基于單片機的飛機發(fā)動機轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的設(shè)計

　　摘要：本文介紹了一種基于AT89S51單片機關(guān)于飛機發(fā)動機轉(zhuǎn)速的測量系統(tǒng)的設(shè)計，利用單片機完成測量系統(tǒng)的控制、數(shù)據(jù)處理和顯示輸出，給出了測量系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。實際應用表明，該測量系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、測試精度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點。

　　引言

　　飛機飛行過程中，轉(zhuǎn)速是需要測量的一個重要參數(shù)，通過測量噴氣發(fā)動機轉(zhuǎn)速，可以了解發(fā)動機的功率和推力，并可確定發(fā)動機所承受的運動負荷和能量負荷。測量發(fā)動機轉(zhuǎn)速時必須把飛機發(fā)動機轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速傳送到座艙，供給飛行員讀數(shù)，為實現(xiàn)飛機發(fā)動機轉(zhuǎn)速遠距離傳輸問題，目前飛機上采用三相交流發(fā)電機傳感器^[1]，那么如何能準確的測量顯示發(fā)動機的轉(zhuǎn)速?本文提出了一種利用AT89S51單片機來實現(xiàn)對發(fā)動機轉(zhuǎn)速進行智能測量和顯示，不僅可提高發(fā)動機轉(zhuǎn)速的測量精度，而且可提高系統(tǒng)的抗干擾能力。

　　1 三相交流發(fā)動機工作原理

　　測量發(fā)動機轉(zhuǎn)速的三相交流發(fā)電機傳感器，其結(jié)構(gòu)和原理示意圖如圖1所示，它由轉(zhuǎn)子和定子組成。發(fā)電機的靜子為星形連接的三相繞組;轉(zhuǎn)子為兩極永久磁鐵，轉(zhuǎn)子對稱地截去兩塊，兩截面相互平行，并且繞轉(zhuǎn)子軸扭轉(zhuǎn)了一定的角度，從而使磁力線按正弦規(guī)律分布于空氣隙中。這樣，當磁鐵轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，磁鐵轉(zhuǎn)子的磁場也跟著旋轉(zhuǎn)，在靜子繞組所在的空間形成旋轉(zhuǎn)磁場，靜子繞組切割磁力線產(chǎn)生感應電勢，在三根引線上便有三相交流電輸出^[2]。

　　設(shè)三相交流發(fā)電機的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為n，轉(zhuǎn)子的磁極對數(shù)為P，則定子中三相感應電勢的頻率為：
，這樣我們將轉(zhuǎn)速的測量轉(zhuǎn)換為定子中三相感應電勢的頻率f的測量。

　　2 硬件設(shè)計

　　本文設(shè)計的發(fā)動機轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)由AT89S51單片機、光電耦合器PC817、F/D9201頻數(shù)變換器、鍵盤、顯示器、復位電路和時鐘電路七個部分組成，其原理框圖如圖2所示。

　　本測試系統(tǒng)以單片機AT89S51為核心部件，將發(fā)動機輸出的感應電動勢的頻率信號經(jīng)F/D變換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號后，再經(jīng)光電隔離后送入單片機中進行轉(zhuǎn)速的解算、誤差的修正，最后通過顯示器進行顯示。測量電路中采用光電隔離電路主要功能是為了防止外界干擾信號影響采集信號的準確性，從而提高系統(tǒng)的抗干擾能力^[3]。

　　AT89S51是一種低功耗、高性能，片內(nèi)帶4KB快閃可編程/擦除只讀存儲器的8位CMOS微控制器，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，使用高密度、非易失存儲技術(shù)制造，可為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案^[4]。

　　頻數(shù)變換器FD9201把三相交流發(fā)電機測量轉(zhuǎn)速后輸出的感應電動勢的頻率信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號后，通過光電耦合器PC817隔離后送給單片機AT89S51，由單片機進行轉(zhuǎn)速的計算。

　　3 軟件設(shè)計

　　3.1 轉(zhuǎn)速測量方法

　　本文采用周期法實現(xiàn)頻率的測量，周期測量法的基本原理如圖3所示。