CN1276172C - 利用单片机对汽车发动机点火波形进行测试的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用单片机对汽车发动机点火波形进行测试的装置和方法。本发明的装置对初级和次级点火信号的峰值和火花燃烧期间的低频波形采集分别进行；本发明的方法也是将点火波形的峰值测试和火花燃烧期间的波形测试分别处理。由于峰值测试和火花信号测试的频率都比较低，就不需高速模/数转换芯片，在不降低测试精确性的前提下，使得测试设备的体积减小、成本降低，易于携带。
Description
技术领域 本发明涉及一种对汽车发动机点火波形进行测试的装置，尤其是涉及一种利用单片机对汽车发动机点火波形进行测试的装置。
本发明还涉及一种对汽车发动机点火波形进行测试的方法，尤其是涉及一种利用单片机对汽车发动机点火波形进行测试的方法。
背景技术 在现代社会，随着人们对便利快捷的不断追求和技术的进步，汽车已经几乎进入了每一个人的生活当中，成为人们不可或缺的交通运输工具。因此对汽车进行故障检测的技术也就应运而生了，而对于汽车的核心部分——发动机的检测是最重要的。对汽车发动机的检测方法有很多种，其中对汽车发动机点火波形的测试的分析汽车发动机工况的重要手段，几乎是不可缺少的。
现在无论是国内还是国外，对汽车发动机点火波形测试的产品和方法都有很多种。但是现有的产品和技术全部使用了20MHZ以上的高速模/数转化芯片，采用实时测量技术，将发动机点火波形的全过程采样数据通过高速模/数转化芯片转化后送到微处理器中进行处理，微处理器再通过对采样的数据进行滤波、筛选，找到再现发动机点火波形的特征数据，将这些特征数据转化为坐标点后送到显示器件中，这样便可以将发动机点火波形和峰值电压直观的显示出来，最好就可以对发动机工况进行分析。
上述的现有技术虽然可以精确的测量出包括峰值电压在内的发动机点火波形的全过程，但是也存在一些缺点：
1、由于汽车发动机点火时采样信号的高频分量较多，而在点火击穿的瞬间，高频分量的频率将达到20-30MHZ，这样就必须要使用20MHZ以上的高速模/数转化芯片才能够精确测量出点火击穿瞬间的电压数值。不过高速模/数转化芯片和其外围控制电路是极其昂贵的，控制上也较为复杂。由于上述的原因，现有的测量技术绝大多数都只能运用在大型发动机分析设备上，而很难应用在便携式发动机分析仪器上。
2、现有的技术为了准确测量点火峰值电压，由于上条所述的原因，要求模/数转化器件的转化速度很高，任何降低采样速度的做法，都将造成测量的误差。
3、由于采用了高速的模/数转化，使得采样到的数据量急剧增大，相应的要求控制电路必须提高存储器的容量和处理器的速度，相应的就提高了成本。
4、由于数据量增大后，测试设备中的处理器为了处理更多的数据，需要耗费比原来更多的时间，使波形显示的响应速度下降，实时性降低。
发明内容 本发明的目的是：提出一种利用单片机对汽车发动机点火波形进行测试的装置，可以满足体积小、集成度高、成本低的要求，使得这种装置成为一种便携式的汽车发动机点火波形测试装置；同时，其测试性能一样的精确。
本发明的再一个目的是：提出一种利用单片机对汽车发动机点火波形进行测试的方法，应用这种方法可以使得汽车发动机点火波形单片机测试设备的体积大大小于现有的设备，并且成本较低，集成度高，同时其测试性能也一样的精确。
本发明的目的是这样实现的：一种利用单片机对汽车发动机点火波形进行测试的装置，包括主微处理器，存储器，液晶(LCD)显示器件，以及点火信号输入端，点火信号输入端又包括初级信号输入端和次级信号输入端，
并且，
上述的测试装置还包括，
一峰值处理电路，用于处理计算发动机初级和次级点火信号的电压峰值；
一点火波形模/数转换电路，用于处理发动机火花燃烧期间的低频波形采集。
同时，
上述的峰值处理电路包括，
一正向电容储能电路单元，用于在发动机点火信号采用正放电点火形式时，初级或次级点火信号经过电压跟随后，存储一个周期的点火信号的峰值；
一负向电容储能电路单元，用于在发动机点火信号采用负放电点火形式时，初级或次级点火信号经过电压跟随后，存储一个周期的点火信号的峰值；
一用于峰值处理的带有模/数转换的微处理器，通过串行线与主微处理器连接，同时与上述的正向电容储能电路单元和上述的负向电容储能电路单元连接。
上述的峰值处理电路还包括，
两个放大器，分别连接在上述的正向电容储能电路单元以及上述的负向电容储能电路单元和上述的峰值处理微处理器之间，用于在上述的峰值处理微处理器从上述的正向电容储能电路单元和上述的负向电容储能电路单元中读入点火信号的峰值时进行放大。
上述的峰值处理电路还包括，
一模拟开关，连接在发动机点火信号输入端、上述的峰值处理微处理器、上述的正向电容储能电路单元和上述的负向电容储能电路单元之间。
上述的点火波形模/数转换电路包括，
一模/数转换器件，与上述的主微处理器连接，用于将点火信号进行模/数转换后以直接存储器存储方式(DMA)读入上述的主微处理器。
上述的点火波形模/数转换电路还包括，
一模拟开关，连接在发动机点火信号输入端和上述的模/数转换器件之间。
本发明的再一个目的是这样实现的：一种利用单片机对汽车发动机点火波形进行测试的方法，包括以下步骤，
a)设定一正向电容储能电路单元，在发动机点火信号采用正放电点火形式时，将发动机初级或次级点火信号经过电压跟随后送到该正向电容储能电路单元，并将峰值存储；
b)设定一负向电容储能电路单元，在发动机点火信号采用负放电点火形式时，将发动机初级或次级点火信号经过电压跟随后送到该正向电容储能电路单元，并将峰值存储；
c)利用一带有模/数转换的微处理器，将电容储能电路单元中存储的点火信号峰值读出并经过模/数转换后再读入主微处理器，并由主微处理器存入存储器中；
d)利用一模/数转换器件将发动机火花燃烧期间的低频波形进行模/数转换，并按照直接存储器存储方式(DMA)读入主微处理器，并由主微处理器存入存储器中。
并且，
上述的步骤a)还包括，
e)在正向电容储能电路单元与带有模/数转换的微处理器之间连接一放大器。
上述的步骤b)还包括，
f)在负向电容储能电路单元与带有模/数转换的微处理器之间连接一放大器。
上述的步骤c)还包括，
g)利用一串行线连接带有模/数转换的微处理器和主微处理器。
上述的步骤c)还包括，
h)利用主微处理器对存储在存储器中的点火波形峰值和波形数据，通过查找特征值并按照预定的算法结合在一起后送到液晶(LCD)显示器件。
上述的步骤d)还包括，
i)利用主微处理器对存储在存储器中的数据经过计算转换为坐标值后送到液晶(LCD)显示器件。
采用了上述的技术方案，就可以实现本发明的目的。由于本发明的装置将点火波形的峰值测试和火花燃烧期间的波形测试分别处理，而峰值测试和火花燃烧期间的波形测试的频率都比较低，就不需要高速模/数转化芯片，从而使得本发明的装置的体积小、成本低，是一种便携式的汽车发动机点火波形测试设备，同时其测试性能一样精确。
采用了上述的技术方案，也可以实现本发明的再一个目的。本发明的方法将点火波形的峰值测试和火花燃烧期间的波形测试分开来处理，由于峰值测试和火花燃烧期间的波形测试的频率都比较低，不需要高速模/数转化芯片，使得利用本发明的方法制造的发动机工况分析设备体积小，成本低，是一种便携式的测试设备，同时测试性能精确。
附图说明 下面结合附图详细描述本发明的较佳实施例，通过对本发明较佳实施例的描述，可以更加清楚的看出本发明的优点所在。
图1本发明的测试装置的电路原理框图；
图2本发明的测试方法的步骤图。
具体实施方式 用点火波形来分析汽车发动机点火部分故障主要依赖如下数据：初级和次级点火击穿电压、初级和次级点火的点火时间、闭合角。
初级点火的击穿电压一般为50～100V，次级点火的击穿电压为10KV～20KV，火花时间一般为0.8毫秒，在点火燃烧期间的信号频率一般为200KHZ～500KHZ。这样，只要对汽车发动机点火波形准确测量出点火峰值电压、火花燃烧时的点火信号波形和火花时间，就可以对发动机分析提供基本的参考依据。
因此，在测试设备的硬件电路上，可以把点火波形的峰值测试和火花燃烧期间的波形测试作为两个相对独立的电路单元来处理。如上所述，由于点火波形峰值测试和火花信号测试的频率都比较低，就不再需要使用20MHZ以上的高速模/数转化芯片，从而使得测试设备整机成本降低、体积减小，同时根据以上的分析，其测试性能也一样的精确。
如图1，对汽车发动机进行分析时，初级和次级点火信号分别通过输入端输入，输入后的信号分别由峰值处理电路来处理计算初级和次级点火信号的电压峰值，以及用点火波形模/数转换电路来进行火花燃烧期间的低频波形采样。
峰值处理电路包括一带有模/数转换的微处理器以及电容储能电路单元，其中由于汽车发动机点火信号有正放电和负放电两种点火形式，所以电容储能也包括一正向电容储能电路单元和一负向电容储能电路单元。发动机初级或者次级点火信号经过正电压跟随或者负电压跟随后送到电容储能电路单元，电容储能电路单元可以将一个周期的点火信号的最大值存储到电容中，当一个周期的点火信号过后，峰值处理微处理器从电容储能电路单元中将点火信号的峰值读入，经过模/数转换后，通过与主微处理器之间的串行线将峰值数值送到主微处理器，由主微处理器将点火峰值存储到存储器中。峰值处理电路还包括两个放大器，当峰值处理微处理器从正向电容储能电路单元或者负向电容储能电路单元中读出峰值时，分别用于放大峰值。
点火波形模/数转换电路类似于一般的示波器的功能，其工作是先将点火波形信号进行模/数转换，主微处理器再通过直接存储器存储(DMA)方式将模/数转换后的数字信号读入，主微处理器对信号进行滤波后将其存储到存储器中。
另外在峰值处理电路的前端有一模拟开关，由峰值处理微处理器控制；在点火波形模/数转换电路的前端也有一模拟开关，由主微处理器控制。
当需要显示点火波形以对发动机进行分析时，主微处理器将存储到存储器中的点火峰值和波形数据通过查找特征值，按照预定的算法转化为坐标值，然后送到液晶(LCD)显示器件处显示出来。
如图2，对于发动机点火波形的峰值处理，首先是步骤S110，即在发动机采用正放电点火形式时，初级或者次级点火信号从输入端输入，经过步骤S112的正电压跟随，再是步骤S114送放正向电容储能电路单元，然后是步骤S116，放大器放大信号；或者是在发动机采用负放电点火形式时，首先是步骤S118，经过步骤S120的负电压跟随，再是步骤S122送入负向电容储能电路单元，然后是步骤S124，放大器放大信号。
经过放大器放大的信号接着是步骤S126，由峰值处理微处理器读入，再是步骤S128送放主微处理器，最后是步骤S130，由主微处理器送入存储器存储。
对于低频采集，首先是步骤S110，初级或者次级点火信号从输入端输入，接着是步骤S132，由模/数转换器件转换为数字信号，再接着是步骤S134，将转换后的数字信号读放主微处理器，最后也是步骤S130，将经过主微处理器滤波处理的信号送入存储器存储。
需要显示发动机点火波形以分析发动机工况时，首先是步骤S136，将存储器中的点火波形峰值和波形数据读出到主微处理器中，接着是步骤S138，由主微处理器查找特征值并按照预定的算法转化为坐标值，最后是步骤S140，将计算得到的坐标值送到液晶(LCD)显示器件中显示出来。这样就可以根据显示出来的波形峰值、波形以及火花时间等分析发动机的工况。
需要指出的是，根据本发明的实质，本领域的普通技术人员可以在本发明的基础上作出各种变形或替换，但是所有这些变形或替换，都应当属于本发明的保护范围。
Claims (12)
1、一种利用单片机对汽车发动机点火波形进行测试的装置，包括主微处理器，存储器，液晶(LCD)显示器件，以及点火信号输入端，点火信号输入端又包括初级信号输入端和次级信号输入端，其特征是：所述的测试装置还包括，
一峰值处理电路，用于处理计算发动机初级和次级点火信号的电压峰值；
一点火波形模/数转换电路，用于处理发动机火花燃烧期间的低频波形采集。
2、根据权利要求1所述的一种利用单片机对汽车发动机点火波形进行测试的装置，其特征是：所述的峰值处理电路包括，
一正向电容储能电路单元，用于在发动机点火信号采用正放电点火形式时，初级或次级点火信号经过电压跟随后，存储一个周期的点火信号的峰值；
一负向电容储能电路单元，用于在发动机点火信号采用负放电点火形式时，初级或次级点火信号经过电压跟随后，存储一个周期的点火信号的峰值；
一用于峰值处理的带有模/数转换的微处理器，通过串行线与主微处理器连接，同时与所述的正向电容储能电路单元和所述的负向电容储能电路单元连接。
3、根据权利要求1或2所述的一种利用单片机对汽车发动机点火波形进行测试的装置，其特征是：所述的峰值处理电路还包括，
两个放大器，分别连接在所述的正向电容储能电路单元以及所述的负向电容储能电路单元和所述的峰值处理微处理器之间，用于在所述的峰值处理微处理器从所述的正向电容储能电路单元和所述的负向电容储能电路单元中读入点火信号的峰值时进行放大。
4、根据权利要求1或2所述的一种利用单片机对汽车发动机点火波形进行测试的装置，其特征是：所述的峰值处理电路还包括，
一模拟开关，连接在发动机点火信号输入端、所述的峰值处理微处理器、所述的正向电容储能电路单元和所述的负向电容储能电路单元之间。
5、根据权利要求1所述的一种利用单片机对汽车发动机点火波形进行测试的装置，其特征是：所述的点火波形模/数转换电路包括，
一模/数转换器件，与所述的主微处理器连接，用于将点火信号进行模/数转换后以直接存储器存储方式(DMA)读入所述的主微处理器。
6、根据权利要求1所述的一种利用单片机对汽车发动机点火波形进行测试的装置，其特征是：所述的点火波形模/数转换电路还包括，
一模拟开关，连接在发动机点火信号输入端和所述的模/数转换器件之间。
7、一种利用单片机对汽车发动机点火波形进行测试的方法，包括：
a)设定一正向电容储能电路单元，在发动机点火信号采用正放电点火形式时，将发动机初级或次级点火信号经过电压跟随后送到该正向电容储能电路单元，并将峰值存储；
b)设定一负向电容储能电路单元，在发动机点火信号采用负放电点火形式时，将发动机初级或次级点火信号经过电压跟随后送到该正向电容储能电路单元，并将峰值存储；
c)利用一带有模/数转换的微处理器，将电容储能电路单元中存储的点火信号峰值读出并经过模/数转换后再读入主微处理器，并由主微处理器存入存储器中；
d)利用一模/数转换器件将发动机火花燃烧期间的低频波形进行模/数转换，并按照直接存储器存储方式(DMA)读入主微处理器，并由主微处理器存入存储器中。
8、根据权利要求7所述的一种利用单片机对汽车发动机点火波形进行测试的方法，其特征是：所述的步骤a)还包括，
e)在正向电容储能电路单元与带有模/数转换的微处理器之间连接一放大器。
9、根据权利要求7所述的一种利用单片机对汽车发动机点火波形进行测试的方法，其特征是：所述的步骤b)还包括，
f)在负向电容储能电路单元与带有模/数转换的微处理器之间连接一放大器。
10、根据权利要求7所述的一种利用单片机对汽车发动机点火波形进行测试的方法，其特征是：所述的步骤c)还包括，
g)利用一串行线连接带有模/数转换的微处理器和主微处理器。
11、根据权利要求7所述的一种利用单片机对汽车发动机点火波形进行测试的方法，其特征是：所述的步骤c)还包括，
h)利用主微处理器对存储在存储器中的点火波形峰值和波形数据，通过查找特征值并按照预定的算法结合在一起后送到液晶(LCD)显示器件。
12、根据权利要求7所述的一种利用单片机对汽车发动机点火波形进行测试的方法，其特征是：所述的步骤d)还包括，
i)利用主微处理器对存储在存储器中的数据经过计算转换为坐标值后送到液晶(LCD)显示器件。
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