淺析使用單片機測試汽車點火系統性能的方法

摘 要：本文介紹了一種使用AT89S51型號單片機對汽車點火系統進行性能測試的方法。依據信號檢測和數據集理論，闡述了測試的工作原理。論證了測試系統抗干擾的措施。介紹了測試裝置實現對點火線圈的次級峰值電壓、火花能量和火花持續時間三個參數的測試。

關鍵詞：點火系統;次級峰值電壓;火花能量;火花持續時間

點火系統性能直接影響到汽車的可靠性、動力性、燃油經濟性和排放標準，其重要性不言而喻。點火線圈是點火系統的核心部件。對點火線圈進行嚴格測試是整個點火系統可靠、高效工作的必要條件。本文將論述基于AT89S51單片機，構建點火系統參數測試裝置。

1 點火參數的定義與描述

正常點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、汽缸內燃油混合比，汽缸壓縮比對點火線圈的性能影響也很大。所以點火線圈的測試必須模擬點火線圈的實際工作環境，才能獲得真實的點火性能參數。其必要條件是：要有足以擊穿火花塞間隙的高電壓輸出;足夠的點火能量;以及足夠長的火花放電時間。

由此需要測試點火線圈的基本參數是：

（1）次級線圈峰值電壓：點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時間內的積分值。

（3）火花持續時間：從高壓放電開始到火花電流衰減到某一規定值的時間間隔。

2 信號檢測理論及主要應用方法

火花電壓的檢測方法：由于火花電壓高達1035KV，一般的儀表受絕緣的限制，要和能耐高壓的轉換裝置配合使用。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律性進行測量。擊穿電壓與兩球間隙及球的直徑有關。

火花電流的檢測方法：火花電流屬沖擊電流，國家標準規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，利用電磁感應原理來實現電流的檢測，可以測量很大的電流。

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

3 點火參數測試

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，再對脈沖寬度進行計時獲取火花持續時間。使用乘法器和積分器對火花電壓和電流進行運算獲得火花能量。

3.1 測試參數

（1）火花產生電路。包括脈沖產生與電平轉換電路、電子點火模塊、被測點火線圈和火花塞。如下圖所示，該電子點火模塊除了具有大功率電子開關管能適時接通和切斷點火線圈初級電路、實現產生高壓電火花、制發動機點火的基本功能外，還具有閉合角的控制、初級電流上升率控制、車斷電保護和過壓保護等輔助功能。接通點火開關K，電子點火模塊的6腳輸入霍爾脈沖信號為高電平時，其內部末級大功率三極管導通，接通點火線圈的初級電路。初級電流由12V電源正端，經點火開關K、初級繞組N、大功率三極管到地;當電子點火模塊的6腳輸入霍爾脈沖信號為低電平時，其內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中便感應出高壓而使得火花塞產生火花。

（2）參數測試過程。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載變化，能及時跟隨輸入信號的變化。

1）點火電壓測試。點火線圈次級高電壓通過分壓器轉低壓信號，經跟隨器、峰值保持電路、線性光電隔離電路，將輸出電壓U送到ADC0809模數轉換器進行A/D轉換，再輸出到AT89S51單片機進行點火電壓測試，得到次級點火峰值電壓值。

2）點火能量測試。從測試負載取出電壓和電流信號，通過跟隨器，送到乘法器運算。再對乘法器的輸出進行積分運算，最后把積分器的輸出經線性光電隔離電路后，送到ADC0809模數轉換器進行A/D轉換和數據處理，再輸送到AT89S51單片機得到點火能量值。其中，乘法器電路可選用MC1495集成電路實現。積分電路可采用自動穩零積分電路。

（3）系統的抗干擾措施。火花干擾和工頻干擾是不可避免的。根據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（數字濾波）兩大類。硬件濾波使用R，L，C及半導體元件、IC等構成濾波器電路，而軟件濾波則根據傳遞函數（或頻率特性）離散化，并用差分方程表示，再根據差分方程編寫迭代的程序。

由交流電網供電的直流電源，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：

[1]馬成，何培祥，李慶東.圖形點陣式液晶顯示模塊與51單片機的接口設計[J].應用天地，2017年第26卷第5期：76-78.

[2]安曉莉.AT89S51單片機開發板的設計[J].電子設計工程，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。