某型飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

張靜+彭剛鋒+劉冰+張琬珍

摘 要： 針對(duì)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)信號(hào)數(shù)量多、附屬系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，所要測(cè)量的參數(shù)及需要進(jìn)行數(shù)據(jù)交聯(lián)的設(shè)備越來(lái)越多的特點(diǎn)，從硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)出發(fā)，設(shè)計(jì)了以DSP+ CPLD 的嵌入式參數(shù)采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、集成度高、可靠性高、數(shù)據(jù)傳輸速度快，可用于滑油溫度、滑油壓力、燃油流量、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、汽缸頭溫度和發(fā)電機(jī)溫度等數(shù)據(jù)的采集。

關(guān)鍵詞： 飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)； DSP； CPLD； 參數(shù)采集

中圖分類(lèi)號(hào)： TN964?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）22?0067?03

Hardware design of data acquisition system for a certain aircraft engine

ZHANG Jing， PENG Gang?feng， LIU Bing， ZHANG Wai?zhen

（Xian Aeronautics Computing Technique Research Institute， AVIC， Xian 710119， China）

Abstract： According to the characteristics of too many engine signals， more and more complex affiliated systems， increasing parameters needing to be measured， and increasing equipments which need data interaction， an embedded data acquisition system based on DSP+CPLD was designed. This system has the advantages of simple circuit structure， high integration， high reliability and high data transmission speed. It can be used for data acquisition of lubrication oil temperature， lubrication oil pressure， fuel flow， engine rotational speed cylinder head temperature， engine temperature， etc.

Keyword： aircraft engine； DSP； CPLD； data acquisition

0 引 言

隨著航空技術(shù)的飛速發(fā)展 ，航空儀表中越來(lái)越多地使用嵌入式系統(tǒng)。航空發(fā)動(dòng)機(jī)是飛機(jī)上的最重要部件之一， 它所需要測(cè)量的各項(xiàng)參數(shù)比較多，而這些參數(shù)數(shù)據(jù)對(duì)駕駛員來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的，而且這些參數(shù)的精度和實(shí)時(shí)性要求也很高， 傳統(tǒng)的單片機(jī)已經(jīng)無(wú)法滿足這些參數(shù)的采集和處理工作。本系統(tǒng)結(jié)合當(dāng)前先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理器TMS320F2812，以DSP和CPLD的結(jié)構(gòu)組成滿足實(shí)時(shí)性要求的參數(shù)采集系統(tǒng)[1?3]。

1 工作原理

發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集系統(tǒng)主要采集發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度、壓力、流量和轉(zhuǎn)速等狀態(tài)信息、接收燃油油量計(jì)算機(jī)的油量數(shù)據(jù)幀，對(duì)采集、接收到得信息進(jìn)行解析和組包，通過(guò)RS 422 串口發(fā)送到外部。根據(jù)需求，發(fā)參采集系統(tǒng)由電源部分、數(shù)據(jù)采集處理（DSP）部分、溫度信號(hào)采集部分、壓力信號(hào)采集部分、流量信號(hào)采集部分、轉(zhuǎn)速信號(hào)采集部分、火警信號(hào)采集部分和串口通信部分等功能部分組成。發(fā)參采集系統(tǒng)由DSP 模塊和I/O 模塊組成，DSP 模塊負(fù)責(zé)電源轉(zhuǎn)換、信號(hào)采集和數(shù)據(jù)的傳輸，I/O 模塊負(fù)責(zé)溫度、壓力、轉(zhuǎn)速和流量等信號(hào)的調(diào)理[4?5]。發(fā)參采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 處理器模塊

發(fā)參采集器DSP芯片選擇TI嵌入式DSP芯片產(chǎn)品TMS320F2812GHHS，外接512 KB的RAM存儲(chǔ)器，1 MB的FLASH存儲(chǔ)器。TMS320F2812GHHS處理器主頻可達(dá)150 MHz，低功耗，內(nèi)核電壓1.8 V，I/O接口電壓3.3 V，片內(nèi)FLASH編程電壓3.3 V，32位的高性能CPU，哈佛總線結(jié)構(gòu)，工作溫度范圍-40～125 ℃，擁有3個(gè)32位的CPU定時(shí)器，兩個(gè)事件管理器等豐富資源。使用30 MHz的晶體作為DSP的時(shí)鐘輸入，經(jīng)內(nèi)部鎖相環(huán)倍頻到120 MHz作為DSP工作的時(shí)鐘；使用一片TPS70351電壓調(diào)整器為DSP提供3.3 V的I/O電壓和1.8 V的內(nèi)核電壓，提供上電復(fù)位和電源監(jiān)控復(fù)位2種復(fù)位方式[6]。

2.2 CPLD模塊

CPLD即復(fù)雜可編程邏輯器件，本設(shè)計(jì)選用Xilinx的XC95288XL實(shí)現(xiàn)發(fā)參采集器的控制邏輯。它具有288個(gè)宏單元， 最大I/O數(shù)為168個(gè)。含JTAG測(cè)試接口，具有可測(cè)性； 具有5 V和3.3 V在系統(tǒng)可編程（ISP）能力， 且達(dá)到最小1萬(wàn)次編程/擦除次數(shù)； 所有信號(hào)都有相同的延時(shí)，而且與其路徑無(wú)關(guān)；驅(qū)動(dòng)負(fù)載能力強(qiáng)，輸人/輸出口的負(fù)載電流可達(dá)[1]24 mA。

CPLD主要完成的控制功能有：實(shí)現(xiàn)串口芯片TL16C554的片選、譯碼及控制功能；實(shí)現(xiàn)ADS1258的選擇和控制功能；實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)速信號(hào)頻率量的濾波；實(shí)現(xiàn)對(duì)板上狀態(tài)指示用開(kāi)關(guān)量的輸入/輸出控制。

2.3 電源轉(zhuǎn)換模塊

發(fā)參采集系統(tǒng)電源輸入范圍為18～32 V，經(jīng)過(guò)電源轉(zhuǎn)換部分轉(zhuǎn)換成+15 V，+10 V，數(shù)字5 V和模擬5 V。

+15 V用于電壓參考芯片的供電，+10 V用于外部燃油流量傳感器的供電，數(shù)字5 V經(jīng)過(guò)電壓調(diào)整器TPS70351轉(zhuǎn)換成3.3 V和1.8 V的電壓，用于DSP，CPLD，存儲(chǔ)器和光耦等的供電，模擬5 V用于A/D轉(zhuǎn)換芯片、運(yùn)放等的供電。

2.4 信號(hào)調(diào)整模塊

本系統(tǒng)可采集的信號(hào)包括20路溫度信號(hào)、8路壓力信號(hào)、1路燃油流量信號(hào)、1路轉(zhuǎn)速信號(hào)、8路油位信號(hào)。

2.4.1 溫度信號(hào)處理

本系統(tǒng)采集熱電偶傳感器的信號(hào)，信號(hào)為幅值0～50 mV的電壓信號(hào)，為了對(duì)熱電偶進(jìn)行冷端補(bǔ)償，在連接器上靠近冷端的位置焊接一個(gè)測(cè)溫二極管，測(cè)量熱電偶冷端的溫度，認(rèn)為所有熱電偶冷端的溫度相同。

信號(hào)進(jìn)入該系統(tǒng)后通過(guò)一個(gè)T型濾波電路后直接進(jìn)入ADS1258進(jìn)行測(cè)量；冷端測(cè)溫選用測(cè)溫二極管1N4148，二極管兩端壓降隨溫度變化而變化，二極管兩端壓降經(jīng)濾波后接入運(yùn)算放大器進(jìn)行跟隨后進(jìn)入ADS1258進(jìn)行采集。

2.4.2 壓力信號(hào)處理

壓力傳感器有電壓型壓力傳感器和電流型壓力傳感器2種。對(duì)于電壓型壓力傳感器，發(fā)參采集系統(tǒng)向其提供+5 V的工作電壓，傳感器電壓信號(hào)進(jìn)入發(fā)參采集系統(tǒng)經(jīng)過(guò)一級(jí)跟隨和T型濾波電路后，進(jìn)入ADS128進(jìn)行采集，T型濾波選用1 kΩ的電阻、0.1 μF的電容；對(duì)于信號(hào)為4～20 mA的電流型壓力傳感器，信號(hào)進(jìn)入后先經(jīng)過(guò)流壓轉(zhuǎn)換電路，將信號(hào)轉(zhuǎn)成0.88～4.4 V的電壓信號(hào)，再經(jīng)過(guò)一級(jí)儀用運(yùn)放，進(jìn)入ADS1258進(jìn)行采集，儀用運(yùn)放的增益選用默認(rèn)。

2.4.3 燃油流量信號(hào)處理

燃油流量傳感器是一個(gè)有源傳感器，發(fā)參采集系統(tǒng)給其提供+10 V的工作電壓。傳感器的OC門(mén)信號(hào)進(jìn)入發(fā)參采集器先進(jìn)行上拉，然后功過(guò)一級(jí)光耦對(duì)信號(hào)進(jìn)行整形，整形后經(jīng)驅(qū)動(dòng)器片后進(jìn)入DSP的事件捕獲單元對(duì)頻率進(jìn)行計(jì)數(shù)，完成對(duì)燃油流量數(shù)據(jù)的采集。上拉電阻和限流都選用1 kΩ的電阻，光耦前端加一反向的BAS32L二極管做保護(hù)。

2.4.4 轉(zhuǎn)速信號(hào)處理

發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量有使用磁電機(jī)信號(hào)、MT?20傳感器或1?9AX傳感器測(cè)量3種方式。

使用磁電機(jī)信號(hào)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，有左磁電機(jī)、右磁電機(jī)共兩路信號(hào)，其中右磁電機(jī)信號(hào)與MT?20傳感器、1?9AX傳感器復(fù)用管腳，左磁電機(jī)使用專(zhuān)用管腳，兩路磁電機(jī)信號(hào)硬件處理電路完全相同，軟件上對(duì)兩路信號(hào)同時(shí)采集，采集完成后進(jìn)行容錯(cuò)判斷，得出發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。信號(hào)進(jìn)入后首先對(duì)幅值進(jìn)行衰減（在外部信號(hào)線上需要串聯(lián)一個(gè)47 kΩ的電阻進(jìn)行分壓），然后將衰減后信號(hào)0電平以下的信號(hào)全部反向，0電平以上信號(hào)保持，并用二極管對(duì)電壓進(jìn)行鉗位，對(duì)鉗位后1 V左右的電壓進(jìn)行放大，放大后的信號(hào)通過(guò)一個(gè)光耦整形后進(jìn)入CPLD進(jìn)行濾波，濾波后的信號(hào)最后進(jìn)入到DSP的捕獲單元進(jìn)行計(jì)數(shù)，軟件中根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈磁電機(jī)打火三次的關(guān)系計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

使用MT?20傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速的時(shí)候，信號(hào)進(jìn)入發(fā)參采集器后經(jīng)過(guò)RC濾波和運(yùn)放（做過(guò)零比較器使用）后，通過(guò)一個(gè)光耦整形后進(jìn)入DSP的捕獲單元進(jìn)行計(jì)數(shù)，軟件中根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈產(chǎn)生149個(gè)正弦波的對(duì)應(yīng)關(guān)系計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。使用1?9AX傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速信號(hào)時(shí)，信號(hào)進(jìn)入發(fā)參采集器經(jīng)過(guò)分壓和運(yùn)放的跟隨后，經(jīng)過(guò)光耦整形后進(jìn)入DSP的捕獲單元進(jìn)行計(jì)數(shù)，軟件中根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈產(chǎn)生1.5個(gè)脈沖信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速信號(hào)從同一管腳進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集器后，根據(jù)不同的轉(zhuǎn)速傳感器的類(lèi)型，硬件上通過(guò)焊接不同的選通電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)處理電路選擇。軟件上根據(jù)外部?jī)陕冯x散量K1，K2的狀態(tài)來(lái)選擇處理程序，完成對(duì)發(fā)參采集器轉(zhuǎn)速的采集。

2.4.5 油位測(cè)量信號(hào)處理

油位信號(hào)測(cè)量可以使用阻性油量傳感器和容性油量傳感器2種傳感器進(jìn)行測(cè)量。使用阻性油量傳感器時(shí)，信號(hào)為0～18 V的單端電壓信號(hào)，信號(hào)進(jìn)入發(fā)參采集器后先對(duì)電壓衰減到0～3.9 V，經(jīng)過(guò)一級(jí)運(yùn)放跟隨和RC濾波電路后，進(jìn)入ADS1258進(jìn)行采集使用容性油量傳感器時(shí)，信號(hào)特征為幅值5 V的方波信號(hào)，頻率范圍0～6 kHz，信號(hào)進(jìn)入發(fā)參采集器后經(jīng)過(guò)光耦和244芯片驅(qū)動(dòng)后，進(jìn)入到DSP的捕獲單元進(jìn)行信號(hào)采集。

2.5 串口電路模塊

發(fā)參采集器共有6路串口，5路RS 422串口和1路RS 232串口。RS 422串口電路共5路，4路串口電路選用TI公司生產(chǎn)的4通道異步收發(fā)器集成芯片TL16C554和4個(gè)RS 422接口芯片MAX3490來(lái)實(shí)現(xiàn)。TL16C554采用3.3 V工作電壓，80引腳TQFP封裝，采用14.745 6 MHz晶振作為輸入時(shí)鐘。

MAX3490是一種全雙工的高速RS 422通信接口芯片，它通過(guò)抑制由長(zhǎng)線引起的內(nèi)部信號(hào)干擾來(lái)增加可靠通信的距離與速度，通信速度最高可以達(dá)到10 Mb/s，通信距離可達(dá)300 m。

第5路RS 422串口電路用F2812本身的SCIA接口（串行通信接口）和接口芯片MAX3490來(lái)實(shí)現(xiàn)。

1路RS 232調(diào)試接口采用SCIB接口和接口芯片MAX3232來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3 結(jié) 論

本系統(tǒng)選用高速數(shù)字信號(hào)處理器件、采用模塊化設(shè)計(jì)理念，保證了系統(tǒng)實(shí)用性、、高精度、高可靠性、小型化且構(gòu)架簡(jiǎn)單、易于維護(hù)的要求。通過(guò)各項(xiàng)試驗(yàn)表時(shí)，該發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集系統(tǒng)在實(shí)際使用中效果良好，已進(jìn)行小批量的投產(chǎn)[7]。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳亞萍，陳明.基于DSP和CPLD的液晶顯示控制器的設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2007，15（4）：482?484.

[2] 劉軼.基于多個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器的航空發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].測(cè)控技術(shù)，2005，24（11）：17?20.

[3] 景德勝，蔣謝剛，呂明.通用飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集顯示系統(tǒng)研究[J].硅谷，2012，6（10）：92?93.

[4] 劉鴻，李鵬.基于雙DSP的航空發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2009，9（17）：4992?4996.

[5] 趙博輝.發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集器系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[D].西安：西北工業(yè)大學(xué)，2004.

[6] 蘇濤.高性能DSP與高速實(shí)時(shí)信號(hào)處理[M].2版.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2002.

[7] 馬明建，周長(zhǎng)城.數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，2001.

+15 V用于電壓參考芯片的供電，+10 V用于外部燃油流量傳感器的供電，數(shù)字5 V經(jīng)過(guò)電壓調(diào)整器TPS70351轉(zhuǎn)換成3.3 V和1.8 V的電壓，用于DSP，CPLD，存儲(chǔ)器和光耦等的供電，模擬5 V用于A/D轉(zhuǎn)換芯片、運(yùn)放等的供電。

2.4 信號(hào)調(diào)整模塊

本系統(tǒng)可采集的信號(hào)包括20路溫度信號(hào)、8路壓力信號(hào)、1路燃油流量信號(hào)、1路轉(zhuǎn)速信號(hào)、8路油位信號(hào)。

2.4.1 溫度信號(hào)處理

本系統(tǒng)采集熱電偶傳感器的信號(hào)，信號(hào)為幅值0～50 mV的電壓信號(hào)，為了對(duì)熱電偶進(jìn)行冷端補(bǔ)償，在連接器上靠近冷端的位置焊接一個(gè)測(cè)溫二極管，測(cè)量熱電偶冷端的溫度，認(rèn)為所有熱電偶冷端的溫度相同。

信號(hào)進(jìn)入該系統(tǒng)后通過(guò)一個(gè)T型濾波電路后直接進(jìn)入ADS1258進(jìn)行測(cè)量；冷端測(cè)溫選用測(cè)溫二極管1N4148，二極管兩端壓降隨溫度變化而變化，二極管兩端壓降經(jīng)濾波后接入運(yùn)算放大器進(jìn)行跟隨后進(jìn)入ADS1258進(jìn)行采集。

2.4.2 壓力信號(hào)處理

壓力傳感器有電壓型壓力傳感器和電流型壓力傳感器2種。對(duì)于電壓型壓力傳感器，發(fā)參采集系統(tǒng)向其提供+5 V的工作電壓，傳感器電壓信號(hào)進(jìn)入發(fā)參采集系統(tǒng)經(jīng)過(guò)一級(jí)跟隨和T型濾波電路后，進(jìn)入ADS128進(jìn)行采集，T型濾波選用1 kΩ的電阻、0.1 μF的電容；對(duì)于信號(hào)為4～20 mA的電流型壓力傳感器，信號(hào)進(jìn)入后先經(jīng)過(guò)流壓轉(zhuǎn)換電路，將信號(hào)轉(zhuǎn)成0.88～4.4 V的電壓信號(hào)，再經(jīng)過(guò)一級(jí)儀用運(yùn)放，進(jìn)入ADS1258進(jìn)行采集，儀用運(yùn)放的增益選用默認(rèn)。

2.4.3 燃油流量信號(hào)處理

燃油流量傳感器是一個(gè)有源傳感器，發(fā)參采集系統(tǒng)給其提供+10 V的工作電壓。傳感器的OC門(mén)信號(hào)進(jìn)入發(fā)參采集器先進(jìn)行上拉，然后功過(guò)一級(jí)光耦對(duì)信號(hào)進(jìn)行整形，整形后經(jīng)驅(qū)動(dòng)器片后進(jìn)入DSP的事件捕獲單元對(duì)頻率進(jìn)行計(jì)數(shù)，完成對(duì)燃油流量數(shù)據(jù)的采集。上拉電阻和限流都選用1 kΩ的電阻，光耦前端加一反向的BAS32L二極管做保護(hù)。

2.4.4 轉(zhuǎn)速信號(hào)處理

發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量有使用磁電機(jī)信號(hào)、MT?20傳感器或1?9AX傳感器測(cè)量3種方式。

使用磁電機(jī)信號(hào)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，有左磁電機(jī)、右磁電機(jī)共兩路信號(hào)，其中右磁電機(jī)信號(hào)與MT?20傳感器、1?9AX傳感器復(fù)用管腳，左磁電機(jī)使用專(zhuān)用管腳，兩路磁電機(jī)信號(hào)硬件處理電路完全相同，軟件上對(duì)兩路信號(hào)同時(shí)采集，采集完成后進(jìn)行容錯(cuò)判斷，得出發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。信號(hào)進(jìn)入后首先對(duì)幅值進(jìn)行衰減（在外部信號(hào)線上需要串聯(lián)一個(gè)47 kΩ的電阻進(jìn)行分壓），然后將衰減后信號(hào)0電平以下的信號(hào)全部反向，0電平以上信號(hào)保持，并用二極管對(duì)電壓進(jìn)行鉗位，對(duì)鉗位后1 V左右的電壓進(jìn)行放大，放大后的信號(hào)通過(guò)一個(gè)光耦整形后進(jìn)入CPLD進(jìn)行濾波，濾波后的信號(hào)最后進(jìn)入到DSP的捕獲單元進(jìn)行計(jì)數(shù)，軟件中根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈磁電機(jī)打火三次的關(guān)系計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

使用MT?20傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速的時(shí)候，信號(hào)進(jìn)入發(fā)參采集器后經(jīng)過(guò)RC濾波和運(yùn)放（做過(guò)零比較器使用）后，通過(guò)一個(gè)光耦整形后進(jìn)入DSP的捕獲單元進(jìn)行計(jì)數(shù)，軟件中根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈產(chǎn)生149個(gè)正弦波的對(duì)應(yīng)關(guān)系計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。使用1?9AX傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速信號(hào)時(shí)，信號(hào)進(jìn)入發(fā)參采集器經(jīng)過(guò)分壓和運(yùn)放的跟隨后，經(jīng)過(guò)光耦整形后進(jìn)入DSP的捕獲單元進(jìn)行計(jì)數(shù)，軟件中根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈產(chǎn)生1.5個(gè)脈沖信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速信號(hào)從同一管腳進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集器后，根據(jù)不同的轉(zhuǎn)速傳感器的類(lèi)型，硬件上通過(guò)焊接不同的選通電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)處理電路選擇。軟件上根據(jù)外部?jī)陕冯x散量K1，K2的狀態(tài)來(lái)選擇處理程序，完成對(duì)發(fā)參采集器轉(zhuǎn)速的采集。

2.4.5 油位測(cè)量信號(hào)處理

油位信號(hào)測(cè)量可以使用阻性油量傳感器和容性油量傳感器2種傳感器進(jìn)行測(cè)量。使用阻性油量傳感器時(shí)，信號(hào)為0～18 V的單端電壓信號(hào)，信號(hào)進(jìn)入發(fā)參采集器后先對(duì)電壓衰減到0～3.9 V，經(jīng)過(guò)一級(jí)運(yùn)放跟隨和RC濾波電路后，進(jìn)入ADS1258進(jìn)行采集使用容性油量傳感器時(shí)，信號(hào)特征為幅值5 V的方波信號(hào)，頻率范圍0～6 kHz，信號(hào)進(jìn)入發(fā)參采集器后經(jīng)過(guò)光耦和244芯片驅(qū)動(dòng)后，進(jìn)入到DSP的捕獲單元進(jìn)行信號(hào)采集。

2.5 串口電路模塊

發(fā)參采集器共有6路串口，5路RS 422串口和1路RS 232串口。RS 422串口電路共5路，4路串口電路選用TI公司生產(chǎn)的4通道異步收發(fā)器集成芯片TL16C554和4個(gè)RS 422接口芯片MAX3490來(lái)實(shí)現(xiàn)。TL16C554采用3.3 V工作電壓，80引腳TQFP封裝，采用14.745 6 MHz晶振作為輸入時(shí)鐘。

MAX3490是一種全雙工的高速RS 422通信接口芯片，它通過(guò)抑制由長(zhǎng)線引起的內(nèi)部信號(hào)干擾來(lái)增加可靠通信的距離與速度，通信速度最高可以達(dá)到10 Mb/s，通信距離可達(dá)300 m。

第5路RS 422串口電路用F2812本身的SCIA接口（串行通信接口）和接口芯片MAX3490來(lái)實(shí)現(xiàn)。

1路RS 232調(diào)試接口采用SCIB接口和接口芯片MAX3232來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3 結(jié) 論

本系統(tǒng)選用高速數(shù)字信號(hào)處理器件、采用模塊化設(shè)計(jì)理念，保證了系統(tǒng)實(shí)用性、、高精度、高可靠性、小型化且構(gòu)架簡(jiǎn)單、易于維護(hù)的要求。通過(guò)各項(xiàng)試驗(yàn)表時(shí)，該發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集系統(tǒng)在實(shí)際使用中效果良好，已進(jìn)行小批量的投產(chǎn)[7]。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳亞萍，陳明.基于DSP和CPLD的液晶顯示控制器的設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2007，15（4）：482?484.

[2] 劉軼.基于多個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器的航空發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].測(cè)控技術(shù)，2005，24（11）：17?20.

[3] 景德勝，蔣謝剛，呂明.通用飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集顯示系統(tǒng)研究[J].硅谷，2012，6（10）：92?93.

[4] 劉鴻，李鵬.基于雙DSP的航空發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2009，9（17）：4992?4996.

[5] 趙博輝.發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集器系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[D].西安：西北工業(yè)大學(xué)，2004.

[6] 蘇濤.高性能DSP與高速實(shí)時(shí)信號(hào)處理[M].2版.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2002.

[7] 馬明建，周長(zhǎng)城.數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，2001.

+15 V用于電壓參考芯片的供電，+10 V用于外部燃油流量傳感器的供電，數(shù)字5 V經(jīng)過(guò)電壓調(diào)整器TPS70351轉(zhuǎn)換成3.3 V和1.8 V的電壓，用于DSP，CPLD，存儲(chǔ)器和光耦等的供電，模擬5 V用于A/D轉(zhuǎn)換芯片、運(yùn)放等的供電。

2.4 信號(hào)調(diào)整模塊

本系統(tǒng)可采集的信號(hào)包括20路溫度信號(hào)、8路壓力信號(hào)、1路燃油流量信號(hào)、1路轉(zhuǎn)速信號(hào)、8路油位信號(hào)。

2.4.1 溫度信號(hào)處理

本系統(tǒng)采集熱電偶傳感器的信號(hào)，信號(hào)為幅值0～50 mV的電壓信號(hào)，為了對(duì)熱電偶進(jìn)行冷端補(bǔ)償，在連接器上靠近冷端的位置焊接一個(gè)測(cè)溫二極管，測(cè)量熱電偶冷端的溫度，認(rèn)為所有熱電偶冷端的溫度相同。

信號(hào)進(jìn)入該系統(tǒng)后通過(guò)一個(gè)T型濾波電路后直接進(jìn)入ADS1258進(jìn)行測(cè)量；冷端測(cè)溫選用測(cè)溫二極管1N4148，二極管兩端壓降隨溫度變化而變化，二極管兩端壓降經(jīng)濾波后接入運(yùn)算放大器進(jìn)行跟隨后進(jìn)入ADS1258進(jìn)行采集。

2.4.2 壓力信號(hào)處理

壓力傳感器有電壓型壓力傳感器和電流型壓力傳感器2種。對(duì)于電壓型壓力傳感器，發(fā)參采集系統(tǒng)向其提供+5 V的工作電壓，傳感器電壓信號(hào)進(jìn)入發(fā)參采集系統(tǒng)經(jīng)過(guò)一級(jí)跟隨和T型濾波電路后，進(jìn)入ADS128進(jìn)行采集，T型濾波選用1 kΩ的電阻、0.1 μF的電容；對(duì)于信號(hào)為4～20 mA的電流型壓力傳感器，信號(hào)進(jìn)入后先經(jīng)過(guò)流壓轉(zhuǎn)換電路，將信號(hào)轉(zhuǎn)成0.88～4.4 V的電壓信號(hào)，再經(jīng)過(guò)一級(jí)儀用運(yùn)放，進(jìn)入ADS1258進(jìn)行采集，儀用運(yùn)放的增益選用默認(rèn)。

2.4.3 燃油流量信號(hào)處理

燃油流量傳感器是一個(gè)有源傳感器，發(fā)參采集系統(tǒng)給其提供+10 V的工作電壓。傳感器的OC門(mén)信號(hào)進(jìn)入發(fā)參采集器先進(jìn)行上拉，然后功過(guò)一級(jí)光耦對(duì)信號(hào)進(jìn)行整形，整形后經(jīng)驅(qū)動(dòng)器片后進(jìn)入DSP的事件捕獲單元對(duì)頻率進(jìn)行計(jì)數(shù)，完成對(duì)燃油流量數(shù)據(jù)的采集。上拉電阻和限流都選用1 kΩ的電阻，光耦前端加一反向的BAS32L二極管做保護(hù)。

2.4.4 轉(zhuǎn)速信號(hào)處理

發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量有使用磁電機(jī)信號(hào)、MT?20傳感器或1?9AX傳感器測(cè)量3種方式。

使用磁電機(jī)信號(hào)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，有左磁電機(jī)、右磁電機(jī)共兩路信號(hào)，其中右磁電機(jī)信號(hào)與MT?20傳感器、1?9AX傳感器復(fù)用管腳，左磁電機(jī)使用專(zhuān)用管腳，兩路磁電機(jī)信號(hào)硬件處理電路完全相同，軟件上對(duì)兩路信號(hào)同時(shí)采集，采集完成后進(jìn)行容錯(cuò)判斷，得出發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。信號(hào)進(jìn)入后首先對(duì)幅值進(jìn)行衰減（在外部信號(hào)線上需要串聯(lián)一個(gè)47 kΩ的電阻進(jìn)行分壓），然后將衰減后信號(hào)0電平以下的信號(hào)全部反向，0電平以上信號(hào)保持，并用二極管對(duì)電壓進(jìn)行鉗位，對(duì)鉗位后1 V左右的電壓進(jìn)行放大，放大后的信號(hào)通過(guò)一個(gè)光耦整形后進(jìn)入CPLD進(jìn)行濾波，濾波后的信號(hào)最后進(jìn)入到DSP的捕獲單元進(jìn)行計(jì)數(shù)，軟件中根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈磁電機(jī)打火三次的關(guān)系計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

使用MT?20傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速的時(shí)候，信號(hào)進(jìn)入發(fā)參采集器后經(jīng)過(guò)RC濾波和運(yùn)放（做過(guò)零比較器使用）后，通過(guò)一個(gè)光耦整形后進(jìn)入DSP的捕獲單元進(jìn)行計(jì)數(shù)，軟件中根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈產(chǎn)生149個(gè)正弦波的對(duì)應(yīng)關(guān)系計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。使用1?9AX傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速信號(hào)時(shí)，信號(hào)進(jìn)入發(fā)參采集器經(jīng)過(guò)分壓和運(yùn)放的跟隨后，經(jīng)過(guò)光耦整形后進(jìn)入DSP的捕獲單元進(jìn)行計(jì)數(shù)，軟件中根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈產(chǎn)生1.5個(gè)脈沖信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速信號(hào)從同一管腳進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集器后，根據(jù)不同的轉(zhuǎn)速傳感器的類(lèi)型，硬件上通過(guò)焊接不同的選通電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)處理電路選擇。軟件上根據(jù)外部?jī)陕冯x散量K1，K2的狀態(tài)來(lái)選擇處理程序，完成對(duì)發(fā)參采集器轉(zhuǎn)速的采集。

2.4.5 油位測(cè)量信號(hào)處理

油位信號(hào)測(cè)量可以使用阻性油量傳感器和容性油量傳感器2種傳感器進(jìn)行測(cè)量。使用阻性油量傳感器時(shí)，信號(hào)為0～18 V的單端電壓信號(hào)，信號(hào)進(jìn)入發(fā)參采集器后先對(duì)電壓衰減到0～3.9 V，經(jīng)過(guò)一級(jí)運(yùn)放跟隨和RC濾波電路后，進(jìn)入ADS1258進(jìn)行采集使用容性油量傳感器時(shí)，信號(hào)特征為幅值5 V的方波信號(hào)，頻率范圍0～6 kHz，信號(hào)進(jìn)入發(fā)參采集器后經(jīng)過(guò)光耦和244芯片驅(qū)動(dòng)后，進(jìn)入到DSP的捕獲單元進(jìn)行信號(hào)采集。

2.5 串口電路模塊

發(fā)參采集器共有6路串口，5路RS 422串口和1路RS 232串口。RS 422串口電路共5路，4路串口電路選用TI公司生產(chǎn)的4通道異步收發(fā)器集成芯片TL16C554和4個(gè)RS 422接口芯片MAX3490來(lái)實(shí)現(xiàn)。TL16C554采用3.3 V工作電壓，80引腳TQFP封裝，采用14.745 6 MHz晶振作為輸入時(shí)鐘。

MAX3490是一種全雙工的高速RS 422通信接口芯片，它通過(guò)抑制由長(zhǎng)線引起的內(nèi)部信號(hào)干擾來(lái)增加可靠通信的距離與速度，通信速度最高可以達(dá)到10 Mb/s，通信距離可達(dá)300 m。

第5路RS 422串口電路用F2812本身的SCIA接口（串行通信接口）和接口芯片MAX3490來(lái)實(shí)現(xiàn)。

1路RS 232調(diào)試接口采用SCIB接口和接口芯片MAX3232來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3 結(jié) 論

本系統(tǒng)選用高速數(shù)字信號(hào)處理器件、采用模塊化設(shè)計(jì)理念，保證了系統(tǒng)實(shí)用性、、高精度、高可靠性、小型化且構(gòu)架簡(jiǎn)單、易于維護(hù)的要求。通過(guò)各項(xiàng)試驗(yàn)表時(shí)，該發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集系統(tǒng)在實(shí)際使用中效果良好，已進(jìn)行小批量的投產(chǎn)[7]。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳亞萍，陳明.基于DSP和CPLD的液晶顯示控制器的設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2007，15（4）：482?484.

[2] 劉軼.基于多個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器的航空發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].測(cè)控技術(shù)，2005，24（11）：17?20.

[3] 景德勝，蔣謝剛，呂明.通用飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集顯示系統(tǒng)研究[J].硅谷，2012，6（10）：92?93.

[4] 劉鴻，李鵬.基于雙DSP的航空發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2009，9（17）：4992?4996.

[5] 趙博輝.發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集器系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[D].西安：西北工業(yè)大學(xué)，2004.

[6] 蘇濤.高性能DSP與高速實(shí)時(shí)信號(hào)處理[M].2版.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2002.

[7] 馬明建，周長(zhǎng)城.數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，2001.