1 引言

飛機起飛前通常由地面電源向飛機機載設備供電，起飛后則由飛機發動機帶動發電機發電為機載設備供電。供電電網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控飛機發電機網絡或地面電源網絡的電壓、頻率、差動電流、相序等參數。無論是飛機起飛前的地面電源還是起飛后的發電機電網，一旦出現過壓、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，模擬地面電源或發電機電網的電源故障。該系統的工作原理：當供電電網出現故障，接口電路發出一個控制信號將出現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；經過一段時間后，電氣盒發出一個控制信號，切斷電網向機載設備的供電，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允許范圍內，若不在允許范圍內或機載電氣盒未發出計時停止信號（切斷電網向機載設備供電的控制信號），則不能實現電氣盒的該項故障監控及保護功能，說明電氣盒出現故障。

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系統可編程flash的閃速存儲器，256字節內部RAM，32條I／O端口線，看門狗定時（WDT），2個數據指針，3個16位定時，計數器，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。

3．2 系統復位、時鐘振蕩模塊

系統復位模塊由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口寫相應的數據決定譯碼器選通的具體通道，譯碼器的輸出經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，電網出現故障時，接口電路向AT89S52發出控制信號，單片機將P0.3口置為低電平，計時器開始計時。當AT89S52收到由電氣盒發出并經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。這時可根據計時器讀數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，表明電氣盒對發電機電網參數的監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的監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處于斷開狀態時，單片機復位即進入電氣盒對發電機電網參數的監控與保護功能的測試狀態。

3．6 接口電路

接口電路如圖3所示，當地面電源出現故障時，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。當飛機發電機電網出現故障，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；當電氣盒切斷發電機電網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。

以發電機電網過電壓故障為例，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，發電機電網出現過電壓（由程控電源模擬），P0.4口變為低電平，單片機控制P0.3為低電平，計時器開始計時，同時向P1口寫數據，點亮過壓指示燈；單片機不停檢測P0.2口，經一定延遲后，電氣盒切斷發電機電網向機載設備的供電。計時停止信號2使P0.2口變為高電平，一旦單片機檢測到P0.2口變為高電平，則向P0.3口寫入高電平，計時器停止計時，讀出計時器數據，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口變為高電平，單片機向P1 口寫入數據，過壓指示燈熄滅。完成電氣盒對發電機電網過壓故障保護功能的測試。

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電機電網過壓故障保護功能，與P0.5相連用來測試電氣盒對發電機電網欠壓故障保護功能，與P0.6相連用來測試電氣盒對發電機電網過過壓故障保護功能，與P0.7相連用來測試電氣盒對發電機電網欠頻故障保護功能，與P2.7相連用來測試電氣盒對發電機電網欠欠頻故障保護功能，與P2.6相連用來測試電氣盒對發電機電網差動故障保護功能；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電機電網故障保護功能，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電機電網故障保護功能的測試，單片機循環查詢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，斷開故障電網，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，并采用數據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，成本低等優點，在日常機務維護和故障診斷中發揮著重要作用。

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