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通过利用单片机实现机载电气盒测试仪的应用方案

关键词:单片机 机载电气盒

时间:2021-03-29 13:41:24      来源:网络

飞机起飞前通常由地面电源向飞机机载设备供电,起飞后则由飞机发动机带动发电机发电为机载设备供电。供电电网的质量直接关系到机载设备寿命及飞行安全,而机载电气盒主要实时监控飞机发电机网络或地面电源网络的电压、频率、差动电流、相序等参数。

1引言

飞机起飞前通常由地面电源向飞机机载设备供电,起飞后则由飞机发动机带动发电机发电为机载设备供电。供电电网的质量直接关系到机载设备寿命及飞行安全,而机载电气盒主要实时监控飞机发电机网络或地面电源网络的电压、频率、差动电流、相序等参数。无论是飞机起飞前的地面电源还是起飞后的发电机电网,一旦出现过压、过过压、欠压、欠频、欠欠频、超频、超超频、逆序和差动故障时,必须在延迟时间内自动断开发电机或地面电源,采用后备电源向飞机供电,从而有效保护机载设备和飞行安全。本文提出一种采用AT89S52单片机设计的机载电气盒测试仪,该测试仪可测试机载电气盒的保护功能,测量延迟保护时间。

2系统组成与工作原理

该机载电气盒测试仪硬件设计是由AT89S52单片机、显示模块、系统复位模块、时钟振荡模块、电源模块、计时模块、测试选择模块和接口电路组成(图1),其程控电源的电压、频率、相位、相序均可调,模拟地面电源或发电机电网的电源故障。该系统的工作原理:当供电电网出现故障,接口电路发出一个控制信号将出现故障的电源引入电气盒,同时接口电路给单片机一个信号,当单片机收到该信号后,控制计时模块开始计时,显示模块显示过压、过过压、欠压、欠频、欠欠频、超频、超超频、逆序和差动等故障的具体故障项;经过一段时间后,电气盒发出一个控制信号,切断电网向机载设备的供电,同时该控制信号进入接口电路,接口电路控制计时器停止计时;读取计时模块时间,判断该时间是否在系统允许范围内,若不在允许范围内或机载电气盒未发出计时停止信号(切断电网向机载设备供电的控制信号),则不能实现电气盒的该项故障监控及保护功能,说明电气盒出现故障。

3.1AT89S52单片机

AT89S52单片机是一款低功耗,高性能CMOS8位微控制器,片内有8KB系统可编程flash的闪速存储器,256字节内部RAM,32条I/O端口线,看门狗定时(WDT),2个数据指针,3个16位定时,计数器,一个6向量2级中断结构,一个全双工串行通信口,片内晶体振荡器及时钟电路。AT89S52强大的功能可满足该测试仪的设计要求。
 
3.2系统复位、时钟振荡模块

系统复位模块由S1、R1、R2和C3组成,其中S1为复位按钮,C3为电解电容,R1、R2为精密电阻;而时钟振荡模块由晶振Y1、C1和C2组成。
 
3.3显示模块

图2中9个LED发光二极管用于显示电气盒正在测试具体故障。74LS154为4-16译码器,选通引脚G1、G2接地,A,B,C,D依次接单片机P1.0,P1.1,P1.2和P1.3,通过向AT89S52的P1口写相应的数据决定译码器选通的具体通道,译码器的输出经2片TTL7404非门反向后驱动三极管,点亮相应的LED。当向P1口的低4位依次写入0~8时,译码器输出经非门反向后驱动三极管,分别点亮欠压指示灯、过压指示灯、过过压指示灯、欠频指示灯、欠欠频指示灯、超频指示灯、超超频指示灯、逆序指示灯和差动指示灯。当P1口输入均为高电平时,所有指示灯都熄灭。
 
3.4计时模块

计时模块是由计时控制电路和计时器组成。其中,计时控制电路由2个NPN三极管和限流电阻组成;计时器是一个6位显示的计时器,计时可精确到毫秒级,引脚2为计时器的计时控制端,当该引脚是低电平时,计时器开始计时;当为高电平时,计时器停止计时。因此,电网出现故障时,接口电路向AT89S52发出控制信号,单片机将P0.3口置为低电平,计时器开始计时。当AT89S52收到由电气盒发出并经接口电路转换的计时停止信号时,单片机将P0.3口置为高电平,计时器停止计时。这时可根据计时器读数判断延迟保护时间是否在允许范围内。按钮开关S2为计时器的清零按钮,按下S2计时器清零。

3.5测试选择模块

3.6接口电路

接口电路如图3所示,当地面电源出现故障时,计时停止信号1通过电气盒接地(0V),此时P0.1口为低电平,计时器计时;当电气盒切断地面电源向机载设备的供电时,计时停止信号1通过电气盒接电源(24V),此时P0.1口为高电平,计时器停止计时。当飞机发电机电网出现故障,计时停止信号2通过电气盒接电源(24V),此时P0.2口为低电平,计时器计时;当电气盒切断发电机电网向机载设备的供电时,计时停止信号2通过电气盒接电源(0V),此时P0.2口为高电平。计时器停止计时。

以发电机电网过电压故障为例,结合图2、图3,当闭合K8时,三极管导通,电气盒引脚通过电阻、二极管和三极管接地,此时,发电机电网出现过电压(由程控电源模拟),P0.4口变为低电平,单片机控制P0.3为低电平,计时器开始计时,同时向P1口写数据,点亮过压指示灯;单片机不停检测P0.2口,经一定延迟后,电气盒切断发电机电网向机载设备的供电。计时停止信号2使P0.2口变为高电平,一旦单片机检测到P0.2口变为高电平,则向P0.3口写入高电平,计时器停止计时,读出计时器数据,判断该时间是否在允许范围内。此时单片机不停检测P0.4口,一旦断开K8,P0.4口变为高电平,单片机向P1口写入数据,过压指示灯熄灭。完成电气盒对发电机电网过压故障保护功能的测试。
 
各接口模块与AT89S52的端口连接,可完成不同测试功能。其中,与P0.4相连可用来测试电气盒对发电机电网过压故障保护功能,与P0.5相连用来测试电气盒对发电机电网欠压故障保护功能,与P0.6相连用来测试电气盒对发电机电网过过压故障保护功能,与P0.7相连用来测试电气盒对发电机电网欠频故障保护功能,与P2.7相连用来测试电气盒对发电机电网欠欠频故障保护功能,与P2.6相连用来测试电气盒对发电机电网差动故障保护功能;与P2.5相连用来测试电气盒对地面电源欠压故障保护功能,与P2.4相连用来测试电气盒对地面电源过压故障保护功能,与P2.3相连用来测试电气盒对地面电源过过压故障保护功能,与P2.2相连用来测试电气盒对地面电源欠频故障保护功能,与P2.1相连用来测试电气盒对地面电源超频故障保护功能,与P2.0相连用来测试电气盒对地面电源超超频故障保护功能,与P3.1相连用来测试电气盒对地面电源逆序故障保护功能。
 
4系统软件设计

上电复位后,单片机首先查询P0.0口,当P0.0为高电平时,表明正在测试电气盒对发电机电网故障保护功能,当P0.0为低电平时,表明正在测试电气盒对地面电源故障保护功能。因为复位后单片机I/O口均为高电平,所以复位后,测试仪自动进入电气盒对发电机电网故障保护功能的测试,单片机循环查询P0.0、P0.4、P0.5、P0.6、P0.7、P2.7和P2.6当检测到P0.4、P0.5、P0.6P0.7、P2.7和P2.6中任意一个为低电平时,进入相应的故障保护功能测试;而当检测到P0.0口为低电平时,测试仪进入电气盒对地面电源故障保护功能的测试,单片机循环查询P0.0、P2.5、P2.4、P2.3、P2.2、P2.1、P2.0和P3.1当检测到P2.5、P2.4、P2.3、P2.2、P2.1、P2.0和P3.1中的任意一个为低电平时,则进入相应的故障保护功能测试。
 
一旦进入故障保护功能测试,首先判断确实是电网故障,然后点亮相应的指示灯,并控制计时器开始计时;等计时停止信号到来时,控制计时器停止计时,计时器读数为延迟时间,待故障消失后,指示灯熄灭,退出测试;若计时停止信号不会到来或延迟时间远超过允许时间,则该项保护功能无法实现,断开故障电网,故障消失,指示灯熄灭,退出该项测试。图4为电气盒测试仪的程序流程。

5结束语

电磁干扰是测试仪在研制过程中遇到的主要问题,测试仪采用金属盒封装切断电磁干扰传播路径、电路板布线及元件布局带来的串扰,并采用数据冗余保护与纠错在软件上解决干扰问题,从而大大提高测试仪的抗干扰性。实际应用表明,该测试仪具有测试准确,性能先进,工作可靠,操作方便,成本低等优点,在日常机务维护和故障诊断中发挥着重要作用。

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