基于FPGA的飞机刹车防滑检测方法与流程

本发明涉及一种飞机刹车系统，尤其是一种飞机刹车防滑检测技术。

背景技术：

随着航空工业的进步，飞机朝着大吨位、高速度方向发展的需求日益强烈，刹车系统往往还要受到降落空间和时间等条件的限制，因此对刹车系统提出了更为苛刻的要求。它要求保证飞机在降落过程的安全、平稳、可靠，而且要求着陆时间短、对跑道的适应性强、有在频繁起落情况下正常工作的能力，即就是要防滑系统安全、高效，系统的寿命和平均无故障工作时间能尽可能地得到延长。所以检测技术对于刹车系统起到关键的作用。

防滑检测的原理是人工或自动给防滑检测电路施加一个固定频率的方波，模拟一次机轮打滑。以往的国内防滑刹车控制盒采用运算放大器构成的振荡电路或者由555定时器构成振荡电路采用阻容调节震荡频率来产生方波，通过故障检测电路转换成电压信号在通过a/d采集检测是否有防滑故障。这种检测方式受到各种外部因素和内部不稳定因素的影响如：温度的升高或降低、构成振荡电路的电阻要求精度高等导致其检测的精度差，调试困难等问题，另外由振荡电路组成的频率发生电路产生的波形很难做出方波，这也是影响防滑检测精度的重要原因。

上述问题都会影响故障检测电路对防滑故障检测的检测精度，且用振荡电路需要单独搭建，需要的器件多，导致当产品需要频率调整时所需硬件调试工作量大，精度差，稳定度差，无形中增加了很多成本。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于fpga的飞机刹车防滑检测方法，采用fpga本身具备的分频功能，由于fpga是可编程的，所以fpga产生的频率信号是可在需要的范围任意调整；另外fpga的前端激励是由晶振提供的，振幅只和晶振供电电压相关，所以用fpga产生的频率信号稳定准确。本发明从源头控制了防滑检测电路的精度问题，将防滑检测精度由10％提升到1％。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

步骤一，dsp根据系统要求发出检测命令；当fpga收到检测命令时，利用外部输入的20m时钟信号分频得到1000hz的检测信号，输出至防滑检测电路；

步骤二，检测信号进入防滑检测电路后经过滤波、放大，最后通过高速光耦转化成fpga可以采集的矩形波信号；

步骤三，fpga将矩形波信号相邻两上升沿之间的高频脉冲数作为采集值输出至dsp；

步骤四，dsp将采集值转换为频率值，并与检测信号值进行对比，若采集值与检测信号差值大于1％则上报防滑故障。

本发明的有益效果是：能够从原理上避免由于环境变化产生检测的故障点不准确或产生虚警，提高了飞机防滑刹车系统的可靠性和准确度。

附图说明

图1是本发明的防滑检测原理图；

图2是防滑检测电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

本发明的具体过程是：

步骤一，检测信号的产生

dsp根据系统要求通过数据总线发出检测命令，当fpga通过数据总线接收到来自dsp的检测命令时，fpga利用输入端的20m的时钟信号分频为1000hz的检测信号，由io口输出至防滑检测电路，经防滑检测电路处理后再输出值fpga采集端口。

该激励信号是由fpga通过逻辑编程分频生成，因此不存在运算放大器构成的振荡电路或者由555定时器构成振荡电路频率受外界影响而变化的问题，且生成的检测信号占空比稳定，抗干扰能力强。飞机防滑检测技术是通过对比目标值与检测值之间的差值来实现的，本发明通过fpga对时钟信号的分频成固定频率的检测信号，避免原有的振荡电路因外界环境变化导致检测信号变化从而影响检测结果的问题。

步骤二，防滑电路转换

检测信号进入防滑电路后经过滤波后将该信号放大，最后通过高速光耦将放大后信号转化成fpga可以采集的矩形波信号。

步骤三，fpga采集

通过fpga将频率信号两上升沿之间的高频脉冲数即采集值通过数据总线将采集值输出至dsp。该种采集方法不受占空比变化影响，避免了因外界环境变化导致检测信号占空比变化影响到检测结果的情况发生。

步骤四，dsp计算

dsp将fpga采集的数据进行计算转换为频率值，并与检测信号值进行对比，若采集值与检测信号差值大于1％则上报防滑故障。

为证明本发明的效果，以某飞机刹车系统为例进行验证，将采集数据通过1553b通讯上传至上位机，来证明采集值与检测信号的差值小于1％。

本实施例是用于某型机刹车系统的防滑检测技术，其具体过程是：

本实例采用的fpga芯片是jqv1000，dsp采用的是2812

步骤一，检测信号的产生

(1)dsp根据系统需求发出一个低电平信号即检测命令给fpga；

(2)分频输出：本案例将时钟信号的20mhz分频成1000hz的检测信号，通过计数器计数实现，如要进行n倍偶数分频，可由待分频的时钟触发计数器计数，当计数器从0计数到n/2-1时，输出时钟进行翻转，并给计数器一个复位信号，使得下一个时钟从零开始计数，依次循环下去。这种方法可以实现任意的偶数分频。

步骤二，防滑检测电路转换

根据防滑检测电路原理图可以看出检测信号先经过一个隔直电容器后在经过一个低通rc滤波器后经运算放大器放大后进入高速光耦将检测信号转换为fpga可以采集的方波信号，这里需要注意运用本发明必须使用高速光耦，其开关特性至少满足上升时间50ns，保证fpga采集防滑检测电路处理后信号因上升沿时间而出现采集错误的情况发生。

步骤三，fpga采集

处理后信号进入fpga后，fpga运用20m的高频脉冲信号采集输入信号的上升沿，采集到上升沿后开始计数直到下一个上升沿，并将计数值放入d触发器锁存，然后通过数据总线将采集值发送至dsp，然后重复上面的流程达到连续采集数据的目的。

步骤四，dsp计算dsp将fpga采集的数据进行计算转换为频率值，本案例采用的脉冲频率为20mhz，因此采集值与频率值对应关系为20000000除以采集值等于频率值，用计算得到的采集频率与目标检测信号1000hz进行比较，如差值大于10hz则可以判断出防滑检测电路故障。实现提高防滑检测精度由10％提升到1％。

技术特征：

技术总结
本发明提供了一种基于FPGA的飞机刹车防滑检测方法，DSP根据系统要求发出检测命令；当FPGA收到检测命令时，利用外部输入的20M时钟信号分频得到1000HZ的检测信号，输出至防滑检测电路，经过滤波、放大，最后通过高速光耦转化成矩形波信号；FPGA将矩形波信号相邻两上升沿之间的高频脉冲数作为采集值输出至DSP转换为频率值，并与检测信号值进行对比，若采集值与检测信号差值大于1％则上报防滑故障。本发明能够从原理上避免由于环境变化产生检测的故障点不准确或产生虚警，提高了飞机防滑刹车系统的可靠性和准确度。

技术研发人员：谷鸣;刘文亮;孙舟;孙倩;王红玲;周宏博
受保护的技术使用者：西安航空制动科技有限公司
技术研发日：2017.06.27
技术公布日：2017.11.24