一种用于飞机的语音警告系统及其实现方法与流程

本发明涉及飞机安全警告领域，具体是指一种用于飞机的语音警告系统及其实现方法。

背景技术：

pa-44-180型飞机对机体和发动机的故障状态提供了警告信号。与绝大多数通用航空器相同，其警告信号以灯光或蜂鸣器的方式提供给飞行人员及地面维护人员；对于蜂鸣器警告，不同的故障蜂鸣器警告仅在频率上做出区分；对于灯光警告，警告灯是安装在仪表板上，其为琥珀色或红色灯罩的白炽灯，当出现相关警告信息时，灯光点亮。

由上述的警告方式可以看出，pa-44-180型飞机警告在功能设计上存在一定缺陷。首先，飞机的警告系统设计不具备冗余度，在故障情况下，飞行员无法接收到警告信号；其次，该飞机的失速警告和起落架警告这两项重要的警告信息均由蜂鸣器提供，二者仅在频率上做出区分，其辨识度不足，飞行员在高度紧张的情况下，容易忽略蜂鸣器的声音；例如，2014年的3.08事故极有可能是飞行员忽略了失速警告音响而错过改出时机造成事故；又如，2015年的3.13事件也充分说明了起落架警告系统在音频提示方面存在一定缺陷。因此提供一种辨识度更高的警告系统及方法对提升pa-44-180型飞机的运行安全具有重大意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服目前pa-44-180型飞机的失速警告和起落架警告辨识度不足的缺陷，提供一种具备冗余度且辨识度更高的语音警告系统及其实现方法。

本发明的目的用以下技术方案实现：一种用于飞机的语音警告系统，包括光耦隔离单元、单片机、语音录放单元，电源单元；

光耦隔离单元：用于接收系统外部的起落架警告触发信号和失速警告触发信号，并输出起落架警告信号和失速警告信号给单片机；同时完成电压转换；

单片机：与光耦隔离单元连接，用于根据所述起落架警告信号向语音录放单元发送起落架警告触发指令，或根据失速警告信号向语音录放单元发送失速警告触发指令；

语音录放单元：与单片机连接，用于根据所述起落架警告触发指令输出起落架语音警告信号，或根据失速警告触发指令输出失速语音警告信号；

电源单元：分别与光耦隔离单元、单片机以及语音录放单元连接，用于将飞机电源系统的电压进行转换，并为光耦隔离单元、单片机以及语音录放单元供电。

进一步的，还包括航空器音频板；所述航空器音频板与语音录放单元连接，用于根据起落架语音警告信号播放起落架异常语音警告，或根据失速语音警告信号播放失速异常语音警告。

还包括按键信号输入单元和录音输入单元；

所述按键信号输入单元与单片机连接，用于向单片机输入控制指令；

所述单片机还用于根据所述控制指令向所述语音录放单元发送录音指令；

所述语音录放单元还用于根据所述录音指令接收语音信号；

所述录音输入单元与语音录放单元连接，用于向语音录放单元录入语音信号。

还包括led指示单元和复位单元；

所述led指示单元与单片机连接，用于显示系统的运行状态；

所述复位单元与单片机连接，用于对系统进行复位。

所述电源单元包括稳压芯片u1，正极与稳压芯片u1的2引脚连接、负极接地的极性电容c1，正极与稳压芯片u1的3引脚连接、负极接地的极性电容c2，以及输出端与稳压芯片u1的3引脚连接、输入端与飞机电源系统连接的降压电路；所述稳压芯片u1的1引脚接地、其2引脚分别与光耦隔离单元、单片机以及语音录放单元连接。

所述降压电路包括五个依次首尾连接的降压单元；所述降压单元包括两个相互并联的二极管。

所述光耦隔离单元包括光电隔离芯片u2，一端与光电隔离芯片u2的2引脚相连接、另一端接地的电阻r1，一端与光电隔离芯片u2的4引脚相连接、另一端作为失速警告触发信号的输入端的电阻r2，一端与光电隔离芯片u2的8引脚相连接、另一端与稳压芯片u1的2引脚相连接的电阻r3，以及一端与光电隔离芯片u2的6引脚相连接、另一端与稳压芯片u1的2引脚相连接的电阻r4；所述光电隔离芯片u2的1引脚作为起落架警告触发信号的输入端，其3引脚与飞机电源系统相连接，其7引脚和5引脚均接地，其8引脚作为起落架警告信号输出端，其6引脚则作为失速警告信号输出端。

所述语音录放单元包括语音录放芯片u3，正极与语音录放芯片u3的1引脚相连接、负极与语音录放芯片u3的28引脚相连接的极性电容c4，与极性电容c4相并联的电容c3，一端经指示灯vd后与语音录放芯片u3的2引脚相连接、另一端与稳压芯片u1的2引脚相连接的电阻r5，正极与语音录放芯片u3的18引脚相连接、负极接地的极性电容c6，串接在语音录放芯片u3的20引脚和极性电容c6的负极之间的电阻r6，以及一端与语音录放芯片u3的9引脚相连接、另一端与录音输入单元连接的电容c5；所述语音录放芯片u3的1引脚与稳压芯片u1的2引脚相连接，其28引脚接地，8引脚与录音输入单元连接，其15引脚和极性电容c6的负极共同形成输出端并与航空器音频板连接。

一种用于飞机的语音警告系统的实现方法，包括以下步骤：

步骤1：初始化系统，并向语音录放单元录入起落架异常语音警告信号和失速异常语音警告信号，进入警告触发信号检测状态；

步骤2：光耦隔离单元检测是否有起落架警告触发信号或失速警告触发信号输入，若检测到有起落架警告触发信号输入时则向单片机输出起落架警告信号，并执行步骤3；若检测到有失速警告触发信号输入时则向单片机输出失速警告信号，并执行步骤4；

步骤3：单片机向语音录放单元输出起落架警告触发指令，并执行步骤5；

步骤4：单片机向语音录放单元输出失速警告触发指令，并执行步骤6；

步骤5：语音录放单元向航空器音频板输出起落架语音警告信号，航空器音频板播报起落架异常语音警告；

步骤6：语音录放单元向航空器音频板输出失速语音警告信号，航空器音频板播报失速异常语音警告。

进一步的，步骤1中向语音录放单元录入起落架异常语音警告信号和失速异常语音警告信号包括以下步骤：

(1)向语音录放单元发送起落架异常语音警告信号和失速异常语音警告信号；

(2)向单片机录入起落架异常语音警告录入控制指令和失速异常语音警告录入控制指令；当单片机接收到起落架异常语音警告录入控制指令时向语音录放单元发送起落架异常语音警告录音指令，并执行步骤(3)；当单片机接收到失速异常语音警告录入控制指令时向语音录放单元发送失速异常语音警告录音指令，并执行步骤(4)；

(3)语音录放单元储存起落架异常语音警告信号；

(4)语音录放单元储存失速异常语音警告信号。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本发明通过语音对飞机的失速异常和起落架异常这两项重要的异常进行警告，提高了警告的辨识度，使飞行员能够准确、迅速地判断警告信息，从而正确的对飞机进行操控。

(2)本发明增加了冗余的语音警告功能至航空器音频板，从而保证飞行员佩戴耳机与否都不影响警告音频的接收，从而提高该型飞机的安全水平。

(3)本发明的警告系统不会与现有的任何机载设备发生冲突或干扰，确保了飞机的安全性能。

附图说明

图1为本发明的结构图。

图2为本发明的电源单元的电路结构图。

图3为本发明的光耦隔离单元的电路结构图。

图4为本发明的语音录放单元的电路结构图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图1所示，本实施例的用于飞机的语音警告系统，包括光耦隔离单元，与光耦隔离单元相连接的单片机，与单片机相连接的语音录放单元，以及分别与光耦隔离单元、单片机以及语音录放单元相连接的电源单元。

具体的，该光耦隔离单元用于接收系统外部的起落架警告触发信号和失速警告触发信号，并输出起落架警告信号和失速警告信号给单片机；由于光耦隔离单元接收到的起落架警告触发信号和失速警告触发信号均为12v～14v电压信号，单片机能够处理的信号为5v电压，因此光耦隔离单元还将起落架警告触发信号和失速警告触发信号均为12v～14v电压信号转换为5v电压输出给单片机，完成电压转换。

现有的pa-44-180型飞机的失速警告和起落架警告这两项重要的警告信息均由蜂鸣器提供，且这两种警告信息仅在频率上做出区分；pa-44-180型飞机是通过失速警告叶片检测飞机是否发生失速异常的，即传统的警告系统其蜂鸣器的一端是与飞机的汇流条相连、另一端则与失速警告叶片相连，当飞机接近失速状态时，失速警告叶片抬起并接通内部触点，进而输出失速警告触发信号使蜂鸣器鸣响；起落架异常则是当起落架处于收上位而飞机发动机功率降至14in·hg以下时，飞机上的起落架警告的触发电路为蜂鸣器提供了电源信号，进而使蜂鸣器鸣响。因此，本实施例的光耦隔离单元分别与原机载警告系统的起落架警告触发信号的输出端和失速警告触发信号的输出端相连接，用于接收飞机的起落架警告触发信号和失速警告触发信号。

采用光耦隔离单元可以实现飞机输出的触发信号与系统内部电路在电气上的隔离，降低干扰。

该单片机用于根据光耦隔离单元发送的所述起落架警告信号向语音录放单元发送起落架警告触发指令，或根据失速警告信号向语音录放单元发送失速警告触发指令；该单片机采用at89s52型单片机来实现。该语音录放单元用于根据单片机发送的所述起落架警告触发指令输出起落架语音警告信号，或根据失速警告触发指令输出失速语音警告信号。电源单元用于将飞机电源系统的电压进行转换，并为光耦隔离单元、单片机以及语音录放单元供电；即电源单元的输入端与飞机电源系统连接，其输出端则分别与光耦隔离单元、单片机以及语音录放单元连接。

作为一种优选方案，该语音警告系统还包括航空器音频板；所述航空器音频板与语音录放单元连接，用于根据语音录放单元输出的起落架语音警告信号播放起落架异常语音警告，或根据失速语音警告信号播放失速异常语音警告。该航空器音频板为飞机的原机载器件，pa-44-180型飞机的音频板为gma340音频板；通过航空器音频板播报起落架异常语音警告和失速异常语音警告，从而保证飞行员佩戴耳机与否都不影响警告音频的接收，从而提高飞机的安全水平。

作为另一种优选方案，该语音警告系统还包括按键信号输入单元和录音输入单元，该按键信号输入单元和单片机相连接，录音输入单元则与语音录放单元相连接；具体的，该录音输入单元通过音频信号线接口与语音录放单元连接。

该按键信号输入单元用于向单片机输入控制指令，其采用传统的单片机按键输入电路来实现，其一端与单片机的i/0接口连接、另一端接地；控制指令包括起落架异常语音警告录入控制指令和失速异常语音警告录入控制指令。录音输入单元用于向语音录放单元录入语音信号，其为电脑的音频输出单元；语音信号包括起落架异常语音警告信号和失速异常语音警告信号。该单片机还用于根据按键信号输入单元输入的所述控制指令向所述语音录放单元发送录音指令，录音指令包括起落架异常语音警告录音指令和失速异常语音警告录音指令；当语音录放单元接收到录音指令时则接收录音输入单元输出的语音信号。

作为另一种优选方案，该语音警告系统还包括led指示单元和复位单元，该led指示单元和复位单元均与单片机相连接。具体的，该led指示单元为传统的led指示电路，其用于显示系统的运行状态。该复位单元为传统的复位电路，其用于对系统进行复位，即其用于在系统初始上电阶段，产生合适宽度的脉冲信号至单片机的复位引脚，将单片机复位至初始状态，其还包括在调试阶段能够方便开发人员手动产生脉冲信号，以便重启整个电路系统。

具体的，如图2所示，该电源单元包括稳压芯片u1，正极与稳压芯片u1的2引脚连接、负极接地的极性电容c1，正极与稳压芯片u1的3引脚连接、负极接地的极性电容c2，以及输出端与稳压芯片u1的3引脚连接、输入端与飞机电源系统连接的降压电路；所述稳压芯片u1的1引脚接地、其2引脚分别与光耦隔离单元、单片机以及语音录放单元连接。

所述降压电路包括五个依次首尾连接的降压单元；所述降压单元包括两个相互并联的二极管。具体的，如图2所示，该降压电路包括二极管d1，二极管d2，二极管d3，二极管d4，二极管d5，二极管d6，二极管d7，二极管d8，二极管d9，二极管d10。该二极管d10的p极与飞机电源系统相连接，n极与二极管d9的p极相连接；二极管d8的p极与二极管d10的p极相连接，其n极与二极管d10的n极相连接；二极管d9的n极与二极管d6的p极相连接，二极管d7的p极与二极管d9的p极相连接、其n极与二极管d9的n极相连接。二极管d6的n极与二极管d4的p极相连接，二极管d5的p极与二极管d6的p极相连接、其n极与二极管d6的n极相连接。二极管d4的n极与二极管d2的p极相连接，二极管d3的p极与二极管d4的p极相连接、其n极与二极管d4的n极相连接。二极管d2的n极与稳压芯片u1的3引脚相连接，二极管d1的p极与二极管d2的p极相连接、其n极与二极管d2的n极相连接。

上述结构中，该二极管d1和二极管d2形成降压单元，二极管d3和二极管d4形成降压单元，二极管d5和二极管d6形成降压单元，二极管d7和二极管d9形成降压单元，二极管d8和二极管d10形成降压单元。降压电路通过五个降压单元将输入的12～14.5v的飞机电源电压降压至8.5～11v输入给稳压芯片u1，稳压芯片u1将电压稳压处理后从其2引脚输出稳定的5v电压给光耦隔离单元、单片机以及语音录放单元。该极性电容c1和极性电容c2均为钽电容，该极性电容c1和极性电容c2对电压进行稳压及滤波处理，以确保稳压芯片u1的2引脚输出可靠的5v电压。该稳压芯片u1采用ams1117-5稳压芯片来实现，该ams1117-5稳压芯片具有1％的精度，且内部集成过热保护和限流电路，可以很好的对电路进行保护。

如图3所示，该光耦隔离单元包括光电隔离芯片u2，电阻r1，电阻r2，电阻r3以及电阻r4。在连接时，该电阻r1的一端与光电隔离芯片u2的2引脚相连接、其另一端接地，电阻r2的一端与光电隔离芯片u2的4引脚相连接、其另一端作为失速警告触发信号的输入端并与原机载警告系统的失速警告触发信号的输出端连接，电阻r3的一端与光电隔离芯片u2的8引脚相连接、其另一端与稳压芯片u1的2引脚相连接，电阻r4的一端与光电隔离芯片u2的6引脚相连接、其另一端与稳压芯片u1的2引脚相连接。所述光电隔离芯片u2的1引脚作为起落架警告触发信号的输入端并与原机载警告系统的起落架警告触发信号的输出端相连接，其3引脚与飞机电源系统相连接，其7引脚和5引脚均接地，其8引脚作为起落架警告信号输出端并与单片机相连接，其6引脚则作为失速警告信号输出端并与单片机相连接。

飞机电源系统的电压由光电隔离芯片u2的3引脚输入，为光电隔离芯片u2提供工作电压。当飞机出现起落架异常时，起落架警告触发信号从光电隔离芯片u2的1引脚输入光电隔离芯片u2，使光电隔离芯片u2内部的发光二极管发光，光敏二极管导通，其8引脚则输出起落架警告信号给单片机。当飞机出现失速异常时，失速警告触发信号经电阻r2后输入到光电隔离芯片u2的4引脚，使光电隔离芯片u2内部的发光二极管发光，光敏二极管导通，其6引脚则输出失速警告信号给单片机。电阻r1和电阻r2为限流电阻，用于在有信号输入的情况下，限制流过发光二极管的电流，避免过大电流烧毁光耦输入端的发光二极管。电阻r3和电阻r4为输出信号的上拉电阻，当无警告信号时，确保起落架信号输出端和失速信号输出端在电路中处于5v的高电位，避免单片机的i/o口接收到不确定的电压信号。

如图4所示，该语音录放单元包括语音录放芯片u3，jack，电阻r5，电阻r6，电容c3，极性电容c4，电容c5以及极性电容c6。具体的，该极性电容c4的正极与语音录放芯片u3的1引脚相连接、其负极与语音录放芯片u3的28引脚相连接，电容c3与极性电容c4相并联，电阻r5的一端经指示灯vd后与语音录放芯片u3的2引脚相连接、其另一端与稳压芯片u1的2引脚相连接，极性电容c6的正极与语音录放芯片u3的18引脚相连接、其负极接地，电阻r6串接在语音录放芯片u3的20引脚和极性电容c6的负极之间，电容c5的一端与语音录放芯片u3的9引脚相连接、其另一端与录音输入单元连接。所述语音录放芯片u3的1引脚与稳压芯片u1的2引脚相连接，其28引脚接地，8引脚与录音输入单元连接，其15引脚和极性电容c6的负极共同形成输出端并与航空器音频板连接。具体的，电容c5和语音录放芯片u3的8引脚均通过音频信号线接口与录音输入单元连接。

本实施例中，语音录放芯片u3采用isd1760芯片来实现，该极性电容c6的负极与gma340音频板的com3return引脚连接，语音录放芯片u3的15引脚与gma340音频板的com3in引脚连接。该单片机通过spi串口与语音录放单元连接，即语音录放芯片u3的4、5、6、7引脚均通过spi串口与单片机连接。

语音警告系统在制作调试时，录音输入单元从语音录放芯片u3的8、9引脚录入语音信号。语音警告系统完成调试后装机使用，当单片机经spi串口输出起落架警告触发指令给语音录放芯片u3时，语音录放芯片u3的15和18引脚则输出起落架语音警告信号给航空器音频板；当单片机输出失速警告触发指令给语音录放芯片u3时，语音录放芯片u3的15和18引脚则输出失速语音警告信号给航空器音频板。该指示灯vd用于语音录放芯片u3工作在单芯片按键模式下的指示，本实施例中语音录放芯片u3工作在spi串口指令模式下，该指示灯vd无作用，为避免该引脚悬空，所以保留了此指示灯vd的硬件电路设计。

语音警告系统制作调试时，按键信号输入单元向单片机输入起落架异常语音警告录入控制指令，单片机接收到起落架异常语音警告录入控制指令后向语音录放单元发送起落架异常语音警告录音指令，语音录放单元接收到起落架异常语音警告录音指令后则接收录音输入单元输出的起落架异常语音警告信号；按键信号输入单元向单片机输入失速异常语音警告录入控制指令，单片机接收到失速异常语音警告录入控制指令后向语音录放单元发送失速异常语音警告录音指令，语音录放单元接收到失速异常语音警告录音指令后则接收录音输入单元输出的失速异常语音警告信号，完成语音录入。

语音警告系统装机工作时，当光耦隔离单元接收到起落架警告触发信号时，光耦隔离单元向单片机输出起落架警告信号，此时单片机则向语音录放单元发送起落架警告触发指令，语音录放单元则根据起落架警告触发指令向航空器音频板发送起落架语音警告信号，使航空器音频板播报起落架异常语音警告，从而提醒飞行员。当光耦隔离单元接收到失速警告触发信号时，光耦隔离单元向单片机输出失速警告信号，此时单片机则向语音录放单元发送失速警告触发指令，语音录放单元则根据失速警告触发指令向航空器音频板发送失速语音警告信号，使航空器音频板播报失速异常语音警告，从而提醒飞行员。

具体安装时，除航空器音频板以外的其余模块单元均安装在一个8cm×10cm的铝盒内，并铝盒安装于飞机尾部电气设备舱(sat160，ws16)处，电气设备安装平台上。完成语音警告系统的安装后，经过实测其在待机状态下的所需电流为30ma，在放音状态下所需电流为80ma。可在飞机仪表板上加装1a断路器作为其供电保护。按照极限工作状态，完成加装工作后，飞机电源系统增加的负载仅为80ma。相对于pa-44-180飞机两个发电机120a的电流输出能力，其增加的负载可忽略不计，其没有对现有的任何机载设备发生冲突或干扰，确保了飞机的安全性能。

实施例2

本实施例为实施例1的用于飞机的语音警告系统的实现方法，其包括以下步骤：

步骤1：初始化系统，并通过录音输入单元向语音录放单元录入起落架异常语音警告信号和失速异常语音警告信号，进入警告触发信号检测状态。具体的，向语音录放单元录入起落架异常语音警告信号和失速异常语音警告信号包括以下步骤：

(1)通过录音输入单元向语音录放单元发送起落架异常语音警告信号和失速异常语音警告信号。

(2)通过按键信号输入单元向单片机录入起落架异常语音警告录入控制指令和失速异常语音警告录入控制指令；当单片机接收到起落架异常语音警告录入控制指令时向语音录放单元发送起落架异常语音警告录音指令，并执行步骤(3)；当单片机接收到失速异常语音警告录入控制指令时向语音录放单元发送失速异常语音警告录音指令，并执行步骤(4)。

(3)语音录放单元储存起落架异常语音警告信号。

(4)语音录放单元储存失速异常语音警告信号。

步骤2：光耦隔离单元检测是否有起落架警告触发信号或失速警告触发信号输入，若检测到有起落架警告触发信号输入时则向单片机输出起落架警告信号，并执行步骤3；若检测到有失速警告触发信号输入时则向单片机输出失速警告信号，并执行步骤4。

步骤3：单片机向语音录放单元输出起落架警告触发指令，并执行步骤5。

步骤4：单片机向语音录放单元输出失速警告触发指令，并执行步骤6。

步骤5：语音录放单元向航空器音频板输出起落架语音警告信号，航空器音频板播报起落架异常语音警告。

步骤6：语音录放单元向航空器音频板输出失速语音警告信号，航空器音频板播报起落架异常语音警告。

通过上述步骤即可使语音警告系统播报起落架异常语音警告和起落架异常语音警告，提高警告的辨识度，使飞行员能够更好的辨识警告类型。

如上所述，便可很好的实现本发明。