基于A(yíng)T89S52某型直升機控制保護盒的數字化設計

摘要：機載控制保護盒必須時(shí)刻監測機載發(fā)電機交流電壓的電壓和頻率，當電壓或頻率出現超差時(shí)，及時(shí)切斷向機載設備的供電，保護設備避免事故發(fā)生。針對某型直升機控制保護盒采用模擬電路方式進(jìn)行測量誤差大的缺點(diǎn)，以AT89S52單片機為核心，設計了一款數字式機載控制保護盒。該保護盒在實(shí)現原控制保護盒所用功能上，增加了聲音告警功能，延時(shí)時(shí)間補償算法的應用，使得控制盒動(dòng)作時(shí)間可精確到毫秒。實(shí)際應用結果表明，該保護盒具有測量準確、可靠性高、成本低、體積小等優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：AT89S52；數字化；保護；延時(shí)時(shí)間補償算法；聲音告警

直升機起飛后，由飛機發(fā)動(dòng)機帶動(dòng)發(fā)電機發(fā)電為機載設提供一個(gè)穩定的115 V／400 Hz的交流電。所有用電的機載設備電源都是直接使用115 V／400 Hz或經(jīng)變換后使用，因此，該電源的穩定性直接關(guān)系到機載設備的壽命及飛行安全。機載控制保護盒主要監測發(fā)電機電網(wǎng)的電壓、頻率等信號，當電網(wǎng)出現過(guò)壓、欠壓、過(guò)頻、欠頻、過(guò)過(guò)頻、欠頻和差動(dòng)電流超標時(shí)，在安全時(shí)間內及時(shí)切斷主電路和發(fā)電機激磁電路轉為備用電源供電，從而有效保護機載設備和飛行安全。
某型直升機機載控制保護盒是上世紀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，具有體積大、測量誤差大等缺點(diǎn)。本文采用AT89S52單片機設計了一款數字化機載控制保護盒，該數字化機載控制保護盒在完成保護功能的基礎上提高了測量精度，縮短了保護時(shí)間，還增加了聲音告警功能。

1 系統組成與工作原理
控制保護盒由AT89S52單片機系統、電源電路、復位電路、電壓檢測電路、頻率檢測電路、差動(dòng)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：電壓檢測電路對機載交流電源采樣。采樣后變換成直流電，該直流電經(jīng)AD轉換后，變換成數字信號與存儲在單片機內的數據比較，確定機載交流電是否發(fā)生過(guò)壓或欠壓，當發(fā)生過(guò)壓或欠壓時(shí)，延時(shí)一定的時(shí)間后發(fā)出控制信號，切斷主電路接觸器和發(fā)電機激磁電路，同時(shí)發(fā)出聲音告警信號；頻率檢測電路將機載交流電轉換成與頻率相關(guān)的脈沖信號，該信號經(jīng)計數后轉換成頻率信號，當發(fā)生過(guò)頻、過(guò)過(guò)頻、欠頻和欠欠頻故障時(shí)，單片機發(fā)出控制信號切斷主電路接觸器和發(fā)電機激磁電路，同時(shí)發(fā)出聲音告警信號；差動(dòng)電流檢測電路檢測機載三相交流電源，當三相電源電流差值達到一定數值后，單片機發(fā)出控制信號切斷主電路接觸器和發(fā)電機激磁電路，同時(shí)發(fā)出聲音告警信號。

2 硬件設計
控制保護盒硬件部分由單片機系統、電源電路、頻率檢測電路、差動(dòng)電流檢測電路、電壓檢測電路、供電控制電路和發(fā)電機激磁電路7部分組成。AT89S52單片機系統采用最小單片機系統和按鍵復位設計，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(shí)現對機載交流電源頻率進(jìn)行檢測，當機載交流電源出現過(guò)頻、過(guò)過(guò)頻、欠頻和欠欠頻故障時(shí)，在規定時(shí)間內切斷機載發(fā)電機激磁電路和機載設備供電電路。取機載交流電源任意一相輸入控制保護盒的5(或14)號和4號插針，交流電源流經(jīng)限流電阻和1．5 V穩壓管，當交流電源電壓瞬時(shí)值高于1．5 V時(shí)，穩壓管反向導通形成1．5 V電壓，三極管導通輸出0 V電壓，經(jīng)與非門(mén)整形后輸出邏輯高電平“1”，輸入單片機P3．5口；當交流電源電壓低于1．5 V時(shí)，穩壓管正向導通，三極管截止輸出5 V電壓，經(jīng)與非門(mén)整形后輸出邏輯低電平“0”，輸入單片機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單片機在一定時(shí)間內計數P3．5口的脈沖數，通過(guò)計算得到機載交流電源的電源頻率，完成頻率檢測。