更改飞机液晶显示器的设计

作者：Mike Loffredo    来源：Aerospace Manufacturing and Design

欢迎访问e展厅 展厅 8 航空与航天设备展厅 直升机, 无人机, 航空发动机, 航空材料, 飞机座椅, ... 无论是展示一个家庭电影，或者受欢迎的电视连续剧的一集，或者只是安全视频，现在大部分的飞机都提供机载娱乐系统，包括供乘客观看电影的视频播放和其他视频一体化。但是，据航空产品生产商所了解，FAA 要求所有机载系统的电子硬件符合RTCA DO-160 规范的要求。 由于现成的液晶显示屏可能不符合RTCA-160 规范，因此， 要在飞机上播放视频有以下选择： 1．购买定制的飞机面板，解决好通过资格预审的显示器上的尺寸、接口、分辨率等问题； 2．更改一个已经符合所需的、规格精确的商用现货(COTS) 显示器。 显然，那些选择更改COTS 显示器的产品方案更多，但行动的过程也有其各自的一系列挑战。 RightHand 科技公司是定做复杂的嵌入式电子产品的设计和生产商，受雇于一家专注于商用飞机和国防工业领域的航空电子解决方案公司，为其在一些具体要求下开发执飞航班商务舱的高清舱壁显示装置( 简称BDU)。单个的智能电路板就能处理各种格式的数据流，并且会搭配三种不同尺寸的显示器： 19"、22" 和24"。所有单元的宽高比必须是16:9，在任何分辨率，RightHand 技术公司首席技术官 (640×480，1024×768，1080×760， 以及1920×1080) 下的任何视频格式(H.264、MPEG、NTSC 等) 都能播放。 本文将讨论RightHand 的工程师如何批量修改COTS 液晶显示屏，使其可应用于执飞航班的商务舱，符合客户的产品要求， 并仍然遵守RTCA DO - 160 和DO- 178 的规范。 设置高的门槛 “我们要把这个舱壁监视器卖给高端的商务喷气式飞机制造商——这种飞机通常是顶级企业、政府机构，或非常富有的人才购买的，所以我们有非常高的性能标准，无须讨价还价( 必须无条件执行)，”客户的产品线经理说。 数百页的部件生产规范有一些非常精确的要求，比它一开始创立的时候更具挑战性，包括： ◆坐着的观众从一个比较低的视角也能看到最佳的视频质量，这不同于一般台式电脑显示器的视角； ◆机上所有外观统一，显示器保持一致的色温和亮度； ◆每平方米500 尼特( 坎德拉，光度单位) 的亮度使得在明亮的客舱中也能便于观景； ◆加固了的前面板使其在无遮蔽的飞机窗户下也没有屏幕眩光。 “我们也想要一种不带风扇的设计，这样就能缩小系统的体积、耗电量和重量，并且能大大提高可靠性，但考虑到部件的加工动力和高速电子将产生的热量，我们觉得这不太可能，” 客户的业务部门总经理说到。 此外，整个部件需要符合RTCA DO-160 和DO-178 规范的要求。 “ 由于现有的能同时满足16:9 宽高比和1920×1080 分辨率要求的面板是消费级的面板，我们这个项目就从一项贸易研究开始了，研究可以生产符合这个规范的现成的LCD 面板，”RightHand 技术公司的董事长Steve Valentor 说。“然后我们购买了一个足够大批量的面板，来满足该项目持续期间所需的产品量。用于飞机的产品必须符合FAA 标准的要求，一旦产品合格，就不能进行更改。因此，批量采购是必须的，以防止在显示器产品仍然有效使用期间面板生产商停止该面板的生产，从而保护我们的客户。” “ 当消费级显示器现有的供应减少时，我们会让RightHand 技术公司进行技术更新，开始研究更新的现货LCD 面板生产线，在投入生产前，这可能需要变更一些硬件和软件，以及增量的工作来重新证明，”客户的项目工程师说。 一旦购入了16:9 的面板，RightHand 技术公司的工程师就修改和定制化显示器，以满足客户的具体要求。 一致的色彩和亮度 “该项目一个特别具有挑战性的规范是确保每个显示器的横截面和里面都是统一的颜色和亮度，使得从飞机上的任何地方看，所有的生产部件都具有相同的颜色和色调，”Valentor 说。“现有的LCD 面板往往达不到显示器横截面和内部的色温和亮度一致。” 为了满足这种要求，RightHand 的工程师们： ◆在制造过程中为每台设备开发一个装有专用校准软件和高端数字色度计的自定义的校准试验装置，来测量并存储特殊的校准参数； ◆在非易失性内存(NVRAM) 中创建显示板内的软件，用于存储计算颜色校准参数，因此，开机后每个系统将自动调整其颜色，直至统一。 实现500 尼特的亮度 许多COTS LCD 面板的背光使用的是荧光管，本项目选择的显示器冷阴极荧光背光只产生了225 尼特的亮度。这给飞行中的显示器带来了两个问题。首先，阳光射进来的时候，明亮的飞机客舱里，显示器的亮度不够。第二，荧光管不能应对DO-160 规范中要求的极端温度、剧烈振动，或快速减压。RightHand 的工程师们通过升级定制化开发的、含有明亮的白色发光二极管的LCD 面板电路，解决了所有的问题。这增加了亮度，使面板满足了DO-160 规范要求的在严酷条件下的可靠性和耐用性。 此外，一旦实施解决方案来控制电磁干扰(EMI)，并满足防眩光要求( 用一个遮光的薄膜保护玻璃盾牌——见下文)，为了补偿预期减少的显示器的递送亮度，工程师们设计了一个创新的PWM恒流电源功率，来为发光二极管的功能提供足够的亮度。 “我们实际上可以使显示器的亮度达到1000 尼特，但保险起见我们采用了500 尼特，”Valentor 说。“这仍符合客户的亮度要求，每个显示器提供的亮度是一致的，但也扩展了发光二极管的使用寿命。” 增强耐用性 为了使显示器耐用，RightHand 技术公司的硬件工程师在LCD 的屏幕上粘合了一个强大的、保护性的玻璃盾牌和一个防眩光的薄膜。这就产生了一个实际上防刮擦的屏幕表面，而且这个屏幕如此强大，以至于远远超过了FAA 要求的滥用负载要求，不用打破就能够维持150 磅的力，以及不用粉碎就能维持300 磅的力。盾牌是被当做是一个电阻、导电的物质，它减少了面板的电气排放——这也是DO-160 的要求。同时也解决了无遮蔽的窗口下屏幕眩光的问题，这不是DO-160 的要求，是应客户要求而做的，想要增强显示器的可见性。 优化低角度的视觉 “消费级视频显示器，就像那些我们在这个项目上所使用的，目的是进行台式观看，并且有一个自上而下的观看视觉优化， 而坐飞机的乘客是从下到上看，”Valentor 说。“所以优化低角视觉装置的观看质量也代表了该项目另一个具有挑战性的方面。它采用了一个复杂的、两站式解决方案和一些创意，来满足此项规范。” 首先，RightHand 技术公司的工程师颠倒了显示器，来优化坐着的乘客的视频质量。然后他们创建了机载的逻辑电路，使视频图像在播放之前就颠倒过来。该解决方案可以使播放器安装在舱壁上，并且对坐着的乘客来说，看到的也是最佳的视频质量。 寻求无扇散热的方式 “即使客户不相信该系统可以没有风扇，并愿意放弃这项规范，我们的工程团队仍对自己进行了挑战，以超过客户的预期，”Valentor 说。 RightHand 通过创造性的机械解决方案实现了这一目标：使用整个外壳作为高速的电子散热器。要做到这一点，工程师们巧妙地把精密加工接触表面和陶瓷的热传递介质安装在外壳背面的内部，带走芯片的热量，使热量分散到外壳的质量和表面中去，而不再需要风扇。 保障FAA 的产品认证 为确保成品符合FAA 指标要求的RTCA DO - 160 规范， RightHand 的工程师们通过连接导电EMI 抑制玻璃板——巧妙地运用银色油墨、铜带和密封玻璃，以及遮光板的导电弹性体， 在组件周围有效地创建了一个法拉第笼。这使系统满足了FAA 对排放量的要求。这也是DO- 160 测试的一部分。此外，遮光板附在后面的外壳时，弹性体会产生液体密封的效果，使之具有防水性，这是DO-160 测试的另一个要求。 此外，工程师们： ◆设计了LCD 外壳( 背面和遮光板)，并用固体铝坯料进行加工，用于无缝结构，减少了重量，增加了强度。这也满足飞机对易燃性的要求，这是DO- 160 测试的一部分。 ◆保证了部件的散热设计，从而使系统满足FAA 对触摸温度的要求，该规范要求部件设置的亮度最大时，其外壳表面任何部分的温度都不能比环境温度高15℃以上。 ◆确保了所有的设计和测试文档都可以通过DO-178 软件认证的要求。 在短短9 天时间里，RightHand 技术公司的工程师们完成了符合FAA的RTCA DO–160 和DO-178 规范要求的正式产品认证， 并且没有异常或偏差。 为商用飞机开发一个定制的BDU，使其能符合RTCA DO- 160 和DO-178 规范的要求，实现高绩效标准和非常具体的客户需求，这并不是一件容易的事。然而，通过创新性地解决问题， 并且深入了解怎么样才能符合RTCA 标准，飞机上的每个人都能在确保安全的同时，享受到最好的视频娱乐。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (6/4/2014)