滑油温度记录仪的Proteus仿真设计

　　0　引言

　　航空发动机滑油系统通过其良好的循环对轴承、齿轮等运动机件进行润滑,并利用滑油的流动带走摩擦而产生的热量及金属屑等杂质[1],一旦滑油系统发生故障,将对发动机的安全工作造成严重威胁。为确保滑油系统的运转处于良好状态,在机务维护工作中,必须对其进行按期定检。因为滑油系统一旦循环不畅将导致滑油温度升高,所以通过记录发动机工作过程中滑油温度的变化,可以为滑油系统的定检工作提供重要的参考信息。由于I2C总线器件在数据保存方面具有体积小、存储空间大、可掉电保护以及读写方便等明显优势[2, 3],该文基于I2C总线器件设计了滑油温度记录仪,以将航空发动机工作过程中滑油温度的变化记录下来,待停止工作后再将所记录的温度数据读出送计算机分析,从而为航空发动机滑油系统的定检工作提供便利。为确保系统软硬件设计的正确性并提高开发效率,文中采用了具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统仿真、I2C调试器和LCD系统仿真等功能的Proteus软件,该软件还具有各种虚拟仪器,如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等功能,是现代嵌入式系统设计的重要开发工具。

　　1　硬件设计

　　1.1　系统介绍

　　滑油温度记录仪主要由数字温度传感器、单片机、显示器及I2C器件等构成(见图1)。记录仪的工作原理是:数字温度传感器将采集到的数字温度信号直接传给单片机,单片机对该信号进行分析、处理后,将温度值写入I2C器件存储(记录),再在单片机控制下,从I2C器件中读出储存的数据并送显示器显示,这样既可以监测滑油的工作温度,还可以监测I2C器件的工作状态。

　　1.2　元器件选择

　　1. 2. 1　单片机的选择

　　单片机是记录仪的核心,经过比较,采用了At-mel公司的AT89S51型单片机。其特性为[4]:

　　1)该单片机与8051系列单片机完全兼容(引脚数及功能相同,指令系统相同,内部结构也基本相同),容易使用,且成本十分低廉;

　　2)内部存储器采用可反复擦写的EEPROM,有利于反复修改程序;

　　3)具有低耗能工作方式和掉电自动保护功能;

　　4)具有较强的抗干扰性能,可提高整机抵御外界电磁干扰的能力,所以特别适合在相对恶劣的条件下工作。

　　1. 2. 2　数字温度传感器的选择

　　DS18B20是DALLAS公司生产的单总线数字温度传感器(和单片机的通信只需一根线,且与单片机通信距离可达15 m),具有微型化(可直接粘贴在滑油管道上采集温度)、低功耗、高性能、抗干扰能力强等优点[5],能直接将温度转化成串行数字信号给单片机处理,因而可省去传统的信号放大、A/D转换等外围电路。工作电压范围为3~5. 5 V,使系统设计更灵活、方便。测量温度范围为-55~+125℃,精度为±0. 5℃,适合于恶劣环境的现场温度测量。由于滑油的正常工作温度不超过100℃,因此DS18B20是十分理想的选择。