一种机载语音报高与告警装置

1.本实用新型属于航空机载设备技术领域，具体涉及一种机载语音报高与告警装置。


背景技术：

2.实时获取航空器的真实飞行高度，对于飞行人员安全驾驶航空器有非常重要的意义。现有有人航空器主要通过无线电高度表来测量航空器的真实高度，飞行员要了解航空器的真实飞行高度和告警状态只能通过观察座舱中的飞行仪表和告警状态指示灯来实现，航空器座舱中，设备多、仪表多、信号灯多，飞行员的视觉负担十分繁重。在飞行过程中，既要观察外部环境，又要观察各种仪表、信号灯，尤其在起飞、着陆或低空飞行时，精力很难分配，容易导致飞行事故的发生。如果能用语音报告飞行真实高度和重要的告警状态，飞行员就可集中精力观察外部状况，从而间接提高了航空器的低空性能和安全性。因此，亟需一种能够语音报告航空器真实飞行高度和告警状态的装置。


技术实现要素：

3.本实用新型提供了一种机载语音报高与告警装置，通过应用微控制器、模数转换技术、文字语音合成技术和滞后高度补偿方法实时采集航空器高度、监测高度变化和告警状态，用于单次或连续通过语音准确报告航空器的真实高度和告警状态，飞行员可通过声音可获知航空器真实高度与告警状态，解决了现有有人航空器主要通过飞行仪表提供航空器真实高度、通过告警状态指示灯指示告警状态，飞行员观察仪表视觉负担重的问题，进而提高了航空器低空性能和安全性。
4.本实用新型的技术方案是：一种机载语音报高与告警装置，通过应用微控制器、模数转换技术、文字语音合成技术和滞后高度补偿方法实时采集航空器高度、监测高度变化和告警状态，用于“单次”或“连续”通过语音准确报告航空器的真实高度和告警状态，包括加固机箱、电路板、电源模组、航空插座、按钮开关、航空电缆和喇叭，所述航空插座包括电源插座、信号输入插座、音频输出插座和调试插座，所述电源模组通过板间连接器与电路板相连接，所述航空插座通过导线与所述电路板相连接，所述电源插座通过航空电缆连接航空器的直流供电系统，所述信号输入插座通过航空电缆分别连接机载高度表、所述按钮开关、机载告警检测系统(能实时进行座舱低压检测、低燃油液面检测、发动机超温检测等)，所述音频输出插座通过航空电缆连接所述喇叭和航空器的机内通话系统，在调试状态下，所述调试插座通过航空电缆与外部调试计算机的usb接口连接，所述喇叭安装于驾驶座舱。
5.方案进一步地，所述电路板包括如下功能模块：信号放大器、a/d数模转换器、开关量输入接口模块、微控制器、语音合成模块、双通道音频放大器、音频变压器、usb转串口模块，所述信号放大器对机载高度表输出的高度模拟量信号进行放大调理后输送给a/d数模转换器，所述微控制器实时采集a/d数模转换器输出的高度数字量、计算垂直下降速度、并实时监测高度值和垂直下降速度的变化和开关量输入接口模块的输入状态，当航空器飞行
高度处于超低空时、或垂直下降速度超过门限，当航空器飞行高度处于超低空时、或垂直下降速度超过门限，或所述按钮开关按下，所述微控制器控制语音合成模块单次或连续输出航空器真实高度声音信号，当机载告警检测系统的输出的告警开关量信号引起所述开关量输入接口模块的输入状态变化为有效状态时，所述微控制器控制语音合成模块连续输出相应告警声音信号，高度声音信号和告警声音信号均通过所述双通道音频放大器放大，所述双通道音频放大器放大的1路输出直接驱动所述喇叭，另1路输出通过所述音频变压器进行阻抗变化后再输出给航空器的机内通话系统，所述usb转串口模块通过调试插座与调试计算机连接。
6.方案进一步地，所述usb转串口模块的串行通信端与所述微控制器相连接，所述usb转串口模块的usb端连接加固机箱面板上的调试插座，在调试状态下与调试计算机连接，用于软件调试和程序下载，所述usb转串口模块提供1路+5v小功率电源输出，能给微控制器单独供电，在未通电的情况下，调试计算机也可下载和升级微控制器的程序。
7.方案进一步地，为实现低功耗和低成本，所述微控制器采用8051内核的单片机，包含至少4组并行输入/输出端口和2路ttl异步串行通信端口，当一次按下按钮开关，该装置报告一次航空器真实高度，当连续按下两次(间隔小于2秒)按钮开关，则进入自动报高状态，连续报告航空器真实高度，此状态下，再次按下按钮开关，停止报告航空器真实高度，当航空器飞行高度处于超低空时、或垂直下降速度超过门限时，自动连续报告航空器真实高度，当检测到告警状态有效时，自动连续发出相应的语音告警，若连续报告超过规定时限或按下按钮开关，则在设定的时间内停止输出声音信号，在设定的时间间隔结束后，若仍检测到异常或告警状态有效，再次自动连续报告航空器真实高度或发出相应语音告警。
8.方案进一步地，所述双通道音频放大器独立输出2路声音信号，1路输出直接驱动所述喇叭，另1路通过所述音频变压器进行阻抗变换，再输出给航空器的机内通话系统，进而传输给飞行头盔耳机，飞行员通过声音可获知航空器的真实高度和告警状态。
9.方案进一步地，所述信号放大器为低噪声高精度放大器且增益可调整，能适配0
‑
20v的模拟量输入。
10.方案进一步地，所述a/d数模转换器的分辨率高于12位，转换时间小于1ms。
11.方案进一步地，所述语音合成模块采用文字转语音合成芯片，并通过ttl
‑
232串行通信接口与微控制器相连接。
12.方案进一步地，所述开关量输入接口模块为降低外部信号的干扰，采用光电隔离器件，支持有源开关量输入和无源开关量输入，有源开关量输入电压范围为0
‑
30v，所述开关量输入接口模块接收的告警开关量信号包括座舱低压开关量、低燃油液面开关量、发动机超温开关量等信号。
13.方案进一步地，所述电源模组为宽幅输入模块化dc/dc开关转换电源，输入电压可为机载27v或48v直流，输出的电压为+5v和
±
15v，所述电源模组给所述电路板上的各功能模块供电。
14.本实用新型的优点是：本实用新型能实时采集航空器飞行高度、计算垂直下降速度、并实时监测高度值和垂直下降速度的变化和光电隔离i/o开关量的输入状态，当航空器飞行高度处于超低空时、或垂直下降速度超过门限，或由于按钮开关按下引起开关量输入接口模块的输入状态变化为有效状态时，微控制器控制语音合成模块“单次”或“连续”输出
航空器真实高度声音信号，当由机载告警检测系统输出告警开关量引起开关量输入接口模块的输入状态发生变化，微控制器控制语音合成模块连续输出相应告警声音信号，飞行员可通过声音获知航空器真实高度和告警状态，减轻了飞行员视觉负担，解决了现有有人航空器主要通过飞行仪表提供航空器真实高度、通过告警状态指示灯指示告警状态，飞行员观察仪表视觉负担重的问题，进而提高了航空器低空性能和安全性。
附图说明
15.图1是本实用新型一种机载语音报高与告警装置的结构示意图；
16.图2是本实用新型一种机载语音报高与告警装置的电路板的功能模块示意图；
17.其中：1、加固机箱，2、电源插座，3、信号输入插座，4、音频输出插座，5、调试插座，6、电源模组，7、板间连接器，8、电路板，801、信号放大器，802、a/d数模转换器，803、开关量输入接口模块，804、usb转串口模块，805、微控制器，806、语音合成模块，807、双通道音频放大器，808、音频变压器，9、喇叭，10、按钮开关。
具体实施方式
18.下面结合附图对本实用新型做清楚完整的描述，以使本领域的技术人员在不需要作出创造性劳动的条件下，能够充分实施本实用新型。
19.本实用新型具体实施方式是：如图1
‑
2所示，一种机载语音报高与告警装置，通过应用微控制器、模数转换技术、文字语音合成技术和滞后高度补偿方法实时采集航空器高度、监测高度变化和告警状态，用于单次或连续通过语音准确报告航空器的真实高度和告警状态，包括加固机箱1、航空插座、电路板8、电源模组6、按钮开关10、航空电缆、喇叭9，所述航空插座包括电源插座2、信号输入插座3、音频输出插座4和调试插座5，所述电源模组6通过板间连接器7与电路板8相连接，所述航空插座通过导线与电路板8相连接，所述电源插座2通过航空电缆连接航空器的直流供电系统，所述信号输入插座3通过航空电缆分别连接机载高度表、所述按钮开关10、机载告警检测系统(能实时进行座舱低压检测、低燃油液面检测、发动机超温检测等)，所述音频输出插座4通过航空电缆连接所述喇叭9和航空器的机内通话系统，在调试状态下，所述调试插座5通过航空电缆与外部调试计算机的usb接口连接，所述喇叭9安装于驾驶座舱；
20.所述电路板8包括如下功能模块：信号放大器801、a/d数模转换器802、开关量输入接口模块803、微控制器805、语音合成模块806、双通道音频放大器807、音频变压器808、usb转串口模块804，所述信号放大器801对机载高度表9输出的高度模拟量信号进行放大调理后输送给a/d数模转换器802，所述微控制器805实时采集a/d数模转换器802输出的高度数字量，计算垂直下降速度、并实时监测高度值和垂直下降速度的变化和开关量输入接口模块803的输入状态，当航空器飞行高度处于超低空时、或垂直下降速度超过门限，或由于按钮开关10按下引起开关量输入接口模块803状态变化为有效状态时，所述微控制器805控制语音合成模块806单次或连续输出航空器真实高度声音信号，当机载告警检测系统输出的告警开关量输入引起所述开关量输入接口模块803的输入状态变化为有效状态时，所述微控制器805控制语音合成模块806连续输出相应告警声音信号，高度声音信号和告警声音信号均通过所述双通道音频放大器807放大为2路信号，1路输出直接驱动喇叭9，另1路输出通
过所述音频变压器808进行阻抗变换，再输出给航空器的机内通话系统，所述usb转串口模块804通过调试插座5与调试计算机连接。
21.进一步地，所述usb转串口模块804的串行通信端与所述微控制器805相连接，所述usb转串口模块804的usb端连接加固机箱1面板上的调试插座5，在调试状态下与调试计算机连接，用于软件调试和程序下载，所述usb转串口模块804提供1路+5v小功率电源输出，能给微控制器805单独供电，在未通电的情况下，调试计算机也可下载和升级微控制器805的程序。
22.进一步地，为实现低功耗和低成本，所述微控制器805采用8051内核的单片机，包含至少4组并行输入/输出端口和2路ttl异步串行通信端口。
23.进一步地，所述双通道音频放大器独立输出2路声音信号，1路输出直接驱动所述喇叭，另1路通过所述音频变压器进行阻抗变换，再输出给航空器的机内通话系统，进而传输给飞行头盔耳机，飞行员通过声音可获知航空器的真实高度和告警状态。
24.进一步地，所述信号放大器801为低噪声高精度放大器且增益可调整，能适配0
‑
30v的模拟量输入。
25.进一步地，所述a/d数模转换器802的分辨率高于12位，转换时间小于1ms。
26.进一步地，所述语音合成模块806采用文字转语音合成芯片，并通过ttl
‑
232串行通信接口与微控制器805相连接。
27.进一步地，为降低外部信号的干扰，所述开关量输入接口模块803采用光电隔离器件，支持有源开关量输入和无源开关量输入，有源开关量输入电压范围为0
‑
30v，所述开关量输入接口模块803接收的告警开关量信号包括座舱低压开关量、低燃油液面开关量、发动机超温开关量等信号。
28.进一步地，所述电源模组6为宽幅输入模块化dc/dc开关转换电源，输入电压可为机载27v或48v直流，输出的电压为+5v和
±
15v，所述电源模组6给电路板8上的各个功能模块供电。
29.本实用新型的微控制器805以时间间隔t控制a/d数模转换器802连续采集高度数据，并对采集到的高度数据进行平均滤波，以获取准确的实时高度h
t
，同时微控制器805计算两次相邻高度h
t
的差值
△
h
t
，并用如下公式计算实时垂直速度v
t
：
[0030][0031]
本实用新型提出了一种滞后高度补偿方法，来保证语音报高准确性，具体是：微控制器805每次启动语音合成模块806发出声音都有一定的延迟
△
t(约1.5秒)，在
△
t时间内飞行高度可有较大的变化，其变化量为：
△
h＝v
t
×△
t，因此，语音结束时刻的飞行高度应为：h＝h
t
+
△
h，微控制器805控制语音合成模块806发出声音时，进行滞后高度补偿，不用实时采集的高度值h
t
，而是用滞后补偿的高度值h为参考报告高度，来保证报高的准确性。
[0032]
本实用新型的所述微控制器805控制语音合成模块806进行语音报告的方式采用“单次”和“连续”两种，当一次按下按钮开关10，微控制器805控制语音合成模块806单次报告航空器真实高度，当连续按下两次(间隔小于2秒)按钮开关10，则进入“连续”报告状态，连续报告航空器真实高度，此状态下，再次按下按钮开关10，停止报告航空器真实高度，当
航空器飞行高度处于超低空时、或垂直下降速度超过门限时，自动进入“连续”报告状态，连续报告航空器真实高度，当检测到告警状态有效时，自动进入“连续”报告状态，连续发出相应的语音告警，若“连续”报告超过规定时限或按下按钮开关10，则在设定的时间内停止输出声音信号，在设定的时间间隔结束后，若仍检测到异常或告警状态有效，再次进入“连续”报告状态，自动连续报告航空器真实高度或发出相应语音告警，“连续”报告状态下，微控制器805根据飞行高度控制语音报告频次，飞行高度越低，语音报告频次越高。
[0033]
本实用新型的所述微控制器805通过ttl
‑
232串行通信接口向语音合成模块806发送的文本语句采用gb2312编码格式，报告高度时，需根据高度数值先生成高度报告文本语句，再发送给语音合成模块806，微控制器805生成高度报告文本语句的算法如下：
[0034]
(1)将“零、壹、贰、叁、肆、伍、六、柒、捌、玖”的gb2312编码以字对齐方式在存储位置txt_base处建立文本表；
[0035]
(2)依次由高位向低位取出十进制飞行高度h的各位数值n
i
，再从文本表的txt_base+n
i
×
2处读出2字节gb2312编码，然后在开头插入“高度”的gb2312编码、在中间视情插入“十”、“百”、“千”、“点”的gb2312编码，在最后插入“米”的gb2312编码，拼接形成完整的高度报告文本语句，例如：若h＝506.2m，则生成的高度报告文本语句为：“高度[p200]伍百零六点贰米”，[p200]用于控制控制语音合成模块806暂停200毫秒。
[0036]
报告告警状态时，微控制器805直接向语音合成模块806发送的规定的文本语句，例如：“请注意[p200]飞行高度”、“请注意[p200]舱压偏低”、“请注意[p200]燃油量偏低”、“请注意[p200]发动机超温”，最后该文本以语音形式传送给飞行员，飞行员实时获取航空器的告警状态。
[0037]
本实用新型的工作原理是：通过信号输入插座3将机载高度表采集的航空器飞行高度和机载告警检测系统检测的座舱低压、低燃油液面、发动机超温等信号输入至加固机箱1内部的电路板8，电路板8的微控制器805控制语音合成模块806进行语音报告，当航空器飞行高度处于超低空时、或垂直下降速度超过门限，或由于按钮开关10按下引起开关量输入接口模块803的输入状态变化时，微控制器805控制语音合成模块806单次或连续输出航空器真实高度声音信号，当机载告警检测系统输出的警开关量引起开关量输入接口模块803输入状态变化为有效状态时，微控制器805控制语音合成模块806连续输出相应告警声音信号，飞行员可通过声音可获知航空器真实高度和告警状态，减少了飞行员视觉负担，进而提高了航空器低空性能和安全性，按钮开关10可实现“单次”和“连续”播报。
[0038]
以上对本实用新型的较佳实施例进行了描述，需要指出的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。