一種多功能發(fā)動機轉速模擬器的設計

信號發(fā)生器作為電控測量系統(tǒng)中應用最為普通的電控測量儀器之一，是工業(yè)控制、教學、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)工程人員外出調試和檢修電控設備帶來了不便?？紤]到諸多因素，很有必要研制一種結構簡單、攜帶和使用方便的多功能發(fā)動機轉速模擬器。它能在不啟動發(fā)動機的情況下，模擬產生并輸出供現(xiàn)場所需的轉速(頻率)信號、給定電流信號來對電控設備(如電子調速器等)進行調試，可大幅度地節(jié)省做試驗的費用(如燃油費用等)，且調節(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)動機的轉速信號)，進行數(shù)值顯示，并且系統(tǒng)采用電池供電，所以該多功能發(fā)動機轉速模擬器的成功研制將給動力系統(tǒng)工程技術人員進行現(xiàn)場測試帶來極大的方便，且具有較高的實用價值、經濟價值。

1 系統(tǒng)總體方案設計

　　多功能發(fā)動機轉速模擬器系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。它主要由電源、頻率信號產生、頻率信號調理、頻率信號測量、電流信號產生、電流信號測量及單片機測量顯示等模塊構成?？赏ㄟ^頻率調整旋鈕使其輸出頻率可調的標準方波信號，也可通過電流調整旋鈕使其輸出可調電流信號0～20 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。由于調試對象主要是發(fā)動機，所以轉速測量是該轉速模擬器的另一獨特功能。

2系統(tǒng)硬件電路設計

　　2．1 信號產生電路

　　(1)頻率信號產生電路

　　頻率信號產生電路如圖2所示。

　　本電路模塊的核心部件選用的是LM331電壓頻率轉換芯片。它是美國NS公司生產的性能價格比較高的集成芯片，具有頻率可調范圍大、低非線性、轉換精度高、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：

　　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Q；C。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。

　　(2)電流信號產生電路

　　電流信號產生電路如圖3所示。本電路模塊和頻率信號產生模塊共用一個滑動變阻器W1。接線如下：J3-1、J3-2、J3-3分別接頻率信號產生電路中的J1-1、J1-2、J1-3，通過選段開關來選擇頻率、電流調節(jié)。調節(jié)滑動變阻器W1的值可實現(xiàn)O～20 mA的電流輸出。該電路選用的核心部件是AD*。AD*是一種單片電壓電流轉換器(以下簡稱V／I)。它將輸入電壓信號轉換成標準的O～20 mA電流信號，可廣泛用于壓力、流量、溫度等信號的參數(shù)傳遞，并對閥、調節(jié)器以及過程控制中一些常用設備的控制。