一种嵌入式航空活塞发动机无线温度测试装置及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于航空领域测温技术，具体涉及一种嵌入式航空活塞发动机无线温度测试装置及其控制方法。
【背景技术】
[0002]航空活塞发动机作为通用航空飞机的常用发动机，其燃料燃烧释放的热量大约有30%转化为有效功去驱动螺旋桨产生拉力，45%的热量随废气散失到大气中，另有25%被冷却剂带到大气中。航空活塞发动机工作时，气缸内混合气燃烧后的温度很高(最高温度可达2500°C?3000°C)，与高温燃气相接触的机件或零件，例如气缸头、气门、电嘴和活塞获得燃气的热量，温度也升得相当高。如果不对发动机进行冷却，气缸温度就会过高，从而使发动机发生一系列不正常的现象。因此，航空活塞发动机主要零部件的温度及变化情况是表征航空活塞发动机工作状态是否正常的重要参数之一，也是飞行员和机务维护人员必须掌握的重要参数，精确有效地检测航空活塞发动机温度具有十分重要的意义。
[0003]根据冷却介质的不同，航空活塞发动机冷却系统可分为气冷式和液冷式两种，本发明所针对的是气冷式航空活塞发动机。气冷式航空活塞发动机在组装完成后需要进行试车，其主要零部件的温度测试是试车的重要环节之一。另外，当该类型发动机安装在通用航空飞机上后，还需要在飞机上进行在翼运行测试，发动机的温度测试同样是不可或缺的重要环节。
[0004]随着通用航空产业的迅速发展，航空活塞发动机的需求量也逐渐增加，传统的基于有线通信的航空活塞发动机温度控制方法所存在的连接线复杂且效率低、对在翼运行测试或测试场地变更的适应度低、通信数据的可靠性和精确性低等问题越来越突出，亟待改进。具体表现如下:
(O目前航空活塞发动机温度测试往往都是将发动机安装在固定的发动机台架上，发动机台架置于风洞的风道之中，各种温度传感器安装在发动机不同的测温部位上，相关的各种测试仪表安装在距离发动机台架一定距离的监控台上，发动机上的各温度传感器与监控台上的各种测试仪表通过线缆连接，连接线复杂且效率低。在测试过程中，一方面由于风洞中较强风速的影响，另一方面由于发动机运行时的震动，容易引起温度传感器与测试仪表间的连接线缆连接不稳固、易松动的情况，影响测量数据的可靠性。
[0005](2)当在地面进行发动机在翼运行测试或在机身上安装后测试时，一方面不可能将飞机移至原有发动机测试台架处(原有空间一般无法容纳下飞机)，另一方面也不可能将原来固定的发动机测试台架移至飞机旁，因此就需要有便携式可移动的航空活塞发动机温度测试装置。同时，由于发动机工作时，螺旋桨旋转导致测试仪表需要距离飞机一定的安全距离，若采用有线通信方式，则连线距离太长，将对测试数据的精确性造成不利影响。
[0006](3)由于通信数据连接线以及数据采集与处理方式的限制，目前航空活塞发动机温度测试监控台与发动机之间一般都是一对一配置。即:一个温度测试监控台只是实时对一台发动机进行监控，不能对多台运行中的发动机进行实时同步监控，这也是造成测试效率低的主要原因。
[0007]上述航空活塞发动机温度测试中存在的问题主要是由于传统的数据采集方法以及数据处理平台与技术的落后造成的。目前随着嵌入式计算机控制技术以及无线通信技术的快速发展，能够将其创新性地应用到航空活塞发动机温度测试中，在有效解决现存问题的同时，大大提高通用航空器制造与维护的自动化水平。
【发明内容】
[0008]发明目的:本发明的目的在于克服现有航空活塞发动机温度测试装置在设备安装和数据采集等方面的不足，设计一种嵌入式航空活塞发动机无线温度测试装置，能够有效解决现有航空活塞发动机温度测试中所存在的连接线复杂且效率低、对在翼运行测试或测试场地变更的适应度低、通信数据的可靠性和精确性低等技术问题。
[0009]技术方案:本发明所述的一种嵌入式航空活塞发动机无线温度测试装置，包括温度传感器节点，由安装在各台航空活塞发动机上的若干个测温点组成，每台发动机上的各测温点所采集的温度数据通过ZigBee无线传感器网络，经该台发动机所对应的ZigBee网络路由器向温度数据采集汇聚节点进行无线数据传送；
温度数据采集汇聚节点，由若干嵌入式控制系统组成，每个嵌入式控制系统针对每台航空活塞发动机，通过相应的ZigBee网络协调器和ZigBee网络路由器与航空活塞发动机上的测温点进行无线数据通信，并对所采集的该台发动机各测温点温度进行汇总处理，汇总处理后的数据通过对应的以太网通信模块发送给温度数据处理基站，同时也通过以太网通信模块接收来自温度数据处理基站的测温指令；
温度数据处理基站，位于测温现场，测温现场设有PC机，该PC机一方面通过以太网与各台航空活塞发动机所对应的嵌入式控制系统间进行数据通信，另一方面通过Internet互联网与远程监控中心进行相互通信；
远程监控中心，位于各用户所在的远程监控现场，包括远程服务器，各用户运用远程服务器通过Internet互联网与温度数据处理基站间进行远程数据通信，可掌握所有在测航空活塞发动机的温度检测数据，并能远程发出相关的温度检测指令。
[0010]进一步的，所述温度传感器节点中的测温点包括温度数据采集单元、温度数据处理单元、温度数据传输单元和集中供电单元。
[0011]进一步的，所述温度数据采集单元包括温度传感器以及模/数转换器，温度数据处理单元包括微处理器以及数据存储器，所述温度数据传输单元包括无线通信控制器以及串tx 口电路。
[0012]进一步的，所述温度传感器采用PT100或PT1000系列芯体的热敏温度传感器；所述微处理器采用8位单片机；所述无线通信控制器采用CC2530无线通信收发芯片。
[0013]进一步的，所述嵌入式控制系统包括微处理器，以及与所述微处理器连接的外围器件、无线通信单元和输入/输出设备。
[0014]进一步的，所述微处理器采用基于ARM架构的32位微处理器S3C2440，具有通用1/0、ADC、SP1、PWM等多种类型的数据接口。
[0015]进一步的，所述外围器件包括电源、晶振电路、复位电路、JTAG接口、FLASH程序存储器、SDRAM数据存储器部件。
[0016]进一步的，所述无线通信单元由嵌入式ZigBee片上系统CC2530芯片和外接天线模块组成，所述CC2530芯片通过SPI接口与所述微处理器连接。
[0017]进一步的，所述输入/输出设备包括按钮、键盘输入以及声光报警、IXD显示。
[0018]本发明还公开了一种嵌入式航空活塞发动机无线温度测试装置的控制方法:
温度传感器节点由单片机控制定时分次采集温度检测数据，将新采集的温度数据与上次采集到的温度数据进行比较，如果两次采集的温度差值低于阈值，则不予存储，继续采集；如果两次采集的温度差值高于阈值，则将新的温度采集数据存入存储器，覆盖掉上次的温度采集数据。为了节省温度传感器节点的能量，节点的无线通信模块平时处于休眠状态，只有在温度采集数据发生变化或温度数据采集汇聚节点要求传送温度数据时才打开；
温度数据采集汇聚节点负责根据数据处理基站运行的流程，根据航空活塞发动机温度检测的实际需要，唤醒并启动某个发动机所对应的温度数据采集汇聚节点通信模块，并由温度数据采集汇聚节点通信模块启动对温度传感器节点的数据采集与传送；温度传感器节点将存储的数据发给温度数据采集汇聚节点，再由温度数据采集汇聚节点将数据发送给数据处理基站；数据处理基站可以选择对所有在测的航空活塞发动机温度信息进行采集与处理，也可以对其中任何一台航空活塞发动机的温度信息进行单独采集与处理。
[0019]有益效果:本发明克服了现有航空活塞发动机温度测试装置在设备安装和数据采集等方面的不足，设计一种嵌入式航空活塞发动机无线温度测试装置，基于嵌入式计算机控制系统，通过“四级节点、三层网络”的系统结构组成模式(四级节点温度传感器节点”、“温度数据采集汇聚节点”、“温度数据处理基站”、“远程监控中心”；三层网络'ZigBee无线传感器网络”、“以太网”、“Internet互联网”)，能够有效解决现有航空活塞发动机温度测试中所存在的连接线复杂且效率低、对在翼运行测试或测试场地变更的适应度低、通信数据的可靠性和精确性低等技术问题。
【附图说明】
[0020]图1为本发明系统整体结构示意图；
图2为本发明温度传感器节点测温点硬件结构示意图；
图3为本发明温度数据采集汇聚节点嵌入式控制系统硬件结构示意图；
图4为温度数据采集系统测试流程结构示意图。
【具体实施方式】
[0021]如图1所示的一种嵌入式航空活塞发动机无线温度测试装置，包括
温度传感器节点，由安装在各台航空活塞发动机上的若干个测温点组成，每台发动机上的各测温点所采集的温度数据通过ZigBee无线传感器网络，经该台发动机所对应的ZigBee网络路由器向温度数据采集汇聚节点进行无线数据传送；
温度数据采集汇聚节点，由若干嵌入式控制系统组成，每个嵌入式控制系统针对每台航空活塞发动机，通过相应的ZigBee网络协调器和ZigBee网络路由器与航空活塞发动机上的测温点进行无线数据通信，并对所采集的该台发动机各测温点温度进行汇总处理，汇总处理后的数据通过对应的以太网通信模块发送给温度数据处理基站，同时也通过以太网通信模块接收来自温度数据处理基站的测温指令； 温度数据处理基站，位于测温现场，测温现场设有PC机，该PC机一方面通过以太网与各台航空活塞发动机所对应的嵌入式控制系统间进行数据通信，另一方面通过Internet互联网与远程监控中心进行相互通信；