Исследование методов реализации программно-аппаратной системы записи информации.

Введение
Характеристика предметной области. Регистратор полетных данных — устройство системы регистрации, используемое в авиации для записи основных параметров полёта, внутренних показателей функционирования систем летательного аппарата, переговоров экипажа и т. д. Информация из бортовых самописцев повседневно используется для контроля действий экипажа и работоспособности авиатехники после каждого полёта, а при особых случаях - для выяснения причин лётных происшествий [1].
Бортовой самописец является частью системы объективного контроля воздушного судна, которая собирает сведения о состоянии материальной части (давление топлива на входе в двигатель, давление в гидросистемах, обороты двигателей, температура газов за турбиной и т. д.), о действиях экипажа (степень отклонения органов управления, уборка и выпуск взлётно-посадочной механизации, нажатия на боевую кнопку), навигационные (скорость и высоту полёта, курс, прохождение приводных маяков) и другие данные.
Обычно на воздушное судно устанавливаются два типа бортовых самописцев: речевой - записывает переговоры экипажа, и параметрический – фиксирует текущие параметры полёта. Большинство современных авиалайнеров оснащены двумя комплектами самописцев: эксплуатационным (не имеющим защитного корпуса и предназначенным для контроля работы систем и экипажа после полёта) и аварийным (размещенном в прочном герметичном корпусе).
Объект исследования - методы реализации программно-аппаратной системы записи информации.
Предмет разработки: эксплуатационный параметрический регистратор, записывающий в цифровом виде на твердотельный полупроводниковый носитель аналоговый сигнал, несущий информацию об одном из параметров полета воздушного судна.
.
Актуальность работы. Использование в конструкции параметрического эксплуатационного регистратора схемотехнических решений, основанных на применении современных полупроводниковых носителей информации и микроконтроллеров, позволит снизить массогабаритные параметры и энергопотребление конечного продукта с одновременным расширением его функциональных возможностей.
Целью работы является исследование методов реализации программно-аппаратной системы записи информации и разработка микропроцессорного устройства регистрации аналогового сигнала. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1) Произвести обзор существующих программных и аппаратных методов, используемых при построении параметрических регистраторов.
2) Разработать структурную схему устройства записи аналогового сигнала.
3) Разработать функциональную схему устройства записи аналогового сигнала.
4) Разработать электрическую принципиальную схему устройства записи аналогового сигнала.
5) Составить алгоритм работы разрабатываемого устройства.
6) Написать управляющую программу микроконтроллера устройства записи аналогового сигнала.



 
1 Предпроектное исследование
Бортовой аварийный регистратор — это устройство, используемое в авиации для записи основных параметров полёта, показателей систем самолёта, переговоров экипажа и т. д. для выяснения причин лётных происшествий [1]. Несмотря на то, что в СМИ аварийные бортовые самописцы называют «чёрными ящиками», на самом деле их корпуса обычно имеют форму шара или цилиндра и окрашиваются в яркий оранжевый или красный цвет для облегчения их обнаружения среди обломков самолёта (рис.1.1).

Рис.1.1 - Модель черного ящика марки Lockheed 1958 года.

На борту самолёта, как правило, работают несколько бортовых регистраторов — эксплуатационный, который используется наземным персоналом для обслуживания судна и контроля действий экипажа, и аварийный, который используется для расследования аварий и надёжно защищён от ударов, пожара и воды. Также обычно устанавливаются отдельные регистраторы для фиксации параметров полёта и для записи переговоров экипажа.
Бортовой самописец собирает такие данные как:
• параметры техники: давление топлива, давление в гидросистемах, обороты двигателей, температура и т. д.;
• действия экипажа: степень отклонения органов управления, уборка и выпуск взлётно-посадочной механизации, нажатия на кнопки;
• навигационные данные: скорость и высота полёта, курс, прохождение приводных маяков и прочее.
Запись информации производится либо на магнитные носители (металлическая проволока или магнитная лента), либо — в современных регистраторах (рис. 1.2) — на твердотельные накопители (флэш-память). Затем эту информацию можно считать и расшифровать в виде последовательных записей с указанием их времени.
Один из первых регистраторов полётной информации был создан французами Уссено (François Hussenot) и Бодуэном (Paul Beaudouin) в 1939 году. Он представлял собой многоканальный светолучевой осциллограф — изменение каждого параметра полёта (высоты, скорости и т. д.) вызывало отклонение соответствующего зеркальца, отражавшего тонкий луч света на движущуюся фотоплёнку. По одной из версий, отсюда и возникло название «чёрный ящик» — корпус самописца был выкрашен в чёрный цвет для защиты фотоплёнки от засветки [1]. В 1950-х австралийский инженер Дэвид Уоррен разработал регистратор, записывающий одновременно звук из кабины и параметры полета. В 1960-х бортовые регистраторы Уоррена стали устанавливать на лайнеры, совершающие коммерческие рейсы. Впоследствии речевой и параметрический регистраторы были конструктивно разнесены в отдельные устройства [2].

Рис. 1.2 - Параметрический бортовой самописец начала 90-х годов


Рис. 1.3 – Современный параметрический бортовой самописец с твердотельными носителями записанной информации

Таким образом, в результате проведенного анализа литературных источников подтверждена актуальность разработки и применения бортовых регистраторов полетной информации и речевых самописцев, в частности.

1.1 Исследование методов реализации аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования сигнала
Прежде чем аналоговый сигнал может быть сохранен в флешь памяти, он должен быть преобразован в цифровой сигнал. Это делается в не