大氣機高度輸出接口電路的設計
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時(shí)間：2011-12-22
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
隔離／驅動(dòng)電路用來(lái)對AD574產(chǎn)生的基準電壓源進(jìn)行電流放大，同時(shí)起隔離作用，防止函數電位器的阻抗變化對基準電壓源產(chǎn)生影響，從而影響A／D轉換精度。
隔離電路的作用是防止A／D變換電路的輸入阻抗對大氣機函數電位器的阻抗產(chǎn)生影響。
A／D變換器的作用是將模擬的高度電壓信號轉換成數字信號，同時(shí)產(chǎn)生大氣機函數電位器需要的輸入電壓。
由于大氣機給出的氣壓高度精度有限，國際民航組織規定高度編碼的增量為100英尺?，F俄制大氣機的高度輸出范圍為0～15 000 m，換算成英制為0～49 213(15 000／0．304 8≈49 213)英尺。如果按100英尺為量化單位，共需要493(49 213／100≈493)位編碼。A／D變換器的位數N應由下式確定：
2N≥493-1 (4)
由式(4)得，N≥log2(493-1)≈8．9。因此，9位A／D位芯片就能滿(mǎn)足要求。本設計采用12位A／D變換器AD574，和9位A／D變換器相比，量化誤差減小到1／8，提高了高度電壓輸出精度。
電源電路的作用是為各部分電路提供直流電源。A／D變換器的轉換精度不僅取決于輸出位數，而且與供電電源的品質(zhì)也有很大關(guān)系。目前主要有模擬串聯(lián)穩壓和開(kāi)關(guān)DC／DC變換兩種電源體制。模擬串聯(lián)穩壓電源有開(kāi)關(guān)電源無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)就是不產(chǎn)生尖峰干擾，其紋波干擾也可通過(guò)濾波降低到足夠低的水平。本方案采用機上115 V／400Hz電源為高度接口板的原始電源，采用串聯(lián)穩壓電源體制加兀型濾波方案，為12位A／D變換器提供了高品質(zhì)的電源系統。
CPU是接口板的控制計算中心，主要完成A／D轉換控制、數據校準與編碼(將二進(jìn)制數字信號變換成符合國際民航組織規定的串行格雷碼)、并一串轉換和數據軟件濾波等功能。
3．2 數據校準與編碼
由于函數電位器的輸出與氣壓高度為近似的線(xiàn)性關(guān)系，特別是在1 000 m以下線(xiàn)性較差，如果直接按式(3)求高度，將會(huì )造成較大誤差。因此需要對高度數據進(jìn)行校準。
數據校準可采用硬件校準或軟件校準。采用硬件校準，不僅增加了設備的體積和重量，提高了成本，而且難度大，精度低。采用軟件校準，不僅可以節省成本，而且方法簡(jiǎn)單，效果好。因此，本方案采用的是軟件校準中的查表法。
表格的制作方法是：第一步，通過(guò)實(shí)驗測出表1所示大氣機絕對氣壓高度值對應的A／D輸出的二進(jìn)制值Un第二步，將絕對高度值以格雷碼形式存入單片機內部的存貯器，存貯器地址對應A／D輸出的二進(jìn)制值U。對于位于表1中數據點(diǎn)之間的點(diǎn)，可將相鄰兩點(diǎn)間的曲線(xiàn)看作是直線(xiàn)，通過(guò)線(xiàn)性插值法求出每個(gè)A／D輸出值對應的高度值，并存入存貯器。假設(Hn-1，Un-1)和(Hn，Un)是表1中相鄰的兩點(diǎn)，當Un-1UUn時(shí)，U對應的高度值H為：
采用查表法可大大提高轉換精度。
3．3 抗干擾措施
各種干擾對測高精度也有較大的影響，如本機噪聲及來(lái)自其他機載電子設備或環(huán)境的干擾等。為提高測量精度，本設計采取了有效的抗干擾措施。
電源設計上采取了低紋波方案，消除電源本身產(chǎn)生的干擾。另外，在接近各器件供電腳附近加裝濾波電容，消除由供電線(xiàn)引入的各種瞬態(tài)干擾信號。
軟件抗干擾是一種簡(jiǎn)便、有效的方法。本設計采取了剔除奇異值法和平均值濾波法抗干擾措施。
對每一高度值進(jìn)行N次等時(shí)間間隔采樣，并求出N個(gè)采樣值的平均值。如果某個(gè)采樣值與該平均值相差較大，可認為是非正常值(奇異值)，予以剔除。將剔除奇異值后的數據再次求平均值，并將該值作為這一點(diǎn)的高度值。
上述軟件抗干擾措施對消除瞬態(tài)脈沖干擾和噪聲干擾非常有效。
4 結語(yǔ)
本設計采取了數據校準和抗干擾措施，使測量精度大大提高。實(shí)踐表明，該高度接口板滿(mǎn)足俄制大氣機與國產(chǎn)應答機的接口要求。工作穩定、可靠，轉換精度高，其輸出高度和大氣機的高度指示器讀數的誤差不大于2 m，滿(mǎn)足指標要求。另外，產(chǎn)品的通用性好，只要加載不同的函數電位器數據及編碼格式，就可以適應不同的輸出源及輸入目標產(chǎn)品的要求。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/178168.htm
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