基于AT89S52的機載電氣盒測試儀的設計

1 引言
    飛機起飛前通常由地面電源向飛機機載設備供電，起飛后則由飛機發(fā)動機帶動發(fā)電機發(fā)電為機載設備供電。供電電網(wǎng)的質量直接關系到機載設備壽命及飛行安全，而機載電氣盒主要實時監(jiān)控飛機發(fā)電機網(wǎng)絡或地面電源網(wǎng)絡的電壓、頻率、差動電流、相序等參數(shù)。無論是飛機起飛前的地面電源還是起飛后的發(fā)電機電網(wǎng)，一旦出現(xiàn)過壓、過過壓、欠壓、欠頻、欠欠頻、超頻、超超頻、逆序和差動故障時，必須在延遲時間內自動斷開發(fā)電機或地面電源，采用后備電源向飛機供電，從而有效保護機載設備和飛行安全。本文提出一種采用AT89S52單片機設計的機載電氣盒測試儀，該測試儀可測試機載電氣盒的保護功能，測量延遲保護時間。

2 系統(tǒng)組成與工作原理
    該機載電氣盒測試儀硬件設計是由AT89S52單片機、顯示模塊、系統(tǒng)復位模塊、時鐘振蕩模塊、電源模塊、計時模塊、測試選擇模塊和接口電路組成(圖1)，其程控電源的電壓、頻率、相位、相序均可調，模擬地面電源或發(fā)電機電網(wǎng)的電源故障。該系統(tǒng)的工作原理：當供電電網(wǎng)出現(xiàn)故障，接口電路發(fā)出一個控制信號將出現(xiàn)故障的電源引入電氣盒，同時接口電路給單片機一個信號，當單片機收到該信號后，控制計時模塊開始計時，顯示模塊顯示過壓、過過壓、欠壓、欠頻、欠欠頻、超頻、超超頻、逆序和差動等故障的具體故障項；經(jīng)過一段時間后，電氣盒發(fā)出一個控制信號，切斷電網(wǎng)向機載設備的供電，同時該控制信號進入接口電路，接口電路控制計時器停止計時；讀取計時模塊時間，判斷該時間是否在系統(tǒng)允許范圍內，若不在允許范圍內或機載電氣盒未發(fā)出計時停止信號(切斷電網(wǎng)向機載設備供電的控制信號)，則不能實現(xiàn)電氣盒的該項故障監(jiān)控及保護功能，說明電氣盒出現(xiàn)故障。

3．1 AT89S52單片機
    AT89S52單片機是一款低功耗，高性能CMOS 8位微控制器，片內有8 KB系統(tǒng)可編程flash的閃速存儲器，256字節(jié)內部RAM，32條I／O端口線，看門狗定時(WDT)，2個數(shù)據(jù)指針，3個16位定時，計數(shù)器，一個 6向量2級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內晶體振蕩器及時鐘電路。AT89S52強大的功能可滿足該測試儀的設計要求。[!--empirenews.page--]
3．2 系統(tǒng)復位、時鐘振蕩模塊
    系統(tǒng)復位模塊由S1、R1、R2和C3組成，其中S1為復位按鈕，C3為電解電容，R1、R2為精密電阻；而時鐘振蕩模塊由晶振Y1、C1和C2組成。

3．3 顯示模塊
    圖2中9個LED發(fā)光二極管用于顯示電氣盒正在測試具體故障。74LS154為4-16譯碼器，選通引腳G1、G2接地，A，B，C，D依次接單片機P1.0，P1．1，P1．2和P1. 3，通過向AT89S52的P1口寫相應的數(shù)據(jù)決定譯碼器選通的具體通道，譯碼器的輸出經(jīng)2片TTL7404非門反向后驅動三極管，點亮相應的LED。當向P1口的低4位依次寫入0～8時，譯碼器輸出經(jīng)非門反向后驅動三極管，分別點亮欠壓指示燈、過壓指示燈、過過壓指示燈、欠頻指示燈、欠欠頻指示燈、超頻指示燈、超超頻指示燈、逆序指示燈和差動指示燈。當P1口輸入均為高電平時，所有指示燈都熄滅。

3．4 計時模塊
    計時模塊是由計時控制電路和計時器組成。其中，計時控制電路由2個NPN三極管和限流電阻組成；計時器是一個6位顯示的計時器，計時可精確到毫秒級，引腳2為計時器的計時控制端，當該引腳是低電平時，計時器開始計時；當為高電平時，計時器停止計時。因此，電網(wǎng)出現(xiàn)故障時，接口電路向AT89S52發(fā)出控制信號，單片機將P0.3口置為低電平，計時器開始計時。當AT89S52收到由電氣盒發(fā)出并經(jīng)接口電路轉換的計時停止信號時，單片機將P0.3口置為高電平，計時器停止計時。這時可根據(jù)計時器讀數(shù)判斷延遲保護時間是否在允許范圍內。按鈕開關S2為計時器的清零按鈕，按下S2計時器清零。
3．5 測試選擇模塊
    當開關K1斷開時，三極管截止，單片機P0.0口為高電平，表明電氣盒對發(fā)電機電網(wǎng)參數(shù)的監(jiān)控與保護功能進行測試；當開關K1閉合時，三極管導通，單片機P00口的電平為低電平，表明電氣盒對地面電源參數(shù)的監(jiān)控與保護功能進行測試。因為單片機復位時。所有的I/O口為高電平，所以當K1處于斷開狀態(tài)時，單片機復位即進入電氣盒對發(fā)電機電網(wǎng)參數(shù)的監(jiān)控與保護功能的測試狀態(tài)。
3．6 接口電路
    接口電路如圖3所示，當?shù)孛骐娫闯霈F(xiàn)故障時，計時停止信號1通過電氣盒接地(0 V)，此時P0.1口為低電平，計時器計時；當電氣盒切斷地面電源向機載設備的供電時，計時停止信號1通過電氣盒接電源(24 V)，此時P0.1口為高電平，計時器停止計時。當飛機發(fā)電機電網(wǎng)出現(xiàn)故障，計時停止信號2通過電氣盒接電源(24 V)，此時P0.2口為低電平，計時器計時；當電氣盒切斷發(fā)電機電網(wǎng)向機載設備的供電時，計時停止信號2通過電氣盒接電源(0 V)，此時P0.2口為高電平。計時器停止計時。

    以發(fā)電機電網(wǎng)過電壓故障為例，結合圖2、圖3，當閉合K8時，三極管導通，電氣盒引腳通過電阻、二極管和三極管接地，此時，發(fā)電機電網(wǎng)出現(xiàn)過電壓(由程控電源模擬)，P0.4口變?yōu)榈碗娖剑瑔纹瑱C控制P0.3為低電平，計時器開始計時，同時向P1口寫數(shù)據(jù)，點亮過壓指示燈；單片機不停檢測P0.2口，經(jīng)一定延遲后，電氣盒切斷發(fā)電機電網(wǎng)向機載設備的供電。計時停止信號2使P0.2口變?yōu)楦唠娖?，一旦單片機檢測到P0.2口變?yōu)楦唠娖?，則向P0.3口寫入高電平，計時器停止計時，讀出計時器數(shù)據(jù)，判斷該時間是否在允許范圍內。此時單片機不停檢測P0.4口，一旦斷開K8，P0.4口變?yōu)楦唠娖?，單片機向P1 口寫入數(shù)據(jù)，過壓指示燈熄滅。完成電氣盒對發(fā)電機電網(wǎng)過壓故障保護功能的測試。[!--empirenews.page--]
    各接口模塊與AT89S52的端口連接，可完成不同測試功能。其中，與P0.4相連可用來測試電氣盒對發(fā)電機電網(wǎng)過壓故障保護功能，與P0.5相連用來測試電氣盒對發(fā)電機電網(wǎng)欠壓故障保護功能，與P0.6相連用來測試電氣盒對發(fā)電機電網(wǎng)過過壓故障保護功能，與P0.7相連用來測試電氣盒對發(fā)電機電網(wǎng)欠頻故障保護功能，與P2.7相連用來測試電氣盒對發(fā)電機電網(wǎng)欠欠頻故障保護功能，與P2.6相連用來測試電氣盒對發(fā)電機電網(wǎng)差動故障保護功能；與P2.5相連用來測試電氣盒對地面電源欠壓故障保護功能，與P2.4相連用來測試電氣盒對地面電源過壓故障保護功能，與P2.3相連用來測試電氣盒對地面電源過過壓故障保護功能，與P2.2相連用來測試電氣盒對地面電源欠頻故障保護功能，與P2.1相連用來測試電氣盒對地面電源超頻故障保護功能，與P2.0相連用來測試電氣盒對地面電源超超頻故障保護功能，與P3.1相連用來測試電氣盒對地面電源逆序故障保護功能。

4 系統(tǒng)軟件設計
    上電復位后，單片機首先查詢P0.0口，當P0.0為高電平時，表明正在測試電氣盒對發(fā)電機電網(wǎng)故障保護功能，當P0.0為低電平時，表明正在測試電氣盒對地面電源故障保護功能。因為復位后單片機I／O口均為高電平，所以復位后，測試儀自動進入電氣盒對發(fā)電機電網(wǎng)故障保護功能的測試，單片機循環(huán)查詢P0.0、P0.4、P0.5、P0.6、P0.7、P2.7和P2.6當檢測到P0.4、 P0.5、P0.6P0.7、P2.7和P2.6中任意一個為低電平時，進入相應的故障保護功能測試；而當檢測到P0.0口為低電平時，測試儀進入電氣盒對地面電源故障保護功能的測試，單片機循環(huán)查詢P0.0、P2.5、P2.4、P2.3、P2.2、P2.1、P2.0和P3.1當檢測到P2.5、 P2.4、P2.3、P2.2、P2.1、P2.0和P3.1中的任意一個為低電平時，則進入相應的故障保護功能測試。
    一旦進入故障保護功能測試，首先判斷確實是電網(wǎng)故障，然后點亮相應的指示燈，并控制計時器開始計時；等計時停止信號到來時，控制計時器停止計時，計時器讀數(shù)為延遲時間，待故障消失后，指示燈熄滅，退出測試；若計時停止信號不會到來或延遲時間遠超過允許時間，則該項保護功能無法實現(xiàn)，斷開故障電網(wǎng)，故障消失，指示燈熄滅，退出該項測試。圖4為電氣盒測試儀的程序流程。

5 結束語
    電磁干擾是測試儀在研制過程中遇到的主要問題，測試儀采用金屬盒封裝切斷電磁干擾傳播路徑、電路板布線及元件布局帶來的串擾，并采用數(shù)據(jù)冗余保護與糾錯在軟件上解決干擾問題，從而大大提高測試儀的抗干擾性。實際應用表明，該測試儀具有測試準確，性能先進，工作可靠，操作方便，成本低等優(yōu)點，在日常機務維護和故障診斷中發(fā)揮著重要作用。