专利名称：一种用于飞机胎压实时监控系统的耦合通信装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通信装置，尤其是一种飞机胎压实时监控系统中的旋转变压器耦
合通fe装直o
背景技术：
飞机胎压实时监控系统是一种对轮胎内部的气压进行监测，通过数据总线和显示
器向机组人员或维护人员提供轮胎的实际压力，可对轮胎的压力异常进行告警，并可根据
驾驶员指令对飞机轮胎压力进行调控的装置，它是保证飞机安全的一项新技术。在日常维
护中，该系统也可免去对轮胎压力进行地面人工测量，减轻对轮胎的维护工作量。 飞机胎压实时监控系统中机轮内监测模块位于机轮上随机轮一起高速旋转，工作
环境恶劣，需要承受高低温、水气腐蚀、盐雾腐蚀、沙尘、强振动、大离心力等苛刻条件。起落
架内控制模块安装于起落架支柱上，需要和机轮内监测模块进行通信，但二者不能进行有
线连接，因此其可靠通信是一个技术难题。 目前旋转设备和固定设备之间的通信有以下几种方法1)采用滑环通信；2)采用 光电通信；3)采用射频通信技术通信。 滑环属于滑动电接触范畴，是实现旋转设备和固定设备间通信最常用的一种方 法，但在飞机胎压实时监控系统中，摩擦、震动、接触火花和积碳等因素限制了其应用。
光电传输是以光波作为数据传输的载波，包括红外光、可见光和紫外光。由于光线 易受遮挡物影响，光电传输在环境恶劣、易受污染的场合难以应用。 目前，汽车轮胎压力监测技术发展迅速，其便是采用射频通信技术进行通信，公开 号为CN 1500662A的专利《胎压监测器与其天线》，便描述了这样一种技术。发表于《计算 机测量与控制》的文章《飞机轮胎压力监控系统研究》是在Freescale公司提供的汽车胎压 监测系统技术方案的技术上进行的二次开发，也是采用的射频通信技术。但是，射频通信技 术是以无线电波作载波的数据通信技术，其电磁载波处于电磁波谱中的射频波段，具有较 大的通信带宽、很强的穿透能力、较远的传输距离，这会对飞机上其他设备造成干扰，难以 满足飞机上苛刻的电磁兼容性要求。
发明内容
为了克服现有技术在飞机胎压实时监控系统中不能有效应用的不足，本发明提供 一种旋转变压器耦合通信装置，能够在飞机上恶劣的环境下使用，并满足飞机上苛刻的电 磁兼容性要求。 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是包括控制模块部分、旋转变压器和 监测模块部分。其中控制模块部分包括起落架内控制模块CPU、控制模块调制单元、控制 模块解调单元和控制模块耦合电容；监测模块部分包括监测模块调制单元、监测模块耦合
电容、监测模块解调单元和机轮内监测模块CPU。起落架内控制模块CPU连接控制模块调 制单元和控制模块解调单元，控制模块调制单元对起落架内控制模块CPU的数字信号进行FSK调制，控制模块解调单元对输入的FSK调制信号解调，还原出数字信号输出至起落架内 控制模块CPU ;控制模块调制单元两个输出端直接连接旋转变压器初级绕组的两端，控制 模块解调单元一个输入端直接连接旋转变压器初级绕组的一端，另一个输入端通过控制模 块耦合电容连接旋转变压器初级绕组的另一端；机轮内监测模块CPU连接监测模块调制单 元和监测模块解调单元，监测模块调制单元对机轮内监测模块CPU的数字信号进行FSK调 制，监测模块解调单元对输入的FSK调制信号解调，还原出数字信号输出至机轮内监测模 块CPU ;监测模块调制单元两个输出端直接连接旋转变压器次级绕组的两端；监测模块解 调单元一个输入端直接连接旋转变压器次级绕组的一端，另一个输入端通过监测模块耦合 电容连接旋转变压器次级绕组的另 一端 本发明装置采用频移键控调制方式(FSK)， FSK的载波振幅为常量，频率为变量， 通过二进制数字信息控制载波频率，使载波频率随二进制信息的变化而变化。由于二进制 数字信息只包含两种不同的符号，所以调制信号有两个不同的频率&和f2， ^对应数字信 息"1"， &对应数字信息"0"。 所述的控制模块调制单元包括第一压控振荡器VC01、第二压控振荡器VC02、数据 选择器和驱动电路。第一压控振荡器VC01和第二压控振荡器VC02的输出作为数据选择器 的两个输入，待调制数字信号通过数据选择器，选择分别代表数字"1"和"0"的第一压控振 荡器VC01信号或第二压控振荡器VC02信号，通过驱动电路驱动旋转变压器，进行信息发 送。 所述的第一压控振荡器VC01和第二压控振荡器VC02输出信号频率分别为25kHz 和lOOkHz。 所述的监测模块调制单元具有与控制模块调制单元完全相同的结构和参数。
本发明装置的通信波特率需小于2500bps。 控制模块解调单元包括第一鉴相器PD1、第二鉴相器PD2、滤波电容Q和C2、运算放 大器AMP、上拉电阻R。压控振荡器VCO、定时电阻RT和定时电容CT。旋转变压器信号经控制 模块耦合电容分别施加在第一鉴相器PD1和第二鉴相器PD2的输入端，第一鉴相器PD1的 输出经滤波电容C2滤波后送给压控振荡器VCO，然后压控振荡器VCO的输出送给第二鉴相 器PD2，第二鉴相器PD2的输出经滤波电容Q滤波、运算放大器AMP放大和上拉电阻&上拉 后便可得解调后的数字信号。定时电阻RT和定时电容CT用于配合产生压控振荡器VCO所 需的频率信号。 所述的监测模块解调单元具有与控制模块解调单元完全相同的结构和参数。
本发明装置通过旋转变压器耦合通信，实现的是一种半双工通信方法。当起落架 内控制模块向机轮内监测模块发送信息时，起落架内控制模块CPU通过控制模块调制单 元，将数字信号转化为代表数字"O"和"1"的高频振荡波并驱动旋转变压器，监测模块解调 单元对监测模块耦合电容耦合到的高频振荡波进行解调，后送机轮内监测模块CPU进行处 理；当机轮内监测模块向起落架内控制模块发送信息时，机轮内监测模块CPU通过监测模 块调制单元，将数字信号转化为代表数字"O"和"1"的高频振荡波并驱动旋转变压器，控制 模块解调单元对控制模块耦合电容耦合到的高频振荡波进行解调，后送起落架内控制模块 CPU进行处理。 本发明的有益效果是本发明装置应用于飞机胎压实时监控系统中与传统通信方
4法相比具有以下优点1)本发明装置利用旋转变压器进行通信，将传统变压器的感应耦合 磁路分开，初、次级绕组分别绕制于可相互转动的定子磁芯和转子铁芯上，实现固定设备和 旋转设备间的无接触电磁耦合通信，因此，通信双方之间无任何接触，彼此间电气绝缘，没 有裸露导体存在，不存在机械摩擦和磨损，也不会发生电火花。并且，通信介质——磁场对 尘土、污物等不敏感，不会影响通信质量，可在飞机上恶劣的环境下应用；2)本发明装置实 现的通信方法与通常的无线电通信方式是有区别的，后者通过电磁波的传播进行远距离的 通信，其信号强度随距离的平方衰减，易对外形成辐射，造成干扰；而前者则是通过电磁耦 合实现信号的近距离传输，通信介质——磁场几乎被完全限制于旋转变压器定子铁芯和转 子铁芯内，很少的泄漏部分其信号强度随距离的立方迅速衰减，对外造成的干扰小，通过合 适的屏蔽，可完全杜绝其对外造成的辐射干扰，易于满足飞机上电磁兼容性要求。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为旋转变压器耦合通信系统结构。 图中，1-起落架内控制模块CPU， 2-控制模块调制单元，3-控制模块解调单元， 4-控制模块耦合电容，5-旋转变压器，6-监测模块调制单元，7-监测模块耦合电容，8-监测 模块解调单元，9-机轮内监测模块CPU。 图2为FSK调制时控制信号与高频交流脉冲关系示意图。
图3为控制模块调制单元结构图。 图中，10-第一压控振荡器，11-第二压控振荡器，12-数据选择器，13-驱动电路。
图4为控制模块解调单元结构图。 图中，14-第一鉴相器，15-第二鉴相器，16-运算放大器，17-压控振荡器。
具体实施例方式
如图1所示，本发明包括控制模块部分，旋转变压器5和监测模块部分。其中控制 模块部分包括起落架内控制模块CPU 1、控制模块调制单元2、控制模块解调单元3、控制模 块耦合电容4 ;监测模块部分包括监测模块调制单元6、监测模块耦合电容7、监测模块解调 单元8和机轮内监测模块CPU 9。起落架内控制模块CPU 1连接控制模块调制单元2和控 制模块解调单元3，控制模块调制单元2用于对数字信号进行FSK调制，控制模块解调单元 3用于对FSK调制信号解调，还原出数字信号。控制模块调制单元2两个输出端直接连接旋 转变压器5初级绕组，控制模块解调单元3 —个输入端直接连接旋转变压器5初级绕组，另 一个输入端通过控制模块耦合电容4连接旋转变压器5初级绕组。机轮内监测模块CPU 9 连接监测模块调制单元6和监测模块解调单元8 ，监测模块调制单元6用于对数字信号进行 FSK调制，监测模块解调单元8用于对FSK调制信号解调，还原出数字信号。监测模块调制 单元6两个输出端直接连接旋转变压器5次级绕组。监测模块解调单元8 —个输入端直接 连接旋转变压器5次级绕组，另一个输入端通过监测模块耦合电容7连接旋转变压器5次 级绕组。 本发明实施实例通信为半双工通信。当起落架内控制模块向机轮内监测模块发 送信息时，起落架内控制模块CPU 1通过控制模块调制单元2，将数字信号转化为代表数字"0"和"1"的高频振荡波并驱动旋转变压器5，监测模块解调单元8对监测模块耦合电容7耦合到的高频振荡波进行解调，后送机轮内监测模块CPU 9进行处理；当机轮内监测模块向起落架内控制模块发送信息时，机轮内监测模块CPU 9通过监测模块调制单元6，将数字信号转化为代表数字"0"和"1"的高频振荡波并驱动旋转变压器5，控制模块解调单元3对控制模块耦合电容4耦合到的高频振荡波进行解调，后送起落架内控制模块CPU 1进行处理。 参照图2，本发明实施实例采用频移键控调制方式(FSK) ，FSK的载波振幅为常量，频率为变量，通过二进制数字信息控制载波频率，使载波频率随二进制信息的变化而变化。由于二进制数字信息只包含两种不同的符号，所以调制信号有两个不同的频率^和f2， ^对应数字信息"l"，本发明装置采用25kHz， &对应数字信息"0"，本发明装置采用100kHz。
参照图3，控制模块调制单元2包括第一压控振荡器(VC01) 10、第二压控振荡器(VC02)11、数据选择器12和驱动电路13。第一压控振荡器(VC01)10和第二压控振荡器(VC02) 11的输出频率分别为fl和f2的载波信号作为数据选择器的两个输入，待调制数字信号通过数据选择器选择分别代表数字"1"和"0"的第一压控振荡器(VC01) 10和第二压控振荡器(VC02) 11的信号，通过驱动电路13驱动旋转变压器5，进行信息发送。
本实施实例中，第一压控振荡器(VC01) 10和第二压控振荡器(VC02) 11输出信号频率分别为25kHz和100kHz。 所述的监测模块调制单元6具有与控制模块调制单元2完全相同的结构和参数。
本发明实施实例的通信波特率取1200bps。 参照图4控制模块解调单元结构图，接收信号通过电容耦合进入解调单元(包括控制模块解调单元3和监测模块解调单元8)。解调单元内部包含了两个鉴相器PD1 14和PD215、放大器AMP 16、压控振荡器VC0 17等单元。鉴相器PD1 14和PD2 15均采用双平衡模拟乘法器电路，在输入小信号情况下(约几十mV)，其输出为正弦鉴相特性，而在输入大信号情况下(几百mV以上)，其输出转变为线性鉴相特性。锁相环路输出信号由压控振荡器VCO 17产生，压控振荡器17的自由振荡频率与外接定时元件RT， CT的关系式为 上述的RT， CT为用于配合产生压控振荡器(VCO) 17所需频率信号的定时元件，本实施实例f。 = 25kHz，根据上式，RT， ct有多种组合，一种可行的取法是Rt取10kQ ， ct取0. 01 ii F。 电路工作时，输入信号在鉴相器PD1 14中与VC0 17的输出信号鉴相，相差信号经滤波回路滤波后，成为与相差成比例的电压信号，用于控制VCO 17输出频率f。跟踪输入信号的相位变化。若输入信号频率落在锁相环路的捕获带内，则环路锁定，在振荡器输出频率与输入频率相同时，二者之间只有相位差而无频率差。 鉴相器PD2 15的工作方式与鉴相器PD1 14略有不同，它是利用压控振荡器(VC0)17输出的信号f。经90。移相后再与输入信号进行鉴相，是一正交鉴相器。在环路锁定情况下，PD2 15的两个输入信号在相位上相差约为90° ，因而PD2 15的输出电压达到其输出范围内的最大值，再经运算放大器AMP 16反相，在其输出端输出一个低电平。运算放大器AMP 16的输出端为漏极开路输出方式，低电平输出时可吸收最大100mA的输出电流。该端口的低电平输出信号可由上拉电阻转换为电压信号以与TTL或CMOS接口电路相匹配。
其整体工作特性为当信号输入端加入幅度为20mV以上的交流信号且频率落入(f。士BW)范围内时，输出端输出一个低电平的检测信号，利用这一特性，来实现FSK信号解调。 本实施实例的监测模块解调单元8具有与控制模块解调单元3完全相同的结构和参数。
权利要求
一种用于飞机胎压实时监控系统的耦合通信装置，包括控制模块部分，旋转变压器和监测模块部分，其特征在于控制模块部分包括起落架内控制模块CPU、控制模块调制单元、控制模块解调单元和控制模块耦合电容；监测模块部分包括监测模块调制单元、监测模块耦合电容、监测模块解调单元和机轮内监测模块CPU；控制模块调制单元对起落架内控制模块CPU的数字信号进行FSK调制，控制模块解调单元对输入的FSK调制信号解调，还原出数字信号输出至起落架内控制模块CPU；控制模块调制单元两个输出端直接连接旋转变压器初级绕组的两端，控制模块解调单元一个输入端直接连接旋转变压器初级绕组的一端，另一个输入端通过控制模块耦合电容连接旋转变压器初级绕组的另一端；监测模块调制单元对机轮内监测模块CPU的数字信号进行FSK调制，监测模块解调单元对输入的FSK调制信号解调，还原出数字信号输出至机轮内监测模块CPU；监测模块调制单元两个输出端直接连接旋转变压器次级绕组的两端；监测模块解调单元一个输入端直接连接旋转变压器次级绕组的一端，另一个输入端通过监测模块耦合电容连接旋转变压器次级绕组的另一端。
2. 根据权利要求1所述的一种用于飞机胎压实时监控系统的耦合通信装置，其特征在 于所述的控制模块调制单元包括第一压控振荡器VC01、第二压控振荡器VC02、数据选择 器和驱动电路；第一压控振荡器VC01和第二压控振荡器VC02的输出作为数据选择器的两 个输入，待调制数字信号通过数据选择器选择第一压控振荡器VC01信号或第二压控振荡 器VC02信号通过驱动电路驱动旋转变压器，进行信息发送。
3. 根据权利要求2所述的一种用于飞机胎压实时监控系统的耦合通信装置，其特征 在于所述的第一压控振荡器VC01和第二压控振荡器VC02输出信号频率分别为25kHz和 100kHz。
4. 根据权利要求1所述的一种用于飞机胎压实时监控系统的耦合通信装置，其特征在于所述的监测模块调制单元具有与控制模块调制单元完全相同的结构和参数。
5. 根据权利要求1所述的一种用于飞机胎压实时监控系统的耦合通信装置，其特征在 于所述的控制模块解调单元包括第一鉴相器PD1、第二鉴相器PD2、滤波电容Q和G、运算 放大器AMP、上拉电阻R。压控振荡器VCO、定时电阻RT和定时电容CT ;旋转变压器信号经控 制模块耦合电容分别施加在第一鉴相器PD1和第二鉴相器PD2的输入端，第一鉴相器PD1 的输出经滤波电容C2滤波后送给压控振荡器VCO，然后压控振荡器VCO的输出送给第二鉴 相器PD2，第二鉴相器PD2的输出经滤波电容Q滤波、运算放大器AMP放大和上拉电阻&上 拉后便可得解调后的数字信号；定时电阻RT和定时电容CT配合压控振荡器VCO产生所需的 频率信号。
6. 根据权利要求1所述的一种用于飞机胎压实时监控系统的耦合通信装置，其特征在 于所述的监测模块解调单元具有与控制模块解调单元完全相同的结构和参数。
全文摘要
本发明公开了一种用于飞机胎压实时监控系统的耦合通信装置，起落架内控制模块CPU连接控制模块调制单元和控制模块解调单元，控制模块调制单元用于对数字信号进行FSK调制，控制模块解调单元用于对FSK调制信号解调，控制模块调制单元和控制模块解调单元连接旋转变压器初级绕组；机轮内监测模块CPU连接监测模块调制单元和监测模块解调单元，监测模块调制单元用于对数字信号进行FSK调制，监测模块解调单元用于对FSK调制信号解调，监测模块调制单元和监测模块解调单元连接旋转变压器次级绕组。本发明可在飞机上恶劣的环境下应用，易于满足飞机上电磁兼容性要求。
文档编号B60C23/00GK101774336SQ20101001356
公开日2010年7月14日 申请日期2010年1月8日 优先权日2010年1月8日
发明者张谦, 李兵强, 林辉, 齐蓉 申请人:西北工业大学;西安航空制动科技有限公司