其实2017年就捡了,只是拖延症发作,一直没有写文章。。。


TCAS简介

TCAS,全称为Traffic collision avoidance system,即空中防撞系统。安装了这套系统的飞机,可在飞行过程中检测周围的其他飞机。当飞机间距离过近时,及时发出警告,并给出飞行提示,如爬升/下降等,从而避免空中相撞的发生。现在的民航飞机普遍安装了TCAS系统,一定程度上提升了飞行的安全性。
对空中防撞系统的研究在上世纪50年代就开始了,但真正实用的一代TCAS系统直到80年代才投入商用。一代TCAS系统可以给出飞机周围约40英里(64km)范围内的交通情况(TA, traffic advisory),但并不能给出飞行指导意见。二代TCAS系统在一代的基础上增加了飞行建议功能(RA, resolution advisory),当检测到附近飞机后,可给出爬升,下降,减速,保持爬升速度等飞行指导意见,代替飞行员做出决定,避免碰撞发生。目前主流飞机装配的均为二代TCAS系统,虽然后面又有三代/四代系统的开发尝试,但由于种种局限,并没有投入实用。

未连接TCAS计算机的显示器,显示RA FAIL,无法给出飞行建议

TCAS系统是相对比较复杂的航电系统,包含了应答机,通讯天线,处理计算机,显示器等。工作时,本机的TCAS计算机通过天线发出问询信号,周围的飞机收到信号后,通过应答机返回各自的高度等信息。本地计算机再通过应答时间,信号角度等信息计算出对方与自身的相对位置,并给出提示。本次拆解的,只是TCAS的显示部分。不过这个仪表同时集成了垂直速度显示功能(VSI, vertical speed indicator),可以用来显示飞机的爬升速度。这块仪表生产于2009年,是比较先进的航电仪表,现在还未退役。然而更先进的客机中,TCAS指示器已经逐步被集成到中控显示器中,单独的仪表也越来越罕见了。

进入显示测试模式的指示器,显示各种可能的图标

以下是拆解,让我们看看飞行仪表和民用设备都有啥区别~



拆解

外观,当时因为便宜买了俩,有一个没外壳

正面,没有太多控制按钮。左下角是环境光检测器,用于自动调节显示亮度

侧面

铭牌特写

显示部分

显示屏表面有防划防反光涂层,可有效提升强光下的可读性

仪表反面,一个连接TCAS计算机的航插,还有一个静压输入接口,用于通过气压测量高度

内部

可以看到有三块电路板垂直安装在一块底板上



接口板

上面有个小的调试接口,一般不暴露出去

反面,一个金属盒子,里面估计是电源变换器

与底板的连接器

安装气压传感器和接口板的铝合金框架,为整块铝CNC制作


静压传感器


通过LOGO得知传感器由MEAS生产,这家企业后来被TE收购

仪表主体

依次拆下三块电路板



第一块板子,主要负责电源

超大的MLCC电容,其实是两块电容叠起来再焊上引脚。据资料显示很贵

105°C电解电容

密封功率电感

这里套了一个磁芯,可能是用于滤波,也可能是PCB变压器。由于看不到下面的走线无法判断

电路板反面

标签,显示生产日期2009年第1周

100uf的钽电容,挺吓人的

一颗ADC10158,10位ADC

第二块板子,也是仪表的核心控制板


ALTERA的CPLD

整个系统的核心是这个飞思卡尔的32位单片机MC68332

晶振,表面贴了个接地铜箔

系统内存,两颗ISSI的128K8bit SRAM

8K
8bit的EEPROM,应该用来保存一些配置信息

航空级别的仪器居然用85°C的电容,有点太抠门了

存放固件的FLASH在板子反面

晶振

第三块板子,主要是接口和模拟电路


ADI的4通道12bit ADC

这颗定制芯片为ARINC429总线收发器,用于仪表和外部通讯

来自ATMEL的AT40系列FPGA,最高可达50K逻辑单元。不知道这里的是多少

也是ADI的芯片,因为板子涂了胶,看不清楚型号

晶振

这颗陶瓷模块可能也是压力传感器,但并没有标识

FET输入运放

对着光线看,整块板子都涂了三防胶

拆掉其他板子的底板,可以看到还有一个空槽

反面

日本尼吉康的大电容

连接到显示面板的FPC和连接器。白色的线是液晶屏加热器供电

底板

底板尾部有一颗数字温度传感器,用于监控环境温度

底板前面也有一颗温度传感器,用于监测液晶温度,大概是用于控制液晶加热系统的。同时还有一颗光线传感器伸进背光模组中,用于监测背光,实现背光闭环控制,应该也能在背光失效时报警。这样的设计一般民用设备里是不太会见到的

液晶模块,这是背光驱动板

背光驱动板与背光板之间的连接

取下的驱动板

板子用了线艺制造的功率电感,价格不菲。不过看板子走线倒是挺随意的

反面没有元件

分开显示模组和前壳

前壳

显示屏,是个TFT液晶,对比度很高,且涂有防反光涂层

面板背光灯和按钮

亮度调节电位器

这颗是环境光检测传感器

TFT面板由飞利浦在日本生产


液晶驱动芯片

继续拆,分离液晶面板和背光模块

背光特写,这个仪器比较新,已经用上了LED光源

拆下反光板,能看到LED板。灯珠背面贴在铝合金框架上用于散热

LED灯珠

液晶面板,不通电呈透明状态

面板反面的均光板

可以注意到,之前提到的加热电源线被焊在均光板的玻璃两侧。其实这层玻璃上有透明导电涂层,通电后可以发热。由于液晶无法工作在低温条件下,为确保极端环境下显示器正常工作,仪表会在温度过低时自动对液晶屏进行加热

最后是本次拆解的全家福

本次拆解的TCAS系统操作和维护说明书也已附上,内部包含了基本操作和接线图,感兴趣可以下载。
TCAS飞行员手册
CAS-100维护说明书

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2020-08-09

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