通過利用單片機實現(xiàn)機載電氣盒測試儀的應(yīng)用方案

1 引言

飛機起飛前通常由地面電源向飛機機載設(shè)備供電，起飛后則由飛機發(fā)動機帶動發(fā)電機發(fā)電為機載設(shè)備供電。供電電網(wǎng)的質(zhì)量直接關(guān)系到機載設(shè)備壽命及飛行安全，而機載電氣盒主要實時監(jiān)控飛機發(fā)電機網(wǎng)絡(luò)或地面電源網(wǎng)絡(luò)的電壓、頻率、差動電流、相序等參數(shù)。無論是飛機起飛前的地面電源還是起飛后的發(fā)電機電網(wǎng)，一旦出現(xiàn)過壓、過過壓、欠壓、欠頻、欠欠頻、超頻、超超頻、逆序和差動故障時，必須在延遲時間內(nèi)自動斷開發(fā)電機或地面電源，采用后備電源向飛機供電，從而有效保護(hù)機載設(shè)備和飛行安全。本文提出一種采用AT89S52單片機設(shè)計的機載電氣盒測試儀，該測試儀可測試機載電氣盒的保護(hù)功能，測量延遲保護(hù)時間。

2 系統(tǒng)組成與工作原理

該機載電氣盒測試儀硬件設(shè)計是由AT89S52單片機、顯示模塊、系統(tǒng)復(fù)位模塊、時鐘振蕩模塊、電源模塊、計時模塊、測試選擇模塊和接口電路組成（圖1），其程控電源的電壓、頻率、相位、相序均可調(diào)，模擬地面電源或發(fā)電機電網(wǎng)的電源故障。該系統(tǒng)的工作原理：當(dāng)供電電網(wǎng)出現(xiàn)故障，接口電路發(fā)出一個控制信號將出現(xiàn)故障的電源引入電氣盒，同時接口電路給單片機一個信號，當(dāng)單片機收到該信號后，控制計時模塊開始計時，顯示模塊顯示過壓、過過壓、欠壓、欠頻、欠欠頻、超頻、超超頻、逆序和差動等故障的具體故障項；經(jīng)過一段時間后，電氣盒發(fā)出一個控制信號，切斷電網(wǎng)向機載設(shè)備的供電，同時該控制信號進(jìn)入接口電路，接口電路控制計時器停止計時；讀取計時模塊時間，判斷該時間是否在系統(tǒng)允許范圍內(nèi)，若不在允許范圍內(nèi)或機載電氣盒未發(fā)出計時停止信號（切斷電網(wǎng)向機載設(shè)備供電的控制信號），則不能實現(xiàn)電氣盒的該項故障監(jiān)控及保護(hù)功能，說明電氣盒出現(xiàn)故障。

3．1 AT89S52單片機

AT89S52單片機是一款低功耗，高性能CMOS 8位微控制器，片內(nèi)有8 KB系統(tǒng)可編程flash的閃速存儲器，256字節(jié)內(nèi)部RAM，32條I／O端口線，看門狗定時（WDT），2個數(shù)據(jù)指針，3個16位定時，計數(shù)器，一個 6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)晶體振蕩器及時鐘電路。AT89S52強大的功能可滿足該測試儀的設(shè)計要求。

3．2 系統(tǒng)復(fù)位、時鐘振蕩模塊

系統(tǒng)復(fù)位模塊由S1、R1、R2和C3組成，其中S1為復(fù)位按鈕，C3為電解電容，R1、R2為精密電阻；而時鐘振蕩模塊由晶振Y1、C1和C2組成。

3．3 顯示模塊

圖2中9個LED發(fā)光二極管用于顯示電氣盒正在測試具體故障。74LS154為4-16譯碼器，選通引腳G1、G2接地，A，B，C，D依次接單片機P1.0，P1．1，P1．2和P1. 3，通過向AT89S52的P1口寫相應(yīng)的數(shù)據(jù)決定譯碼器選通的具體通道，譯碼器的輸出經(jīng)2片TTL7404非門反向后驅(qū)動三極管，點亮相應(yīng)的LED。當(dāng)向P1口的低4位依次寫入0～8時，譯碼器輸出經(jīng)非門反向后驅(qū)動三極管，分別點亮欠壓指示燈、過壓指示燈、過過壓指示燈、欠頻指示燈、欠欠頻指示燈、超頻指示燈、超超頻指示燈、逆序指示燈和差動指示燈。當(dāng)P1口輸入均為高電平時，所有指示燈都熄滅。

3．4 計時模塊

計時模塊是由計時控制電路和計時器組成。其中，計時控制電路由2個NPN三極管和限流電阻組成；計時器是一個6位顯示的計時器，計時可精確到毫秒級，引腳2為計時器的計時控制端，當(dāng)該引腳是低電平時，計時器開始計時；當(dāng)為高電平時，計時器停止計時。因此，電網(wǎng)出現(xiàn)故障時，接口電路向AT89S52發(fā)出控制信號，單片機將P0.3口置為低電平，計時器開始計時。當(dāng)AT89S52收到由電氣盒發(fā)出并經(jīng)接口電路轉(zhuǎn)換的計時停止信號時，單片機將P0.3口置為高電平，計時器停止計時。這時可根據(jù)計時器讀數(shù)判斷延遲保護(hù)時間是否在允許范圍內(nèi)。按鈕開關(guān)S2為計時器的清零按鈕，按下S2計時器清零。

3．5 測試選擇模塊

當(dāng)開關(guān)K1斷開時，三極管截止，單片機P0.0口為高電平，表明電氣盒對發(fā)電機電網(wǎng)參數(shù)的監(jiān)控與保護(hù)功能進(jìn)行測試；當(dāng)開關(guān)K1閉合時，三極管導(dǎo)通，單片機P00口的電平為低電平，表明電氣盒對地面電源參數(shù)的監(jiān)控與保護(hù)功能進(jìn)行測試。因為單片機復(fù)位時。所有的I/O口為高電平，所以當(dāng)K1處于斷開狀態(tài)時，單片機復(fù)位即進(jìn)入電氣盒對發(fā)電機電網(wǎng)參數(shù)的監(jiān)控與保護(hù)功能的測試狀態(tài)。

3．6 接口電路

接口電路如圖3所示，當(dāng)?shù)孛骐娫闯霈F(xiàn)故障時，計時停止信號1通過電氣盒接地（0 V），此時P0.1口為低電平，計時器計時；當(dāng)電氣盒切斷地面電源向機載設(shè)備的供電時，計時停止信號1通過電氣盒接電源（24 V），此時P0.1口為高電平，計時器停止計時。當(dāng)飛機發(fā)電機電網(wǎng)出現(xiàn)故障，計時停止信號2通過電氣盒接電源（24 V），此時P0.2口為低電平，計時器計時；當(dāng)電氣盒切斷發(fā)電機電網(wǎng)向機載設(shè)備的供電時，計時停止信號2通過電氣盒接電源（0 V），此時P0.2口為高電平。計時器停止計時。

以發(fā)電機電網(wǎng)過電壓故障為例，結(jié)合圖2、圖3，當(dāng)閉合K8時，三極管導(dǎo)通，電氣盒引腳通過電阻、二極管和三極管接地，此時，發(fā)電機電網(wǎng)出現(xiàn)過電壓（由程控電源模擬），P0.4口變?yōu)榈碗娖?，單片機控制P0.3為低電平，計時器開始計時，同時向P1口寫數(shù)據(jù)，點亮過壓指示燈；單片機不停檢測P0.2口，經(jīng)一定延遲后，電氣盒切斷發(fā)電機電網(wǎng)向機載設(shè)備的供電。計時停止信號2使P0.2口變?yōu)楦唠娖?，一旦單片機檢測到P0.2口變?yōu)楦唠娖?，則向P0.3口寫入高電平，計時器停止計時，讀出計時器數(shù)據(jù)，判斷該時間是否在允許范圍內(nèi)。此時單片機不停檢測P0.4口，一旦斷開K8，P0.4口變?yōu)楦唠娖?，單片機向P1 口寫入數(shù)據(jù)，過壓指示燈熄滅。完成電氣盒對發(fā)電機電網(wǎng)過壓故障保護(hù)功能的測試。

各接口模塊與AT89S52的端口連接，可完成不同測試功能。其中，與P0.4相連可用來測試電氣盒對發(fā)電機電網(wǎng)過壓故障保護(hù)功能，與P0.5相連用來測試電氣盒對發(fā)電機電網(wǎng)欠壓故障保護(hù)功能，與P0.6相連用來測試電氣盒對發(fā)電機電網(wǎng)過過壓故障保護(hù)功能，與P0.7相連用來測試電氣盒對發(fā)電機電網(wǎng)欠頻故障保護(hù)功能，與P2.7相連用來測試電氣盒對發(fā)電機電網(wǎng)欠欠頻故障保護(hù)功能，與P2.6相連用來測試電氣盒對發(fā)電機電網(wǎng)差動故障保護(hù)功能；與P2.5相連用來測試電氣盒對地面電源欠壓故障保護(hù)功能，與P2.4相連用來測試電氣盒對地面電源過壓故障保護(hù)功能，與P2.3相連用來測試電氣盒對地面電源過過壓故障保護(hù)功能，與P2.2相連用來測試電氣盒對地面電源欠頻故障保護(hù)功能，與P2.1相連用來測試電氣盒對地面電源超頻故障保護(hù)功能，與P2.0相連用來測試電氣盒對地面電源超超頻故障保護(hù)功能，與P3.1相連用來測試電氣盒對地面電源逆序故障保護(hù)功能。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

上電復(fù)位后，單片機首先查詢P0.0口，當(dāng)P0.0為高電平時，表明正在測試電氣盒對發(fā)電機電網(wǎng)故障保護(hù)功能，當(dāng)P0.0為低電平時，表明正在測試電氣盒對地面電源故障保護(hù)功能。因為復(fù)位后單片機I／O口均為高電平，所以復(fù)位后，測試儀自動進(jìn)入電氣盒對發(fā)電機電網(wǎng)故障保護(hù)功能的測試，單片機循環(huán)查詢P0.0、P0.4、P0.5、P0.6、P0.7、P2.7和P2.6當(dāng)檢測到P0.4、 P0.5、P0.6P0.7、P2.7和P2.6中任意一個為低電平時，進(jìn)入相應(yīng)的故障保護(hù)功能測試；而當(dāng)檢測到P0.0口為低電平時，測試儀進(jìn)入電氣盒對地面電源故障保護(hù)功能的測試，單片機循環(huán)查詢P0.0、P2.5、P2.4、P2.3、P2.2、P2.1、P2.0和P3.1當(dāng)檢測到P2.5、 P2.4、P2.3、P2.2、P2.1、P2.0和P3.1中的任意一個為低電平時，則進(jìn)入相應(yīng)的故障保護(hù)功能測試。

一旦進(jìn)入故障保護(hù)功能測試，首先判斷確實是電網(wǎng)故障，然后點亮相應(yīng)的指示燈，并控制計時器開始計時；等計時停止信號到來時，控制計時器停止計時，計時器讀數(shù)為延遲時間，待故障消失后，指示燈熄滅，退出測試；若計時停止信號不會到來或延遲時間遠(yuǎn)超過允許時間，則該項保護(hù)功能無法實現(xiàn)，斷開故障電網(wǎng)，故障消失，指示燈熄滅，退出該項測試。圖4為電氣盒測試儀的程序流程。

5 結(jié)束語

電磁干擾是測試儀在研制過程中遇到的主要問題，測試儀采用金屬盒封裝切斷電磁干擾傳播路徑、電路板布線及元件布局帶來的串?dāng)_，并采用數(shù)據(jù)冗余保護(hù)與糾錯在軟件上解決干擾問題，從而大大提高測試儀的抗干擾性。實際應(yīng)用表明，該測試儀具有測試準(zhǔn)確，性能先進(jìn)，工作可靠，操作方便，成本低等優(yōu)點，在日常機務(wù)維護(hù)和故障診斷中發(fā)揮著重要作用。

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