基于PIC16F877的飛機迎、側角自動檢測系統

迎角、側滑角傳感器提供收音機飛行時的迎角和側滑角數據，并以電壓信號的方式輸入到瞄準具，用以修正航炮、導彈發射具有射擊方位，因此，其測量準確性對收音機的射擊精度有很大的影響。由于傳感器風標安裝在空速管上，在飛行中受高速氣流的沖擊，不停振動，可能造成軸磨損、翼片變形、傳感器電位計斷絲以及接觸不良等故障，導致測量角存在較大誤差。目前在檢測迎、側滑角傳感器時，主要采用以人工定性判斷為主、測角儀定量測試為輔的手段。人工檢測只能查出明顯的故障和缺陷，可靠性不高。用測角儀檢測時，安裝不方便，操作不繁瑣，并且存在調整，指示和判讀誤差，測量精度不高。 針對這種情況，我們提出了一種自動檢測的方法，可準確地檢測迎角、側滑角風標的角度和相應的電壓，并對加溫計加溫電流、電壓進行檢測。我們設計了一種基于pic16f877單片機的迎、側角自動檢測系統，它能夠準確檢測風標的電壓、角度、加溫電流，通過led顯示測量數據，通過步進電機控制風標的轉動，通過位移傳感器風標的角度，還能與計算機進行通信，并具有打印功能。該系統在硬件和軟件方面都采取了抗干擾措施，運行穩定，性價比較高。

1 系統工作原理

迎、側角檢測系統的組成框圖如圖1所示，迎角傳感器、側滑角傳感器、位移傳感器、霍爾傳感器（電流傳感器）信號，這四路模擬信號經單片機a/d轉換成數字信號，經cpu處理，在led上顯示，通過鍵盤設定我們所需的工作條件，風標在步進電機的帶動下轉動，位移傳感器測量相對于初始點的位移，通過位置關系可以把直線位移轉換成角位移，也就是說可以把角位移轉換成電壓信號，霍爾傳感器把加溫電流轉化為電壓。如果測定的角度值和風標傳感器的電阻值與理論值在誤差允許之內，電流值在規定范圍之內，就認為傳感器工作正常。串行通信部分完成與工控機的通信，微打控制部分控制微型打印機，完成打印功能。整套系統質量較輕，控制方便，運行可靠。

2 硬件電路的設計

2.1 控制器的選擇

對迎角和側滑角傳感器信號要求達到1%的精度。pic16f877內含8路10位的a/d轉換器，對于本控制系統來說，其最高精度可以達到0.005v，完全能夠滿足系統的精度要求。

pic16f877自帶256字節的電可擦寫eeprom存儲器，儲存每次測量的基準值，也可以重新按鍵設定并寫入eeprom儲存。另外，它擁有18k×14bit的flash存儲器，368×8bit的數據sram、豐富的中斷源、標準的rs232串口設計，具有體積小、功耗低的特點。看門狗可以提高軟件運行的可靠性，risc（精簡指令集計算機）指令易學易用、icsp（在線可編程）方便可調。

2.2 模擬輸入電路、鍵盤及顯示部分

模擬輸入為四路傳感器信號，其中，迎角傳感器、側滑角傳感器為空速管自帶的傳感器。位移傳感器的測量精度能夠達到測量的要求。對傳感器信號進行一定的濾波處理，輸入到單片機的四個a/d轉換接口（ra0～ra3），轉換成10位的數字信號。步進電機和位移傳感器安裝在同一個支架上。如步進電機和位移傳感器安裝在迎角的風標上，通過鍵盤“選擇迎角”來選擇對迎角的測量，然后按“設置”鍵，設置需要測量的風標的角度。設置完成后，步進電機帶動風標和傳感器移動，移動完成后，led分時顯示角度值、電阻值、誤差值和加溫電流值。

顯示器選用8位led，每四個led為一個顯示單元，兩個單元分時顯示為設定角度值、風標電阻值、加溫電流值和測量誤差百分比。rd口提供段驅動，rd0～rd6分別連接到led的a～g，rd7為小數點控制位。每個led以5ms的頻率進行掃描顯示，對于肉眼來說該顯示是連續的。74138為3線8線譯碼器，作為位驅動。

鍵盤由ra5和rb口構成。主要功能鍵有：設置、顯示迎角、選擇迎角、選擇側滑角、顯示加溫電流值、打印、顯示誤差。設置ra5、rb0～rb3為輸出，作為行掃描線；設置rb4～rb7為輸入，作為列掃描線，從而組成4×5鍵盤。rb4～rb7初始化輸入低電平，ra5、rb0～rb3初始化輸出高電平。當有按鍵被按下時，對應的列輸入線變為高電平，由于rb4、rb5、rb6、rb7具有輸入電平變化中斷功能，發生中斷。因此，可以準確地對鍵值進行掃描，作出正確的處理。

2.3 步進電機及微打控制部分

步進電機為四相制步進電機，工作在四相十拍的時序下，步進角為0.9°。步進電機通過輪軸帶動風標的轉動和位移傳感器的移動，每次步進對應的風標轉動約為0.05°。步進電機的分頻由單片機cpu來完成，rc0～rc3四個端口作為脈沖輸出控制端。74244起數據緩沖的使用，c0328為功放模塊。為防止電流過大，采用了繼電器來保護步進電機。

微型打印機主要功能是打印測量數據，這里采用的是gp系列打印機，由rd0～rd3作為打印機狀態輸入控制與顯示端口，能夠顯示微打目前的工作狀態，采用的是中斷控制方式。

rd0～rd7為并行數據交換端口，與打印機數據線相聯。re口為讀寫控制端口，在re控制下，rd口為8位的并行從動數據總線。 rd端口作為顯示和微打控制的復用端口，執行打印命令，rd端口作為并行從動端口，由re0、re1、re2控制端口的方向，這時，關閉led的顯示。由于完成一次檢測往往只需打印一次，這是不矛盾的。

2.4 串行通信電路

本系統能夠與工控機進行通信，通過工控機我們可以進行遠程監控和測量。本系統設置單片機的串行通信接口sci工作在全雙工異步從動方式下。sci是利用rc6、rc7兩個引腳作為通信線的二線制串行接口，max232實現ttl/cmos數據轉化為rs232數據。把rc6和rc7分別設置成串行通信接口的發送/時鐘線和接收/數據線。單片機通過響應中斷來實現與工控機的通信，通信原理圖如圖4所示。

串行通信接口異步工作方式有以下重要部伯：波特率發生器（brg）、采樣電路、異步接收器、異步發送器。8位的brg用來驅動來自振蕩器的時鐘，產生標準的波特率。接收線rc7通過1個三中取二檢測電路對其采樣三次，以決定rc7引腳上的電平是高電平還是低電平。sci的發送器和接收器在功能上是獨立的，但他們所用的數據格式和波特率是相同的。串行通信采用標準的不歸零格式，即1位起始位、8位數據位和1位停止位。sci接收和發送順序是從低位到高位依次進行的。

3 軟件設計

在軟件設計中，既綜合了系統的功能、性能要求及硬件電路，又考慮了軟件的易維護性。利用看門狗結構提高軟件的穩定性。軟件晝采用模塊化設計，并盡量做到各模塊的獨立性。主要模塊有：鍵盤事件的處理、led的顯示、步進電機驅動、異步串行通信、數據采集與處理。

3.1 主程序設計

主程序的流程圖如圖5所示。

3.2 中斷處理程序設計

為了充分利用微控制器資源，提高系統的可控性和穩定性，系統使用了較多的中斷處理。pic16f877提供了豐富的中斷源，但它的中斷入口地址只有0004h一個，每種中斷都要通過它進入中斷程序，因此，中斷程序開始現場保存后，要進行各種中斷標志位的順序檢測和判斷。當判斷到中斷標志位時，轉到相應的中斷服務子程序中。根據檢測標志位的順序，可以人為地定義中斷優先級，先判斷的優先級就高。本系統根據實際情況，四種中斷優先級由高到低依次為：串行通信中斷、鍵盤中斷、打印中斷、定時中斷。中斷服務程序流程圖如圖6所示。

另外，中斷也存在嵌套問題。由于中斷入口地址只有一個，因此，當出現中斷嵌套時，各級中斷返回的地址正確與否是很重要的。中斷現場保護是中斷技術的重要組成部分，由于pic單片機中的指令系統沒有push（入棧）、pop（出棧）指令，中斷現場數據不是保留在堆棧中，而是保留在所選擇的寄存器中，所以，存儲器和存儲體的選擇是非常重要的。

4 結束語

該系統工作穩定可靠，具有良好的可控性，性價比較高。經試用單位驗證，該系統工作穩定，精確度高。可控性較強，達到國內先進水平，具有較大的推廣前景。