飛機燃油系統(tǒng)動態(tài)演示裝置設計與實現(xiàn)

孫中華+申江江+齊銀鵬

摘要：為了將某型飛機機電管理系統(tǒng)對燃油系統(tǒng)的管理控制結果形象具體的展示出來，設計了一種燃油系統(tǒng)動態(tài)演示裝置。該裝置由PIC單片機中心處理器、控制面板和顯示面板組成，可以演示燃油系統(tǒng)在轉輸或加抽油過程中油路中燃油的流向、轉輸泵和各控制閥的工作狀態(tài)以及油箱中油面的高低變化情況。電路與編程采用動態(tài)掃描和分時控制原理，大大提高了單片機的端口利用率和工作效率。使用MPLAB IDE編寫C語言程序，通過Protel DXP軟件繪制原理圖和PCB板工程圖，最終通過焊接和聯(lián)合調(diào)試，證明該裝置能夠正確形象地演示燃油的流向，油箱內(nèi)油面的變化和告警，較好地實現(xiàn)了預期設計功能。

關鍵詞：燃油系統(tǒng)；PIC單片機；動態(tài)掃描；分時控制

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）33-0236-03

Abstract：Order to display the result of the management and control of the fuel system by the mechanical and electrical management system in the plane specific， a dynamic demonstration device of fuel system is designed. The device consists of PIC central processing unit，control panel and display panel，and it could demonstrate the flow of fuel oil in the tubing， the working condition of transfer pump and electromagnetic valves and the quantity of oil in the tank.Using dynamic scanning and time-sharing control principle design，circuit and program greatly improvs the utilization rate of the ports and the work efficiency. C program written by MAPLE IDE， schematic and PCB project picture drown by Protel DXP， and through joint debugging，the system ultimately is finished and desired effect is achieved.

Key words： fuel system； PIC MCU； dynamic scanning；time-sharing control

1 引言

飛機燃油電氣系統(tǒng)是由機電管理計算機、燃油轉換盒、機電參數(shù)顯示器和燃油控制盒以及傳感器、電磁閥、轉輸泵等組成，可以實現(xiàn)燃油油箱低油面和高油面的告警，完成壓力加油和抽油操作控制，解算并顯示燃油油量，實現(xiàn)油箱之間的油量轉輸?shù)裙δ躘1，2]。為了將某型飛機機電管理系統(tǒng)對燃油系統(tǒng)的管理控制結果形象具體的展示出來，便于學員理解燃油系統(tǒng)的工作模式，提升教學效果，因此設計了燃油系統(tǒng)動態(tài)演示裝置。

2總體方案設計

2.1 燃油系統(tǒng)組成

燃油電氣系統(tǒng)相互之間的關系如圖1所示。燃油系統(tǒng)主要功能包括飛機的壓力加油/抽油，燃油的相互轉輸。

飛機共有8個燃油油箱，分成前、中、后三組，每組油箱給一臺發(fā)動機供油，其中中組油箱又分為中組前和中組后兩個油箱。每組飛機油箱中都安裝有燃油油量傳感器、油面?zhèn)鞲衅鳌⑷加蜏囟葌鞲衅魅N傳感器，其中油面有高油面?zhèn)鞲衅骱偷陀兔鎮(zhèn)鞲衅鲀煞N。

2.2燃油系統(tǒng)模擬器功能

燃油系統(tǒng)模擬器能接收加/抽指令以及轉輸指令信號和反饋燃油系統(tǒng)各電磁閥的狀態(tài)信號，并能顯示出三組油箱的油量信號，然后模擬顯示燃油電氣系統(tǒng)的工作情況，功能結構如圖2所示。

通過人工操作面板的控制開關，實現(xiàn)加油、抽油、油量轉輸?shù)目刂?，燃油電氣系統(tǒng)模擬器具體功能如下：

1）能接收加抽油指令和轉輸油指令；

2）應當能夠模擬三個油箱內(nèi)的三個高油面和三個低油面的功能；當模擬油箱內(nèi)的[油]面達到高[油]面時，應當提供一個信號；當模擬油箱內(nèi)的[油]面達到低[油]面時，應當提供一個信號；

3）應當能夠模擬油箱內(nèi)燃油油量的多少；

4）在接收到加/抽油指令、轉輸指令后，能夠模擬出各個油箱間油路的工作情況，并實時顯示出各油箱內(nèi)油面的變化情況；

5）能夠顯示加抽油電磁閥、轉輸電磁閥和轉輸泵的工作情況。

實現(xiàn)上述功能，模擬器主要由顯示面板、控制面板和處理器組成。

3硬件電路設計

硬件電路的設計是實現(xiàn)效果顯示和控制功能的表現(xiàn)方式和前提條件，只有硬件電路的設計足夠完善，才有完成預計功能的機會。硬件設計主要分為單片機最小系統(tǒng)、控制電路設計和顯示電路設計，以及PCB電路板制作，相應的結構圖如圖3所示。

3.1單片機最小系統(tǒng)

單片機最小系統(tǒng)是指用最少的元件組成的單片機可以工作的系統(tǒng)[3]，通過對端口數(shù)量及處理速度等需求進行分析，本系統(tǒng)選用以Microchip公司生產(chǎn)的PIC18F4520單片機作為核心處理器的最小系統(tǒng)。

3.2 控制電路設計

3.2.1 三極管驅動電路

在自動控制電路中，常使用半導體三極管作為電子開關來驅動控制發(fā)光二極管、蜂鳴器、電動機、繼電器等器件的工作狀態(tài)。利用三極管的開關特性，經(jīng)單[片]機I/O端口[控]制來驅動LED燈。

3.2.2 4線-16線譯碼器

由于系統(tǒng)需要控制的二極管較多，單片機自帶的I/O口不能滿足要求，需要對I/O口進行擴展[4]。本文選擇4線-16線譯碼器74LS154，可以將4個輸入的二進制編碼譯成16個彼此獨立的輸出信號[5]。

利用兩片74LS154譯碼器，其選通輸[入]端都接地，第一片的4線輸入端接PIC單片機的RD4—RD7端口，16線輸出端則定義為端口X0—X15；第二片的4線輸入端接PIC單片機的RD0—RD3端口，16線輸出端則定義為端口Y0—Y15，如圖4所示。這樣便將單片機的8個I/O端口擴展為了32條控制線，雖然不能同時控制全部，但在分時控制下也相當于同時控制32個端口。

3.2.3 矩陣鍵盤

為了減少單片機I/O口的占用，將按鍵設計排列成矩陣形式[6]，如圖5所示。

按鍵所對應的控制面板上的開關分別為：S1（JQ）——中組油箱加油開關，S2（JZ）——中組油箱加油開關，S3（JH）——后組油箱加油開關，S4（CQ）——前組油箱抽油開關，S5（CZ）——中組油箱抽油開關，S6（CH）——后組油箱抽油開關，S7（ZSQ）——前組油箱轉輸開關，S8（ZSZQ）——中組油箱中前轉輸開關，S9（ZSZH）——中組油箱中后轉輸開關，S10（ZSH）——后組油箱轉輸開關，S11（BZ）——轉輸泵正轉，S12（BF）——轉輸泵反轉。

3.4顯示電路

系統(tǒng)所有的顯示功能利用LED來實現(xiàn)，具體方式如下：

1）油箱的輪廓及管路采用線條的方式進行描述；

2）油箱內(nèi)油面的高低采用LED燈的亮暗指示；

3）每個油箱內(nèi)的高低油面?zhèn)鞲衅鞑捎肔ED燈的亮暗指示；

4）加抽油電磁閥、轉輸泵和轉輸電磁閥的工作狀態(tài)采用LED燈的亮暗進行指示；

下面以加/抽油管路為例來說明實現(xiàn)方式。

加/抽油管路采用LED燈的燈帶指示，并分為加抽油公共管路LED燈帶、前組油箱管路LED燈帶、中后組公共管路LED燈帶、中組油箱管路LED燈帶和后組油箱管路LED燈帶五個部分，如圖6所示。

公共管路LED燈帶在每個油箱加抽油時均要工作，因此應當是一直燃亮的；中后組公共管路LED燈帶則在中組和后組至少有一個工作時燃亮；前組油箱管路LED燈帶、中組油箱管路LED燈帶、后組油箱管路LED燈帶只是在該油箱加/抽油時工作，因此，油箱管路的指示燈應當與該油箱的加/抽油電磁閥一起工作。每一路的LED燈帶由幾組燈構成，每組燈進行單獨的控制，且每組燈最多8個LED燈。具體的加/抽油路設計原理圖如圖7所示。

最后通過繪制PCB板及元器件焊接，完成硬件電路的設計制作。

4 軟件程序設計

該燃油系統(tǒng)演示裝置的程序設計主要分為控制開關的程序設計、顯示界面的程序設計和程序調(diào)試等，用C語言作為編程語言，集成開發(fā)環(huán)境使用MPLAB IDE，單片機程序的燒寫采用PICkit 3編程器/調(diào)試器。程序設計結構圖如圖8所示。

5 結論

本設計采用單片機為中心控制器，實現(xiàn)了在控制開關的操作下，模擬燃油系統(tǒng)加抽油或轉輸油工作時各油路的工作情況，以及三個油箱液面的顯示。在進行設計之前先對飛機燃油電氣系統(tǒng)進行了介紹，概述了燃油電氣系統(tǒng)的功能和組成情況，詳細闡述了燃油系統(tǒng)模擬器的硬件設計過程和程序設計過程。最終完成了硬件電路的調(diào)試，如圖9所示。

參考文獻：

[1] 李小剛，曹克強，蘇新兵，等.高精度超聲波式飛機油量傳感器設計[J].現(xiàn)代制造工程， 2011（11）：101-104.

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[5] 楊軍鋒，杜軍，蘇磊，等.滑油壓力表信號測量和處理電路設計[J].電子技術應用，2013（2）：17-19.

[6] 王述運，林亞軍，魏青，等.飛行模擬器滑油壓力表仿真器設計[J].自動化與儀表，2012，5（13）：13-16.