基于AT89S52某型直升機(jī)控制保護(hù)盒的數(shù)字化設(shè)計(jì)

摘要：機(jī)載控制保護(hù)盒必須時(shí)刻監(jiān)測(cè)機(jī)載發(fā)電機(jī)交流電壓的電壓和頻率，當(dāng)電壓或頻率出現(xiàn)超差時(shí)，及時(shí)切斷向機(jī)載設(shè)備的供電，保護(hù)設(shè)備避免事故發(fā)生。針對(duì)某型直升機(jī)控制保護(hù)盒采用模擬電路方式進(jìn)行測(cè)量誤差大的缺點(diǎn)，以AT89S52單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)了一款數(shù)字式機(jī)載控制保護(hù)盒。該保護(hù)盒在實(shí)現(xiàn)原控制保護(hù)盒所用功能上，增加了聲音告警功能，延時(shí)時(shí)間補(bǔ)償算法的應(yīng)用，使得控制盒動(dòng)作時(shí)間可精確到毫秒。實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明，該保護(hù)盒具有測(cè)量準(zhǔn)確、可靠性高、成本低、體積小等優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：AT89S52；數(shù)字化；保護(hù)；延時(shí)時(shí)間補(bǔ)償算法；聲音告警

直升機(jī)起飛后，由飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電為機(jī)載設(shè)提供一個(gè)穩(wěn)定的115 V／400 Hz的交流電。所有用電的機(jī)載設(shè)備電源都是直接使用115 V／400 Hz或經(jīng)變換后使用，因此，該電源的穩(wěn)定性直接關(guān)系到機(jī)載設(shè)備的壽命及飛行安全。機(jī)載控制保護(hù)盒主要監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)電網(wǎng)的電壓、頻率等信號(hào)，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)過壓、欠壓、過頻、欠頻、過過頻、欠頻和差動(dòng)電流超標(biāo)時(shí)，在安全時(shí)間內(nèi)及時(shí)切斷主電路和發(fā)電機(jī)激磁電路轉(zhuǎn)為備用電源供電，從而有效保護(hù)機(jī)載設(shè)備和飛行安全。
某型直升機(jī)機(jī)載控制保護(hù)盒是上世紀(jì)80年代的產(chǎn)品，控制電路均由分立元件搭建的模擬電路實(shí)現(xiàn)，具有體積大、測(cè)量誤差大等缺點(diǎn)。本文采用AT89S52單片機(jī)設(shè)計(jì)了一款數(shù)字化機(jī)載控制保護(hù)盒，該數(shù)字化機(jī)載控制保護(hù)盒在完成保護(hù)功能的基礎(chǔ)上提高了測(cè)量精度，縮短了保護(hù)時(shí)間，還增加了聲音告警功能。

1 系統(tǒng)組成與工作原理
控制保護(hù)盒由AT89S52單片機(jī)系統(tǒng)、電源電路、復(fù)位電路、電壓檢測(cè)電路、頻率檢測(cè)電路、差動(dòng)電流檢測(cè)電路、主電路接觸器控制電路、27 V直流電源電路、發(fā)電機(jī)激磁控制電路和聲音告警電路組成，如圖1所示。其中電源電路為單片機(jī)提供+5 V直流電源、27 V直流電源電路為接觸器提供27 V電源。其工作原理如下：電壓檢測(cè)電路對(duì)機(jī)載交流電源采樣。采樣后變換成直流電，該直流電經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后，變換成數(shù)字信號(hào)與存儲(chǔ)在單片機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)比較，確定機(jī)載交流電是否發(fā)生過壓或欠壓，當(dāng)發(fā)生過壓或欠壓時(shí)，延時(shí)一定的時(shí)間后發(fā)出控制信號(hào)，切斷主電路接觸器和發(fā)電機(jī)激磁電路，同時(shí)發(fā)出聲音告警信號(hào)；頻率檢測(cè)電路將機(jī)載交流電轉(zhuǎn)換成與頻率相關(guān)的脈沖信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)計(jì)數(shù)后轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)，當(dāng)發(fā)生過頻、過過頻、欠頻和欠欠頻故障時(shí)，單片機(jī)發(fā)出控制信號(hào)切斷主電路接觸器和發(fā)電機(jī)激磁電路，同時(shí)發(fā)出聲音告警信號(hào)；差動(dòng)電流檢測(cè)電路檢測(cè)機(jī)載三相交流電源，當(dāng)三相電源電流差值達(dá)到一定數(shù)值后，單片機(jī)發(fā)出控制信號(hào)切斷主電路接觸器和發(fā)電機(jī)激磁電路，同時(shí)發(fā)出聲音告警信號(hào)。

2 硬件設(shè)計(jì)
控制保護(hù)盒硬件部分由單片機(jī)系統(tǒng)、電源電路、頻率檢測(cè)電路、差動(dòng)電流檢測(cè)電路、電壓檢測(cè)電路、供電控制電路和發(fā)電機(jī)激磁電路7部分組成。AT89S52單片機(jī)系統(tǒng)采用最小單片機(jī)系統(tǒng)和按鍵復(fù)位設(shè)計(jì)，具體電路不再詳述，主要介紹其余6部分電路。
2．1 頻率檢測(cè)電路和電壓檢測(cè)電路
頻率檢測(cè)電路，如圖2(a)所示。主要實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)載交流電源頻率進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)機(jī)載交流電源出現(xiàn)過頻、過過頻、欠頻和欠欠頻故障時(shí)，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)切斷機(jī)載發(fā)電機(jī)激磁電路和機(jī)載設(shè)備供電電路。取機(jī)載交流電源任意一相輸入控制保護(hù)盒的5(或14)號(hào)和4號(hào)插針，交流電源流經(jīng)限流電阻和1．5 V穩(wěn)壓管，當(dāng)交流電源電壓瞬時(shí)值高于1．5 V時(shí)，穩(wěn)壓管反向?qū)ㄐ纬?．5 V電壓，三極管導(dǎo)通輸出0 V電壓，經(jīng)與非門整形后輸出邏輯高電平“1”，輸入單片機(jī)P3．5口；當(dāng)交流電源電壓低于1．5 V時(shí)，穩(wěn)壓管正向?qū)?，三極管截止輸出5 V電壓，經(jīng)與非門整形后輸出邏輯低電平“0”，輸入單片機(jī)P3．5口；因此，每一個(gè)交流電周期，P3．5口得到一個(gè)高電平。AT89S52單片機(jī)在一定時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)P3．5口的脈沖數(shù)，通過計(jì)算得到機(jī)載交流電源的電源頻率，完成頻率檢測(cè)。