基于AT89S52某型直升機控制保護盒的數(shù)字化設(shè)計

摘要：機載控制保護盒必須時刻監(jiān)測機載發(fā)電機交流電壓的電壓和頻率，當(dāng)電壓或頻率出現(xiàn)超差時，及時切斷向機載設(shè)備的供電，保護設(shè)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行測量誤差大的缺點，以AT89S52單片機為核心，設(shè)計了一款數(shù)字式機載控制保護盒。該保護盒在實現(xiàn)原控制保護盒所用功能上，增加了聲音告警功能，延時時間補償算法的應(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，該保護盒具有測量準確、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；延時時間補償算法；聲音告警

直升機起飛后，由飛機發(fā)動機帶動發(fā)電機發(fā)電為機載設(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)系到機載設(shè)備的壽命及飛行安全。機載控制保護盒主要監(jiān)測發(fā)電機電網(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時，在安全時間內(nèi)及時切斷主電路和發(fā)電機激磁電路轉(zhuǎn)為備用電源供電，從而有效保護機載設(shè)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現(xiàn)，具有體積大、測量誤差大等缺點。本文采用AT89S52單片機設(shè)計了一款數(shù)字化機載控制保護盒，該數(shù)字化機載控制保護盒在完成保護功能的基礎(chǔ)上提高了測量精度，縮短了保護時間，還增加了聲音告警功能。

1 系統(tǒng)組成與工作原理
控制保護盒由AT89S52單片機系統(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(zhuǎn)換后，變換成數(shù)字信號與存儲在單片機內(nèi)的數(shù)據(jù)比較，確定機載交流電是否發(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)電機激磁電路，同時發(fā)出聲音告警信號；頻率檢測電路將機載交流電轉(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，同時發(fā)出聲音告警信號；差動電流檢測電路檢測機載三相交流電源，當(dāng)三相電源電流差值達到一定數(shù)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，同時發(fā)出聲音告警信號。

2 硬件設(shè)計
控制保護盒硬件部分由單片機系統(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)電機激磁電路7部分組成。AT89S52單片機系統(tǒng)采用最小單片機系統(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)對機載交流電源頻率進行檢測，當(dāng)機載交流電源出現(xiàn)過頻、過過頻、欠頻和欠欠頻故障時，在規(guī)定時間內(nèi)切斷機載發(fā)電機激磁電路和機載設(shè)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(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P3．5口；當(dāng)交流電源電壓低于1．5 V時，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)，通過計算得到機載交流電源的電源頻率，完成頻率檢測。