Аналитический обзор средств отображения информации

Описание многофункционального цветного индикатора

Назначение и функции индикатора

 

Индикатор МФЦИ эксплуатируется в составе комплекса бортового радиоэлектронного оборудования и предназначен для формирования и индикации цветной пилотажно-навигационной информации и специальной информации. Индикатор входит в комплексную бортовую систему отображения информации, состоящую из индикаторов прямого видения, пультов управления и цифровой вычислительной машины.

Разрабатываемый МФЦИ должен обеспечивать:

- формирование графического изображения на экране ЖК-панели;

-  аппаратный прием телевизионного изображения в формате RGB и вывод его на экран;

-  вывод на экран ЖК-панели совмещённого изображения графической информации и информации от ТВ-датчиков в формате RGB;

-  приём и передачу сигналов в виде последовательного двуполярного фазоманипулированного кода и разовых команд по ГОСТ 18977-79;

-  приём и передачу сигналов по ГОСТ 26765.52-87 с реализацией функций Контроллера и Оконечного устройства;

-  формирование и передачу информации о состоянии кнопочного наборного поля

-  формирование и выдачу сигнала исправности МФЦИ.

МФЦИ включает в свой состав следующие устройства:

- Вычислитель - микро-ЭВМ с резидентной памятью (ОЗУ и ПЗУ), предназначенный для реализации заданных алгоритмов вычисления и управления в реальном масштабе времени;

-  Графический контроллер, предназначенный для формирования графической и символьной информации по данным вычислителя,

-  Узел приема и выдачи информации по мультиплексному каналу информационного обмена по ГОСТ 26765.52-87,

-  Узел приема/выдачи биполярных последовательных кодов и разовых команд по ГОСТ18977-79;

-  Узел приема/выдачи телевизионной информации в формате RGB;

-  Узел питания;

-  Узел цветной активно-матричной жидкокристаллической панели;

-  Кнопочное обрамление.

МФЦИ в зависимости от вида индицируемой информации могут использоваться, например, как командно-пилотажные индикаторы (КПИ), комплексные индикаторы навигационной обстановки (КИНО) и комплексные индикаторы самолетных систем (КИСС) тем самым, обеспечивая многорежимность и многофункциональность индикатора и замену многих электромеханических приборов, традиционно размещаемых на приборной доске кабины.

КПИ - обеспечивает отображение экипажу пилотажно-навигационной информации в виде изображения на экране комбинированных пилотажно-навигационных индикаторов, подобным, применяемым на борту электромеханических приборов типа ПКП и ПНП.

КИНО - обеспечивает отображение экипажу обзорно-навигационной информации (в том числе от метео-радиолакационных станций) и справочной информации.

КИСС - обеспечивает отображение экипажу основных параметров работы двигателей, постоянно необходимых при управлении самолетом, сигнальной информации об отказах и неисправностях самолетных систем и комплексов. [2]

Разработка модуля графического

Проектирование печатной платы

 

Печатные платы в общем случае представляют собой пластину, содержащую необходимые отверстия и токопроводящий рисунок, который может быть выполнен на поверхности платы, так и в ее объеме, сформированный проводниками, соединяющими электрорадиорадиоэлементы в соответствии с электрической схемой. По конструктивному исполнению печатные платы подразделяются на односторонние, двусторонние и многослойные. Многослойные печатные платы (МПП) отличаются высокой трассировочной способностью и плотностью монтажа элементов. [6]

Проектирование топологии печатной платы

К печатным платам предъявляется ряд требований по ГОСТ 23751-86 и ГОСТ 10317-79:

- Максимальный размер любой из сторон ПП должен быть не более 470 мм. Это ограничение определяется требованиями прочности и плотности монтажа.

-  Для упрощения компоновки блоков и унификации размеров ПП, а также в целях повышения механической жесткости платы, соотношения размеров сторон ПП рекомендуются следующие: 1:1, 2:1, 3:1, 4:1, 3:2, 5:2 и т.д.

-  При разбиении схемы на слои следует стремиться к минимизации числа слоев.

-  По краям платы следует предусматривать технологическую зону шириной 1,5-2,0 мм.

Аналитический обзор средств отображения информации

 

Количественный скачок в оснащении летательных аппаратов различными системами пришелся на шестидесятые годы в связи с появлением новых видов навигационного оборудования, радиолокационной станции и всевозможных вычислителей. Количество сопутствующих им органов управления и индикации росло пропорционально. Основными способами отображения информации были электрические, электромеханические индикаторы. Расширение диапазона функциональных задач, возлагаемых на бортовые средства отображения информации, привело к массовому переходу от электромеханического оборудования к приборам с экранной индикацией.

Исторически первыми стали применяться монохромные электронно-лучевые трубки, однако их значительные габариты и высокое, в десятки тысяч вольт, напряжение питания стали обстоятельствами, которые заставили разработчиков обратится к плоским жидкокристаллическим дисплеям. ЖК-дисплеи вследствие высокой надежности, малого веса и малого потребления электроэнергии, получили большое распространение. ЖК панели практически не оказывают негативного воздействия на глаза оператора, имеют абсолютно плоский экран, не требуют сложных систем управления частотой и чёткостью изображения. Так же, как и электронно-лучевые трубки, первые плоские экраны доставили разработчикам большое количество проблем. Основными сложностями были достижение возможности работы и хранения при низких температурах и преодоление недостаточной яркости. В настоящее время обе эти проблемы успешно решены, а перечисленные выше свойства существенно расширяют список потенциальных потребителей подобных индикаторов: это ЛА самых разных типов, от маленького самолета авиации общего назначения до коммерческого воздушного судна. Экранные бортовые системы помогают упорядочить информационный поток на борту, автоматизировать многие процессы, разгрузить экипаж.

В настоящее время существует большое разнообразие многофункциональных индикаторов (МФИ) на жидкокристаллических экранах, предназначенных для оборудования кабин летательных аппаратов. Модели индикаторов отличаются техническими параметрами и функциональными возможностями. Эти факторы учитываются при выборе модели индикатора для бортового комплекса летательного аппарата определенного назначения. Российские производители авионики предлагают ряд различных серий информационно-управляющих комплексов на базе жидкокристаллических индикаторов. ЗАО ОКБ «Русская авионика» предлагает МФИ-55 и МФИ-68, предназначаемые для отображения информации, выдаваемой бортовыми системами и датчиками, в виде цветных-знакографических изображений, а также в телевизионном черно-белом режиме. ОКБ «Электроавтоматика» предлагает потребителям большую серию полноцветных жидкокристаллических индикаторов с нормализованным рядом размеров экрана. Такие МФЦИ позволяют индицировать графическую, телевизионную и совмещенную информацию, также поддерживают режим синтезирования трехмерного изображения. Серию приборов аналогичного назначения (ИМ-7, ИМ-8, ИМ-68) разработало ОАО «Авиаприбор-Холдинг». Подобные разработки имеются в арсенале Раменского приборостроительного конструкторского бюро.

МФЦИ послужил базой для интеграции систем обработки информации в Единую Приборную Панель Интегрированных Дисплеев (FPID). Интеграция FPID с системами управления полета позволяет выполнять следующие функции: идентификация расстояния и месторасположения; указание желаемого маршрута, плана полета и возникающих отклонений; индикация курсового угла, направления ветра; задания режима карты и управляемой ошибки курса. Унифицированность панели дает возможность совмещать и объединять несколько функций в одном дисплее, уменьшая число приборов на панели и создавая удобную среду кабины экипажа. [1, 2]

Можно выделить ряд обязательных требований по функциональному набору к современным МФЦИ:

- формирование и предварительная обработка с помощью БЦВМ любой информации: пилотажной, навигационной, радиолокационной, информации от наземных систем, информацию о состоянии и режимах работы оборудования самолета, выводимую на экран в виде шкал, счетчиков, указателей;

-  автоматизированный ввод цифровой картографической информации, оперативно-тактической информации, справочных данных и другой специальной информации, а также их хранение в энергонезависимой памяти;

-  совмещение навигационной информации с картой местности (картографическая навигация);

-  подготовку полетного задания и проведение отдельных инженерно-штурманских расчетов до и во время полета;

-  прием и обработку информации от внешних систем;

-  возможность выдачи информации во внешние системы;

-  вывод на экран графического изображения;

-  аппаратный прием телевизионного изображения и вывод его на экран;

-  вывод на экран совмещённого графического изображения и принятого телевизионного изображения.

Рассмотрим подробнее несколько моделей многофункциональных индикаторов, с лучшими техническими показателями и обеспечивающие вышеперечисленные возможности.

Многофункциональный индикатор МФИ-10-5 используются на самолетах Сухого, вертолетах Камова и Миля. МФИ-104 эксплуатируется на различных типах самолетов и вертолетов. МФЦИ-0333 входит в состав бортового комплекса новых учебно-тренировочных самолетов. Основные характеристики приведены в таблице 1.1. [http://1, 2]

 

Таблица 1.1

Сравнительные характеристики многофункциональных цветных индикаторов

Показатели	МФИ-10-5	МФИ-104	МФЦИ-0333
Габаритные размеры, мм	255x205x210	255x205x160	192х275х204
Масса, не более, кг	8	9	6,8
Размер экрана, мм	211х158	211х158	153х204
Количество элементов изображения, пиксель	640х480	600х800	640х480
Напряжение электропитания, В	27	27,5	27
Наработка на отказ, не менее, часы	5000	4500	5000
Потребность принудительного охлаждения	Требует	Требует	Требует
Диапазон рабочих температур, °С	от -40 до +55	от -40 до +55	от -40 до +60

 

МФЦИ-0333 имеет наилучшие технические характеристики среди аналогов, однако его основой является ЖК-панель, на смену которой уже в настоящее время пришли ЖК-панели более высокого качества, выигрывающие по надежности и цене. МФЦИ-0333 служит прототипом для разрабатываемого индикатора. Функциональный состав разрабатываемого индикатора идентичен МФЦИ-0333, однако при разработке функциональных узлов нового индикатора использованы новейшие компоненты и элементная база, а также учтены конструктивные недостатки МФЦИ-0333. [3]

2. Анализ технического задания

 

. Назначение и функции индикатора.

Индикатор МФЦИ предназначен для формирования и индикации цветной пилотажно-навигационной информации и специальной информации: графического изображения сформированного при помощи функционального программного обеспечения; аппаратный прием телевизионной информации по ГОСТ 7845-92 в формате RGB и формирование на экране телевизионного изображения; вывод на экран совмещённого изображения. Индикатор эксплуатируется в составе комплекса бортового радиоэлектронного оборудования и входит в комплексную бортовую систему отображения информации, состоящую из индикаторов прямого видения, пультов управления и цифровой вычислительной машины. МФЦИ представляет собой совокупность аппаратно-программных средств, обеспечивающих выполнение требования.

. Информационный интерфейс с бортовой системой должен осуществляться по мультиплексному каналу обмена по ГОСТ 26765.52-87, по последовательному каналу обмена по ГОСТ18977-79. За организацию указанных интерфейсов отвечают модули, входящие в состав МФЦИ. Предусмотрены следующие каналы: каналы обмена последовательными кодами по ГОСТ 18977-79, с 12 входами и 4 выходами; мультиплексный канал обмена по ГОСТ 26765.52-87. Организация интерфейсов осуществляется через разъемы типа ОНЦ, СНЦ.

. Требования к электропитанию. Электропитание индикатора должно осуществляться от бортовой системы электроснабжения постоянного тока с номинальным напряжением 27В. Требование обеспечивается путем подключения питания индикатора от 2-х независимых бортов с качеством по ГОСТ 19705-89.

. Требования по стойкости к внешним воздействиям

Индикатор должен быть устойчивым к внешним воздействующим факторам (ВВФ) в соответствии с требованиями, предъявляемыми к группе исполнения аппаратуры 3.3.3 по ГОСТ В20.39.304-76, таблица 2.1, таблица 2.2.

 

Таблица 2.1

Характеристики и значения внешних воздействующих факторов

Внешний воздействующий фактор	Характеристика		Значение, степень жёсткости
Акустический шум	Диапазон частот, Гц Уровень звукового давления, (относительно 2 х 10-5 Па), дБ		50-10000 130 -I
Механический удар одиночного действия	Пиковое ударное ускорение, м/с2 (g) Длительность действия ударного ускорения, мс		150 (15) 15 - к узлам крепления
Линейное ускорение	Величина ускорения, м/с2 (g)		100 (10) - к узлам крепления
Атмосферное пониженное давление	Рабочее давление, кПа (мм рт. ст.)		57,2 (430)
Изменение атмосферного давления	Диапазон изменения, кПа (мм рт. ст.)	74,67 - 46,7 (560 - 350)
Повышенная температура среды	Рабочая, °С Рабочая, кратковременная, °С Предельная, °С	60 -I 70 -I 85 -I
Пониженная температура среды	Рабочая, °С Предельная, °С	- 40 -I - 40 -I
Атмосферные конденсированные осадки (роса и внутреннее обледенение)	Пониженная температура среды, °С Атмосферное пониженное давление, кПа (мм рт. ст.), не менее Относительная влажность при температуре 28ºС, % не менее	- 20 22,67 (170) 95
Повышенная влажность	Относительная влажность при температуре 35°С, %	98 -I
Статическая пыль (песок)	Относительная влажность, % Скорость циркуляции, м/с Концентрация, г/м3	50 0,5-1,0 -I 3
Соляной (морской) туман	Водность, г/м3, Температура, К (°С), Дисперсность, мкм, не более	(2-3) -I 308 (+35) -I 20
Плесневые грибы	Повышенная влажность, % Температура, °С	95-98 29
Солнечное излучение интегральное	Плотность потока, Вт м-2 Плотность потока, Вт м-2 Спектр ультрафиолетового излучения, мкм Температура, °С	1125 68 0,28-0,40 55
Рабочие растворы (дезинфицирующие, дегазирующие и дезактивирующие)	Поверхностная плотность орошения раствором, л.м-2, Число воздействий	0,5 4
Примечание: - римскими цифрами (I, II и т.д.) обозначены степени жесткости ВВФ.

 

Таблица 2.2

Вибрационные нагрузки

Режим эксплуатации	Вибрационные нагрузки
	Диапазон частот, Гц	Спектральная плотность ускорения Sэ, g2/Гц	Суммарная среднеквадратическая величина ускорения dэ, g
Полетные режимы	10-50 50-2000	0,002-0,01 0,01	4,5
Взлет, посадка	10-50 50-2000	0,05 0,005	3,2

 

Обеспечение стабильной и надежной работы индикатора при требуемых условиях возможно за счет правильного выбора элементной базы, конструкционных и защитных материалов, а также конструкции блока.

. Надежность: средняя наработка на отказ не менее 6000 ч.

Требуемое значение обеспечивается выбором качественных долговечных элементов, применением автоматизированных методов сборки и монтажа при изготовлении изделия, что характеризуется повышенными показателями надежности.

. Требования к конструкции.

Конструктивные параметры индикатора: габаритные размеры не более 192 х 275 х (173 + 31) мм, где 173 мм - глубина от привалочной плоскости, 31 мм - глубина лицевой панели; размеры информационного поля 157 х 210 мм, масса не более 8 кг. Блок устанавливается на амортизированную приборную панель. Конструкция индикатора в части эргономических требований и требований к технической эстетике должна соответствовать ГОСТ 21829-76.

Индикатор имеет врубную конструкцию, его размещение предусмотрено на приборную доску кабины самолета, поэтому требование к габаритным размерам является жестким. Требование к массе обеспечивается использованием по возможности электрорадиоэлементов средней и большой степени интеграции, миниатюрных дискретных элементов, легких конструктивных материалов.