專利名稱：非接觸式點(diǎn)火專用智能檢測(cè)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及汽車點(diǎn)火系統(tǒng)檢測(cè)設(shè)備，特別涉及一種非接觸式點(diǎn)火專用智能檢測(cè)儀。
背景技術(shù)：
點(diǎn)火系統(tǒng)在汽車動(dòng)力系統(tǒng)中扮演著極其重要的角色，而點(diǎn)火線圈作為點(diǎn)火系統(tǒng)的核心部件，可提供足夠能量的高壓(兩萬(wàn)伏以上)，點(diǎn)燃?xì)?缸內(nèi)燃油混合氣體，保證發(fā)動(dòng)機(jī)能夠持續(xù)高效地運(yùn)轉(zhuǎn)。所以點(diǎn)火線圈的好壞直接決定了發(fā)動(dòng)機(jī)性能的發(fā)揮。目前市場(chǎng)上對(duì)點(diǎn)火線圈故障判斷主要有以下幾種方法
方法一、在斷電條件下，通過(guò)萬(wàn)用表測(cè)量點(diǎn)火線圈靜態(tài)參數(shù)即初、次級(jí)電阻，判定初、次級(jí)是否有斷路、短路情況，以判定點(diǎn)火線圈是否損壞。其缺點(diǎn)是準(zhǔn)確性差，判定條件簡(jiǎn)單，只能測(cè)試初、次級(jí)靜態(tài)電阻，而電阻的標(biāo)稱范圍只能通過(guò)經(jīng)驗(yàn)積累獲得，而點(diǎn)火線圈的型號(hào)很多，靜態(tài)參數(shù)也不一樣，往往只能通過(guò)維修工人的經(jīng)驗(yàn)去判斷，誤判率高，對(duì)于內(nèi)部自帶點(diǎn)火模塊或者次級(jí)裝有二極管的點(diǎn)火線圈，用此判定方法失效?？刹僮餍孕枰獙Ⅻc(diǎn)火線圈和其他連接部件分離，以便測(cè)量靜態(tài)參數(shù)。經(jīng)常通過(guò)更換點(diǎn)火線圈進(jìn)行實(shí)際點(diǎn)火測(cè)試來(lái)判定其好壞。使用人員必須是對(duì)點(diǎn)火系統(tǒng)工作原理、點(diǎn)火線圈的工作原理、產(chǎn)品外部結(jié)構(gòu)、輸入輸出接口有一定了解的專業(yè)技術(shù)維修人員。方法二、使用模擬放電方法判定點(diǎn)火線圈好壞。將所有點(diǎn)火線圈從臺(tái)架上取下，將其連接到測(cè)試設(shè)備上，調(diào)整放電針距為5. 5mm，觀察火花的強(qiáng)弱情況以判定點(diǎn)火線圈是否故障。準(zhǔn)確性判定方法更加直觀可靠，準(zhǔn)確率高。但模擬放電需要了解相關(guān)信息，如點(diǎn)火線圈充電時(shí)間，放電頻率，輸入輸出接口定義、內(nèi)部是否自帶點(diǎn)火控制器等。模擬放電只能通過(guò)火花的強(qiáng)弱判定點(diǎn)火線圈是否故障，受設(shè)備、環(huán)境等影響較大，有一定的局限性?？刹僮餍孕枰獙Ⅻc(diǎn)火線圈從發(fā)動(dòng)機(jī)上拆卸下來(lái)進(jìn)行放電測(cè)試，由于模擬放電設(shè)備體積較大且需要外接AC電源，其只能在有AC電源的地方使用。尤其對(duì)于COP方式點(diǎn)火系統(tǒng)，需要拆卸4到6只點(diǎn)火線圈依次進(jìn)行放電測(cè)試。適用人群需要對(duì)點(diǎn)火系統(tǒng)工作原理、點(diǎn)火線圈的工作原理、產(chǎn)品外部結(jié)構(gòu)、輸入輸出接口有一定了解的專業(yè)技術(shù)維修人員，必要時(shí)需要點(diǎn)火線圈廠家提供技術(shù)支持和服務(wù)。安全性高壓放電，安全性低。材料成本500元以上。方法三、使用點(diǎn)火線圈專用測(cè)試臺(tái)判定點(diǎn)火線圈好壞。需要將點(diǎn)火線圈從臺(tái)架上取下，將其連接到專用測(cè)試設(shè)備上，根據(jù)操作規(guī)范對(duì)點(diǎn)火線圈各項(xiàng)動(dòng)態(tài)參數(shù)進(jìn)行測(cè)試。準(zhǔn)確性判定方法復(fù)雜，可以測(cè)試點(diǎn)火線圈各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，如火花放電電壓，火花放電電流，火花持續(xù)時(shí)間，初級(jí)充電電流曲線，次級(jí)電壓上升時(shí)間，點(diǎn)火能量等。測(cè)量參數(shù)精確，判斷準(zhǔn)確性高。可操作性同模擬放電測(cè)試方法。適用人群同模擬放電測(cè)試方法。安全性高壓放電，安全性低。材料成本價(jià)格昂貴，三萬(wàn)元以上。綜述以上幾種點(diǎn)火線圈檢測(cè)方法，它們具有以下 幾個(gè)方面的問(wèn)題和不足
I)判定效率低，需要多次拆卸點(diǎn)火線圈進(jìn)行檢測(cè)才能夠判定故障點(diǎn)。2)只適用專業(yè)測(cè)試人員，智能化程度低。3)攜帶和操作都不方便。4)性價(jià)比低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，針對(duì)目前點(diǎn)火線圈檢測(cè)設(shè)備的問(wèn)題，提供一種
非接觸式點(diǎn)火專用智能檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)方案，使之實(shí)現(xiàn)在點(diǎn)火線圈高壓輸出端放電時(shí)，減少對(duì)測(cè)試設(shè)備和人員造成損傷，提高安全性、提高檢測(cè)效率、擴(kuò)大使用范圍、體積縮小，便于攜帶、提高其性價(jià)比和便于市場(chǎng)推廣。本發(fā)明是通過(guò)這樣的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的非接觸式點(diǎn)火專用智能檢測(cè)儀，其特征在于，主要由微控制器、電源管理電路、液晶顯示電路、按鍵處理電路、電池電壓檢測(cè)電路、光線感應(yīng)電路、點(diǎn)火信號(hào)采集電路、接口電路連接而成；所述微控制器采用TexasInstruments 16位單片機(jī)MSP430F4152 ;所述電源管理電路主要包括9V堿性電池、過(guò)流保護(hù)電路和低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)組成電源電壓轉(zhuǎn)換電路；由9V堿性電池供電，通過(guò)過(guò)流保護(hù)電路和低壓差線性穩(wěn)壓器將9V電源轉(zhuǎn)換為3. 3V電壓；所述電源管理電路中還包括關(guān)機(jī)功能電路，關(guān)機(jī)功能電路由3. 3V端連接一個(gè)晶體管Q7,晶體管Q7基極連接微控制器的I/O端口 P4. 2，晶體管Q7發(fā)射極連接3. 3V端，晶體管Q7集電極連接外圍電路VCC端，關(guān)機(jī)功能電路為包括液晶顯示電路、點(diǎn)火信號(hào)采集電路、光線感應(yīng)電路的外圍電路提供電源通路；微控制器通過(guò)I/O端口 P4. 2控制晶體管Q7的關(guān)閉和導(dǎo)通，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)外圍電路電源的關(guān)閉和開(kāi)啟；微控制器通過(guò)I/O端口 P4. 2讀取關(guān)機(jī)鍵狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)儀的“關(guān)機(jī)”功能；關(guān)機(jī)功能電路在關(guān)機(jī)狀態(tài)下，為液晶顯不電路、點(diǎn)火彳目號(hào)米集電路、光線感應(yīng)電路提供電源的通道處于關(guān)閉狀態(tài)，此時(shí)微控制器處于超低功耗待機(jī)狀態(tài)；所述液晶顯示電路采用128X96圖形點(diǎn)陣式液晶模塊(LCM)，通過(guò)串行通信方式和微控制器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸；所述按鍵處理電路包括一個(gè)關(guān)機(jī)按鍵和四個(gè)人機(jī)對(duì)話按鍵，電路中的按鍵開(kāi)關(guān)采用獨(dú)立鍵盤(pán)方式與微控制器I/O端口連接；所述電池電壓檢測(cè)電路包括電壓通斷控制電路和分壓電路，電壓通斷控制電路由晶體管Q9、晶體管Qll及偏置電阻R66、R67、R73組成，晶體管Qll的基極經(jīng)電阻R66與VCC連接，經(jīng)電阻R73接地，發(fā)射極接地；晶體管Ql I的集電極經(jīng)電阻R67連接晶體管Q9的基極，，晶體管Q9的發(fā)射極接與9V堿性電池正極連接，晶體管Q9的集電極連接電阻R69、R74串聯(lián)而成分壓電路；通過(guò)分壓電路連接微控制器的AD采樣端口 ；所述光線感應(yīng)電路由光敏電阻、比較器LM2903D和阻容元件構(gòu)成；比較器比LM2903D的輸出端與微控制器的I/O端口連接；所述點(diǎn)火信號(hào)采集電路由感應(yīng)頭、信號(hào)濾波電路、信號(hào)放大及峰值保持電路、峰值觸發(fā)電路構(gòu)成，感應(yīng)頭靠近點(diǎn)火線圈獲取感應(yīng)信號(hào)，連接感應(yīng)頭的信號(hào)線外延部分由金屬蛇皮管進(jìn)行屏蔽，信號(hào)線將信號(hào)送入信號(hào)濾波電路，再經(jīng)信號(hào)放大及峰值保持電路送到微控制器的AD采樣端口，經(jīng)峰值觸發(fā)電路送到微控制器的I/O端口 ；以微控制器內(nèi)嵌的參考電壓Vref作為整個(gè)點(diǎn)火信號(hào)采集電路的參考電壓；所述接口電路包括JTAG接口。2、利用非接觸式點(diǎn)火專用智能檢測(cè)儀實(shí)現(xiàn)檢測(cè)的方法，包括如下次序步驟
a)當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，將感應(yīng)頭靠近點(diǎn)火線圈附近，通過(guò)感應(yīng)頭獲取峰峰值(peak-to-peak)不超過(guò)3. 3V的次級(jí)點(diǎn)火信號(hào)，通過(guò)信號(hào)濾波電路、峰值保持采樣電路、峰值觸發(fā)電路將次級(jí)點(diǎn)火信號(hào)輸入到超低功耗微控制器即單片機(jī) MSP430F4152自帶的10位AD模擬采樣端口 ；
b)微控制器通過(guò)AD轉(zhuǎn)換，對(duì)點(diǎn)火信號(hào)峰值進(jìn)行連續(xù)多次采樣并加權(quán)平均得到準(zhǔn)確度更高的采樣值，將采樣值乘以放大倍數(shù)得到實(shí)際的火花放電電壓；
c)微控制器通過(guò)SPI串行通信將數(shù)據(jù)發(fā)送到點(diǎn)陣式液晶屏進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，用戶根據(jù)顯示內(nèi)容判定點(diǎn)火線圈運(yùn)行情況。9V堿性電池采用6LR/61型9V堿性電池。過(guò)流保護(hù)電路由雙開(kāi)關(guān)二極管MMBD7000、晶體管Ql、Ql和電阻構(gòu)成；低壓差線性穩(wěn)壓器采用ON Semiconductor公司推出的NCP551SN33T1G。點(diǎn)火信號(hào)采集電路中的信號(hào)濾波電路由感應(yīng)頭輸入信號(hào)接口、雙向齊納二極管DZ23C51、雙向?qū)ǘO管MMBD7000和阻容元件連接組成；
信號(hào)放大及峰值保持電路由運(yùn)算放大器MCP6294、NPN三級(jí)管和阻容元件連接組成；
峰值觸發(fā)電路由LC濾波電路、運(yùn)算放大器MCP6294構(gòu)成的比較電路、單穩(wěn)態(tài)可再觸發(fā)器SN74LV1G123DCT、及阻容元件組成。本發(fā)明的有益效果非接觸式點(diǎn)火專用智能檢測(cè)儀是一款檢測(cè)點(diǎn)火線圈在點(diǎn)火系統(tǒng)中運(yùn)行情況的專用便攜式設(shè)備。解決了以往檢測(cè)設(shè)備的不足，其具備以下特點(diǎn)
非接觸式檢測(cè)高壓火花放電信號(hào)，安全性更高；
判定迅速，檢測(cè)效率高。無(wú)需拆卸點(diǎn)火線圈即可測(cè)試出點(diǎn)火線圈運(yùn)行的動(dòng)態(tài)參數(shù)，如火花放電電壓、火花放電頻率等。通過(guò)火花放電頻率和發(fā)動(dòng)機(jī)沖程數(shù)計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。根據(jù)計(jì)算出的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和實(shí)際值進(jìn)行比較，能夠分析出點(diǎn)火信號(hào)發(fā)生器是否故障。判定條件簡(jiǎn)單且準(zhǔn)確，用戶無(wú)需了解點(diǎn)火線圈產(chǎn)品外部結(jié)構(gòu)及輸入輸出接口定義，即可使用檢測(cè)儀對(duì)點(diǎn)火線圈運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。不僅適用于專業(yè)維修人員，也適用于普通消費(fèi)群體。感應(yīng)頭和設(shè)備主體之間采用蛇形金屬軟管相連，既可以根據(jù)需要隨意調(diào)整感應(yīng)頭和點(diǎn)火線圈的相對(duì)位置，又可以對(duì)空間高頻輻射信號(hào)進(jìn)行屏蔽，以保證數(shù)據(jù)采樣的準(zhǔn)確性。9V堿性電池供電，超低功耗設(shè)計(jì)，待機(jī)時(shí)間至少五年以上。正常工作電流不大于20mAo設(shè)備外殼采用手持式設(shè)計(jì)，體積小，便于攜帶，材料成本低，性價(jià)比高。


圖I、非接觸式點(diǎn)火專用智能檢測(cè)儀結(jié)構(gòu)框 圖2、電源管理電路結(jié)構(gòu)示意 圖3、液晶顯不電路端口控制不意 圖4、按鍵處理電路示意 圖5、電池電壓檢測(cè)電路示意圖；
圖6、光線感應(yīng)電路意 圖7、點(diǎn)火信號(hào)采集電路示意 圖8、JTAG接口電路 圖9、電源轉(zhuǎn)換和過(guò)流保護(hù)電路 圖10、信號(hào)濾波電路 圖11、信號(hào)放大及峰值保持電路；
圖12、峰值觸發(fā)電路；
圖13、電池電壓檢測(cè)電路。
具體實(shí)施例方式為了更清楚的理解本發(fā)明，結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明
如圖I至圖13所示，非接觸式點(diǎn)火專用智能檢測(cè)儀，主要由微控制器、電源管理電路、液晶顯示電路、按鍵處理電路、電池電壓檢測(cè)電路、光線感應(yīng)電路、點(diǎn)火信號(hào)采集電路、接口電路連接而成；本實(shí)施例中
微控制器采用Texas Instruments公司推出的超低功耗、資源豐富的16位單片機(jī)MSP430F4152。單片機(jī)MSP430F4152采用精簡(jiǎn)指令集結(jié)構(gòu)，運(yùn)行速度快；內(nèi)部自帶16KB程序存儲(chǔ)空間，512B的RAM空間，68個(gè)數(shù)字I/O 口，2個(gè)16位定時(shí)器，2個(gè)通用串行接口(USCI )，實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)UO位AD采樣模塊、12位AD采樣模塊各一個(gè)；能夠?qū)崿F(xiàn)在系統(tǒng)(ISP)和在應(yīng)用(IAP)編程功能；此控制器便于以后擴(kuò)展。單片機(jī)MSP430F4152工作電壓范圍為+1. 8V +3. 6V ;在工作電壓為+2. 2V,時(shí)鐘頻率為IMhz情況下，動(dòng)態(tài)電流為220uA，靜態(tài)電流為0. 9uA ;有五種節(jié)電方式；從睡眠到喚醒時(shí)間小于6us ；
單片機(jī)MSP430F4152外接32. 768K晶體作為時(shí)鐘源，通過(guò)鎖頻環(huán)FLL+和可控?cái)?shù)字振蕩器DC0，為CPU和外圍提供三種不同頻率時(shí)鐘，即輔助時(shí)鐘ACK，主系統(tǒng)時(shí)鐘MCLK，子系統(tǒng)時(shí)鐘SMCLK。系統(tǒng)的功耗和運(yùn)行頻率是成正比的，所以此三種頻率可以根據(jù)不同需要進(jìn)行選配。單片機(jī)MSP430F4152數(shù)字電源DVCC和模擬電源AVCC輸入口處通過(guò)旁路和去耦電容，能夠有效去除高頻噪聲，增強(qiáng)了單片機(jī)的抗干擾能力。電源管理電路具有以下三種功能
I)電源電壓轉(zhuǎn)換功能
檢測(cè)儀采用6LR/61型9V堿性電池供電，通過(guò)低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)將9V電源轉(zhuǎn)換為3. 3V。本方案選擇ON Semiconductor公司推出的NCP551SN33T1G低壓差線性穩(wěn)壓器，此芯片靜態(tài)電流小，輸出精度高，最大輸出電流可達(dá)150mA，能夠滿足檢測(cè)儀的工作需要。
2)過(guò)流保護(hù)功能
在系統(tǒng)工作電流超出NCP551SN33T1G最大工作電流時(shí)，通過(guò)過(guò)流保護(hù)電路將它的Enable端口置為低電平，不允許其工作，避免由于過(guò)流造成電源芯片燒壞。3) “關(guān)機(jī)”功能
微控制器通過(guò)I/O端口驅(qū)動(dòng)靜態(tài)管的關(guān)閉和導(dǎo)通，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)外圍電路電源的關(guān)閉和開(kāi)啟。微控制器通過(guò)讀取開(kāi)關(guān)機(jī)鍵狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)儀的“關(guān)機(jī)”功能。在關(guān)機(jī)狀態(tài)下，外圍電路(液晶顯示電路、點(diǎn)火信號(hào)采集電路、光線感應(yīng)電路等)供給電源處于關(guān)閉狀態(tài)下，微控制器處于超低功耗待機(jī)狀態(tài)。
電源管理電路中，電源轉(zhuǎn)換芯片采用ON Semiconductor公司推出的超低壓差線性穩(wěn)壓器NCP551SN33T1G，最高工作電壓可達(dá)12V，最大輸出電流為150mA，電壓輸出精度高2% ;靜態(tài)電流為4uA，滿足低功耗的需要。Dl為單向?qū)ǘO管，起到電源反接保護(hù)作用。PNP三級(jí)管Ql和NPN三極管和R9，R14，R13，R9組成過(guò)流保護(hù)功能。當(dāng)通過(guò)Rl的電流小于60mA左右，即Rl兩端的壓降小于0. 6V，Q1處于截止?fàn)顟B(tài)，Q2也處于截止?fàn)顟B(tài)，低壓差線性穩(wěn)壓器U2的使能端Enable處于高電平狀態(tài)，U2允許工作并輸出3. 3V的電源。當(dāng)通過(guò)Rl的電流大于60mA時(shí)，即Rl兩端的壓降大于0. 6V，Ql處于導(dǎo)通狀態(tài)，Q2也處于導(dǎo)通狀態(tài)，并通過(guò)集電極端將U2的使能端拉低至低電平狀態(tài)，U2停止工作，無(wú)電源輸出。關(guān)機(jī)功能電路由PNP三極管Q7構(gòu)成，單片機(jī)通過(guò)端口 P4. 2開(kāi)啟和關(guān)閉外圍電路的電源VCC供給。當(dāng)單片機(jī)通過(guò)開(kāi)關(guān)機(jī)鍵接收到關(guān)機(jī)指令時(shí)，將P4. 2端口置為高電平，PNP三極管Q7處于截止?fàn)顟B(tài)，集電極無(wú)輸出，外圍電路處于斷電狀態(tài)(按鍵處理電路、JTAG調(diào)試接口電路除外)，同時(shí)單片機(jī)進(jìn)入到睡眠狀態(tài)，從而達(dá)到了關(guān)機(jī)效果。當(dāng)開(kāi)關(guān)機(jī)鍵按下時(shí)，單片機(jī)通過(guò)端口觸發(fā)喚醒功能，將單片機(jī)從睡眠狀態(tài)喚醒到工作狀態(tài)，單片機(jī)將P4. 2端口置為低電平，三極管Q7處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，集電極輸出VCC供給外圍電路。液晶顯示電路中，微控制器將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理后，通過(guò)液晶模塊實(shí)時(shí)顯示，也可以通過(guò)液晶模塊和按鍵實(shí)現(xiàn)參數(shù)配置。顯示采用128X96圖形點(diǎn)陣式液晶模塊(LCM)，3. 3V供電系統(tǒng)，低功耗，LED背光方式；通過(guò)串行通信方式和微控制器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。同時(shí)微控制器可通過(guò)I/O端口控制背光的開(kāi)啟和關(guān)閉。單片機(jī)通過(guò)I/O端口和液晶模塊相連，根據(jù)液晶模塊的串行通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。單片機(jī)通過(guò)P2. 5端口控制液晶模塊背光的開(kāi)啟和關(guān)閉。當(dāng)端口 P2. 5為高電平時(shí)，PNP三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，集電極無(wú)電源輸出，背光關(guān)閉；當(dāng)端口 P2. 5為低電壓時(shí)，NPN三極管處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，集電極有電源輸出，背光開(kāi)啟。按鍵處理電路按鍵按照功能區(qū)分分為一個(gè)開(kāi)關(guān)機(jī)按鍵和四個(gè)人機(jī)對(duì)話按鍵。開(kāi)關(guān)機(jī)按鍵實(shí)現(xiàn)檢測(cè)儀的開(kāi)關(guān)機(jī)；操作者通過(guò)人機(jī)對(duì)話按鍵和液晶顯示模塊實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能。按鍵處理電路加入了防抖處理，避免出現(xiàn)誤判。微控制器通過(guò)I/O 口讀取按鍵狀態(tài)。為了保證在“關(guān)機(jī)”狀態(tài)下，通過(guò)開(kāi)關(guān)機(jī)鍵可以實(shí)現(xiàn)開(kāi)機(jī)功能，需要將開(kāi)關(guān)機(jī)鍵連接到Pl端口或者P2端口 ；單片機(jī)只有Pl和P2端口能夠配置為外部觸發(fā)中斷功能。另外此電路需要使用3. 3V電源供電，以保證在“關(guān)機(jī)”狀態(tài)下單片機(jī)可以響應(yīng)開(kāi)關(guān)機(jī)鍵的狀態(tài)。電池電壓檢測(cè)電路通過(guò)電池電壓檢測(cè)電路，微控制器能夠知道電池供電狀態(tài)。由于微控制器內(nèi)嵌的AD模擬采樣端口最高允許電壓不超過(guò)3. 3V，所以需要對(duì)電池電壓進(jìn)行分壓處理；為了保證在關(guān)機(jī)狀態(tài)下此電路靜態(tài)功耗最小，需要通過(guò)電壓通斷控制電路將電池電壓和AD采樣端口斷開(kāi)
當(dāng)VCC處在供電狀態(tài)即VCC為3. 3V左右時(shí)，NPN三極管Qll處于導(dǎo)通狀態(tài)，Ql的集電極為低電壓，PNP三極管Q9基極也處于低電平，Q9處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，Q9的集電極輸出電平約等于發(fā)射極的電平，即和電池電壓對(duì)應(yīng)。由于單片機(jī)的模擬采樣端口最高允許電平為
3.3V左右，所以需要通過(guò)R69和R74組成分壓電路，降低采樣電平。根據(jù)分壓原理可知，如B+為9V，則實(shí)際端口采樣電平為3V。
設(shè)備在關(guān)機(jī)狀態(tài)下，VCC處在停電狀態(tài)，Qll處于截止?fàn)顟B(tài)，同樣Q9也處于截止?fàn)顟B(tài)，采樣端口電平為低電平。電池電壓采樣電路只有Q9處在供電狀態(tài)且處于截止?fàn)顟B(tài)，基本無(wú)功耗，滿足了低功耗的設(shè)計(jì)。單片機(jī)通過(guò)軟件將P6. 5端口配置為模擬采樣端口 A5，通過(guò)A5端口采集電池電壓。光線感應(yīng)電路通過(guò)光敏電阻對(duì)光線的感應(yīng)所引起的阻值變化，轉(zhuǎn)化為電壓變化。通過(guò)比較器將其與參考電壓進(jìn)行比較，從而實(shí)現(xiàn)光線強(qiáng)弱對(duì)應(yīng)高低電平，微控制器通過(guò)I/O讀取電平狀態(tài)，判斷出當(dāng)前光線強(qiáng)弱狀態(tài)，通過(guò)背光控制電路自動(dòng)實(shí)現(xiàn)背光的開(kāi)啟和關(guān)閉。當(dāng)光線越強(qiáng)時(shí)，光敏電阻R80的阻值越小，即R56分得的電壓越高；當(dāng)光線越弱時(shí)，光敏電阻的阻值越大，即R56分得的電壓越低。通過(guò)調(diào)整可調(diào)電位器Pl，調(diào)整其阻值，根據(jù)分壓原理獲得參考電平輸入到比較器LM2903D的低電平輸入端。光線變強(qiáng)時(shí)，R56上的電壓會(huì)變高，當(dāng)高于參考電平時(shí)，比較器的輸出端處于OC開(kāi)路狀態(tài)，加上R81 (100K)的上拉電阻，P5. 4處于高電平狀態(tài)；當(dāng)光線變?nèi)鯐r(shí)，R56上的電壓會(huì)變低，當(dāng)?shù)陀趨⒖茧娖綍r(shí)，比較器的輸出端處于低電平狀態(tài)，P5. 4處于低電平狀態(tài)。單片機(jī)通過(guò)讀取P5. 4端口高低電平狀態(tài)，能夠判斷出光線強(qiáng)弱狀態(tài)，再根據(jù)光線強(qiáng)弱狀態(tài)自動(dòng)控制背光的開(kāi)啟和關(guān)閉。點(diǎn)火信號(hào)采集電路由感應(yīng)頭、信號(hào)濾波電路、信號(hào)放大及峰值保持電路、峰值觸發(fā)電路構(gòu)成，將感應(yīng)頭靠近點(diǎn)火線圈獲取感應(yīng)信號(hào)，信號(hào)線通過(guò)金屬蛇皮管和檢測(cè)儀進(jìn)行連接，可以對(duì)空間輻射進(jìn)行良好屏蔽，保證信號(hào)采樣的準(zhǔn)確性；再通過(guò)信號(hào)濾波電路、信號(hào)放大電路、峰值保持電路、峰值觸發(fā)電路等將信號(hào)輸送到微控制器的采樣端口以及I/O端口。為了防止信號(hào)失真，微控制器內(nèi)嵌的參考電壓Vref可以作為整個(gè)采樣電路的參考電壓。其中信號(hào)濾波電路由感應(yīng)頭輸入信號(hào)接口、雙向齊納二極管DZ23C51、雙向?qū)ǘO管MMBD7000和阻容元件組成；
DZ23C51 (D8)為表面貼裝雙向齊納二極管，能夠?qū)⒎瘸?1V的瞬間脈沖信號(hào)箝位在安全范圍，起到保護(hù)整個(gè)采集電路的作用，防止高壓擊穿。MMBD7000 (D7)為表面貼裝雙向?qū)ǘO管，通過(guò)它將信號(hào)有效信號(hào)限制在3. 3V和OV之間。通過(guò)1 27、1 31、(15、1 58、033等組成的帶通濾波電路，能夠?qū)o(wú)用的低頻信號(hào)和高頻信號(hào)濾除掉，只允許一定頻率的點(diǎn)火感應(yīng)信號(hào)完整通過(guò)。單片機(jī)內(nèi)部具有參考電壓生成功能(I. 5V和2. 5V可選)，并且可以配置輸出。由于感應(yīng)頭信號(hào)幅度范圍為(0I. 5V)，所以參考電平選擇I. 5V，且將端口 P6. 4配置為Vref+輸出到采樣電路。為了保證采樣的準(zhǔn)確性，單片機(jī)內(nèi)置采樣模塊可以通過(guò)軟件選擇采樣范圍，即VCC到Vref-，由于點(diǎn)火信號(hào)是以I. 5V電平作為偏置電壓，所以單片機(jī)需要將Vref-端口(P6. 3)和I. 5V參考電壓連接。信號(hào)放大及峰值保持電路由運(yùn)算放大器MCP6294、NPN三級(jí)管和阻容元件連接組成；
運(yùn)算放大器U5C采用microchip公司推出的MCP6294器件，該器件帶寬為lOMzh，工作電流為1.0mA。通過(guò)運(yùn)算放大器對(duì)信號(hào)進(jìn)行同相同比例放大，增強(qiáng)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力。運(yùn)算放大器U5C和NPN三級(jí)管組成 峰值保持電路，能夠?qū)⑺查g尖峰信號(hào)保持一段時(shí)間，便于單片機(jī)進(jìn)行采樣。保持時(shí)間長(zhǎng)短由R65、R64和C54決定。峰值觸發(fā)電路由LC濾波電路、運(yùn)算放大器MCP6294構(gòu)成的比較電路、單穩(wěn)態(tài)可再觸發(fā)器SN74LV1G123DCT、及阻容元件組成；
經(jīng)過(guò)運(yùn)放放大后的信號(hào)通過(guò)LC電路進(jìn)行濾波并耦合到參考電平上，通過(guò)比較電路將點(diǎn)火信號(hào)變?yōu)閺牡偷礁叩碾娖叫盘?hào)，單穩(wěn)態(tài)可再觸發(fā)器SN74LV1G123DCT通過(guò)2腳判定有上升沿電平，則會(huì)輸出固定脈沖寬度(脈沖寬度由R45和C38決定)的信號(hào)，送入到單片機(jī)的Pl. 7端口。單片機(jī)通過(guò)Pl. 7端口讀取脈沖狀態(tài)，從而獲得脈沖周期和頻率，即點(diǎn)火頻率。JTAG調(diào)試接口電路，JTAG接口是一種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試協(xié)議，主要用于芯片內(nèi)部測(cè)試以及對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真、調(diào)試。JTAG是一種嵌入式調(diào)試技術(shù)，還可以實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)編程(ISP)功能?？梢酝ㄟ^(guò)JTAG對(duì)FLASH器件進(jìn)行編程。本接口采用標(biāo)準(zhǔn)的JTAG接口即4線型(TMS、TCK, TDI, TD0)
接口定義如下
TMS..................... 測(cè)試模式選擇；
TCK..................... 測(cè)試時(shí)鐘；
TDI........................測(cè)試數(shù)據(jù)串行輸入；
TDO..................... 測(cè)試數(shù)據(jù)串行輸出；
GND...................... 土也
RST........................測(cè)試系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)；
TEST..................... 測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試信號(hào)；
VDD..................... 仿真器電源輸出；
VCC.......................調(diào)試板電源輸入；
根據(jù)上述說(shuō)明，結(jié)合本領(lǐng)域技術(shù)可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方案。
權(quán)利要求
1.非接觸式點(diǎn)火專用智能檢測(cè)儀，其特征在于，主要由微控制器、電源管理電路、液晶顯示電路、按鍵處理電路、電池電壓檢測(cè)電路、光線感應(yīng)電路、點(diǎn)火信號(hào)采集電路、接口電路連接而成；所述微控制器采用Texas Instruments 16位單片機(jī)MSP430F4152 ;所述電源管理電路主要包括9V堿性電池、過(guò)流保護(hù)電路和低壓差線性穩(wěn)壓器組成電源電壓轉(zhuǎn)換電路；由9V堿性電池供電，通過(guò)過(guò)流保護(hù)電路和低壓差線性穩(wěn)壓器將9V電源轉(zhuǎn)換為3. 3V電壓；所述電源管理電路中還包括關(guān)機(jī)功能電路，關(guān)機(jī)功能電路由3. 3V端連接一個(gè)晶體管Q7,晶體管Q7基極連接微控制器的I/O端口 P4. 2，晶體管Q7發(fā)射極連接3. 3V端，晶體管Q7集電極連接外圍電路VCC端,關(guān)機(jī)功能電路為包括液晶顯示電路、點(diǎn)火信號(hào)采集電路、光線感應(yīng)電路的外圍電路提供電源通路；微控制器通過(guò)I/O端口 P4. 2控制晶體管Q7的關(guān)閉和導(dǎo)通，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)外圍電路電源的關(guān)閉和開(kāi)啟；微控制器通過(guò)I/O端口 P4. 2讀取關(guān)機(jī)鍵狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)儀的“關(guān)機(jī)”功能；關(guān)機(jī)功能電路在關(guān)機(jī)狀態(tài)下，為液晶顯示電路、點(diǎn)火信號(hào)采集電路、光線感應(yīng)電路提供電源的通道處于關(guān)閉狀態(tài)，此時(shí)微控制器處于超低功耗待機(jī)狀態(tài)；所述液晶顯示電路采用128X96圖形點(diǎn)陣式液晶模塊，通過(guò)串行通信方式和微控制器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸；所述按鍵處理電路包括一個(gè)關(guān)機(jī)按鍵和四個(gè)人機(jī)對(duì)話按鍵，電路中的按鍵開(kāi)關(guān)采用獨(dú)立鍵盤(pán)方式與微控制器I/O端口連接；所述電池電壓檢測(cè)電路包括電壓通斷控制電路和分壓電路，電壓通斷控制電路由晶體管Q9、晶體管Qll及偏置電阻R66、R67、R73組成，晶體管Qll的基極經(jīng)電阻R66與VCC連接，經(jīng)電阻R73接地，發(fā)射極接地；晶體管Qll的集電極經(jīng)電阻R67連接晶體管Q9的基極，，晶體管Q9的發(fā)射極接與9V堿性電池正極連接，晶體管Q9的集電極連接電阻R69、R74串聯(lián)而成分壓電路；通過(guò)分壓電路連接微控制器的AD采樣端口 ；所述光線感應(yīng)電路由光敏電阻、比較器LM2903D和阻容元件構(gòu)成；比較器比LM2903D的輸出端與微控制器的I/O端口連接；所述點(diǎn)火信號(hào)采集電路由感應(yīng)頭、信號(hào)濾波電路、信號(hào)放大及峰值保持電路、峰值觸發(fā)電路構(gòu)成，感應(yīng)頭靠近點(diǎn)火線圈獲取感應(yīng)信號(hào)，連接感應(yīng)頭的信號(hào)線外延部分由金屬蛇皮管進(jìn)行屏蔽，信號(hào)線將信號(hào)送入信號(hào)濾波電路，再經(jīng)信號(hào)放大及峰值保持電路送到微控制器的AD采樣端口，經(jīng)峰值觸發(fā)電路送到微控制器的I/O端口 ；以微控制器內(nèi)嵌的參考電壓Vref作為整個(gè)點(diǎn)火信號(hào)采集電路的參考電壓；所述接口電路包括JTAG接口。
2.利用非接觸式點(diǎn)火專用智能檢測(cè)儀實(shí)現(xiàn)檢測(cè)的方法，包括如下次序步驟 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，將感應(yīng)頭靠近點(diǎn)火線圈附近，通過(guò)感應(yīng)頭獲取峰峰值不超過(guò).3.3V的次級(jí)點(diǎn)火信號(hào)，通過(guò)信號(hào)濾波電路、峰值保持采樣電路、峰值觸發(fā)電路將次級(jí)點(diǎn)火信號(hào)輸入到超低功耗微控制器即單片機(jī)MSP430F4152自帶的10位AD模擬采樣端口 ；微控制器通過(guò)AD轉(zhuǎn)換，對(duì)點(diǎn)火信號(hào)峰值進(jìn)行連續(xù)多次采樣并加權(quán)平均得到準(zhǔn)確度更高的采樣值，將采樣值乘以放大倍數(shù)得到實(shí)際的火花放電電壓； 微控制器通過(guò)SPI串行通信將數(shù)據(jù)發(fā)送到點(diǎn)陣式液晶屏進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，用戶根據(jù)顯示內(nèi)容判定點(diǎn)火線圈運(yùn)行情況。
3.如權(quán)利要求I所述的非接觸式點(diǎn)火專用智能檢測(cè)儀，其特征在于，9V堿性電池采用6LR/61型9V堿性電池。
4.如權(quán)利要求I或權(quán)利要求2所述的非接觸式點(diǎn)火專用智能檢測(cè)儀，其特征在于，過(guò)流保護(hù)電路由雙開(kāi)關(guān)二極管MMBD7000、晶體管Ql、Ql和電阻構(gòu)成；低壓差線性穩(wěn)壓器采用 ON Semiconductor 公司推出的 NCP551SN33T1G。
5.如權(quán)利要求I所述的非接觸式點(diǎn)火專用智能檢測(cè)儀，其特征在于，點(diǎn)火信號(hào)采集電路中的信號(hào)濾波電路由感應(yīng)頭輸入信號(hào)接口、雙向齊納二極管DZ23C51、雙向?qū)ǘO管MMBD7000和阻容元件連接組成；信號(hào)放大及峰值保持電路由運(yùn)算放大器MCP6294、NPN三級(jí)管和阻容元件連接組成；峰值觸發(fā)電路由LC濾波電路、運(yùn)算放大器MCP6294構(gòu)成的比較電路、單穩(wěn)態(tài)可再觸發(fā)器SN74LVIG123DCT、及阻容元件組成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種非接觸式點(diǎn)火專用智能檢測(cè)儀，主要由微控制器、電源管理電路、液晶顯示電路、按鍵處理電路、電池電壓檢測(cè)電路、光線感應(yīng)電路、點(diǎn)火信號(hào)采集電路、接口電路連接而成；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，將感應(yīng)頭靠近點(diǎn)火線圈附近，通過(guò)感應(yīng)頭獲取峰峰值不超過(guò)3.3V的次級(jí)點(diǎn)火信號(hào)，微控制器通過(guò)AD轉(zhuǎn)換，對(duì)點(diǎn)火信號(hào)峰值進(jìn)行連續(xù)多次采樣并加權(quán)平均得到準(zhǔn)確度更高的采樣值，將采樣值乘以放大倍數(shù)得到實(shí)際的火花放電電壓，非接觸式檢測(cè)高壓火花放電信號(hào)，安全性更高；判定迅速，檢測(cè)效率高，無(wú)需拆卸點(diǎn)火線圈即可測(cè)試出點(diǎn)火線圈運(yùn)行的動(dòng)態(tài)參數(shù)，如火花放電電壓、火花放電頻率。
文檔編號(hào)F02P17/12GK102767456SQ201210288049
公開(kāi)日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2012年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月14日
發(fā)明者于菊蘭, 張磊, 李永鋒, 王亮, 蔡椿軍 申請(qǐng)人:天津斯巴克瑞汽車電子有限公司