多功能發(fā)動機轉(zhuǎn)速模擬器設(shè)計

摘要 主要介紹多功能發(fā)動機轉(zhuǎn)速模擬器的結(jié)構(gòu)原理、硬件電路設(shè)計及軟件設(shè)計。硬件設(shè)計主要以AT89C2051單片機為核心部件，通過頻率信號產(chǎn)生電路、頻率信號調(diào)理電路、看門狗復(fù)位電路、電流產(chǎn)生電路、電流測量電路、齒數(shù)設(shè)定電路、MAX7219顯示驅(qū)動電路和LED顯示電路來實現(xiàn)。該多功能發(fā)動機轉(zhuǎn)速模擬器不僅能夠提供所需的方波信號，且頻率調(diào)節(jié)精度高，能實現(xiàn)電流的輸出，還可以檢測外部信號的頻率及發(fā)動機的轉(zhuǎn)速。
關(guān)鍵詞 發(fā)動機 轉(zhuǎn)速模擬器 AT89C2051 電流輸出 MAXl44 AD694

信號發(fā)生器作為電控測量系統(tǒng)中應(yīng)用最為普通的電控測量儀器之一，是工業(yè)控制、教學(xué)、科研常用的基本儀器。雖然市場上逐漸出現(xiàn)了各種信號發(fā)生器，但其仍然擺脫不了體積大、操作按鈕多、價格昂貴等缺點，給動力系統(tǒng)工程人員外出調(diào)試和檢修電控設(shè)備帶來了不便?？紤]到諸多因素，很有必要研制一種結(jié)構(gòu)簡單、攜帶和使用方便的多功能發(fā)動機轉(zhuǎn)速模擬器。它能在不啟動發(fā)動機的情況下，模擬產(chǎn)生并輸出供現(xiàn)場所需的轉(zhuǎn)速(頻率)信號、給定電流信號來對電控設(shè)備(如電子調(diào)速器等)進(jìn)行調(diào)試，可大幅度地節(jié)省做試驗的費用(如燃油費用等)，而且調(diào)節(jié)精度高；在開機的狀態(tài)下可以檢測外部信號的頻率(即現(xiàn)場發(fā)動機的轉(zhuǎn)速信號)，進(jìn)行數(shù)值顯示，并且系統(tǒng)采用電池供電，所以該多功能發(fā)動機轉(zhuǎn)速模擬器的成功研制將給動力系統(tǒng)工程技術(shù)人員進(jìn)行現(xiàn)場測試帶來極大的方便，且具有較高的實用價值、經(jīng)濟(jì)價值。

1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計
多功能發(fā)動機轉(zhuǎn)速模擬器系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。它主要由電源、頻率信號產(chǎn)生、頻率信號調(diào)理、頻率信號測量、電流信號產(chǎn)生、電流信號測量及單片機測量顯示等模塊構(gòu)成?？赏ㄟ^頻率調(diào)整旋鈕使其輸出頻率可調(diào)的標(biāo)準(zhǔn)方波信號，也可通過電流調(diào)整旋鈕使其輸出可調(diào)電流信號O～20 mA，并由數(shù)碼管顯示，此外它還能檢測外部輸入信號的頻率。由于調(diào)試對象主要是發(fā)動機，所以轉(zhuǎn)速測量是該轉(zhuǎn)速模擬器的另一獨特功能。

2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計
2．1 信號產(chǎn)生電路
(1)頻率信號產(chǎn)生電路
頻率信號產(chǎn)生電路如圖2所示。

本電路模塊的核心部件選用的是LM331電壓一頻率轉(zhuǎn)換芯片。它是美國NS公司生產(chǎn)的性能價格比較高的集成芯片，具有頻率可調(diào)范圍大、低非線性、轉(zhuǎn)換精度高、可單電源供電等特點，與周圍電路一起實現(xiàn)V／F功能。其輸出信號的頻率可用公式(1)計算：

fout=(Vin×R2)÷（2.09×R1×R3×C2） （1）

式中：Vin的單位為V，表示U1的轉(zhuǎn)換電壓；R1、R2、R3電阻的單位為Ω；C1電容的單位為F；fout的單位為Hz，表示U1輸出的頻率值?？梢?，信號頻率與Vin成正比，有著很好的線性關(guān)系，只要選擇合適的電阻和電容，且變阻器W1的性能足夠好，就能夠保證輸出信號的穩(wěn)定。這里采用的電阻都是金屬膜電阻器。