基于AT89S52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刻監測機載發電機交流電壓的電壓和頻率，當電壓或頻率出現超差時，及時切斷向機載設備的供電，保護設備避免事故發生。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，設計了一款數字式機載控制保護盒。該保護盒在實現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用，使得控制盒動作時間可精確到毫秒。實際應用結果表明，該保護盒具有測量準確、可靠性高、成本低、體積小等優點。
關鍵詞：AT89S52；數字化；保護；延時時間補償算法；聲音告警

直升機起飛后，由飛機發動機帶動發電機發電為機載設提供一個穩定的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或經變換后使用，因此，該電源的穩定性直接關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電機電網的電壓、頻率等信號，當電網出現過壓、欠壓、過頻、欠頻、過過頻、欠頻和差動電流超標時，在安全時間內及時切斷主電路和發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年代的產品，控制電路均由分立元件搭建的模擬電路實現，具有體積大、測量誤差大等缺點。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生過壓或欠壓，當發生過壓或欠壓時，延時一定的時間后發出控制信號，切斷主電路接觸器和發電機激磁電路，同時發出聲音告警信號；頻率檢測電路將機載交流電轉換成與頻率相關的脈沖信號，該信號經計數后轉換成頻率信號，當發生過頻、過過頻、欠頻和欠欠頻故障時，單片機發出控制信號切斷主電路接觸器和發電機激磁電路，同時發出聲音告警信號；差動電流檢測電路檢測機載三相交流電源，當三相電源電流差值達到一定數值后，單片機發出控制信號切斷主電路接觸器和發電機激磁電路，同時發出聲音告警信號。

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、差動電流檢測電路、電壓檢測電路、供電控制電路和發電機激磁電路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。主要實現對機載交流電源頻率進行檢測，當機載交流電源出現過頻、過過頻、欠頻和欠欠頻故障時，在規定時間內切斷機載發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，交流電源流經限流電阻和1．5 V穩壓管，當交流電源電壓瞬時值高于1．5 V時，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，經與非門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，穩壓管正向導通，三極管截止輸出5 V電壓，經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計數P3．5口的脈沖數，通過計算得到機載交流電源的電源頻率，完成頻率檢測。