一種多功能發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速模擬器的設(shè)計(jì)

信號發(fā)生器作為電控測量系統(tǒng)中應(yīng)用最為普通的電控測量儀器之一，是工業(yè)控制、教學(xué)、科研常用的基本儀器。雖然市場上逐漸出現(xiàn)了各種信號發(fā)生器，但其仍然擺脫不了體積大、操作按鈕多、價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)，給動力系統(tǒng)工程人員外出調(diào)試和檢修電控設(shè)備帶來了不便。考慮到諸多因素，很有必要研制一種結(jié)構(gòu)簡單、攜帶和使用方便的多功能發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速模擬器。它能在不啟動發(fā)動機(jī)的情況下，模擬產(chǎn)生并輸出供現(xiàn)場所需的轉(zhuǎn)速(頻率)信號、給定電流信號來對電控設(shè)備(如電子調(diào)速器等)進(jìn)行調(diào)試，可大幅度地節(jié)省做試驗(yàn)的費(fèi)用(如燃油費(fèi)用等)，且調(diào)節(jié)精度高；在開機(jī)的狀態(tài)下可以檢測外部信號的頻率(即現(xiàn)場發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速信號)，進(jìn)行數(shù)值顯示，并且系統(tǒng)采用電池供電，所以該多功能發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速模擬器的成功研制將給動力系統(tǒng)工程技術(shù)人員進(jìn)行現(xiàn)場測試帶來極大的方便，且具有較高的實(shí)用價(jià)值、經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

　　多功能發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速模擬器系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。它主要由電源、頻率信號產(chǎn)生、頻率信號調(diào)理、頻率信號測量、電流信號產(chǎn)生、電流信號測量及單片機(jī)測量顯示等模塊構(gòu)成?？赏ㄟ^頻率調(diào)整旋鈕使其輸出頻率可調(diào)的標(biāo)準(zhǔn)方波信號，也可通過電流調(diào)整旋鈕使其輸出可調(diào)電流信號0～20 mA，并由數(shù)碼管顯示，此外它還能檢測外部輸入信號的頻率。由于調(diào)試對象主要是發(fā)動機(jī)，所以轉(zhuǎn)速測量是該轉(zhuǎn)速模擬器的另一獨(dú)特功能。

2系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

　　2．1 信號產(chǎn)生電路

　　(1)頻率信號產(chǎn)生電路

　　頻率信號產(chǎn)生電路如圖2所示。

　　本電路模塊的核心部件選用的是LM331電壓頻率轉(zhuǎn)換芯片。它是美國NS公司生產(chǎn)的性能價(jià)格比較高的集成芯片，具有頻率可調(diào)范圍大、低非線性、轉(zhuǎn)換精度高、可單電源供電等特點(diǎn)，與周圍電路一起實(shí)現(xiàn)V／F功能。其輸出信號的頻率可用公式(1)計(jì)算：

　　式中：Vin的單位為V，表示U1的轉(zhuǎn)換電壓；R1、R2、R3電阻的單位為Q；C。電容的單位為F；fout的單位為Hz，表示U1輸出的頻率值?？梢?，信號頻率與Vin成正比，有著很好的線性關(guān)系，只要選擇合適的電阻和電容，且變阻器W1的性能足夠好，就能夠保證輸出信號的穩(wěn)定。這里采用的電阻都是金屬膜電阻器。

　　(2)電流信號產(chǎn)生電路

　　電流信號產(chǎn)生電路如圖3所示。本電路模塊和頻率信號產(chǎn)生模塊共用一個(gè)滑動變阻器W1。接線如下：J3-1、J3-2、J3-3分別接頻率信號產(chǎn)生電路中的J1-1、J1-2、J1-3，通過選段開關(guān)來選擇頻率、電流調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)滑動變阻器W1的值可實(shí)現(xiàn)O～20 mA的電流輸出。該電路選用的核心部件是AD*。AD*是一種單片電壓電流轉(zhuǎn)換器(以下簡稱V／I)。它將輸入電壓信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的O～20 mA電流信號，可廣泛用于壓力、流量、溫度等信號的參數(shù)傳遞，并對閥、調(diào)節(jié)器以及過程控制中一些常用設(shè)備的控制。