淺析使用單片機(jī)測試汽車點(diǎn)火系統(tǒng)性能的方法

摘 要：本文介紹了一種使用AT89S51型號單片機(jī)對汽車點(diǎn)火系統(tǒng)進(jìn)行性能測試的方法。依據(jù)信號檢測和數(shù)據(jù)集理論，闡述了測試的工作原理。論證了測試系統(tǒng)抗干擾的措施。介紹了測試裝置實(shí)現(xiàn)對點(diǎn)火線圈的次級峰值電壓、火花能量和火花持續(xù)時間三個參數(shù)的測試。

關(guān)鍵詞：點(diǎn)火系統(tǒng);次級峰值電壓;火花能量;火花持續(xù)時間

點(diǎn)火系統(tǒng)性能直接影響到汽車的可靠性、動力性、燃油經(jīng)濟(jì)性和排放標(biāo)準(zhǔn)，其重要性不言而喻。點(diǎn)火線圈是點(diǎn)火系統(tǒng)的核心部件。對點(diǎn)火線圈進(jìn)行嚴(yán)格測試是整個點(diǎn)火系統(tǒng)可靠、高效工作的必要條件。本文將論述基于AT89S51單片機(jī)，構(gòu)建點(diǎn)火系統(tǒng)參數(shù)測試裝置。

1 點(diǎn)火參數(shù)的定義與描述

正常點(diǎn)火的外部影響因素主要有次級電路的高壓線路、火花塞及其間隙、汽缸內(nèi)燃油混合比，汽缸壓縮比對點(diǎn)火線圈的性能影響也很大。所以點(diǎn)火線圈的測試必須模擬點(diǎn)火線圈的實(shí)際工作環(huán)境，才能獲得真實(shí)的點(diǎn)火性能參數(shù)。其必要條件是：要有足以擊穿火花塞間隙的高電壓輸出;足夠的點(diǎn)火能量;以及足夠長的火花放電時間。

由此需要測試點(diǎn)火線圈的基本參數(shù)是：

（1）次級線圈峰值電壓：點(diǎn)火線圈使放電間隙氣體擊穿的最大次級輸出電壓Vp。

（2）火花能量：次級高壓放電時，電壓和電流瞬時值的乘積在火花持續(xù)時間內(nèi)的積分值。

（3）火花持續(xù)時間：從高壓放電開始到火花電流衰減到某一規(guī)定值的時間間隔。

2 信號檢測理論及主要應(yīng)用方法

火花電壓的檢測方法：由于火花電壓高達(dá)1035KV，一般的儀表受絕緣的限制，要和能耐高壓的轉(zhuǎn)換裝置配合使用。常用到的方法有：高阻抗和低壓儀表配合的測量法，低壓儀表常為示波器或峰值電壓表。球間隙法利用高壓擊穿氣隙的規(guī)律性進(jìn)行測量。擊穿電壓與兩球間隙及球的直徑有關(guān)。

火花電流的檢測方法：火花電流屬沖擊電流，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定沖擊電流幅值測量誤差不大于±3%，波頭、波長時間的測量誤差不大于±10%。常用測量方法：

（1）分流器測量法，將分流器串入被測電流回路，被測電流流過分流器時將產(chǎn)生電壓降，該電壓信號即為被測電流的取樣信號。

（2）電流互感器測量法，利用電磁感應(yīng)原理來實(shí)現(xiàn)電流的檢測，可以測量很大的電流。

（3）光電測量法，利用發(fā)光二極管中通過和被測電流成比例的電流進(jìn)行“電光轉(zhuǎn)換”，得到相應(yīng)光信號，再經(jīng)“光電轉(zhuǎn)換”還原為電壓波形進(jìn)行測量。也可利用“磁光效應(yīng)”進(jìn)行測量。

3 點(diǎn)火參數(shù)測試

使用高速峰值保持器獲取次級峰值電壓。使用整形電路把次級電流整形為脈沖，再對脈沖寬度進(jìn)行計(jì)時獲取火花持續(xù)時間。使用乘法器和積分器對火花電壓和電流進(jìn)行運(yùn)算獲得火花能量。

3.1 測試參數(shù)

（1）火花產(chǎn)生電路。包括脈沖產(chǎn)生與電平轉(zhuǎn)換電路、電子點(diǎn)火模塊、被測點(diǎn)火線圈和火花塞。如下圖所示，該電子點(diǎn)火模塊除了具有大功率電子開關(guān)管能適時接通和切斷點(diǎn)火線圈初級電路、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生高壓電火花、制發(fā)動機(jī)點(diǎn)火的基本功能外，還具有閉合角的控制、初級電流上升率控制、車斷電保護(hù)和過壓保護(hù)等輔助功能。接通點(diǎn)火開關(guān)K，電子點(diǎn)火模塊的6腳輸入霍爾脈沖信號為高電平時，其內(nèi)部末級大功率三極管導(dǎo)通，接通點(diǎn)火線圈的初級電路。初級電流由12V電源正端，經(jīng)點(diǎn)火開關(guān)K、初級繞組N、大功率三極管到地;當(dāng)電子點(diǎn)火模塊的6腳輸入霍爾脈沖信號為低電平時，其內(nèi)部末級大功率三極管由于基極電流消失而截止，切斷初級電路。在次級繞組N2中便感應(yīng)出高壓而使得火花塞產(chǎn)生火花。

（2）參數(shù)測試過程。合理選擇分壓器、分流器阻值。跟隨器能保證輸出電壓信號不隨負(fù)載變化，能及時跟隨輸入信號的變化。

1）點(diǎn)火電壓測試。點(diǎn)火線圈次級高電壓通過分壓器轉(zhuǎn)低壓信號，經(jīng)跟隨器、峰值保持電路、線性光電隔離電路，將輸出電壓U送到ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，再輸出到AT89S51單片機(jī)進(jìn)行點(diǎn)火電壓測試，得到次級點(diǎn)火峰值電壓值。

2）點(diǎn)火能量測試。從測試負(fù)載取出電壓和電流信號，通過跟隨器，送到乘法器運(yùn)算。再對乘法器的輸出進(jìn)行積分運(yùn)算，最后把積分器的輸出經(jīng)線性光電隔離電路后，送到ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理，再輸送到AT89S51單片機(jī)得到點(diǎn)火能量值。其中，乘法器電路可選用MC1495集成電路實(shí)現(xiàn)。積分電路可采用自動穩(wěn)零積分電路。

（3）系統(tǒng)的抗干擾措施。火花干擾和工頻干擾是不可避免的。根據(jù)電磁兼容原理和對測試電路干擾源的分析，硬件方面可采取接地。電場和磁場的干擾可用屏蔽的方法來削弱。屏蔽體使用對于干擾信號呈低阻抗的導(dǎo)電材料制成，將其置于干擾源和對干擾敏感的電路之間，屏蔽體必須接地，電源變壓器也采取屏蔽措施。屏蔽的方法是將變壓器的初級和次級繞組之間增加屏蔽層，次級繞組繞在屏蔽層的外面，再在次級繞組的外面增加一層屏蔽。

另外，使用濾波的方法降低干擾的影響。濾波是根據(jù)信號與干擾的不同頻率特性把所需信號分離出來，并干擾抑制或衰減。濾波有硬件濾波（模擬濾波）和軟件濾波（數(shù)字濾波）兩大類。硬件濾波使用R，L，C及半導(dǎo)體元件、IC等構(gòu)成濾波器電路，而軟件濾波則根據(jù)傳遞函數(shù)（或頻率特性）離散化，并用差分方程表示，再根據(jù)差分方程編寫迭代的程序。

由交流電網(wǎng)供電的直流電源，低通濾波對50Hz的工頻信號干擾的抑制效果較差，這時常采用帶阻濾波器（陷波器）抑制50Hz的工頻信號干擾。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬成，何培祥，李慶東.圖形點(diǎn)陣式液晶顯示模塊與51單片機(jī)的接口設(shè)計(jì)[J].應(yīng)用天地，2017年第26卷第5期：76-78.

[2]安曉莉.AT89S51單片機(jī)開發(fā)板的設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2019年9月第17卷第9期：121-123.

作者簡介：孔旭（1984-），男，山東曲阜人，本科，研究方向：汽車電路。