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

摘要：機(jī)載控制保護(hù)盒必須時刻監(jiān)測機(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，及時切斷向機(jī)載設(shè)備的供電，保護(hù)設(shè)備避免事故發(fā)生。針對某型直升機(jī)控制保護(hù)盒采用模擬電路方式進(jìn)行測量誤差大的缺點，以AT89S52單片機(jī)為核心，設(shè)計了一款數(shù)字式機(jī)載控制保護(hù)盒。該保護(hù)盒在實現(xiàn)原控制保護(hù)盒所用功能上，增加了聲音告警功能，延時時間補(bǔ)償算法的應(yīng)用，使得控制盒動作時間可精確到毫秒。實際應(yīng)用結(jié)果表明，該保護(hù)盒具有測量準(zhǔn)確、可靠性高、成本低、體積小等優(yōu)點。
關(guān)鍵詞：AT89S52；數(shù)字化；保護(hù)；延時時間補(bǔ)償算法；聲音告警

直升機(jī)起飛后，由飛機(jī)發(fā)動機(jī)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電為機(jī)載設(shè)提供一個穩(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)測發(fā)電機(jī)電網(wǎng)的電壓、頻率等信號，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)過壓、欠壓、過頻、欠頻、過過頻、欠頻和差動電流超標(biāo)時，在安全時間內(nèi)及時切斷主電路和發(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現(xiàn)，具有體積大、測量誤差大等缺點。本文采用AT89S52單片機(jī)設(shè)計了一款數(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)上提高了測量精度，縮短了保護(hù)時間，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、電壓檢測電路、頻率檢測電路、差動電流檢測電路、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：電壓檢測電路對機(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)字信號與存儲在單片機(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，延時一定的時間后發(fā)出控制信號，切斷主電路接觸器和發(fā)電機(jī)激磁電路，同時發(fā)出聲音告警信號；頻率檢測電路將機(jī)載交流電轉(zhuǎn)換成與頻率相關(guān)的脈沖信號，該信號經(jīng)計數(shù)后轉(zhuǎn)換成頻率信號，當(dāng)發(fā)生過頻、過過頻、欠頻和欠欠頻故障時，單片機(jī)發(fā)出控制信號切斷主電路接觸器和發(fā)電機(jī)激磁電路，同時發(fā)出聲音告警信號；差動電流檢測電路檢測機(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)出控制信號切斷主電路接觸器和發(fā)電機(jī)激磁電路，同時發(fā)出聲音告警信號。

2 硬件設(shè)計
控制保護(hù)盒硬件部分由單片機(jī)系統(tǒng)、電源電路、頻率檢測電路、差動電流檢測電路、電壓檢測電路、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，具體電路不再詳述，主要介紹其余6部分電路。
2．1 頻率檢測電路和電壓檢測電路
頻率檢測電路，如圖2(a)所示。主要實現(xiàn)對機(jī)載交流電源頻率進(jìn)行檢測，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，在規(guī)定時間內(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)號和4號插針，交流電源流經(jīng)限流電阻和1．5 V穩(wěn)壓管，當(dāng)交流電源電壓瞬時值高于1．5 V時，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，穩(wěn)壓管正向?qū)ǎ龢O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，每一個交流電周期，P3．5口得到一個高電平。AT89S52單片機(jī)在一定時間內(nèi)計數(shù)P3．5口的脈沖數(shù)，通過計算得到機(jī)載交流電源的電源頻率，完成頻率檢測。