多功能發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速模擬器設(shè)計(jì)

摘要 主要介紹多功能發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速模擬器的結(jié)構(gòu)原理、硬件電路設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)主要以AT89C2051單片機(jī)為核心部件，通過頻率信號(hào)產(chǎn)生電路、頻率信號(hào)調(diào)理電路、看門狗復(fù)位電路、電流產(chǎn)生電路、電流測(cè)量電路、齒數(shù)設(shè)定電路、MAX7219顯示驅(qū)動(dòng)電路和LED顯示電路來實(shí)現(xiàn)。該多功能發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速模擬器不僅能夠提供所需的方波信號(hào)，且頻率調(diào)節(jié)精度高，能實(shí)現(xiàn)電流的輸出，還可以檢測(cè)外部信號(hào)的頻率及發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。
關(guān)鍵詞 發(fā)動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)速模擬器 AT89C2051 電流輸出 MAXl44 AD694

信號(hào)發(fā)生器作為電控測(cè)量系統(tǒng)中應(yīng)用最為普通的電控測(cè)量?jī)x器之一，是工業(yè)控制、教學(xué)、科研常用的基本儀器。雖然市場(chǎng)上逐漸出現(xiàn)了各種信號(hào)發(fā)生器，但其仍然擺脫不了體積大、操作按鈕多、價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)，給動(dòng)力系統(tǒng)工程人員外出調(diào)試和檢修電控設(shè)備帶來了不便。考慮到諸多因素，很有必要研制一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、攜帶和使用方便的多功能發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速模擬器。它能在不啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下，模擬產(chǎn)生并輸出供現(xiàn)場(chǎng)所需的轉(zhuǎn)速(頻率)信號(hào)、給定電流信號(hào)來對(duì)電控設(shè)備(如電子調(diào)速器等)進(jìn)行調(diào)試，可大幅度地節(jié)省做試驗(yàn)的費(fèi)用(如燃油費(fèi)用等)，而且調(diào)節(jié)精度高；在開機(jī)的狀態(tài)下可以檢測(cè)外部信號(hào)的頻率(即現(xiàn)場(chǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào))，進(jìn)行數(shù)值顯示，并且系統(tǒng)采用電池供電，所以該多功能發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速模擬器的成功研制將給動(dòng)力系統(tǒng)工程技術(shù)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試帶來極大的方便，且具有較高的實(shí)用價(jià)值、經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)
多功能發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速模擬器系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。它主要由電源、頻率信號(hào)產(chǎn)生、頻率信號(hào)調(diào)理、頻率信號(hào)測(cè)量、電流信號(hào)產(chǎn)生、電流信號(hào)測(cè)量及單片機(jī)測(cè)量顯示等模塊構(gòu)成。可通過頻率調(diào)整旋鈕使其輸出頻率可調(diào)的標(biāo)準(zhǔn)方波信號(hào)，也可通過電流調(diào)整旋鈕使其輸出可調(diào)電流信號(hào)O～20 mA，并由數(shù)碼管顯示，此外它還能檢測(cè)外部輸入信號(hào)的頻率。由于調(diào)試對(duì)象主要是發(fā)動(dòng)機(jī)，所以轉(zhuǎn)速測(cè)量是該轉(zhuǎn)速模擬器的另一獨(dú)特功能。

2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)
2．1 信號(hào)產(chǎn)生電路
(1)頻率信號(hào)產(chǎn)生電路
頻率信號(hào)產(chǎn)生電路如圖2所示。

本電路模塊的核心部件選用的是LM331電壓一頻率轉(zhuǎn)換芯片。它是美國(guó)NS公司生產(chǎn)的性能價(jià)格比較高的集成芯片，具有頻率可調(diào)范圍大、低非線性、轉(zhuǎn)換精度高、可單電源供電等特點(diǎn)，與周圍電路一起實(shí)現(xiàn)V／F功能。其輸出信號(hào)的頻率可用公式(1)計(jì)算：

fout=(Vin×R2)÷（2.09×R1×R3×C2） （1）

式中：Vin的單位為V，表示U1的轉(zhuǎn)換電壓；R1、R2、R3電阻的單位為Ω；C1電容的單位為F；fout的單位為Hz，表示U1輸出的頻率值。可見，信號(hào)頻率與Vin成正比，有著很好的線性關(guān)系，只要選擇合適的電阻和電容，且變阻器W1的性能足夠好，就能夠保證輸出信號(hào)的穩(wěn)定。這里采用的電阻都是金屬膜電阻器。