基于單片機的飛機發動機轉速測量系統的設計

　　摘要：本文介紹了一種基于AT89S51單片機關于飛機發動機轉速的測量系統的設計，利用單片機完成測量系統的控制、數據處理和顯示輸出，給出了測量系統的硬件設計和軟件設計。實際應用表明，該測量系統具有結構簡單、測試精度高、穩定性好等優點。

　　引言

　　飛機飛行過程中，轉速是需要測量的一個重要參數，通過測量噴氣發動機轉速，可以了解發動機的功率和推力，并可確定發動機所承受的運動負荷和能量負荷。測量發動機轉速時必須把飛機發動機轉軸的轉速傳送到座艙，供給飛行員讀數，為實現飛機發動機轉速遠距離傳輸問題，目前飛機上采用三相交流發電機傳感器^[1]，那么如何能準確的測量顯示發動機的轉速?本文提出了一種利用AT89S51單片機來實現對發動機轉速進行智能測量和顯示，不僅可提高發動機轉速的測量精度，而且可提高系統的抗干擾能力。

　　1 三相交流發動機工作原理

　　測量發動機轉速的三相交流發電機傳感器，其結構和原理示意圖如圖1所示，它由轉子和定子組成。發電機的靜子為星形連接的三相繞組;轉子為兩極永久磁鐵，轉子對稱地截去兩塊，兩截面相互平行，并且繞轉子軸扭轉了一定的角度，從而使磁力線按正弦規律分布于空氣隙中。這樣，當磁鐵轉子旋轉時，磁鐵轉子的磁場也跟著旋轉，在靜子繞組所在的空間形成旋轉磁場，靜子繞組切割磁力線產生感應電勢，在三根引線上便有三相交流電輸出^[2]。

　　設三相交流發電機的轉子的轉速為n，轉子的磁極對數為P，則定子中三相感應電勢的頻率為：
，這樣我們將轉速的測量轉換為定子中三相感應電勢的頻率f的測量。

　　2 硬件設計

　　本文設計的發動機轉速測量系統由AT89S51單片機、光電耦合器PC817、F/D9201頻數變換器、鍵盤、顯示器、復位電路和時鐘電路七個部分組成，其原理框圖如圖2所示。

　　本測試系統以單片機AT89S51為核心部件，將發動機輸出的感應電動勢的頻率信號經F/D變換器轉換為數字量信號后，再經光電隔離后送入單片機中進行轉速的解算、誤差的修正，最后通過顯示器進行顯示。測量電路中采用光電隔離電路主要功能是為了防止外界干擾信號影響采集信號的準確性，從而提高系統的抗干擾能力^[3]。

　　AT89S51是一種低功耗、高性能，片內帶4KB快閃可編程/擦除只讀存儲器的8位CMOS微控制器，兼容標準MCS-51指令系統及80C51引腳結構，使用高密度、非易失存儲技術制造，可為許多嵌入式控制應用系統提供高性價比的解決方案^[4]。

　　頻數變換器FD9201把三相交流發電機測量轉速后輸出的感應電動勢的頻率信號轉換為數字量信號后，通過光電耦合器PC817隔離后送給單片機AT89S51，由單片機進行轉速的計算。

　　3 軟件設計

　　3.1 轉速測量方法

　　本文采用周期法實現頻率的測量，周期測量法的基本原理如圖3所示。