浅析使用单片机测试汽车点火系统性能的方法

摘 要：本文介绍了一种使用AT89S51型号单片机对汽车点火系统进行性能测试的方法。依据信号检测和数据集理论，阐述了测试的工作原理。论证了测试系统抗干扰的措施。介绍了测试装置实现对点火线圈的次级峰值电压、火花能量和火花持续时间三个参数的测试。

关键词：点火系统;次级峰值电压;火花能量;火花持续时间

点火系统性能直接影响到汽车的可靠性、动力性、燃油经济性和排放标准，其重要性不言而喻。点火线圈是点火系统的核心部件。对点火线圈进行严格测试是整个点火系统可靠、高效工作的必要条件。本文将论述基于AT89S51单片机，构建点火系统参数测试装置。

1 点火参数的定义与描述

正常点火的外部影响因素主要有次级电路的高压线路、火花塞及其间隙、汽缸内燃油混合比，汽缸压缩比对点火线圈的性能影响也很大。所以点火线圈的测试必须模拟点火线圈的实际工作环境，才能获得真实的点火性能参数。其必要条件是：要有足以击穿火花塞间隙的高电压输出;足够的点火能量;以及足够长的火花放电时间。

由此需要测试点火线圈的基本参数是：

（1）次级线圈峰值电压：点火线圈使放电间隙气体击穿的最大次级输出电压Vp。

（2）火花能量：次级高压放电时，电压和电流瞬时值的乘积在火花持续时间内的积分值。

（3）火花持续时间：从高压放电开始到火花电流衰减到某一规定值的时间间隔。

2 信号检测理论及主要应用方法

火花电压的检测方法：由于火花电压高达1035KV，一般的仪表受绝缘的限制，要和能耐高压的转换装置配合使用。常用到的方法有：高阻抗和低压仪表配合的测量法，低压仪表常为示波器或峰值电压表。球间隙法利用高压击穿气隙的规律性进行测量。击穿电压与两球间隙及球的直径有关。

火花电流的检测方法：火花电流属冲击电流，国家标准规定冲击电流幅值测量误差不大于±3%，波头、波长时间的测量误差不大于±10%。常用测量方法：

（1）分流器测量法，将分流器串入被测电流回路，被测电流流过分流器时将产生电压降，该电压信号即为被测电流的取样信号。

（2）电流互感器测量法，利用电磁感应原理来实现电流的检测，可以测量很大的电流。

（3）光电测量法，利用发光二极管中通过和被测电流成比例的电流进行“电光转换”，得到相应光信号，再经“光电转换”还原为电压波形进行测量。也可利用“磁光效应”进行测量。

3 点火参数测试

使用高速峰值保持器获取次级峰值电压。使用整形电路把次级电流整形为脉冲，再对脉冲宽度进行计时获取火花持续时间。使用乘法器和积分器对火花电压和电流进行运算获得火花能量。

3.1 测试参数

（1）火花产生电路。包括脉冲产生与电平转换电路、电子点火模块、被测点火线圈和火花塞。如下图所示，该电子点火模块除了具有大功率电子开关管能适时接通和切断点火线圈初级电路、实现产生高压电火花、制发动机点火的基本功能外，还具有闭合角的控制、初级电流上升率控制、车断电保护和过压保护等辅助功能。接通点火开关K，电子点火模块的6脚输入霍尔脉冲信号为高电平时，其内部末级大功率三极管导通，接通点火线圈的初级电路。初级电流由12V电源正端，经点火开关K、初级绕组N、大功率三极管到地;当电子点火模块的6脚输入霍尔脉冲信号为低电平时，其内部末级大功率三极管由于基极电流消失而截止，切断初级电路。在次级绕组N2中便感应出高压而使得火花塞产生火花。

（2）参数测试过程。合理选择分压器、分流器阻值。跟随器能保证输出电压信号不随负载变化，能及时跟随输入信号的变化。

1）点火电压测试。点火线圈次级高电压通过分压器转低压信号，经跟随器、峰值保持电路、线性光电隔离电路，将输出电压U送到ADC0809模数转换器进行A/D转换，再输出到AT89S51單片机进行点火电压测试，得到次级点火峰值电压值。

2）点火能量测试。从测试负载取出电压和电流信号，通过跟随器，送到乘法器运算。再对乘法器的输出进行积分运算，最后把积分器的输出经线性光电隔离电路后，送到ADC0809模数转换器进行A/D转换和数据处理，再输送到AT89S51单片机得到点火能量值。其中，乘法器电路可选用MC1495集成电路实现。积分电路可采用自动稳零积分电路。

（3）系统的抗干扰措施。火花干扰和工频干扰是不可避免的。根据电磁兼容原理和对测试电路干扰源的分析，硬件方面可采取接地。电场和磁场的干扰可用屏蔽的方法来削弱。屏蔽体使用对于干扰信号呈低阻抗的导电材料制成，将其置于干扰源和对干扰敏感的电路之间，屏蔽体必须接地，电源变压器也采取屏蔽措施。屏蔽的方法是将变压器的初级和次级绕组之间增加屏蔽层，次级绕组绕在屏蔽层的外面，再在次级绕组的外面增加一层屏蔽。

另外，使用滤波的方法降低干扰的影响。滤波是根据信号与干扰的不同频率特性把所需信号分离出来，并干扰抑制或衰减。滤波有硬件滤波（模拟滤波）和软件滤波（数字滤波）两大类。硬件滤波使用R，L，C及半导体元件、IC等构成滤波器电路，而软件滤波则根据传递函数（或频率特性）离散化，并用差分方程表示，再根据差分方程编写迭代的程序。

由交流电网供电的直流电源，低通滤波对50Hz的工频信号干扰的抑制效果较差，这时常采用带阻滤波器（陷波器）抑制50Hz的工频信号干扰。

参考文献：

[1]马成，何培祥，李庆东.图形点阵式液晶显示模块与51单片机的接口设计[J].应用天地，2017年第26卷第5期：76-78.

[2]安晓莉.AT89S51单片机开发板的设计[J].电子设计工程，2019年9月第17卷第9期：121-123.

作者简介：孔旭（1984-），男，山东曲阜人，本科，研究方向：汽车电路。