飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的實(shí)時(shí)檢測(cè)與顯示系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)研究

任文強(qiáng)

摘 要：本研究首先分析了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原理及組成，然后探討了系統(tǒng)工作流程及程序結(jié)構(gòu)，從而對(duì)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的實(shí)時(shí)檢測(cè)與顯示系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)；轉(zhuǎn)速；實(shí)時(shí)檢測(cè)；顯示系統(tǒng)；實(shí)現(xiàn)

1 前言

飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)一方面對(duì)飛機(jī)的飛行速度造成了直接而深刻的影響，另一方面還對(duì)飛機(jī)的戰(zhàn)術(shù)性能的發(fā)揮造成了直接而深刻的影響，同時(shí)還對(duì)飛機(jī)的飛行安全造成了直接而深刻的影響，因此，在飛行過程中，應(yīng)該對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)準(zhǔn)確的了解和控制。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)造成了直接而深刻的影響，因此，在飛機(jī)飛行過程中，應(yīng)該對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速顯示系統(tǒng)的快速性、穩(wěn)定性等進(jìn)行切實(shí)有效的保證[1]。為了促進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速指示表在飛機(jī)使用過程中準(zhǔn)確性及穩(wěn)定性的提升，本研究將一種飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)時(shí)檢測(cè)和儀表顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)了出來，其基礎(chǔ)為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)，主要由單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，途徑為采集處理并分析模擬轉(zhuǎn)速信號(hào)，將轉(zhuǎn)速的變化直觀反映出來，途徑為步進(jìn)電機(jī)將轉(zhuǎn)速指示表帶動(dòng)起來。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原理及組成

本研究設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)速實(shí)時(shí)檢測(cè)與顯示系統(tǒng)主要由三大模塊組成即步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、AT89C51單片機(jī)、信號(hào)變換電路，其中步進(jìn)電機(jī)將動(dòng)力提供給轉(zhuǎn)速指示表指示角度，AT89C51單片機(jī)采集并處理分析一些信號(hào)，信號(hào)變換電路向單片機(jī)可采集信號(hào)轉(zhuǎn)換飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速模擬信號(hào)。系統(tǒng)將模塊化設(shè)計(jì)思想充分利用了起來，對(duì)局部故障引發(fā)的整體故障進(jìn)行有效的避免，將電氣隔離環(huán)節(jié)加入各部分電路之間，對(duì)信號(hào)之間的相互干擾進(jìn)行了有效的避免。系統(tǒng)由轉(zhuǎn)速傳感器對(duì)轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)并向正弘交流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換，以轉(zhuǎn)速指示器工作原理為基礎(chǔ)，正弘波電壓信號(hào)經(jīng)過單相橋式整流、電壓比較后向矩形波電壓信號(hào)變換，矩形波電壓信號(hào)向單片機(jī)89C51芯片系統(tǒng)進(jìn)入，單片機(jī)經(jīng)軟件處理和分析前將脈沖信號(hào)采集下來，向步進(jìn)電機(jī)發(fā)送相應(yīng)的控制信號(hào)，控制步進(jìn)電機(jī)，對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，將儀表指針指示帶動(dòng)起來[2]。

3 系統(tǒng)工作流程及程序結(jié)構(gòu)

外部模擬的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感細(xì)胞在系統(tǒng)正常工作過程中向系統(tǒng)進(jìn)入，依次經(jīng)過整流濾波LM339電壓比較器、向直流電壓信號(hào)、矩形波電壓信號(hào)變換。方波信號(hào)從光電隔離電路經(jīng)過后從AT89C51單片機(jī)外部通過將INTO引腳輸入單片機(jī)中斷進(jìn)行采集。單片機(jī)將內(nèi)部子程序調(diào)用前將外部信號(hào)采集過來，將采集到的信號(hào)頻率計(jì)算出來并分析處理。單片機(jī)向步進(jìn)電機(jī)直接發(fā)送控制信號(hào)前將第一個(gè)信號(hào)頻率采集過來后，對(duì)其啟動(dòng)進(jìn)行控制，同時(shí)將一個(gè)采樣周期完成，途徑為向相應(yīng)角度位置轉(zhuǎn)動(dòng)。在完成第二個(gè)采樣周期后，單片機(jī)比較上一個(gè)采樣周期采集到的信號(hào)頻率和此時(shí)采集到的信號(hào)頻率，如果后者大于前者，則對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，將儀表指針帶動(dòng)，使其向一定的角度正向偏轉(zhuǎn)；而如果后者小于前者，則對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，將儀表指針帶動(dòng)，使其向一定的角度反向偏轉(zhuǎn)；如果此時(shí)采集到的信號(hào)頻率為0，則歸零步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)儀表指針；如果二者相等，則對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，對(duì)儀表指針上一個(gè)采樣周期指示的角度進(jìn)行保持，如此一直循環(huán)下去。由于儀表表盤具有一定的刻度，因此為了對(duì)儀表指針在外部信號(hào)頻率變化的影響下超過最大刻度或過零進(jìn)行有效的預(yù)防，本研究將報(bào)警裝置加裝了其中，一旦有指針超過最大刻度或過零的現(xiàn)象發(fā)生，那么裝置就會(huì)第一時(shí)間自動(dòng)報(bào)警[3]。

軟件設(shè)計(jì)過程中主程序主要將初始化、設(shè)置初值、開啟INTO中斷、判斷標(biāo)志位、將各個(gè)子程序調(diào)用等功能完成，子程序主要將對(duì)信號(hào)子程序進(jìn)行采樣、將報(bào)警子程序顯示出來等功能完成，將模塊化設(shè)計(jì)思想充分利用了起來。儀表指針在輸入信號(hào)頻率初值的過程中啟動(dòng)并向相應(yīng)的角度位置轉(zhuǎn)動(dòng)；指針在將輸入頻率信號(hào)停止的情況下自動(dòng)回零，儀表指針在重新輸入外部信號(hào)后又向相應(yīng)的角度位置轉(zhuǎn)動(dòng)；儀表指針在信號(hào)頻率不斷變化的過程中向相應(yīng)的角度轉(zhuǎn)動(dòng)。從總體上來說，儀表指針在將頻率改變的情況下就會(huì)向相應(yīng)的位置轉(zhuǎn)動(dòng)，儀表指針在中途將復(fù)位按鈕按下的情況下便會(huì)在相應(yīng)的位置停留，儀表指針在將復(fù)位按鈕停止按下的情況下會(huì)向相應(yīng)角度繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)[4]。

應(yīng)該在一定范圍內(nèi)輸入信號(hào)頻率，單向正弦波交流信號(hào)頻率f為100r/min～5000r/min，平均為n/60，計(jì)算的頻率為1.83Hz～83.3Hz，儀表指針在頻率改變△f為1/6Hz（轉(zhuǎn)速改變△n為10r/min）的情況下轉(zhuǎn)動(dòng)0.45°（在系統(tǒng)的技術(shù)要求指導(dǎo)下）。由于儀表表盤具有一定的刻度，因此為了對(duì)儀表指針在外部信號(hào)頻率變化的情況下超過最大刻度或過零的現(xiàn)象進(jìn)行有效的預(yù)防，軟件設(shè)計(jì)為一旦頻率在兩路信號(hào)頻率變化不在規(guī)定的范圍內(nèi)的情況下突變，那么儀表指針則固定在原位置，而在頻率變化又在規(guī)定的范圍內(nèi)恢復(fù)的情況下向相應(yīng)角度重新轉(zhuǎn)動(dòng)。本研究結(jié)果表明，精度在較大程度上改變頻率的情況下達(dá)到控制要求，而在頻率改變△f在1Hz以下（頻率具有極小的改變）的情況下，儀表指針可能在0.3°～1°范圍內(nèi)波動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)。波動(dòng)在具有極小的頻率信號(hào)變化的情況下產(chǎn)生極易引發(fā)誤差，同時(shí)，有間隙存在于減速機(jī)構(gòu)裝置中也極易引發(fā)誤差[5]。

本研究將一種飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)時(shí)檢測(cè)與儀表顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)了出來，其基礎(chǔ)為單片機(jī)技術(shù)，將模塊化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)充分利用了起來，對(duì)局部故障引發(fā)整體故障的現(xiàn)象進(jìn)行了有效的避免。結(jié)果表明，系統(tǒng)具有較為穩(wěn)定的工作性能、較高的檢測(cè)和指示精度、較低的成本、較為輕巧的體積等，能夠使飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)的需求得到有效的滿足，從而使飛機(jī)飛行的安全性及完好率得到切實(shí)有效的保證，為地勤人員使用與維護(hù)提供良好的前提條件。

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