基于單片機(jī)的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　摘要：本文介紹了一種基于AT89S51單片機(jī)關(guān)于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，利用單片機(jī)完成測(cè)量系統(tǒng)的控制、數(shù)據(jù)處理和顯示輸出，給出了測(cè)量系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。實(shí)際應(yīng)用表明，該測(cè)量系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)試精度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。

　　引言

　　飛機(jī)飛行過程中，轉(zhuǎn)速是需要測(cè)量的一個(gè)重要參數(shù)，通過測(cè)量噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，可以了解發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和推力，并可確定發(fā)動(dòng)機(jī)所承受的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷和能量負(fù)荷。測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)必須把飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速傳送到座艙，供給飛行員讀數(shù)，為實(shí)現(xiàn)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)距離傳輸問題，目前飛機(jī)上采用三相交流發(fā)電機(jī)傳感器^[1]，那么如何能準(zhǔn)確的測(cè)量顯示發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速?本文提出了一種利用AT89S51單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行智能測(cè)量和顯示，不僅可提高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)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(dòng)機(jī)工作原理

　　測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的三相交流發(fā)電機(jī)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(jī)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(duì)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(dāng)磁鐵轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁鐵轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)也跟著旋轉(zhuǎn)，在靜子繞組所在的空間形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，靜子繞組切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，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(jī)的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為n，轉(zhuǎn)子的磁極對(duì)數(shù)為P，則定子中三相感應(yīng)電勢(shì)的頻率為：
，這樣我們將轉(zhuǎn)速的測(cè)量轉(zhuǎn)換為定子中三相感應(yīng)電勢(shì)的頻率f的測(cè)量。

　　2 硬件設(shè)計(jì)

　　本文設(shè)計(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)由AT89S51單片機(jī)、光電耦合器PC817、F/D9201頻數(shù)變換器、鍵盤、顯示器、復(fù)位電路和時(shí)鐘電路七個(gè)部分組成，其原理框圖如圖2所示。

　　本測(cè)試系統(tǒng)以單片機(jī)AT89S51為核心部件，將發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率信號(hào)經(jīng)F/D變換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號(hào)后，再經(jīng)光電隔離后送入單片機(jī)中進(jìn)行轉(zhuǎn)速的解算、誤差的修正，最后通過顯示器進(jìn)行顯示。測(cè)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(hào)影響采集信號(hào)的準(zhǔn)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(chǔ)器的8位CMOS微控制器，兼容標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)技術(shù)制造，可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案^[4]。

　　頻數(shù)變換器FD9201把三相交流發(fā)電機(jī)測(cè)量轉(zhuǎn)速后輸出的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號(hào)后，通過光電耦合器PC817隔離后送給單片機(jī)AT89S51，由單片機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速的計(jì)算。

　　3 軟件設(shè)計(jì)

　　3.1 轉(zhuǎn)速測(cè)量方法

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