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1、精品毕业论文摘 要 本文简要介绍了一种基于AT89S51的汽车点火系统性能测试的研究。基于信号检测和数据集理论，详细阐述了测试电路的结构和工作原理，并根据设计要求进行了参数设计。本文还分析设计了测试系统的单片机软硬件系统，并给出了测试系统抗干扰的软硬件措施。构建的点火系统参数测试装置能够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等三个参数的测试，完成了系统的硬件设计和软件设计。关键词：点火系统；单片机；次级峰值电压；火花能量；火花持续时间ABSTRACTA kind of ignition system based on AT89S51 single chip is designed
2、 in this paper. Based on the theories of signald etection and data acquisition, the structure and principle of measuring circuits are explained clearly. And then, the parameters of measuring circuits are designed.The hardw are and software of single chip microcomputer for ignition measurement system
3、 are analyzed and designed. The interference-proof measures for hardware and software are also adopted. The parameter measurement device of ignition system can measure three parameters such as secondary peak voltage, sparking energy and sparking discharge duration, completed a system of hardware des
4、ign and software design.Key words: ignition system,single chip,secondary peak voltage,sparking energy, sparking discharge duration目 录摘 要IABSTRACTII目 录III1 绪论11.1 点火系统的基本原理和发展过程11.2 本课题国内外研究动态21.3 选题背景及意义32 测试原理与方法42.1 点火参数定义与描述42.2 信号检测理论42.2.1 火花电压的检测方法42.2.2 火花电流的检测方法52.3 点火参数测试方法53 测试电路设计与分析73.1
5、AT89S51单片机73.2 火花产生电路83.2.1 脉冲产生与电平转换电路83.2.2 电子点火模块93.3 参数测试电路103.3.1 测试负载与跟随器103.3.2 点火电压测试电路123.3.3 点火能量测试电路143.3.4 火花持续时间测试电路153.3.5 信号输入与转换173.4 测试电路的抗干扰措施183.4.1 测试电路的干扰源183.4.2 测试电路的抗干扰措施194 单片机系统设计与分析214.1 单片机系统硬件电路214.1.1 单片机基本用户系统214.1.2 外围接口电路214.2 单片机系统软件设计254.2.1 单片机系统软件及说明254.2.2 软件设计方
6、法264.2.3 监控程序设计264.3 单片机系统的抗干扰措施34结 论35致 谢36参考文献37附 录381 绪论1.1 点火系统的基本原理和发展过程在汽车发动机里，常采用高压点火法，使汽缸中的混合气体着火燃烧，点火系统就是用来产生高压的，而点火系统中最核心的部分就是点火线圈。点火线圈类似一个“变压器”，其初级绕组匝数少，次级绕组匝数多，初级通过点火控制电路与电源相连，点火控制电路的输出接在次级上，次级再经过高压线接至火花塞。点火过程如下：电源通过点火控制电路给点火线圈充电，当充至一定时候突然停止，使初级绕组突然断电，这样初级绕组在非常小的时间内电流发生突变，di/dt变化很大，通过感应、
7、升压，在次级绕组就会出现瞬时高压，此高压经高压线传给火花塞，击穿火花塞两极间的气体介质而产生点火花，点燃汽缸中的混合气体。当周期性地控制点火线圈初级绕组的通、断时，就会在火花塞上产生周期性持续的火花，从而点燃混合气体产生动力。早期的机械式有触点点火系统、无触点晶体管点火系统，目前已经发展为先进的电子控制点火系统。图1.1汽车点火系统传统的点火系统是由断电器触点切断初级绕组电流，从而在次级绕组产生高压电的机械式触点装置，如图1.1所示。这种点火装置至今还在国产的载货车、轻型车上大量使用。其主要缺点是：汽车怠速时(包括启动时)因触点间火花大，不易得到稳定的次级电压；在高速时又因闭合角减小而使次级高
8、压降低，故在怠速和高速时点火性能均不好；长期使用会使分电器凸轮轴移位，胶木顶块磨损，引起输出高压和点火时间变化，使点火性能下降；触点通过电流较大，易烧坏，需经常维修和定期更换。触点式晶体管点火系统是利用晶体管的开关作用去控制点火线圈初级绕组电流的通断，从而在次级绕组产生点火高压，晶体管的通断仍由断电器中的触点控制。虽然这类点火系统中，通过触点的电流是晶体管的输入电流，其数值比较小，触点不易被烧坏，但是仍然存在触点的火花污染、凸轮轴移位和胶木顶块的磨损等引起的输出电压和点火时间变化，以及需要经常维修等缺点。图1.2 电子点火系统无触点点火系统完全取消了分电器中的触点，而代之以安装在分电器中的信号
9、发生器。如图1.2所示电子点火系统，此类点火系统以信号发生器产生的交流信号作为输入信号，经过电子线路(实际上，现在大多数应用的是由专用点火集成电路芯片和相应外围线路。通过厚膜封装工艺而构成的点火控制电路，或称点火摸块)放大后去控制点火线圈初级绕组电流的通断，从而在次级绕组产生点火高。1.2 本课题国内外研究动态面对国内外市场竞争的激烈局面，国内汽车工业界认识到，要使生产出来的汽车上水平、上档次，必须采用高水平的测试设备，围绕点火系统的的测试提出了一些测试方法和测试设备。1.单片机控制的点火系统测试仪目前，国内的文献尚未报道过基于单片机的点火参数测试仪。MC68HC05单片机组成SWEDEN机可
10、以实现点火峰值电压、火花持续时间以及初级电容放电能量的测量。MC68HC05单片机具有8位A/D通道，对点火线圈初级电容电压、次级电压信号的采集以获取所需参数，SWEDEN机采用单片机实现点火线圈参数的测试,体积小，成本低,便于推广，但测试精度较低，功能还不完善，且因为是进口产品，价格昂贵，不便于大量购进和推广。2.微机控制的点火系统测试台利用微机的扩展槽插入接口控制板，接口控制板承担主机与外围电路之间的信息交换等工作，外围电路主要承担信号的采集、整形以及放大输出，控制执行机构等功能。该系统具有良好的人机界面，数据处理功能强，能测量多个参数，但对于只需测量几个参数来说，则显得成本太高。3.智能
11、示波器测试系统该系统按专业标准ZBT3600-86点火系统的测试方法进行组建，HP5180P智能示波器对输入的时域波形进行分析和处理，并用绘图仪输出。该系统组成结构简单，测试结果可靠，但造价昂贵，普通用户难以接受。4.计算机目动测试系统该系统采用GPIB系统总线，由计算机、可程控信号源、可程控测试仪、数字存贮示波器、打印机等组成。由计算机对各设备进行控制，处理测试数据，并在CRT上直接显示点火系统工作时的各种原始波形。这个系统能测量多个参数，自动化程度高，操作性好，数据处理功能强，但系统结构复杂，设备利用不充分，而且造价高，难以推广。1.3 选题背景及意义随着汽车工业现代化进程的加快，新技术、
12、新工艺和新材料在汽车工业中得到广泛的应用。汽车制造业与电子制造业是当今世界的两大支柱产业，且电子制造业正处于蓬勃发展的黄金时期，它给包括汽车制造业在内的其它工业提供全方位和多层次的技术支持。电子技术及其产品在现代汽车上的应用越来越广泛，现代汽车电子化的程度也越来越高，已形成新的汽车电子应用学科。目前，电子应用技术在汽车发动机综合控制中取得了显著成效，电子控制技术已渗透到汽车的各个组成部分中，从而促进了世界各知名汽车生产企业对汽车电子应用技术的引进和推广。汽车点火系统由传统的有触点式点火系统发展为无触点的高能电子点火系统，传统的点火测试手段难以胜任高性能产品的质量检侧。点火系统是汽车最易发生故障
13、的系统之一，表现为点火线圈的故障、点火电压不正常、点火不正时等。由于这些故障直观性差，常常被人们忽视，因而车辆“带病”行驶的较多，但经过调整和检修，就能大大增加动力，降低油耗，减少对环境的污染。也就是说，点火系统的性能直接影响到整车的可靠性、动力性、燃油经济性和排气净化性，必须采用高质量的点火系统。由于点火线圈是点火系统的核心部件，其质盘之优劣直接影响点火系统的工作性能因此对点火线圈进行严格的测试是整个点火系统可靠、高效工作的必要条件。由于国内的点火系统测试设备及其测试手段一般都比较陈旧落后，国外虽然有先进的测试设备，但价格昂贵，用户难以接受，而且进货周期长，某些方面还不能完全满足国情需要，因
14、此研制性能价格比好又能满足国内汽车工业需要的点火线圈参数测试仪，具有十分重要的现实意义传统的点火系统是由断电器触点切断初级绕组电流，从而在次级绕组产生高压电的机械式触点装置。该装置存在次级电压不稳定、怠速和高速时点火性能不好以及凸轮轴移位、触点易烧损等缺点。电子点火系统因无触点，维修方便，并且由于电子点火系统能产生更高的次级电压和火花能量等优点正在逐渐取代传统的点火系统。本论文将基于AT89S51单片机构建了点火系统参数装置，重点在于对点火线圈的次级电压、火花能量和火花持续时间等三个参数的测试。2 测试原理与方法2.1 点火参数定义与描述点火线圈在真实环境下的点火参数由其自身的固有特性和外部条
15、件所决定。内外因素互相影响，互相制约。点火线圈是按系统的要求设计的，它的性能参数也与系统有关。外部条件主要是指点火线圈的初级电路和次级电路，初级电路与电子点火模块有关，而次级电路的高压线路、火花塞及其间隙、汽缸内的燃油混合比及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。正常点火的必要条件是：要有足以击穿火花塞间隙的高电压输出；要有足够的点火能量；要有足够长的火花放电时间。需要测试的点火线圈的基本参数是：(1)次级峰值电压：在规定的放电器两主电极间距和发动机工作转速范围内，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：火花能量是点火线圈次级高压放电时，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。本项测试结果在一定范围内表明了在临界燃油条件下的火花点火能力。2.2 信号检测理论2.2.1 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，往往不能直接用来测量，而
