相鐵武

摘要：本文介紹了RTOS在微型渦輪噴氣發(fā)動機控制系統(tǒng)當中所發(fā)揮出的作用。這項控制系統(tǒng)在對事物的處理過程中呈現(xiàn)出比較復雜，能夠當下反應出問題，提供給了人們的依靠性能更強的系統(tǒng)，通過對這一內(nèi)容的使用能夠有效地提升開發(fā)的工作效率。

關鍵詞：RTOS 渦噴發(fā)動機;控制系統(tǒng);應用分析

0? 引言

通過這幾年的發(fā)展情況看來，微型渦輪噴氣發(fā)動機在無人機和航模工作過程中發(fā)揮著越來越重大的作用。與之前所采用的活塞發(fā)動機相比較，能夠發(fā)揮出更大的推動能力，使得它們的運行速度得到提升。因此，研制的微型渦輪發(fā)動機在各種領域都有著深遠的意義。從當前的整體情況看來，美國、丹麥等一些發(fā)達國家都已經(jīng)有著非常成熟的發(fā)動機系統(tǒng)，已經(jīng)應用到了航模和無人機的操作上。但是，從國內(nèi)的發(fā)展情況看來，對于發(fā)動機本身以及其它的控制系統(tǒng)的研究時間都比較短，對于我國來說都是一種新型的領域內(nèi)容，因此，需要加強對這方面內(nèi)容的研究，促進我國這項內(nèi)容當中的發(fā)展。

針對我國國內(nèi)自主研發(fā)的微型渦輪發(fā)動機，設計出了一套完整的控制系統(tǒng)。這項控制系統(tǒng)以處理器作為核心的內(nèi)容，將各種處理器集合在一個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)當中，所形成的整個系統(tǒng)具有著體積較小，整個設備重量較輕的特征，能夠為整個主控系統(tǒng)和在地面的設備檢測口進行相連接，具有著完善的功能結(jié)構(gòu)。

控制技術接受的內(nèi)容是來自遙控接收機所接受到的信息，經(jīng)過一系列形式的處理，驅(qū)動整個發(fā)動機完成發(fā)動任務，并通過信息處理來控制狀態(tài)指示燈的關閉或開啟，以此來確定發(fā)動機的狀態(tài)。這項系統(tǒng)能夠有效地幫助調(diào)整發(fā)動基本上性能，將發(fā)動機工作過程中所呈現(xiàn)的性能發(fā)送到顯示器當中，能夠根據(jù)現(xiàn)場的內(nèi)容觀察到發(fā)動機的狀態(tài)。

結(jié)合以上所說的內(nèi)容，控制器需要處理多方面的內(nèi)容，各種事物之間所存在的關系比較緊密，對于發(fā)動機的狀態(tài)能夠進行實時的了解，在工作過程中，具有一定的可靠性，因此，使用這種內(nèi)核能夠有效的提升工作過程中的效率。

1? RTOS在51上的移植

RTOS這項內(nèi)容是針對于中低檔單片機而設計的，它能夠有效地嵌入到操作系統(tǒng)當中。它包含有三種可同時操作的調(diào)整策略，對于任務的管理性能能夠很好的完成。同時它還具有定時性，延時性等服務，支持信號之間的轉(zhuǎn)換和保護，提供多種信號同步對象，支持中斷管理機制。

由于51單片機內(nèi)核上所具有的問題，51編譯器為了能夠優(yōu)化代碼的結(jié)構(gòu)采用了一些獨特的方式，與普通的變異體具有很大的差別。所以與其他硬件進行比較，在對其進行移植是需要進行多次更改。主要包含如下幾點內(nèi)容：

51編譯器不僅具有對數(shù)據(jù)進行處理的類型，還具有保存的功能，所以增添了一種修飾內(nèi)容。

51編譯器還能根據(jù)默認情況裝備能進行分配的內(nèi)容進行臨時的分配策略，所以有些系統(tǒng)當中的函數(shù)內(nèi)容不能進入到該硬件，需要添加一些必要的函數(shù)來強迫整個編譯器進行工作。

除了一些基本的進棧退棧任務之外，51編譯器在軟件上已經(jīng)完成了模擬棧的情況，所以需要增加一層對模擬棧的保護。

一般對RTOS進行使用時都需要根據(jù)具體的應用內(nèi)容來設定相應的內(nèi)核條件。在這一系統(tǒng)當中，我們你優(yōu)先級的搶占方式來完成對整個系統(tǒng)的調(diào)配，發(fā)揮了多種信息庫的內(nèi)容，采用了更多的函數(shù)系統(tǒng)來完成整個系統(tǒng)的配置。

2? 硬件結(jié)構(gòu)

對于轉(zhuǎn)速的測量模塊是利用紅外線對管來完成的。發(fā)動機上有一個通孔，在安裝時會將接受發(fā)送的裝置通過這一孔洞。發(fā)動機發(fā)生旋轉(zhuǎn)時，每轉(zhuǎn)動一周，會出現(xiàn)有兩次的接收管導通。由于這一狀態(tài)會發(fā)生改變，并且由于紅外線管開關的速度較低，在發(fā)動機進行高速的運轉(zhuǎn)時，會使整個接收管輸出的脈沖發(fā)生很小的變化，導致單機片不能進行準確的辨別，需要對其進行整理才能夠更好的完成這項任務。

對于溫度進行測量的版塊是通過對尾噴管的溫度進行測量來表示發(fā)動機工作溫度的。經(jīng)過相關的測試，尾噴管的溫度最高可以到達900攝氏度。通過對測量溫度范圍等內(nèi)容進行的考慮，我們選取了一些熱電偶作為測量溫度的元件。因為對溫度測量的精度要求并不高，所以利用熱敏電阻來完成對溫度的補償工作。

采用PWM的驅(qū)動方式來完成對中氣閥的控制，相關的裝備來完成對電機的伺服。在啟動電機的過程當中，所通過的電流會比較大，所以應該應用電阻較小的導體。這個系統(tǒng)當中所采取的是兩片肖特基二極管并聯(lián)驅(qū)動的方式來完成的。

3? 應用程序的設計

整個系統(tǒng)所要處理的內(nèi)容基本上分為三類。

首先是控制類，在一定的工作階段需要設定出一定的工作流程，在滿足基本條件下，還要滿足對特定條件的控制，同時還要控制各個機構(gòu)服從該內(nèi)容。當系統(tǒng)出現(xiàn)超溫超速等特殊情況時，需要進行自我的保護，防止出現(xiàn)內(nèi)核信息控制系統(tǒng)的錯誤。

其次是人機接口類，控制狀態(tài)指示燈關閉或者開啟狀態(tài)時，要能正確顯示系統(tǒng)的整個工作狀態(tài)，防止出現(xiàn)錯誤報告的情況。當手持終端接入設備以后，要進行對相關按鍵的響應，使得整個系統(tǒng)工作過程中的參數(shù)內(nèi)容顯示在顯示器當中。

最后是通訊系統(tǒng)，這項內(nèi)容能夠有效的完成自我的通訊任務。在對此系統(tǒng)進行設置的過程中，要遵從相關的通訊協(xié)議。一方面，要以20毫秒為間隔時間，講整個的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)顯示在終端，方便工作人員的監(jiān)控。其次，要做到從輸入的數(shù)據(jù)當中，尋找出正確的命令，將其傳遞給人機接口完成任務的處理工作。

這些內(nèi)容當中控制任務說出的地位最高，任務量較大，人機接口所接收的主任務量較少。

3.1 人機接口的主要任務

為了使整個系統(tǒng)加工作過程中具有一定的可靠性，人機接口的主要任務包含有測試和正常工作兩個部分，在開機時，只要開啟特定的按鍵或者因為系統(tǒng)自己檢測過程中出現(xiàn)失敗時，就會進入到測試模式當中。這一內(nèi)容當中包含有對系統(tǒng)參數(shù)的測定和對各種服務機構(gòu)的權(quán)限檢測。這個過程當中不會對控制任務發(fā)生激活，就是整個操作過程當中發(fā)動機不能處于開啟狀態(tài)。正常的操作模式之下，主要的工作任務是將各種基本設備進行檢查，但通過自我檢查過程時，整個控制任務才能夠被激活，這些內(nèi)容能夠有效地提升系統(tǒng)的可靠性。

通過按鍵輸入和液晶顯示的方式都是進行周期性的操作，RTOS能夠提供給系統(tǒng)一個周期性的定時服務，人機借口主任務會通過一個設定時間的程序來設置一個50毫秒的鍵盤掃描儀，在時間間隔為100毫秒的情況下會完成顯示器的刷新，但定時所出現(xiàn)的時間到達時，會給任務發(fā)送出相關啟動系統(tǒng)。在接收到啟動任務之后，會利用鍵盤處理相關的函數(shù)，來完成信息的接收工作。

當通訊任務的工作完成之后，要以消息的方式來通知主任務系統(tǒng)，其中的內(nèi)容么通過共享內(nèi)存的方式來完成傳遞過程。

3.2 控制任務

發(fā)動機運行的狀態(tài)可以分為幾個階段，這些任務當中任何一個階段出現(xiàn)問題，都會使整個任務狀態(tài)出現(xiàn)停止。

首先是待命階段，當發(fā)動機的狀態(tài)滿足于運行的要求時，就會等待輸入的啟動命令，來完成相應的任務。

其次是點火階段，電機轉(zhuǎn)速在設定的范圍之內(nèi)，相關的氣閥會打開，向發(fā)動機內(nèi)輸入相關的燃料，開啟發(fā)動機，當今發(fā)動機點燃后所噴射出來的尾氣溫度達到相應標準時，就認為發(fā)動機點燃成功。

著車階段，這一階段油泵開始運作，供給發(fā)動機的燃油量越來越多，點火器等相關發(fā)動裝置會相互關閉，發(fā)動機的轉(zhuǎn)速開始增加。當溫度和速度達到一定標準時認為著車成功。

熱車階段。發(fā)動機成功坐車之后，不能立刻進行任務工作，需要在慢車的狀態(tài)下持續(xù)一段時間。

正常運行階段。需要利用相關的控制系統(tǒng)來完成相關任務操作。

停車階段。這一時間段，油泵開始停止運作，電機的工作狀態(tài)會隨著溫度的變化進行間歇性的工作，能夠有效幫助發(fā)動機散出相關的熱量，節(jié)省更多的能源。

整個控制任務都比較簡單，利用周期性的定時裝置來進行相關的計算工作。同時要求其他的工作狀態(tài)都需要滿足設置的特定條件，對條件的判斷進行延時查詢的方式進行。

3.3 通訊任務

這項任務與一定的串口進行關聯(lián)。為了能夠減小在軟件購買過程中的開銷，對于數(shù)據(jù)接收和發(fā)送過程所采用的都是緩沖的方式，因此設立了兩個緩沖區(qū)域。

相關的窗口沖段程序通過對整個控制對象的處理來完成整個通訊的任務，當發(fā)送出來的緩沖區(qū)域，并不是空白條件時，整個任務會因為由于等待空白的事件而停止運行。當中段的程序發(fā)送完相關的數(shù)據(jù)之后，空白時間才能夠被再次激活，才能進行正常的通訊任務狀態(tài)，為了能夠有效的保證整個狀態(tài)能夠同步到顯示端時，就會是整個數(shù)據(jù)采用未發(fā)生阻塞的方式進行。

將狀態(tài)的數(shù)據(jù)寫入到緩沖區(qū)域時，會由于狀態(tài)的情況改變整體的變量，其他的任務和中斷的程序中會出現(xiàn)一些沖突，所以在這些中斷的情況下，會將這些數(shù)據(jù)攜入到緩沖區(qū)當中。

與發(fā)送包裝好的報文進行比較，從接收到的數(shù)據(jù)當中識別出正確的命令會比直接接收報文上的數(shù)據(jù)更加復雜一些，通過對相關的協(xié)議進行解析，采用進行限制能夠更加順利的完成任務。這一軟件當中就采用了這項內(nèi)容。

4? 結(jié)束語

在對這項系統(tǒng)調(diào)試的最初階段，由于我們對發(fā)動機本身的特點并沒有做到全部的了解，所以對于控制流程要進行多次修改。同時由于操作系統(tǒng)本身的特點，只需要對控制任務進行更改，不需要考慮其他事物的影響。同時在整個測試的過程當中，沒有出現(xiàn)軟件發(fā)生故障的情況。我們還發(fā)現(xiàn)熱插拔手持終端與人機系統(tǒng)之間的任務發(fā)生沖突時，整個系統(tǒng)仍能較好地完成整個工作。這些內(nèi)容能夠有效地展示出該內(nèi)容所具有的優(yōu)勢。

與之前我們所應用的傳統(tǒng)開發(fā)模式進行比較，也實際操作為基礎的開發(fā)模式能夠有效的解決事務處理過程當中的各種問題，能夠有效的提升工作效率。當其中一個任務不能及時完成時，其他任務也能正常的進行下去，所以會使整個系統(tǒng)的可靠性增強。使用這種控制較為復雜的軟件，一定會成為之后控制系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。

參考文獻：

[1]王錄征.微型渦噴發(fā)動機控制器設計及RTOS技術研究[D].南京航空航天大學，2015.

[2]鄭玉全，陳杰，沈為群，宋子善.基于RTOS的渦噴發(fā)動機數(shù)字控制系統(tǒng)[J].電子技術應用，2005（06）：34-37.

[3]鄭玉全，陳杰，沈為群，宋子善.RTOS在渦噴發(fā)動機控制系統(tǒng)中的應用[J].微計算機信息，2005（15）：11-13.