本論文研究並設計ㄧ個三軸之低成本的電子式飛機失事感測器。此失事感測器的主要功能為持續地監視飛機飛行狀態，並在飛機失事之瞬間，自動送出警示信號給緊急定位信號發射器，發送飛機位置訊號，以縮短搜索失事殘骸的時間。本失事感測器之核心為微機電加速儀，利用PIC單晶片微控制器負責執行加速度信號擷取、分析及啟動警示命令等動作。
失事條件判斷乃利用加速儀量測之加速度信號和計算速度變化率來決定警示之時機。為保證系統的穩定工作，本失事感測器也包含了鋰電池之備用電源，以確保在飛機失去電源時，系統仍可持續正常的工作。此外，為了解飛機失事時，加速度信號之特性，特別設計了一個失事感測器之落地實驗，並成功地執行了驗證工作，以協助了解落地瞬間之加速度特性及速度變化情況。本研究已成功的設計包含軟、硬體整合之三軸電子式飛機失事感測器，並完成實驗室功能展示。

This research develops a low cost three-axis electronic crash sensor for airborne application.  The key elements of the crash sensor are two dual-axis MEMS technology based micro accelerometers.  The crash sensor continuously monitors the acceleration of the air vehicle.  An emergency activation signal will be engaged to activate the Emergency Locator Transmitter once a real crash is assured.  In the design, the crash accident is assured if the acceleration exceeds 2.3 G and the velocity variation exceeds 1.4 m/sec.  The data acquisition, reduction, crash condition determination, and beacon order activation are accomplished through a low cost microcontroller.  A rechargeable Li-ion battery is incorporated as a backup power source.  In order to gain more understanding of the crash signal characteristics, a drop test is developed and successfully conducted in the lab.

目 次
目 次	I
圖 目 次	V
表 目 次	XII
第一章  緒論	1
第二章  系統需求	8
2.1	失事感測器之功能需求	9
2.2	失事感測器之系統規劃	10
2.3	失事感測器之系統設計	12
第三章  緊急警示判斷	17
3.1	飛行器落地實驗 (Drop Test)	17
3.2	飛行器重落地標準	27
3.3	失事條件判定	29
第四章  系統硬體描述	40
4.1	全系統設計	40
4.2	加速儀	44
4.1.1	基本功能	44
4.1.2	工作原理	45
4.1.3	加速儀應用	48
4.1.4	加速儀設計過程	49
4.3	微控制器	53
4.4	電源管理系統之設計	54
4.5	鋰電池快速充電IC  —  BQ2054	55
4.6	DC / DC轉換器  —  LM317	62
4.7	外部記憶體HM6224A	63
4.8	運算放大器 —  MCP619	64
4.9	驅動介面設計	65
4.10	失事感測器電路設計	66
第五章  系統軟體需求設計	70
5.1	軟體需求設計	71
5.1.1	加速度 — 數位訊號	71
5.1.2	加速度 — 類比訊號	74
5.1.3	加速儀校準	75
5.1.4	省電模式功能	76
5.1.5	自我測試功能	77
5.1.6	命令確定功能	78
5.1.7	Labview概述	78
5.2	二軸失事感測器之飛行軟體程式設計	81
5.3	二軸落地實驗程式設計	84
5.3.1	落地實驗程式	85
5.3.2	資料傳輸程式	87
5.4	三軸失事感測器之飛行軟體程式設計	89
5.5	三軸落地實驗程式設計	93
5.5.1	落地實驗程式	93
5.5.2	資料傳輸程式	93
第六章  整合測試需求與測試流程	93
6.1	整合測試需求	93
6.2	測試流程	93
6.2.1	失事感測器飛行軟體測試	93
6.2.2	落地實驗測試	93
第七章  實驗數據分析	93
7.1	二軸數位訊號分析	93
7.2	三軸類比訊號分析	93
第八章  失事感測器設計評估	93
8.1	訊號特性評估	93
8.2	硬體設計評估	93
8.3	軟體設計評估	93
8.4	設計評估	93
第九章  結論與未來展望	93
參考文獻	93
附錄A  飛行軟體之二軸細部程式流程圖	93
附錄B  落地實驗之二軸細部程式流程圖	93
附錄C  Labview二軸細部程式流程圖	93
附錄D  飛行軟體之三軸細部程式流程圖	93
附錄E  落地實驗之三軸細部程式流程圖	93
附錄F  Labview三軸細部程式流程圖	93
附錄G  三軸失事感測器及落地實驗之實體圖	93
 
圖 目 次
圖2-1  ELT系統架構圖	8
圖2-2  失事感測器功能圖	9
圖2-3  失事感測器之系統方塊圖	11
圖2-4  二軸失事感測器之系統架構圖	13
圖2-5  二軸落地實驗之系統架構圖	14
圖2-6  電源系統架構圖	14
圖2-7  三軸失事感測器之系統架構圖	15
圖2-8  三軸落地實驗之系統架構圖	16
圖3-1  B737-100測試前	18
圖3-2  B737-100測試後	19
圖3-3  左機身壁加速度曲線圖	19
圖3-4  右機身壁加速度曲線圖	19
圖3-5  Lear Fan 落地圖	20
圖3-6  垂直加速度曲線圖	21
圖3-7  ATR42-300 落地圖	22
圖3-8  重心之加速度曲線圖	22
圖3-9  GUSTA A129	23
圖3-10  Transmission gear box垂直加速度曲線圖	23
圖3-11  UH-1H 落水圖	24
圖3-12  合成加速度、速度、位置曲線圖	25
圖3-13  Sikorsky ACAP 落地圖	26
圖3-14  駕駛機位和副駕駛機位垂直加速度曲線圖	26
圖3-15  失事感測器觸發之最小加速度	31
圖3-16  失事感測器反應曲線圖	32
圖3-17  加速度變化曲線圖	34
圖3-18  辛普森 多線段積分法示意圖	36
圖3-19  辛普森 積分法示意圖	37
圖3-20  感測器之辛普森 積分法	38
圖3-21  信標致動流程圖	39
圖4-1  二軸失事感測器之細部系統架構圖	42
圖4-2  電源細部系統架構圖	42
圖4-3  二軸落地實驗之細部系統架構圖	43
圖4-4  三軸失事感測器之細部系統架構圖	43
圖4-5  三軸落地實驗之細部系統架構圖	44
圖4-6  差動電容靜止	46
圖4-7  差動電容移動	47
圖4-8  標準輸出工作週期訊號	47
圖4-9  加儀儀電源去耦	48
圖4-10  加速儀典型啟動時間曲線圖	52
圖4-11  電源切換電路圖	55
圖4-12  鋰電池充放電管理電路圖	56
圖4-13  BQ2054充電法則	57
圖4-14  LM317	63
圖4-15  儀表放大器電路圖	64
圖4-16  二軸失事感測器電路圖	67
圖4-17  二軸落地實驗電路圖	67
圖4-18  三軸失事感測器電路圖	68
圖4-19  三軸落地實驗電路	69
圖5-1  ADXL210之基本解碼技術	74
圖5-2  Labview 前置面板	80
圖5-3  Labview 程式方塊圖	80
圖5-4  二軸失事感測器程式設計流程圖	83
圖5-5  落地測試示意圖	84
圖5-6  二軸落地實驗程式設計流程圖	86
圖5-7  二軸前置面板	87
圖5-8  二軸程式方塊圖	87
圖5-9  二軸Labview程式設流程圖	89
圖5-10  三軸失事感測器程式設計流程圖	93
圖5-11  三軸失事感測器初始化流程圖	93
圖5-12  三軸失事感測器鋰電池充放電管理流程圖	93
圖5-13  三軸落地測試主要設計流程圖	93
圖5-14  三軸前置面板	93
圖5-15  三軸程式方塊圖	93
圖5-16  三軸Labview程式設計流程圖	93
圖6-1  驗證流程圖	93
圖7-1  X軸加速度 	93
圖7-2  Y軸加速度 	93
圖7-3  合成加速度 	93
圖7-4  濾波後的合成加速度 	93
圖7-5   之離散傅立葉轉換結果	93
圖7-6  k 平移後 之離散傅立葉轉換結果	93
圖7-7   之頻譜分佈	93
圖7-8   之頻譜分佈 — 相位角	93
圖7-9  X軸、Y軸和Z軸加速度曲線圖	93
圖7-10  三軸合成加速度 	93
圖7-11  濾波後的合成加速度 	93
圖7-12   之頻譜分佈	93
圖7-13   之頻譜分佈 — 相位角	93
圖7-14  X軸、Y軸和Z軸加速度曲線圖	93
圖7-15  三軸合成加速度 	93
圖7-16  濾波後的合成加速度 	93
圖7-17   之頻譜分佈	93
圖7-18   之頻譜分佈 — 相位	93
附圖1-1  延遲副程式	93
附圖1-2  參數定義	93
附圖1-3  主程式一	93
附圖1-4  主程式二	93
附圖1-5  測試加速儀程式一	93
附圖1-6  測試加速儀程式二	93
附圖1-7  加速儀水平標準值擷取	93
附圖1-8  中斷副程式	93
附圖1-9  擷取程式	93
附圖1-10  速度改變量程式	93
附圖2-1  副程式	93
附圖2-2  參數定義	93
附圖2-3  主程式	93
附圖2-4  測試程式	93
附圖2-5  水平標準值擷取程式	93
附圖2-6  中斷副程式	93
附圖2-7  擷取程式	93
附圖2-8  傳輸程式	93
附圖3-1  二軸Labview設計流程圖一	93
附圖3-2  二軸Labview設計流程圖二	93
附圖4-1  參數定義	93
附圖4-2  充電模式	93
附圖4-3  主程式	93
附圖4-4  宣告PIC之初始狀態	93
附圖4-5  AD模組初始化	93
附圖4-6  中斷功能初始化	93
附圖4-7  計時器一初始化與延遲副程式	93
附圖4-8  計算加速度	93
附圖4-9  鋰電池充放電管理	93
附圖4-10  中斷副程式	93
附圖5-1  參數定義	93
附圖5-2  主程式	93
附圖5-3  宣告PIC之初始狀態	93
附圖5-4  AD模組初始化	93
附圖5-5  中斷功能初始化	93
附圖5-6  計時器一初始化與延遲副程式	93
附圖5-7  RS232初始化	93
附圖5-8  擷取水平標準值	93
附圖5-9  資料傳輸	93
附圖5-10  中斷副程式	93
附圖6-1  三軸Labview設計流程圖一	93
附圖6-2  三軸Labview設計流程圖二	93
附圖7-1  三軸失事感測器實體圖	93
附圖7-2  三軸落地實驗實體圖	93



表 目 次
表3-1  重落地標準	28
表4-1  最小終止電流	58

參考文獻
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