飞机燃油系统动态演示装置设计与实现

孙中华+申江江+齐银鹏

摘要：为了将某型飞机机电管理系统对燃油系统的管理控制结果形象具体的展示出来，设计了一种燃油系统动态演示装置。该装置由PIC单片机中心处理器、控制面板和显示面板组成，可以演示燃油系统在转输或加抽油过程中油路中燃油的流向、转输泵和各控制阀的工作状态以及油箱中油面的高低变化情况。电路与编程采用动态扫描和分时控制原理，大大提高了单片机的端口利用率和工作效率。使用MPLAB IDE编写C语言程序，通过Protel DXP软件绘制原理图和PCB板工程图，最终通过焊接和联合调试，证明该装置能够正确形象地演示燃油的流向，油箱内油面的变化和告警，较好地实现了预期设计功能。

关键词：燃油系统；PIC单片机；动态扫描；分时控制

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：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

飞机燃油电气系统是由机电管理计算机、燃油转换盒、机电参数显示器和燃油控制盒以及传感器、电磁阀、转输泵等组成，可以实现燃油油箱低油面和高油面的告警，完成压力加油和抽油操作控制，解算并显示燃油油量，实现油箱之间的油量转输等功能[1，2]。为了将某型飞机机电管理系统对燃油系统的管理控制结果形象具体的展示出来，便于学员理解燃油系统的工作模式，提升教学效果，因此设计了燃油系统动态演示装置。

2总体方案设计

2.1 燃油系统组成

燃油电气系统相互之间的关系如图1所示。燃油系统主要功能包括飞机的压力加油/抽油，燃油的相互转输。

飞机共有8个燃油油箱，分成前、中、后三组，每组油箱给一台发动机供油，其中中组油箱又分为中组前和中组后两个油箱。每组飞机油箱中都安装有燃油油量传感器、油面传感器、燃油温度传感器三种传感器，其中油面有高油面传感器和低油面传感器两种。

2.2燃油系统模拟器功能

燃油系统模拟器能接收加/抽指令以及转输指令信号和反馈燃油系统各电磁阀的状态信号，并能显示出三组油箱的油量信号，然后模拟显示燃油电气系统的工作情况，功能结构如图2所示。

通过人工操作面板的控制开关，实现加油、抽油、油量转输的控制，燃油电气系统模拟器具体功能如下：

1）能接收加抽油指令和转输油指令；

2）应当能够模拟三个油箱内的三个高油面和三个低油面的功能；当模拟油箱内的[油]面达到高[油]面时，应当提供一个信号；当模拟油箱内的[油]面达到低[油]面时，应当提供一个信号；

3）应当能够模拟油箱内燃油油量的多少；

4）在接收到加/抽油指令、转输指令后，能够模拟出各个油箱间油路的工作情况，并实时显示出各油箱内油面的变化情况；

5）能够显示加抽油电磁阀、转输电磁阀和转输泵的工作情况。

实现上述功能，模拟器主要由显示面板、控制面板和处理器组成。

3硬件电路设计

硬件电路的设计是实现效果显示和控制功能的表现方式和前提条件，只有硬件电路的设计足够完善，才有完成预计功能的机会。硬件设计主要分为单片机最小系统、控制电路设计和显示电路设计，以及PCB电路板制作，相应的结构图如图3所示。

3.1单片机最小系统

单片机最小系统是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统[3]，通过对端口数量及处理速度等需求进行分析，本系统选用以Microchip公司生产的PIC18F4520单片机作为核心处理器的最小系统。

3.2 控制电路设计

3.2.1 三极管驱动电路

在自动控制电路中，常使用半导体三极管作为电子开关来驱动控制发光二极管、蜂鸣器、电动机、继电器等器件的工作状态。利用三极管的开关特性，经单[片]机I/O端口[控]制來驱动LED灯。

3.2.2 4线-16线译码器

由于系统需要控制的二极管较多，单片机自带的I/O口不能满足要求，需要对I/O口进行扩展[4]。本文选择4线-16线译码器74LS154，可以将4个输入的二进制编码译成16个彼此独立的输出信号[5]。

利用两片74LS154译码器，其选通输[入]端都接地，第一片的4线输入端接PIC单片机的RD4—RD7端口，16线输出端则定义为端口X0—X15；第二片的4线输入端接PIC单片机的RD0—RD3端口，16线输出端则定义为端口Y0—Y15，如图4所示。这样便将单片机的8个I/O端口扩展为了32条控制线，虽然不能同时控制全部，但在分时控制下也相当于同时控制32个端口。

3.2.3 矩阵键盘

为了减少单片机I/O口的占用，将按键设计排列成矩阵形式[6]，如图5所示。

按键所对应的控制面板上的开关分别为：S1（JQ）——中组油箱加油开关，S2（JZ）——中组油箱加油开关，S3（JH）——后组油箱加油开关，S4（CQ）——前组油箱抽油开关，S5（CZ）——中组油箱抽油开关，S6（CH）——后组油箱抽油开关，S7（ZSQ）——前组油箱转输开关，S8（ZSZQ）——中组油箱中前转输开关，S9（ZSZH）——中组油箱中后转输开关，S10（ZSH）——后组油箱转输开关，S11（BZ）——转输泵正转，S12（BF）——转输泵反转。

3.4显示电路

系统所有的显示功能利用LED来实现，具体方式如下：

1）油箱的轮廓及管路采用线条的方式进行描述；

2）油箱内油面的高低采用LED灯的亮暗指示；

3）每个油箱内的高低油面传感器采用LED灯的亮暗指示；

4）加抽油电磁阀、转输泵和转输电磁阀的工作状态采用LED灯的亮暗进行指示；

下面以加/抽油管路为例来说明实现方式。

加/抽油管路采用LED灯的灯带指示，并分为加抽油公共管路LED灯带、前组油箱管路LED灯带、中后组公共管路LED灯带、中组油箱管路LED灯带和后组油箱管路LED灯带五个部分，如图6所示。

公共管路LED灯带在每个油箱加抽油时均要工作，因此应当是一直燃亮的；中后组公共管路LED灯带则在中组和后组至少有一个工作时燃亮；前组油箱管路LED灯带、中组油箱管路LED灯带、后组油箱管路LED灯带只是在该油箱加/抽油时工作，因此，油箱管路的指示灯应当与该油箱的加/抽油电磁阀一起工作。每一路的LED灯带由几组灯构成，每组灯进行单独的控制，且每组灯最多8个LED灯。具体的加/抽油路设计原理图如图7所示。

最后通过绘制PCB板及元器件焊接，完成硬件电路的设计制作。

4 軟件程序设计

该燃油系统演示装置的程序设计主要分为控制开关的程序设计、显示界面的程序设计和程序调试等，用C语言作为编程语言，集成开发环境使用MPLAB IDE，单片机程序的烧写采用PICkit 3编程器/调试器。程序设计结构图如图8所示。

5 结论

本设计采用单片机为中心控制器，实现了在控制开关的操作下，模拟燃油系统加抽油或转输油工作时各油路的工作情况，以及三个油箱液面的显示。在进行设计之前先对飞机燃油电气系统进行了介绍，概述了燃油电气系统的功能和组成情况，详细阐述了燃油系统模拟器的硬件设计过程和程序设计过程。最终完成了硬件电路的调试，如图9所示。

参考文献：

[1] 李小刚，曹克强，苏新兵，等.高精度超声波式飞机油量传感器设计[J].现代制造工程， 2011（11）：101-104.

[2] 刘君华.智能传感器系统[M].陕西：西安电子科技大学出版社，2009：182-185

[3] 孙安青.PIC单片机实用C语言程序设计与典型实例[M].北京：中国电力出版社，2008.

[4] 张明峰.PIC单片机入门与实践[Ml.北京航空航天大学出版社，2004

[5] 杨军锋，杜军，苏磊，等.滑油压力表信号测量和处理电路设计[J].电子技术应用，2013（2）：17-19.

[6] 王述运，林亚军，魏青，等.飞行模拟器滑油压力表仿真器设计[J].自动化与仪表，2012，5（13）：13-16.