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基于PIC16F877的飞机迎、侧角自动检测系统

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作者:空军工程大学工程学院(西安 710038)田贤峰 周绪高 吴华 时间:2007-01-26来源:《电子工程师》收藏

迎角、侧滑角传感器提供收音机飞行时的迎角和侧滑角数据,并以电压信号的方式输入到瞄准具,用以修正航炮、导弹发射具有射击方位,因此,其测量准确性对收音机的射击精度有很大的影响。由于传感器风标安装在空速管上,在飞行中受高速气流的冲击,不停振动,可能造成轴磨损、翼片变形、传感器电位计断丝以及接触不良等故障,导致测量角存在较大误差。目前在检测迎、侧滑角传感器时,主要采用以人工定性判断为主、测角仪定量测试为辅的手段。人工检测只能查出明显的故障和缺陷,可靠性不高。用测角仪检测时,安装不方便,操作不繁琐,并且存在调整,指示和判读误差,测量精度不高。 针对这种情况,我们提出了一种自动检测的方法,可准确地检测迎角、侧滑角风标的角度和相应的电压,并对加温计加温电流、电压进行检测。我们设计了一种基于pic16f877单片机的迎、侧角自动检测系统,它能够准确检测风标的电压、角度、加温电流,通过led显示测量数据,通过步进电机控制风标的转动,通过位移传感器风标的角度,还能与计算机进行通信,并具有打印功能。该系统在硬件和软件方面都采取了抗干扰措施,运行稳定,性价比较高。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/20809.htm

1 系统工作原理

迎、侧角检测系统的组成框图如图1所示,迎角传感器、侧滑角传感器、位移传感器、霍尔传感器(电流传感器)信号,这四路模拟信号经单片机a/d转换成数字信号,经cpu处理,在led上显示,通过键盘设定我们所需的工作条件,风标在步进电机的带动下转动,位移传感器测量相对于初始点的位移,通过位置关系可以把直线位移转换成角位移,也就是说可以把角位移转换成电压信号,霍尔传感器把加温电流转化为电压。如果测定的角度值和风标传感器的电阻值与理论值在误差允许之内,电流值在规定范围之内,就认为传感器工作正常。串行通信部分完成与工控机的通信,微打控制部分控制微型打印机,完成打印功能。整套系统质量较轻,控制方便,运行可靠。

2 硬件电路的设计

2.1 控制器的选择

对迎角和侧滑角传感器信号要求达到1%的精度。pic16f877内含8路10位的a/d转换器,对于本控制系统来说,其最高精度可以达到0.005v,完全能够满足系统的精度要求。

pic16f877自带256字节的电可擦写eeprom存储器,储存每次测量的基准值,也可以重新按键设定并写入eeprom储存。另外,它拥有18k×14bit的flash存储器,368×8bit的数据sram、丰富的中断源、标准的rs232串口设计,具有体积小、功耗低的特点。看门狗可以提高软件运行的可靠性,risc(精简指令集计算机)指令易学易用、icsp(在线可编程)方便可调。

2.2 模拟输入电路、键盘及显示部分

模拟输入为四路传感器信号,其中,迎角传感器、侧滑角传感器为空速管自带的传感器。位移传感器的测量精度能够达到测量的要求。对传感器信号进行一定的滤波处理,输入到单片机的四个a/d转换接口(ra0~ra3),转换成10位的数字信号。步进电机和位移传感器安装在同一个支架上。如步进电机和位移传感器安装在迎角的风标上,通过键盘“选择迎角”来选择对迎角的测量,然后按“设置”键,设置需要测量的风标的角度。设置完成后,步进电机带动风标和传感器移动,移动完成后,led分时显示角度值、电阻值、误差值和加温电流值。

显示器选用8位led,每四个led为一个显示单元,两个单元分时显示为设定角度值、风标电阻值、加温电流值和测量误差百分比。rd口提供段驱动,rd0~rd6分别连接到led的a~g,rd7为小数点控制位。每个led以5ms的频率进行扫描显示,对于肉眼来说该显示是连续的。74138为3线8线译码器,作为位驱动。

键盘由ra5和rb口构成。主要功能键有:设置、显示迎角、选择迎角、选择侧滑角、显示加温电流值、打印、显示误差。设置ra5、rb0~rb3为输出,作为行扫描线;设置rb4~rb7为输入,作为列扫描线,从而组成4×5键盘。rb4~rb7初始化输入低电平,ra5、rb0~rb3初始化输出高电平。当有按键被按下时,对应的列输入线变为高电平,由于rb4、rb5、rb6、rb7具有输入电平变化中断功能,发生中断。因此,可以准确地对键值进行扫描,作出正确的处理。

2.3 步进电机及微打控制部分

步进电机为四相制步进电机,工作在四相十拍的时序下,步进角为0.9°。步进电机通过轮轴带动风标的转动和位移传感器的移动,每次步进对应的风标转动约为0.05°。步进电机的分频由单片机cpu来完成,rc0~rc3四个端口作为脉冲输出控制端。74244起数据缓冲的使用,c0328为功放模块。为防止电流过大,采用了继电器来保护步进电机。

微型打印机主要功能是打印测量数据,这里采用的是gp系列打印机,由rd0~rd3作为打印机状态输入控制与显示端口,能够显示微打目前的工作状态,采用的是中断控制方式。

rd0~rd7为并行数据交换端口,与打印机数据线相联。re口为读写控制端口,在re控制下,rd口为8位的并行从动数据总线。 rd端口作为显示和微打控制的复用端口,执行打印命令,rd端口作为并行从动端口,由re0、re1、re2控制端口的方向,这时,关闭led的显示。由于完成一次检测往往只需打印一次,这是不矛盾的。

2.4 串行通信电路

本系统能够与工控机进行通信,通过工控机我们可以进行远程监控和测量。本系统设置单片机的串行通信接口sci工作在全双工异步从动方式下。sci是利用rc6、rc7两个引脚作为通信线的二线制串行接口,max232实现ttl/cmos数据转化为rs232数据。把rc6和rc7分别设置成串行通信接口的发送/时钟线和接收/数据线。单片机通过响应中断来实现与工控机的通信,通信原理图如图4所示。

串行通信接口异步工作方式有以下重要部伯:波特率发生器(brg)、采样电路、异步接收器、异步发送器。8位的brg用来驱动来自振荡器的时钟,产生标准的波特率。接收线rc7通过1个三中取二检测电路对其采样三次,以决定rc7引脚上的电平是高电平还是低电平。sci的发送器和接收器在功能上是独立的,但他们所用的数据格式和波特率是相同的。串行通信采用标准的不归零格式,即1位起始位、8位数据位和1位停止位。sci接收和发送顺序是从低位到高位依次进行的。

3 软件设计

在软件设计中,既综合了系统的功能、性能要求及硬件电路,又考虑了软件的易维护性。利用看门狗结构提高软件的稳定性。软件昼采用模块化设计,并尽量做到各模块的独立性。主要模块有:键盘事件的处理、led的显示、步进电机驱动、异步串行通信、数据采集与处理。

3.1 主程序设计

主程序的流程图如图5所示。

3.2 中断处理程序设计

为了充分利用微控制器资源,提高系统的可控性和稳定性,系统使用了较多的中断处理。pic16f877提供了丰富的中断源,但它的中断入口地址只有0004h一个,每种中断都要通过它进入中断程序,因此,中断程序开始现场保存后,要进行各种中断标志位的顺序检测和判断。当判断到中断标志位时,转到相应的中断服务子程序中。根据检测标志位的顺序,可以人为地定义中断优先级,先判断的优先级就高。本系统根据实际情况,四种中断优先级由高到低依次为:串行通信中断、键盘中断、打印中断、定时中断。中断服务程序流程图如图6所示。

另外,中断也存在嵌套问题。由于中断入口地址只有一个,因此,当出现中断嵌套时,各级中断返回的地址正确与否是很重要的。中断现场保护是中断技术的重要组成部分,由于pic单片机中的指令系统没有push(入栈)、pop(出栈)指令,中断现场数据不是保留在堆栈中,而是保留在所选择的寄存器中,所以,存储器和存储体的选择是非常重要的。

4 结束语

该系统工作稳定可靠,具有良好的可控性,性价比较高。经试用单位验证,该系统工作稳定,精确度高。可控性较强,达到国内先进水平,具有较大的推广前景。

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