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[资料分享] 基于PIC16F877的飞机迎、侧角自动检测系统

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一粒金砂(中级)

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发表于 2015-7-30 09:48 | 显示全部楼层 |阅读模式
摘  要:基于单片机PIC16F877设计成功了某型飞机的迎、侧角自动检测系统。文章讲解了检测系统的设计思想和基本工作原理,给出了控制系统的基本硬件电路图。系统能够与PC机进行通信,实现远程监控和检测。
  关键词:传感器; 步进电机; PIC单片机; A/D转换
1引言
    迎角、侧滑角传感器提供飞机飞行时的迎角和侧滑角数据,并以电压信号的方式输入到瞄准具,用以修正航炮、导弹发射具的射击方位,因此其测量准确性对飞机的射击精度有很大的影响。由于传感器风标安装在空速管上,在飞行中受高速气流的冲击,不停振动,可能造成轴磨损、翼片变形、传感器电位计断丝以及接触不良等故障,导致测量角存在较大误差。目前在检测迎、侧滑角传感器时,主要采用以人工定性判断为主、测角仪定量测试为辅的手段。人工检测只能查出明显的故障和缺陷,可靠性不高,用测角仪检测时,安装不方便,操作繁琐,并且存在调整、指示和判读误差,测量精度不高。
    针对这种情况,提出了一种自动检测的方法,可准确地检测迎角、侧滑角传感器的角度和相应的电压,并对加温计加温电流、电压进行检测。设计了一种基于PIC16F877单片机控制的迎、侧角自动检测系统,系统能够准确检测风标的电压和角度、加温电流,通过LED显示测量数据,通过步进电机控制风标的转动,通过位移传感器测量风标的角度,并且能够与计算机进行通信和具有打印功能。系统在硬件和软件方面都采用了抗干扰措施,运行稳定,性价比较高。?
2
系统工作原理
    迎、侧角检测系统的组成框图如图1所示,迎角传感器、侧滑角传感器、位移传感器、霍尔传感器(电流传感器)信号,这四路模拟信号经单片机A/D转换,转换成数字信号,经CPU处理,在LED上显示,通过键?盘设定所需的工作条件,风标在步进电机的带动下转动。位移传感器测量相对于初始点的位移,通过位置?关系可以把直线位移转换成角位移,也就是说可以把角位移转换成电压信号,霍尔传感器把加温电流转化为电压。如果测定的角度值和风标传感器的电阻值与理论值在误差允许之内,电流值在规定范围之内,就认为传感器工作正常。串行通信部分完成与工控机通信,微打控制部分控制微型打印机,完成打印功能。整套系统质量较轻,控制方便、可靠。?
 

3硬件电路的设计?
3.1控制器的选择
    对迎角和侧滑角传感器信号的精度较高,要求达到1%的精度。PIC16F877内含八路10位的A/D转换器,对于本控制系统来说,其最高精度可以达到0.005 V,完全能够达到系统的要求。PIC16F877带有256字节的电可擦写的EEPROM存储器 ,储存每次测量的基准值,也可以重新按键设定并写入 EEPROM。另外PIC16F877有8K×14bit的FLASH存储器,368×8bit的数据SRAM,丰富的中断源,有标准的RS232串口设计,具有体积小、功耗低的特点。看门狗可以提高软件运行的可靠性,RISC(精简指令集计算机)指令易学易用,ICSP(在线可编程)方便调试。?
3.2
模拟输入电路、键盘及显示部分
    模拟输入为四路传感器信号,如图2所示,其中迎角传感器、侧滑角传感器为空速管自带的传感器。位移传感器的测量精度能够达到0.02 mm,霍尔传感器的量程为 0~20 A,输出电压为0~5 V,精度能够达到测量的要求。对传感器信号进行一定的滤波处理,输入到单片机的四个A/D转换接口(RA0~RA3),转换成10位的数字信号。步进电机和位移传感器安装在同一个支架上。假如步进电机和位移传感器安装在迎角的风标上,通过键盘“选择迎角”来选择对迎角的测量,然后按“设置”键,设置需要测量的风标的角度。设置完成后,步进电机带动风标和传感器移动,移动完成后,LED分时显示角度值、电阻值、误差值和加温电流值。?
    显示器选用8位LED,每4个LED为一个显示单元,两个单元分时显示为设定角度值、风标电阻值和加温电流值、测量误差百分比。RD口提供段驱动,RD0~RD6分别连接到LED的a~g, RD7为小数点控制位。每个LED以5 ms的频率进行扫描显示,对于肉眼来说显示是连续的。74138为3线8线译码器,作为位驱动。
    键盘由RA5和RB口构成。主要功能键有:设置、显示迎角、选择迎角、选择侧滑角、显示加温电流值、打印、显示误差。设置RA5、RB0~RB3为输出,作为行扫描线;设置RB4~RB7为输入,作为列扫描线,从而组成4×5键盘。RB4~RB7初始化输入低电平,RA5、RB0~RB3初始化输出高电平。当有按键被按下时,对应的列输入线变为高电平,由于RB4、RB5、RB6、RB7具有输入电平变化中断功能,发生中断。因此可以准确地对键值进行扫描,作出正确的处理。?
3.3
步进电机及微打控制部分
    步进电机为四相制步进电机,工作在四相十拍的时序下,步进角为0.9°。步进电机通过轮轴带动风标的转动和位移传感器的移动,每次步进对应的风标转动约为0.05°。步进电机的分频由单片机CPU来完成,RC0~RC3 四个端口作为脉冲输出控制端。74244起数据缓冲的作用,C0328为功放模块。为防止电流过大,采用了继电器来保护步进电机。如图3所示。?
    微型打印机主要功能是打印测量数据,这里采用的是GP系列打印机,由RD0~RD3作为打印机状态输入控制与显示端口,能够显示微打目前的工作状态,采用的是中断控制方式。RD0~RD7为并行数据交换端口,与打印机数据线相联。RE口为读写控制端口,在RE控制下,RD口为8微的并行从动数据总线。
    RD端口作为显示和微打控制的复用端口,执行打印命令,RD端口作为并行从动端口,由RE0、RE1、RE2控制端口的方向,这时关闭LED的显示。由于完成一次检测往往只需打印一次,所以这是不矛盾的。?
3.4
串行通信电路
    系统能够与工控机进行通信,通过工控机可以远程监控和测量。系统设置单片机的串行通信接口SCI工作在全双工异步从动方式下。SCI是利用RC6、RC7 两个引脚作为通信线的二线制串行接口,MAX232实现TTL/CMOS数据转化为RS232数据。把RC6和RC7分别设置成串行通信接口的发送/时钟线和接收/数据线。单片机通过响应中断来实现与工控机的通信,通信电路图如图4所示。?
    串行通信接口异步工作方式有以下重要部件组成:波特率发生器(BRG)、采样电路、异步接收器、异步发送器。8位的BRG用来驱动来自振荡器的时钟产生标准的波特率。接收线RC7通过1个三中取二检测电路对其采样三次,以决定RC7引脚上的电平是高电平还是低电平。SCI的发送器和接收器在功能上是独立的,但他们所用的数据格式和波特率是相同的。串行通信采用标准的不归零格式,即1位起始位、8位数据位和1位停止位。SCI接收和发送顺序是从低位到高位依次进行的。?
4
软件设计
    在软件设计中,既综合了系统的功能、性能要求及硬件电路,又考虑了软件的易维护性。利用看门狗结构提高软件的稳定性。软件尽量采用模块化设计,并尽量做到各模块的独立性。主要模块有:键盘事件的处理、LED的显示、步进电机驱动、异步串行通信、数据采集与处理。?
4.1
主程序设计
    主程序的流程图如图5所示。?
4.2中断处理程序设计
    为了充分利用微控制器资源,提高系统的可控性和稳定性,系统使用了较多的中断处理。 PIC16F877提供了丰富的中断源,但它的中断入口地址只有一个0004h。每种中断都要从此进入中断程序,因此中断程序开始现场保存后,要进行各种中断标志位的顺序检测和判断。当判断到中断标志位时,转到相应的中断服务子程序中。根据检测标志位的顺序,可以人为地定义中断优先级,先判断的优先级就高。系统根据实际情况,四种中断优先级由高到低依次为:串行通信中断、键盘中断、打印中断、定时中断。中断服务程序流程图如图6所示。
    另外中断也存在嵌套问题。由于中断入口地址只有一个,因此,当出现中断嵌套时,各级中断返回的地址正确与否是很重要的。中断现场保护是中断技术的重要组成部分,由于PIC单片机中指令系统中没有PUSH(入栈)POP(出栈)指令,中断现场数据不是保留在堆栈中,而是保留在所选择的寄存器中,所以存储器和存储体的选择是非常重要的。?
5结束语
    系统工作稳定可靠,具有良好的可控性,性价比较高。经试用单位验证,系统工作情况良好,自动化程度较好,经论证系统能够达到国内先进水平。??
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