航空蓄电池运行参数监测系统设计航空蓄电池运行参数监测系统设计
研究针对航空蓄电池主要运行参数的监测,提出了软件与硬件系统的设计结构,介绍了关键的电路原理与测量
运算,最后,通过板载及仪表盘显示设备测试了系统的运行效果。研究结果可以作为新型的履历可追溯航空部
件的设计参考。
机载
航空蓄电池的性能高于一般蓄电池,机载后随航运行,地面适航维修组按CMM手册规定的标准对其按时检测。但是,在飞
机起飞后的整个在空过程中,机电设备负荷不断变化,电池的温度、电流等参数也在变化,为了防止其在飞行过程中出现故
障,同时为例行维护提供参考,很有必要监测并记录其
1 系统分析系统分析
1.1 工作原理工作原理
航空蓄电池运行参数
系统的工作主要包括测量、控制、决策等三部分内容。测量部分具体负责A/D转换,量化蓄电池的运行状态;控制部分主要
是在测量部分检测到蓄电池状态异常时,控制声、光电路给出预警信号,紧急情况下可以通过动作开关关闭电源;决策部分即
中央处理单元部分,负责根据分析采样数据或外界请求,依据决策条件做出判断,从而控制系统其余各部分的运行状态[1]。
1.2 硬件系统结构硬件系统结构
系统的硬件结构分为两大部分:核心控制单元及CPLD扩展控制单元,组成结构如图1所示。
从功能上分析,硬件系统包括MCU控制器、A/D采样模块、时钟系统、存储单元、键盘、通信接口、CPLD扩展电路以及电
源模块。核心部分是MCU控制器,由其控制其他功能单元的运行。
CPLD扩展电路通过“三线”连接MCU控制器,负责控制状态指示灯、液晶屏及动作开关[2]。
1.3 软件处理流程软件处理流程
系统上电后,首先进行自检与初始化。航空蓄电池的安装与使用都有严格的要求与限制,系统要求提供履历追溯功能。因
此,系统上电后,读取并校验授权码、电池编号、传感器ID是否与系统的设置值一致,如果匹配,则初始化板载指示灯为正常
状态,同时,连接(RS232/485)航空仪表盘的显示系统。
然后,映射EEPROM到内存空间。EEPROM的时钟线速率低,每次存取的数据量比较大,会占用过多的CPU时钟周期,影
响其他部件的工作。RAM时钟线的速率高,将EEPROM映射到独立开辟的内存空间,可以快速地存取测量数据,等到CPU空闲
时将数据复制到EEPROM中,方便优化程序流程。
最后,开始循环检测并记录电池的累计机载时间(U. Time)、温度、电流、电压、电解液等参数数据。若是检测到飞机点火
启动,则开始记录蓄电池累计的运行时间(W. Time),并且在飞机运行时,每5 min检测一遍运行参数;若是检测到飞机停
机,停止记录电池的运行时间,并且在飞机停飞后,每30 min检测一遍运行参数。
上位机通过中断请求接收监测系统传送的蓄电池运行数据;数据在仪表盘中以图形方式显示。
相关的异常由对应的中断服务程序进行处理。系统的软件结构及程序流程图如图2所示。
2 具体设计具体设计
具体的系统软硬件设计需要考虑航空设备对环境、制备规格及实时响应条件的要求,这里主要给出系统关键的硬件电路与特
殊的软件测算的处理方法。
2.1 硬件电路硬件电路
2.1.1 核心控制电路核心控制电路
核心控制器采用STC12C5A16AD微控制器,内置8路高速A/D通道,可以满足系统对模拟信号的采样要求,如图3所示。为
了实现系统的实时响应,外扩CPLD控制电路,负责LCD的图形界面显示、LED指示灯组显示、蜂鸣器警报声及继电器模块的
开关动作,这样缩短了MCU主程序中控制部分的代码量,经测试,系统正常的一次参数巡检仅耗时166 ms。