多功能發(fā)動(dòng)機轉速模擬器設計

摘要 主要介紹多功能發(fā)動(dòng)機轉速模擬器的結構原理、硬件電路設計及軟件設計。硬件設計主要以AT89C2051單片機為核心部件，通過(guò)頻率信號產(chǎn)生電路、頻率信號調理電路、看門(mén)狗復位電路、電流產(chǎn)生電路、電流測量電路、齒數設定電路、MAX7219顯示驅動(dòng)電路和LED顯示電路來(lái)實(shí)現。該多功能發(fā)動(dòng)機轉速模擬器不僅能夠提供所需的方波信號，且頻率調節精度高，能實(shí)現電流的輸出，還可以檢測外部信號的頻率及發(fā)動(dòng)機的轉速。
關(guān)鍵詞 發(fā)動(dòng)機 轉速模擬器 AT89C2051 電流輸出 MAXl44 AD694

信號發(fā)生器作為電控測量系統中應用最為普通的電控測量?jì)x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(chǎng)上逐漸出現了各種信號發(fā)生器，但其仍然擺脫不了體積大、操作按鈕多、價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)，給動(dòng)力系統工程人員外出調試和檢修電控設備帶來(lái)了不便?？紤]到諸多因素，很有必要研制一種結構簡(jiǎn)單、攜帶和使用方便的多功能發(fā)動(dòng)機轉速模擬器。它能在不啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機的情況下，模擬產(chǎn)生并輸出供現場(chǎng)所需的轉速(頻率)信號、給定電流信號來(lái)對電控設備(如電子調速器等)進(jìn)行調試，可大幅度地節省做試驗的費用(如燃油費用等)，而且調節精度高；在開(kāi)機的狀態(tài)下可以檢測外部信號的頻率(即現場(chǎng)發(fā)動(dòng)機的轉速信號)，進(jìn)行數值顯示，并且系統采用電池供電，所以該多功能發(fā)動(dòng)機轉速模擬器的成功研制將給動(dòng)力系統工程技術(shù)人員進(jìn)行現場(chǎng)測試帶來(lái)極大的方便，且具有較高的實(shí)用價(jià)值、經(jīng)濟價(jià)值。

1 系統總體方案設計
多功能發(fā)動(dòng)機轉速模擬器系統原理框圖如圖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成?？赏ㄟ^(guò)頻率調整旋鈕使其輸出頻率可調的標準方波信號，也可通過(guò)電流調整旋鈕使其輸出可調電流信號O～20 mA，并由數碼管顯示，此外它還能檢測外部輸入信號的頻率。由于調試對象主要是發(fā)動(dòng)機，所以轉速測量是該轉速模擬器的另一獨特功能。

2 系統硬件電路設計
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電壓一頻率轉換芯片。它是美國NS公司生產(chǎn)的性能價(jià)格比較高的集成芯片，具有頻率可調范圍大、低非線(xiàn)性、轉換精度高、可單電源供電等特點(diǎn)，與周?chē)娐芬黄饘?shí)現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?jiàn)，信號頻率與Vin成正比，有著(zhù)很好的線(xiàn)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定。這里采用的電阻都是金屬膜電阻器。