基于单片机的飞机发动机转速测量系统的设计

　　摘要：本文介绍了一种基于AT89S51单片机关于飞机发动机转速的测量系统的设计，利用单片机完成测量系统的控制、数据处理和显示输出，给出了测量系统的硬件设计和软件设计。实际应用表明，该测量系统具有结构简单、测试精度高、稳定性好等优点。

　　引言

　　飞机飞行过程中，转速是需要测量的一个重要参数，通过测量喷气发动机转速，可以了解发动机的功率和推力，并可确定发动机所承受的运动负荷和能量负荷。测量发动机转速时必须把飞机发动机转轴的转速传送到座舱，供给飞行员读数，为实现飞机发动机转速远距离传输问题，目前飞机上采用三相交流发电机传感器^[1]，那么如何能准确的测量显示发动机的转速?本文提出了一种利用AT89S51单片机来实现对发动机转速进行智能测量和显示，不仅可提高发动机转速的测量精度，而且可提高系统的抗干扰能力。

　　1 三相交流发动机工作原理

　　测量发动机转速的三相交流发电机传感器，其结构和原理示意图如图1所示，它由转子和定子组成。发电机的静子为星形连接的三相绕组;转子为两极永久磁铁，转子对称地截去两块，两截面相互平行，并且绕转子轴扭转了一定的角度，从而使磁力线按正弦规律分布于空气隙中。这样，当磁铁转子旋转时，磁铁转子的磁场也跟着旋转，在静子绕组所在的空间形成旋转磁场，静子绕组切割磁力线产生感应电势，在三根引线上便有三相交流电输出^[2]。

　　设三相交流发电机的转子的转速为n，转子的磁极对数为P，则定子中三相感应电势的频率为：
，这样我们将转速的测量转换为定子中三相感应电势的频率f的测量。

　　2 硬件设计

　　本文设计的发动机转速测量系统由AT89S51单片机、光电耦合器PC817、F/D9201频数变换器、键盘、显示器、复位电路和时钟电路七个部分组成，其原理框图如图2所示。

　　本测试系统以单片机AT89S51为核心部件，将发动机输出的感应电动势的频率信号经F/D变换器转换为数字量信号后，再经光电隔离后送入单片机中进行转速的解算、误差的修正，最后通过显示器进行显示。测量电路中采用光电隔离电路主要功能是为了防止外界干扰信号影响采集信号的准确性，从而提高系统的抗干扰能力^[3]。

　　AT89S51是一种低功耗、高性能，片内带4KB快闪可编程/擦除只读存储器的8位CMOS微控制器，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，使用高密度、非易失存储技术制造，可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案^[4]。

　　频数变换器FD9201把三相交流发电机测量转速后输出的感应电动势的频率信号转换为数字量信号后，通过光电耦合器PC817隔离后送给单片机AT89S51，由单片机进行转速的计算。

　　3 软件设计

　　3.1 转速测量方法

　　本文采用周期法实现频率的测量，周期测量法的基本原理如图3所示。