基于AT89S51设计的机载数字化发电机控制盒设计

直升机起飞后，由飞机发动机带动发电机发电为机载设提供一个稳定的115 V／400 Hz的交流电。所有用电的机载设备电源都是直接使用115 V／400 Hz或经变换后使用，因此，该电源的稳定性直接关系到机载设备的寿命及飞行安全。机载控制保护盒主要监测发电机电网的电压、频率等信号，当电网出现过压、欠压、过频、欠频、过过频、欠频和差动电流超标时，在安全时间内及时切断主电路和发电机激磁电路转为备用电源供电，从而有效保护机载设备和飞行安全。
    某型直升机机载控制保护盒是上世纪80年代的产品，控制电路均由分立元件搭建的模拟电路实现，具有体积大、测量误差大等缺点。本文采用AT89S52单片机设计了一款数字化机载控制保护盒，该数字化机载控制保护盒在完成保护功能的基础上提高了测量精度，缩短了保护时间，还增加了声音告警功能。

1 系统组成与工作原理

    控制保护盒由AT89S52单片机系统、电源电路、复位电路、电压检测电路、频率检测电路、差动电流检测电路、主电路接触器控制电路、27 V直流电源电路、发电机激磁控制电路和声音告警电路组成，如图1所示。其中电源电路为单片机提供+5 V直流电源、27 V直流电源电路为接触器提供27 V电源。其工作原理如下：电压检测电路对机载交流电源采样。采样后变换成直流电，该直流电经AD转换后，变换成数字信号与存储在单片机内的数据比较，确定机载交流电是否发生过压或欠压，当发生过压或欠压时，延时一定的时间后发出控制信号，切断主电路接触器和发电机激磁电路，同时发出声音告警信号；频率检测电路将机载交流电转换成与频率相关的脉冲信号，该信号经计数后转换成频率信号，当发生过频、过过频、欠频和欠欠频故障时，单片机发出控制信号切断主电路接触器和发电机激磁电路，同时发出声音告警信号；差动电流检测电路检测机载三相交流电源，当三相电源电流差值达到一定数值后，单片机发出控制信号切断主电路接触器和发电机激磁电路，同时发出声音告警信号。

2 硬件设计

控制保护盒硬件部分由单片机系统、电源电路、频率检测电路、差动电流检测电路、电压检测电路、供电控制电路和发电机激磁电路7部分组成。AT89S52单片机系统采用最小单片机系统和按键复位设计，具体电路不再详述，主要介绍其余6部分电路。

2．1 频率检测电路和电压检测电路

频率检测电路，如图2(a)所示。主要实现对机载交流电源频率进行检测，当机载交流电源出现过频、过过频、欠频和欠欠频故障时，在规定时间内切断机载发电机激磁电路和机载设备供电电路。取机载交流电源任意一相输入控制保护盒的5(或14)号和4号插针，交流电源流经限流电阻和1．5 V稳压管，当交流电源电压瞬时值高于1．5 V时，稳压管反向导通形成1．5 V电压，三极管导通输出0 V电压，经与非门整形后输出逻辑高电平“1”，输入单片机P3．5口；当交流电源电压低于1．5 V时，稳压管正向导通，三极管截止输出5 V电压，经与非门整形后输出逻辑低电平“0”，输入单片机P3．5口；因此，每一个交流电周期，P3．5口得到一个高电平。AT89S52单片机在一定时间内计数P3．5口的脉冲数，通过计算得到机载交流电源的电源频率，完成频率检测。