типу 02-23-0,125-510 кОм ±5%. Для захисту оптрона від кидків по мережі 27В застосовується варистор типу ZnО 40B 250 мВт.

Для захисту від екстраструмів передбачені протидзвінкові ланцюжки VD4-R19. Рекомендований тип діода 2Д212А, що забезпечує комутацію струмів до 100мА в імпульсі. Резистор R19 обмежує величину кидка напруги при комутації. Захист від імпульсних перешкод зворотної полярності по живленню забезпечують шунтуючі діоди в складі HSSR-8060.

Перейдемо до розгляду печатної плати видачі разових сигналів (ПВРС). Печатні плати є основним несучим елементом конструкції, на них розміщені інтегральні схеми, дискретні радіоелементи, з'єднувачі та інші деталі конструкції. Зробимо конструктивний розрахунок плати ПВРС. Слід зазначити, що для проектованої системи вимірювання можливо використання трьох видів конструкції печатних плат: односторонніх, двосторонніх і багатошарових печатних плат. Одностороння печатна плата (ОПП) має одну основу, на одній стороні якої виконаний провідний рисунок. Двостороння печатна плата (ДПП) має одну основу на обох сторонах якої виконані провідні малюнки і всі необхідні з'єднання. Переходи провідників з однієї сторони на другу здійснюються через металізовані отвори в платі.

При застосуванні багатошарових печатних плат (БПП) з'являється можливість значно підвищити щільність печатних провідників в одиниці об'єму. БПП використовується в основному при необхідності розміщення великої кількості мікросхем.

Оскільки в пристрої, що проектується число інтегральних схем (ІС) відносно невелике, то застосування ДПП забезпечить необхідну компактність усього приладу в цілому.

До матеріалів, що використовуються при виготовленні печатних плат, пред'являються такі вимоги:

- достатня електрична і механічна витривалість;

- стійкість до впливу агресивних розчинів і кліматичних умов, що змінюються;

- висока провідність струмопровідних покриттів;

- мінімальний знос в процесі виробництва й експлуатації.

Крім того, матеріали повинні передбачити опрацювання різанням і штампуванням.

Всім цим вимогам задовольняє склотекстоліт СФГ-2. Його основні показники:

- номінальна товщина 5мм;

- межа тривкості при розтягу 200кг/см2;

- питомий поверхневий електричний опір 1 106 Ом;

- питомий об'ємний електричний опір 10 Ом;

- опір ізоляції 10мОм.

Вихідні дані для розрахунку елементів печатних плат :

- крок основної координатної сітки рівний 1.25mm;

- мінімальна ширина провідника tmin=0,25mm.

Розміри отворів повинні бути:

- до металізації d=0,85-0,9мм;

- після металізації dmin=0,7mm, dmax=0,8mm.

У результаті попереднього проектування встановлюємо функціональний об'єм і габаритні розміри печатної плати. Довжину печатної плати визначимо по лінії R1-RU6, тому що по цій лінії досить висока щільність елементів. У цьому випадку можна використовувати формулу:

а=N B+(n l +S)N+L, (2.8)

де: N - число елементів у ряду, N=12; B - довжина одного елемента, В=2,5мм; n - кількість виводів від одного елемента, n=2; l - довжина одного вивода, l=1,0мм; S - відстань між сусідніми отворами двох елементів, розташованих поруч, S=1,5мм; L= 22мм- відстань від краю плати до елемента

а=12 2,5+(2 1,0+1,5) 12+22=96мм.

Для визначення ширини печатної плати розглянемо частину плати по лінії високої щільності елементів, у цьому випадку ширина плати визначається за формулою:

b=S₁+6S₂+5S₃+S₄, (2.9)

де: S₁ - відстань від краю плати до елемента, S₁=15мм; S₂ - розмір діода VD1, S₂=8мм; S₃ - відстань між елементами; S₄ - відстань, обумовлена високою щільністю печатних провідників над з'єднанням, S4=14мм.

b=15+6*8+5* 2,6+14=90мм.

У результаті отримані габаритні розміри печатної плати: (96х90) мм.

Мінімальний діаметр контактної площадки D_min у мм визначається за формулою:

D_min=dm_отв+2b_m+1,5h_ф+2Д_а+C₆, (2.10)

де: Д_а - змінювання довжини плати в результаті нестабільності лінійних розмірів; L - 140mm, розмір сторони печатної плати; S_л=0,1 - похибка положення контактної площадки на прошарку через нестабільність лінійних розмірів; dm_отв=0.7мм - діаметр металізованого отвору; b_m=0,026мм, - відстань від краю просвердленого отвору до краю контактної площадки; C₆=0,33, - коефіцієнт технологічної похибки; h_ф=0,15мм, - товщина фольги.

Тоді відповідно до (2.10):

D_min=0,7+0,05+0,3+0,02+0,33=1,3mm.

Максимальний діаметр контактної площадки визначається за формулою:

D_max=dm_отв+2b_m+1,5h_ф+S_л+С₇ (2.11)

D_max =0,8+0,05+0,225+0,02+0,355=1,5mm.

Максимальна ширина печатного провідника t_max, визначається за формулою:

t_max=t_min+C₁₆=0,25+0,03=0,28mm, (2.12)

при цьому t_min=0,25mm; С₁₆=0,33.

Мінімальна відстань між елементами для прокладки n-ї кількості провідників визначається за відповідними формулами.

Результати розрахунків представлені у таблиці 2.3.

Таблиця 2.3

Результати розрахунку параметрів датчику тиску

Параметр	Значення, мм
Розмір: довжина ширина товщина	96 90 1,5
крок координатної сітки	1,25
мінімальний діаметр контактної площадки Dmin	1,3
максимальний діаметр контактної площадки Dmax	1,5
максимальна ширина печатного провідника	0,28

3. АЛГОРИТМИ ФУНКЦІОНУВАННЯ ДАТЧИКА ТИСКУ

3.1 Алгоритм роботи датчика тиску з цифровим управлінням

По включенню живлення виконується тестування всіх блоків, що складають керуючий модуль, здійснюється аналіз енергонезалежного логічного пристрою, у якому зберігається код основного каналу. Виробляється сигнал на включення в роботу основного модуля. Далі процесорний модуль перевіряє, чи було переключення на ручне управління і, якщо так, то виконується перехід на ручне управління з видачею відповідного сигналу.

При роботі в автоматичному режимі процесор переходить до приймання вхідних параметрів з датчиків атмосферного тиску та тиску усередині кабіни. По закінченні приймання сигналів здійснюється аналіз прийнятих параметрів на вірогідність. Якщо прийнята інформація є вірогідною, процесор переходить до аналізу сигналів, що блокують чи дозволяють проходження передпольотного контролю всієї системи вимірювання тиску. Відсутність сигналу працездатності та значення динамічного тиску, більші деякого постійного значення (приблизно 10 мм. рт. ст.), забезпечують блокування виконання самоконтролю системи вимірювання сигналів під час польоту.

На підставі прийнятих значень виконуються обчислення: перепаду тисків між кабіною й атмосферою, швидкості і прискорення змінювання тиску в кабіні, а також формуються разові команди.

Для визначення заданого закону регулювання необхідно проаналізувати обчислені параметри і сигнал працездатності. Можливі чотири варіанти виконання такого аналізу:

- на землі перед зльотом;

- на землі перед посадкою;

- у польоті при надлишковому тиску в кабіні;

- у нормальному польоті.

В усіх чотирьох варіантах враховуються: або помилка по тиску, або сигнал перевищення тиску, або сигнал на повне відкриття випускних клапанів.

По закінченні розрахунку керуючого впливу виконується видача його в контролер, який керує електроприводом випускних клапанів. Крім того виконується контроль поточного положення випускних і запобіжних клапанів, а також передача інформації в електронну систему індикації (EСI). Блок-схема алгоритма роботи датчику тиску з цифровим блоком управління представлена в додатку В.

3.2 Алгоритми самоконтролю датчика тиску з цифровим блоком управління

Застосування цифрових засобів для датчика тиском дозволяє:

1) реалізовувати алгоритм управління роботою датчика тиску;

2) проводити початкове тестування та самоконтроль датчика та засобів його управління в процесі роботи;

3) виконувати періодичну перевірку резервного каналу системи вимірювання тиску;

4) здійснювати управління резервами системи, тобто переключення на резервний канал у випадку негативних результатів тестування.

У складі програмного забезпечення цифрових засобів управління датчиком тиску можна виділити такі основні програмні модулі:

1) настроювання цифрових засобів;

2) операційну систему;

3) програми обміну інформацією,

4) програми оброблення переривань;

5) програми урахування реального часу;

6) програму ініціалізації;

7) програму реконфігурації;

8) програми тесту включення;

9) програми самоконтролю;

10) програму отримання інформації та її оброблення.

Контроль технічного стану датчика тиску з цифровим управлінням складається з так званого тесту включення та поточного тесту самоконтролю. Крім того висока контролепридатність проектованого датчика дозволяє у разі відмови виконувати реконфигурацію системи и тим самим зберігати її працездатність. Звісно, таке розширення можливостей потребує відповідного алгоритмічного та програмного забезпечення.

Тест включення являє собою сукупність діагностичних тестів основних функціональних пристроїв датчика тиску з цифровим управлінням. Його метою є отримання інформації про готовність пристрою до роботи. В основу побудування тесту включення покладено принцип розкручування, за якого послідовно перевіряються окремі блоки системи управління тиском у порядку, що визначається функціональним призначенням цих блоків із урахуванням апаратних та програмних особливостей застосування. І лише блок, який успішно пройшов перевірку, може бути використаний для наступного тестування. Отже, у такий спосіб вилучається можливість використання для тестування несправного блоку і відповідно отримання невірогідної інформації. Зрозуміло, що виконання тесту включення потребує справної роботи деяких основних блоків датчику тиску з цифровим управлінням, до яких відносяться джерела живлення, генератор синхроімпульсів, частина мікропроцесора.

Тестування функціонування пристрою центрального процесора виконується на рівні окремих логічних пристроїв, таких як регістр прапорців, регістри загального призначення, регістри сегменту та арифметико-логічний пристрій.

Для перевірки постійного запам'ятовуючого пристрою формується контрольна сума з вісімки розрядів.

Для перевірки оперативного запам'ятовуючого пристрою використовується “шаховий” тест та тест “марш”. “Шаховий тест дозволяє виявляти паразитні зв'язки між сусідними розрадами, тобто ячейками пам'яті. Тест “марш забезпечує високу вірогідність контролю і в той же час дозволяє врахувати обмеження за часом, що і зумовило його вибір у якості складової частини тесту включення. Організація стекової пам'яті та таблиці векторів переривань здійснюється лише після успішного проходження тестів оперативного запам'ятовуючого пристрою.

Наступним кроком теста включення є первірка буферних регістрів на підставі записування/считування певних кодів та перевірка власне таймерів, заснована на порівннні інтервалу часу, відрахованого за допомогою программування таймерів із аналогічнти інтервалом часу, реалізованим програмними засобами. З метою забезпечення достатньої повноти контролю використовувані для перевірки коди містять одиничні, нульові, та перемежувані нулями та одиницями значення. Для вилучення небажаних наслідків на початку тесту включення виконується блокування таймеру скидання. Це забезпечується настроюванням першого таймера на перший режим та засиланням відповідного управляючого слова. При цьому константа перерахування до таймера не пересилається. У цьому випадку незалежно від управляючого сигналу на виході таймера блокування завжди буде присутній сигнал високого рівня.

Власне тестування таймерів містить такі етапи:

1) програмування таймерів у нульовому режимі;

2) контроль наявності сигналу низького рівня на виході таймеру;

3) подача сигналу високого рівня на управляючій вхід, тобто дозвіл на роботу таймера;

4) контроль наявності сигналу високого рівня на виході таймеру.

Перевірка контролера прямого доступу до пам'яті містить:

1) попереднє пересилання до оперативного запам'ятовуючого пристрою деякого фонового масиву;

2) пересилання до оперативного запам'ятовуючого пристрою інформаційного масиву, який відрізняється від фонового;

3) перевірка правильності виконання пересилання.

Для тестування аналогово-цифрового перетворювача передбачається режим контролю, за якого на вихід датчика подається контрольний сигнал. Через деякий інтервал часу виконується зчитування інформації за усіма каналами та порівняння отриманих значень із заданими із урахуванням допуску.

Перевірка контролера переривань містить контроль програмно-доступних регістрів та контроль відсутності хибних переривань.

Тест пристроїв вводу-виводу передбачає записування та зчитування певних кодів у програмно-доступні регістри.

У процесі тесту включення виконується також перевірка правильності обміну інформацією між каналам управління датчиком. Тест включення завершується відліком часу виконання та перевіркою відповідності цього часу заданому.

Результати тесту включення заносяться у слово стану. З метою полегшення діагностики тестування передбачається вивід кодів несправностей у спеціально відведену область пам'яті. Захист від збоїв забезпечується повторним контролем функціонального блоку у випадку негативного результату при першому проходженні відповідного тесту.

Глибина тесту включення визначається обмеженими можливостями перевірок датчика тиску з цифровим управлінням відносно пристроїв вводу-виводу.

Найбільш повно під час тесту включення перевіряється пристрій центрального процесора на рівні центрального процесора, постійного запам'ятовуючого пристрою, оперативного запам'ятовуючого пристрою, пристрою прямого доступу до пам'яті, контролера переривань. З метою тестування пристроїв вводу-виводу доцільно використовувати імітаційні сигнали.

Окрім тесту включення контролепридатність датчику тиску з цифровим управлінням забезпечується виконанням поточного самоконтролю у кожному робочому циклі. Глибина поточного самоконтролю обмежується можливістю втрат робочої інформації під час тестування деяких пристроїв, а також вимогами за швидкодією.

Під час поточного самоконтролю тестування в повному обсязі перевірок тесту включення можливо лише для таких функціональних блоків як пристрій центрального процесора та контролер прямого доступу до пам'яті. Що стосовно усіх інших перевірок, то тут може йтись лише про спрощені та опосередковані перевірки. Блок-схема алгоритму тесту включення датчику тиску з цифровим блоком управління представлена в додатку Г.

Під час роботи датчику тиску з цифровим управлінням необхідно також виконувати прямий та опосередкований контроль резервованих каналів, а також управління резервом. Переключення на резервний канал вимірювання тиску здійснюється у відповідності із логікою алгоритмів управління. При негативних результатах тестування здійснюється включення резервного каналу.

З метою подальшого підвищення надійності та контролепридатності датчика тиску з цифровим управлінням доцільно використовувати мажоритарне резервування. Використання мажоритарного резервування дозволяє забезпечити високу живучість системи за рахунок можливості реконфігурації системи. Алгоритм медіани, що використовується для мажоритарного резервування, представлений у додатку Д.

Слід враховувати, що найбільших затрат часу потребують налагодження та випробування зазначеної системи вимірювання тиску. Адже у цьому випадку необхідно використовувати автоматизоване робоче місце на підставі комп'ютера. Обмін інформацією між персональним комп'ютером і контрольно-вимірювальною апаратурою датчика тиску доцільно здійснювати за допомогою каналу загального користування. Отже, до складу автоматизованого робочого місця мають входити стандартний набір зовнішніх пристроїв персонального комп'ютера (відеотермінал, принтер, клавіатура, накопичувач на жорсткому магнітному диску), а також контрольно-вимірювальна апаратура датчику тиску та джерела живлення. Структурна схема автоматизованого робочого місця контролю та налагодження представлена у додатку Е.

Отже, контроль датчику тиску з цифровими засобами управління під час виготовлення, регулювання, технологічних, пред'явницьких та приймально-здавальних випробувань має забезпечуватись автоматизованим робочим місцем, до складу якого входять

1) персональний комп'ютер;

2) стандартний приладовий інтерфейс типу загального користування;

3) стандартні вимірювальні прилади;

4) нестандартизована контрольно-вимірювальна апаратура;

5) об'єкт контролю.

Контрольно-вимірювальна апаратура має відповідне програмне забезпечення, яке являє собою інтегровану інтерактивну операційну оболонку, що дозволяє у діалоговому режимі управляти роботою датчику тиску, контролювати його параметри, а також моделювати роботу датчика тиску за умов, наближених до умов експлуатації, проводити налагодження робочих програм, тестувати різні вузли безпосередньо датчика та відповідних засобів управління, отримувати інформацію про їхню роботу у реальному режимі часу.

3.3 Особливості розробки програмного забезпечення датчика тиску з цифровим блоком управління

Програмне забезпечення (ПЗ) є однією з важливих частин будь-якого обчислювального пристрою. Взагалі ПЗ являє собою сукупність програм, функціонально пов`язаних між собою і спрямованих на вирішення єдиної задачі. У складі програмного забезпечення можна виділити такі основні складові:

Програми оброблення вхідної інформації. Ці програми дозволяють підвищити точність та вірогідність вхідної інформації за рахунок її оптимального оброблення, використання надмірної інформації, наприклад, за допомогою реалізації алгоритмів фільтрації та комплексування результатів вимірювань.

Функціональні програми. Ці програми реалізують алгоритм роботи системи і здійснюють управління роботою всіх взаємопов`язаних пристроїв системи. Функціональні алгоритми можна поділити на два класи: обчислювальні та логічні. До обчислювальних алгоритмів належать алгоритми, для реалізації яких використовуються арифметичні операції. До логічних алгоритмів відносяться алгоритми, для яких основними операціями є логічні операції та операції управління.

Програми захисту функціональних алгоритмів, аналізу та виправлення помилок. Ці комплекси програм можна поділити на дві групи: програми, які визначають помилки реалізації алгоритмів функціонування системи та програми, які виконують аналіз та виправлення помилок.

Програми диспетчеризації. Основним режимом роботи обчислювальних пристроїв бортових систем є режим мультипрограмування з розподілом часу між окремими програмами. Режим мультипрограмування дозволяє підвищити ефективність використання обчислювального пристрою. Програми диспетчеризації управляють ходом обчислювального процесу, а також системою переривань залежно від умов застосування вхідної інформації.

Програми перевірки, тестування та контролю працездатності бортових пристроїв. Найбільш поширеним способом перевірки працездатності систем із обчислювальними пристроями є тестовий контроль. На відміну від апаратного цей контроль дозволяє здійснювати перевірки працездатності систем при малих додаткових затратах, але він вимагає перерв у виконанні алгоритму роботи обчислювача.

Програми видачі інформації на виконуючі пристрої, пристрої відображення та сигналізації. Функціями цих програм є формування управляючих сигналів, а також перетворення інформації до виду, придатного для сприйняття екіпажем.

ПЗ обчислювальних пристроїв бортових систем та пристроїв авіаційного призначення являє собою складний комплекс різних за своїм призначенням програм. ПЗ має задовольняти вимогам:

1) виконуватись у заданий час, обраний за умовами допустимої дискретності управління об`єктом з урахуванням його динамічних властивостей.

2) займати мінімально можливе місце в пам`яті.

3) бути захищеним від випадкових збоїв та систематичних похибок апаратними і програмно-логічними методами, основою яких є апаратна та програмна надмірності.

Під час розробки програмного забезпечення бортових систем та пристроїв авіаційного призначення значна увага має приділятись його сертифікації. Сертифікація - це визначення взаємовідносин між клієнтом і споживачем, відповідності продукції визначеному встановленому чи професійному стандарту. Мета сертифікації - попередження випуску і експлуатації продукції, небезпечної для життя, здоров'я населення і навколишнього середовища, а також одержання гарантії третьої сторони (органа по сертифікації), що продукція відповідає заданим вимогам.

Організація робіт з сертифікації здійснюється Керівним комітетом, а функції по проведенню процедур сертифікації конкретних видів продукції виконують органи по сертифікації в наступній послідовності: подача заявки клієнтів в орган по сертифікації, направлення клієнту висновку за результатами розгляду заявки, оформлення ліцензійної угоди між клієнтом і органом сертифікації, проведення іспитів зразків заявленої продукції.

Форма представлення результатів сертифікаційних іспитів встановлюється нормативними документами. Реєстрація і видача сертифіката і ліцензії проводиться органом по сертифікації чи Керівним комітетом із сертифікації.

Будь-яка діяльність з метою кваліфікації бортової апаратури чи системи повинна виконуватися за планом, погодженому з Авіаційним Реєстром (АР) України чи з його повноважними представниками.

У план включається розгляд наступних питань:

- категорія критичності і рівні ПЗ, стосовно до яких в остаточному підсумку повинні бути кваліфіковані апаратура, чи система;

- намічені до виконання програми розробки, випробувань, управління конфігурацією і гарантії якості;

- конкретні розділи авіаційних правил та інших документів, у відповідності з якими буде проводитися сертифікація;

- будь-які спеціальні вимоги;

- документація необхідна для сертифікації, включаючи документацію на ПЗ.

Нижче приводиться план робіт із сертифікації програмно-математичного забезпечення датчика тиску з цифровим управлінням. План сертифікації програмного забезпечення містить у собі наступні розділи:

- короткий опис системи;

- категорії критичності системи і рівні ПЗ;

- заходи, виконуються для забезпечення сертифікації ПЗ;

- плановану документацію,

- графік робіт;

- розподіл відповідальності.

При створенні ПЗ датчика тиску з цифровим блоком управління планується використання спіральної моделі технологічного циклу. Спіральна модель визначає ітераційний характер виконання робіт, а саме:

- 1 етап (1-а спіраль) - створення прототипу системи і відповідної демонстраційної версії ПЗ;

- 2 етап (2-а спіраль) - створення "штатної" системи і сертифікованого ПЗ.

Вихідними даними для розробки демонстраційної версії ПЗ є:

- технічне забезпечення датчика тиску з цифровим управлінням;

- опис прийнятої на підприємстві технології створення ПЗ;

- опис апаратного забезпечення датчика тиску з цифровим управлінням;

- опис засобів підтримки технологічного циклу створення ПЗ;

- опис алгоритмів роботи датчика тиску з цифровим управлінням.

Вихідними даними цього етапу є:

- вимоги до ПЗ;

- структура ПЗ і тексти програмних модулів;

- програма і методика попередніх випробувань;

- результати попередніх випробувань;

- перелік заходів щодо результатів випробувань.

Вихідними даними для розробки сертифікованої версії ПЗ є:

- технічне забезпечення датчика тиску з цифровим управлінням;

- вимоги до ПЗ;

- опис апаратних засобів датчика тиску з цифровим управлінням;

- структура ПЗ і тексти програмних модулів;

- опис прийнятої на підприємстві технології створення ПЗ;

- опис засобів підтримки технологічного циклу створення ПЗ;

- опис алгоритмів роботи датчика тиску з цифровим управлінням;

- програма і методика попередніх випробувань (результатом попередніх випробувань є перелік заходів щодо результатів випробувань).

Вихідними даними цього етапу є:

- вимоги до датчика тиску з цифровим управлінням;

- план сертифікації ПЗ;

- план верифікації ПЗ;

- план управління конфігурацією ПЗ;

- план гарантії якості ПЗ;

- стандарти розробки ПЗ;

- опис системи підтримки;

- вимоги до ПЗ;

- опис проекту ПЗ;

- керівництво програміста;

- лістинг вихідного коду;

- процедури верифікації ПЗ;

- результати верифікації ПЗ;

- підсумковий висновок про ПЗ.

Роботи, що виконуються на етапі створення сертифікованого ПЗ, являють собою процеси:

- планування створення ПЗ;

- розробки ПЗ;

- верифікації ПЗ;

- управління конфігурацією ПЗ;

- гарантії якості ПЗ.

Процес планування виконується протягом усього технологічного циклу створення ПЗ. Основна частка робіт виконується на початковому етапі цього процесу. Результатом є пакет планів і стандартів, а саме:

- план сертифікації ПЗ;

- план верифікації ПЗ;

- план управління конфігурацією ПЗ;

- план гарантії якості ПЗ;

- стандарти розробки ПЗ;

- опис системи підтримки;

- керівництво програміста.

У процесі планування визначаються ключові моменти проекту, що визначають початок і закінчення робіт інших процесів. Плани верифікації, управління конфігурацією і гарантії якості ПЗ повинні містити опис як процедур, так і засобів, що забезпечують виконання цих процедур. Стандарти повинні містити вимоги, положення і рекомендації нормативних документів, державних стандартів і документів, що діють на підприємстві розроблювача.

По завершенні цього етапу проводиться аудиторська перевірка і складається "Акт аудиторської перевірки".

У процесі розробки ПЗ повинен бути отриманий програмний продукт у формі, придатній для введення в обчислювальні пристрої КСУТ.

Заходи розробки ПЗ включають наступні етапи:

- розробка вимог до ПЗ;

- розробка проекту ПЗ;

- програмування (кодування);

- інтеграція.

На етапі розробки ПЗ виконуються наступні роботи:

- визначення вимог до ПЗ;

- визначення принципів і способів взаємодії в загальній структурі ПЗ;

- визначення структури даних;

- розробка функціональних алгоритмів;

- визначення структури взаємодії апаратного і програмного забезпечення й оцінка достатності ресурсів для реалізації програмного забезпечення;

- розробка проекту ПЗ;

- кодування обраною мовою програмування;

- моделювання функціональних алгоритмів на технологічній обчислювальній машині й оцінка відповідності алгоритмів вимогам технічного завдання;

- інтеграція ПЗ в єдине ціле;

- інтеграція ПЗ з апаратною частиною.

Розглянемо вимоги, що пред'являються до ПЗ

Вихідними документами для виконання робіт цього етапу є:

- план сертифікації ПЗ;

- вимоги до датчика тиску з цифровим управлінням;

- стандарти розробки ПЗ;

- керівництво програміста.

Вихідним документом цього етапу є "Вимоги до ПЗ"

Після розробки "Вимог до ПЗ" проводиться оцінка відповідності вимог до ПЗ вимогам до апаратури. На підставі результатів оцінки складається "Акт відповідності вимог до апаратури вимогам до ПЗ", а також "Акт верифікації ПЗ КСУТ", оформляється таблиця відповідності документів і, при необхідності (у випадку виявлення чи невідповідності неповноти), повідомлення про недолік у встановленій формі.

Вихідними документами для розробки проекту ПЗ є:

- вимоги до датчика тиску з цифровим управлінням;

- технічне забезпечення на розробку датчика тиску з цифровим управлінням;

- стандарти розробки ПЗ;

- керівництво програміста.

Вихідним документом цього етапу є "Опис проекту ПЗ датчика тиску з цифровим управлінням",

Після розробки "Опису проекту ПЗ датчика тиску з цифровим управлінням" проводиться оцінка відповідності документа вимогам до ПЗ, представленим у вимогах до ПЗ датчика тиску з цифровим управлінням. На підставі результатів оцінки складається "Акт верифікації ПЗ датчика тиску з цифровим управлінням", оформляється таблиця відповідності документів і, при необхідності (у випадку виявлення чи невідповідності неповноти), повідомлення про недоліки у встановленій формі. Проводиться аудиторська перевірка, результатом якої є "Акт аудиторської перевірки про процеси створення програмного забезпечення ПЗ датчика тиску з цифровим управлінням"

Розглянемо етап програмування.

Вхідними документами для виконання робіт цього етапу є:

- опис проекту ПЗ датчика тиску з цифровим управлінням;

- керівництво програміста;

- ліцензійне фірмове програмно-математичне забезпечення.

Вихідними документами цього етапу є:

- вихідний текст програми;

- об'єктний код програми, що виконується.

Розглянемо етап інтеграції апаратних і програмних засобів.

Вхідними документами для виконання робіт цього етапу є:

- опис проекту ПЗ датчика тиску з цифровим управлінням;

- вихідний текст програми;

- об'єктний код програми, що виконується;

- ліцензійне фірмове програмно-математичне забезпечення.

Результатом процесу інтеграції є об'єктний код програми, що виконується. Після перевірки правильності інтеграції апаратних і програмних засобів оформляється "Акт верифікації ПЗ датчика тиску з цифровим управлінням", складаються таблиці відповідності Вимог до ПЗ і лiстінгiв вихідного коду.

Процес верифікації ПЗ є супровідним процесу розробки, починаючи з розробки вимог до ПЗ і закінчуючи аналізом повноти випробовувань.

Розглянемо процес управління конфігурацією ПЗ, яке виконується протягом усього життєвого циклу виробу. План управління конфігурацією ПЗ розробляється на початковому етапі процесу планування й охоплює ПЗ, програмні технологічні й апаратні засоби підтримки, а також програмну документацію.

У "Плані управління конфігурацією ПЗ" розглядаються питання:

- документування;

- маркування компонентів програмного й апаратного забезпечення;

- внесення змінювань;

- обліку і реєстрації поточного стану;

- контролю носіїв інформації;

- аудиторських перевірок конфігурації ПЗ і засобів підтримки.

Процес гарантії якості ПЗ виконується протягом усього технологічного циклу створення ПЗ. План гарантії якості ПЗ розроблюється на початковому етапі процесу планування і містить опис:

- заходів щодо гарантії якості;

- правил і процедур при роботі з документацією і програмами:

- розгляду інспекційних і аудиторських перевірок;

- перевірок процедур управління конфігурацією ПЗ;

- повідомлень про проблеми і заходи щодо їхнього усунення;

- порядку контролю носіїв;

- перевірок планів, процедур і результатів випробовувань;

- процедур реєстрації.

4. ОСОБЛИВОСТІ ВИПРОБУВАНЬ ДАТЧИКУ ТИСКУ

4.1 Комплексні випробування датчику тиску

Експериментальні випробування та дослідження є основним способом отримання інформації про параметри та характеристики розроблюваних систем та пристроїв, тобто інформації, необхідної для проектування систем та пристроїв у відповідності з заданими вимогами. Випробування є невід`ємним процесом проектування, адже ступінь пристосованості і готовності системи або пристрою до роботи в реальних умовах визначається саме в процесі випробувань на зовнішні впливи. Для систем авіаційного призначення значна увага має приділятись дослідженням стійкості систем до механічних впливів, особливо вібрацій та ударів, які є одними з найбільш небезпечних для систем та пристроїв, призначених для роботи на літальних апаратах. Заключним етапом випробувань систем та пристроїв авіаційного призначення є льотні випробування.

Перш за все розроблюваний пристрій має проходити наземні випробування [8]. Наземні випробування поділяються на механічні та кліматичні. Датчики тиску можуть піддаватися різним механічним впливам. У процесі експлуатації систем, призначених для встановлення на рухомих об`єктах, взагалі і літальних апаратів зокрема, основними механічними впливами є вібрації та удари, а також звуковий тиск. При цьому сучасні вимоги з механічних впливів до систем, які працюють у нестаціонарних умовах, постійно зростають.

Механічні випробування дозволяють виявити наявність пошкоджень, визначити механічні характеристики випробуваних систем, оцінити вплив конструктивних факторів на параметри системи, перевірити відповідність параметрів системи вимогам за умови дії механічних впливів.

Існують такі види механічних випробувань:

- випробування на визначення резонансних частот;

- випробування на вібростійкість;

- випробування на віброміцність;

- випробування на ударостійкість;

- випробування на удароміцність;

- випробування на вплив поодиноких ударів;

- випробування на лінійні навантаження;

- випробування на акустичні шуми.

Випробування на визначення резонансних частот здійснюють у разі розроблення нових конструктивних рішень до проведення випробувань на вплив вібрацій. Явище резонансу настає, якщо резонансна частота випробуваної системи співпадає із частотою сили збурення. Воно супроводжується збільшення амплітуди коливань більш, ніж у два рази та змінювання фази коливань на 90^о. Конструкція датчика тиску являє собою складну механічну коливальну систему, яка характеризується декількома резонансними частотами. Максимальні напруги і деформації виникають на найнижчих резонансних частотах.

Для визначення резонансних частот пристрій у вимкненому стані піддається впливу гармонічної вібрації при занижених прискореннях (1...5) g в діапазоні частот (0,2...1,5) _р, де (_р - розрахункова резонансна частота системи. Пошук резонансних частот проводять шляхом плавного змінювання частоти, підтримуючи постійною амплітуду прискорення або зміщення.

Як вже зазначалось, одним із самих небезпечних механічних впливів, які найбільш часто зустрічаються в умовах реальної експлуатації авіаційних систем і пристроїв, є вібрація. Залежно від характеру коливань розрізнюють детерміновану та випадкову вібрації. Детермінована вібрація може бути гармонічною і періодичною.

Для проведення вібраційних випробувань необхідно мати спеціальне випробувальне обладнання, яке дозволяє штучно відтворювати коливання, а також вимірювати їхні основні параметри. Для штучного відтворення вібрації використовують задавач вібрації, який з`єднається із спеціальною платформою (столом), призначеною для встановлення на ній випробувальної системи або її складової частини. Задавач вібрації разом із платформою являє собою вібраційний стенд.

У процесі визначення впливу вібрації на системи проводять випробування на вібростійкість та віброміцність.

Випробування на вібростійкість проводять з метою перевірки здатності проектованих систем і пристроїв виконувати свої функції і зберігати свої характеристики за умов вібрації в заданому діапазоні частот і прискорень. У процесі випробувань на вібростійкість, в основному, задають такі параметри: діапазон частот, амплітуду переміщення, частоту переходу, амплітуду прискорення. Частота переходу - це частота, по досягненні якої здійснюється зміна режиму випробувань, наприклад, перехід від постійної амплітуди переміщення до постійної амплітуди прискорення.

Випробування на віброміцність проводять з метою перевірки здатності технічних систем протистояти руйнуючій дії вібрації і зберігати свої характеристики після дії вібрації у межах, заданих у технічних вимогах.

Існує декілька методів проведення випробувань на вібростійкість і віброміцність:

- метод фіксованих частот;

- метод частоти, що хитається;

-метод випадкової вібрації.

Вибір методу випробувань залежить від резонансної частоти, а саме:

- метод випробувань на одній фіксованій частоті застосовується, якщо резонансна частота перевищує верхню частоту робочого діапазону більш ніж у півтора рази;

- метод частоти, що хитається, застосовується, якщо резонансна частота не визначається;

- метод випадкової вібрації застосовується, якщо система має не менше чотирьох резонансних частот у заданому діапазоні.

Прискорення, що виникають за умови різкого змінювання швидкості або напрямку руху об`єкта, на якому встановлений пристрій, зумовлюють дію механічних впливів у вигляді ударів.

Внаслідок дії ударів виникають сили, що деформують елементи конструкції та окремих вузлів та викликають механічні напруження, які можуть призвести до руйнацій.

Змінювання прискорення внаслідок удару називається імпульсом ударного прискорення або просто ударним імпульсом, а закон змінювання прискорення у часі відповідно - формою ударного імпульсу.

До основних параметрів ударного імпульсу належать пікове ударне прискорення, тривалість дії ударного прискорення і форма ударного імпульсу. Результати дії ударів на систему залежать від її динамічних властивостей, які характеризуються масою, жорсткістю і частотою власних коливань системи.

Основною метою випробувань на ударні навантаження є перевірка здатності досліджуваного пристрою виконувати свої функції під час ударних впливів та після них. Випробування на ударну міцність проводять для перевірки здатності пристрою протистояти руйнуючій дії механічних ударів та зберігати свої характеристики у заданих межах. Випробування на ударну стійкість проводять для перевірки здатності системи виконувати свої функції за умови дії механічних ударів.

Для перевірки обирають такі параметри, за змінюваннями яких можна робити висновки про ударостійкість пристрою у цілому, наприклад, створення вихідного сигналу, стабільність характеристик. Ударну міцність, зазвичай, оцінюють на підставі відсутності руйнацій у конструкції.

Тривалість дії ударного прискорення обирають залежно від найнижчої резонансної частоти технічної системи. Чим нижча ця частота, тим більшою має бути тривалість дії удару. Якщо випробувані пристрій або його вузли та елементи мають амортизатори, то під час вибору тривалості дії ударного прискорення враховують найнижчу резонансну частоту самого виробу, а не елемента його захисту.