专利名称：一种非接触式点火专用智能检测仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及汽车点火系统检测设备，特别涉及一种非接触式点火专用智能检测仪。
背景技术：
点火系统在汽车动力系统中扮演着极其重要的角色，而点火线圈作为点火系统的核心部件，可提供足够能量的高压(两万伏以上)，点燃气缸内燃油混合气体，保证发动机能够持续高效地运转。所以点火线圈的好坏直接决定了发动机性能的发挥。目前市场上对点火线圈故障判断主要有以下几种方法方法一、在断电条件下，通过万用表测量点火线圈静态参数即初、次级电阻，判定初、次级是否有断路、短路情况，以判定点火线圈是否损坏。其缺点是准确性差，判定条件简单，只能测试初、次级静态电阻，而电阻的标称范围只能通过经验积累获得，而点火线圈的型号很多，静态参数也不一样，往往只能通过维修工人的经验去判断，误判率高，对于内部自带点火模块或者次级装有二极管的点火线圈，用此判定方法失效。可操作性需要将点火线圈和其他连接部件分离，以便测量静态参数。经常通过更换点火线圈进行实际点火测试来判定其好坏。使用人员必须是对点火系统工作原理、点火线圈的工作原理、产品外部结构、输入输出接口有一定了解的专业技术维修人员。方法二、使用模拟放电方法判定点火线圈好坏。将所有点火线圈从台架上取下，将其连接到测试设备上，调整放电针距为5. 5mm，观察火花的强弱情况以判定点火线圈是否故障。准确性判定方法更加直观可靠，准确率高。但模拟放电需要了解相关信息，如点火线圈充电时间，放电频率，输入输出接口定义、内部是否自带点火控制器等。模拟放电只能通过火花的强弱判定点火线圈是否故障，受设备、环境等影响较大，有一定的局限性。可操作性需要将点火线圈从发动机上拆卸下来进行放电测试，由于模拟放电设备体积较大且需要外接AC电源，其只能在有AC电源的地方使用。尤其对于COP方式点火系统，需要拆卸4到6只点火线圈依次进行放电测试。适用人群需要对点火系统工作原理、点火线圈的工作原理、产品外部结构、输入输出接口有一定了解的专业技术维修人员，必要时需要点火线圈厂家提供技术支持和服务。安全性高压放电，安全性低。材料成本500元以上。方法三、使用点火线圈专用测试台判定点火线圈好坏。需要将点火线圈从台架上取下，将其连接到专用测试设备上，根据操作规范对点火线圈各项动态参数进行测试。准确性判定方法复杂，可以测试点火线圈各项运行参数，如火花放电电压，火花放电电流，火花持续时间，初级充电电流曲线，次级电压上升时间，点火能量等。测量参数精确，判断准确性高。可操作性同模拟放电测试方法。适用人群同模拟放电测试方法。安全性高压放电，安全性低。材料成本价格昂贵，三万元以上。综述以上几种点火线圈检测方法，它们具有以下几个方面的问题和不足I)判定效率低，需要多次拆卸点火线圈进行检测才能够判定故障点。2)只适用专业测试人员，智能化程度低。3)携带和操作都不方便。4)性价比低。
发明内容本实用新型的目的就是为克服现有技术的不足，针对目前点火线圈检测设备的问题，提供一种非接触式点火专用智能检测仪的设计方案，使之实现在点火线圈高压输出端放电时，减少对测试设备和人员造成损伤，提高安全性、提高检测效率、扩大使用范围、体积缩小，便于携带、提高其性价比和便于市场推广。本实用新型是通过这样的技术方案实现的一种非接触式点火专用智能检测仪，其特征在于，主要由微控制器、电源管理电路、液晶显示电路、按键处理电路、电池电压检测电路、光线感应电路、点火信号采集电路、接口电路连接而成；所述微控制器采用TexasInstruments 16位单片机MSP430F4152 ;所述电源管理电路主要包括9V碱性电池、过流保护电路和低压差线性稳压器(LDO)组成电源电压转换电路；所述电源管理电路中还包括关机功能电路，关机功能电路由3. 3V端连接一个晶体管Q7，晶体管Q7基极连接微控制器的I/O端口 P4. 2，晶体管Q7发射极连接3. 3V端，晶体管Q7集电极连接外围电路VCC端，关机功能电路为包括液晶显示电路、点火信号采集电路、光线感应电路的外围电路提供电源通路；所述液晶显示电路采用128X96图形点阵式液晶模块(LCM)，通过串行通信方式和微控制器连接；所述按键处理电路包括一个关机按键和四个人机对话按键，电路中的按键开关采用独立键盘方式与微控制器I/O端口连接；所述电池电压检测电路包括电压通断控制电路和分压电路，电压通断控制电路由晶体管Q9、晶体管Qll及偏置电阻R66、R67、R73组成，晶体管Qll的基极经电阻R66与VCC连接，经电阻R73接地，发射极接地；晶体管Qll的集电极经电阻R67连接晶体管Q9的基极，，晶体管Q9的发射极接与9V碱性电池正极连接，晶体管Q9的集电极连接电阻R69、R74串联而成分压电路；通过分压电路连接微控制器的AD采样端口 ；所述光线感应电路由光敏电阻、比较器LM2903D和阻容元件构成；比较器比LM2903D的输出端与微控制器的I/O端口连接；所述点火信号采集电路由感应头、信号滤波电路、信号放大及峰值保持电路、峰值触发电路构成，连接感应头的信号线外延部分由金属蛇皮管进行屏蔽；所述接口电路包括JTAG接口。9V碱性电池采用6LR/61型9V碱性电池。过流保护电路由双开关二极管MMBD7000、晶体管Ql、Ql和电阻构成；低压差线性稳压器采用ON Semiconductor公司推出的NCP551SN33T1G。点火信号采集电路中信号滤波电路由感应头输入信号接口、双向齐纳二极管DZ23C51、双向导通二极管MMBD7000和阻容元件连接组成；信号放大及峰值保持电路由运算放大器MCP6294、NPN三级管和阻容元件连接组成；峰值触发电路由LC滤波电路、运算放大器MCP6294构成的比较电路、单稳态可再触发器SN74LV1G123DCT、及阻容元件组成。本实用新型的有益效果非接触式点火专用智能检测仪是一款检测点火线圈在点火系统中运行情况的专用便携式设备。解决了以往检测设备的不足，其具备以下特点非接触式检测高压火花放电信号，安全性更高；判定迅速，检测效率高。无需拆卸点火线圈即可测试出点火线圈运行的动态参数，如火花放电电压、火花放电频率等。通过火花放电频率和发动机冲程数计算出发动机转速。根据计算出的发动机转速和实际值进行比较，能够分析出点火信号发生器是否故障。判定条件简单且准确，用户无需了解点火线圈产品外部结构及输入输出接口定义，即可使用检测仪对点火线圈运行情况进行实时检测。不仅适用于专业维修人员，也适用于普通消费群体。感应头和设备主体之间采用蛇形金属软管相连，既可以根据需要随意调整感应头和点火线圈的相对位置，又可以对空间高频辐射信号进行屏蔽，以保证数据采样的准确性。9V碱性电池供电，超低功耗设计，待机时间至少五年以上。正常工作电流不大于20mAo设备外壳采用手持式设计，体积小，便于携带，材料成本低，性价比高。
图1、非接触式点火专用智能检测仪结构框图；图2、电源管理电路结构示意图；图3、液晶显不电路端口控制不意图；图4、按键处理电路示意图；图5、电池电压检测电路示意图；图6、光线感应电路不意图；图7、点火信号采集电路示意图；图8、JTAG接口电路图；图9、电源转换和过流保护电路图；图10、信号滤波电路图；图11、信号放大及峰值保持电路；图12、峰值触发电路；图13、电池电压检测电路。
具体实施方式
[0055]为了更清楚的理解本实用新型，结合附图和实施例详细描述本实用新型如图1至图13所示，非接触式点火专用智能检测仪，主要由微控制器、电源管理电路、液晶显示电路、按键处理电路、电池电压检测电路、光线感应电路、点火信号采集电路、接口电路连接而成；本实施例中微控制器采用Texas Instruments公司推出的超低功耗、资源丰富的16位单片机MSP430F4152。单片机MSP430F4152采用精简指令集结构，运行速度快；内部自带16KB程序存储空间，512B的RAM空间，68个数字I/O 口，2个16位定时器，2个通用串行接口(USCI)，实时时钟(RTC)UO位AD采样模块、12位AD采样模块各一个；能够实现在系统(ISP)和在应用(IAP)编程功能；此控制器便于以后扩展。单片机MSP430F4152工作电压范围为+1. 8V +3. 6V ;在工作电压为+2. 2V，时钟频率为IMhz情况下，动态电流为220uA，静态电流为0. 9uA ;有五种节电方式；从睡眠到唤醒时间小于6us ；单片机MSP430F4152外接32. 768K晶体作为时钟源，通过锁频环FLL+和可控数字振荡器DC0，为CPU和外围提供三种不同频率时钟，即辅助时钟ACK，主系统时钟MCLK，子系统时钟SMCLK。系统的功耗和运行频率是成正比的，所以此三种频率可以根据不同需要进行选配。单片机MSP430F4152数字电源DVCC和模拟电源AVCC输入口处通过旁路和去耦电容，能够有效去除高频噪声，增强了单片机的抗干扰能力。电源管理电路具有以下三种功能I)电源电压转换功能检测仪采用6LR/61型9V碱性电池供电，通过低压差线性稳压器(LDO)将9V电源转换为3. 3V。本方案选择ON Semiconductor公司推出的NCP551SN33T1G低压差线性稳压器，此芯片静态电流小，输出精度高，最大输出电流可达150mA，能够满足检测仪的工作需要。2)过流保护功能在系统工作电流超出NCP551SN33T1G最大工作电流时，通过过流保护电路将它的Enable端口置为低电平，不允许其工作，避免由于过流造成电源芯片烧坏。3) “关机”功能微控制器通过I/O端口驱动静态管的关闭和导通，从而实现对外围电路电源的关闭和开启。微控制器通过读取开关机键状态，实现检测仪的“关机”功能。在关机状态下，外围电路(液晶显示电路、点火信号采集电路、光线感应电路等)供给电源处于关闭状态下，微控制器处于超低功耗待机状态。电源管理电路中，电源转换芯片米用ON Semiconductor公司推出的超低压差线性稳压器NCP551SN33T1G，最高工作电压可达12V，最大输出电流为150mA，电压输出精度高2% ;静态电流为4uA，满足低功耗的需要。Dl为单向导通二极管，起到电源反接保护作用。PNP三级管Ql和NPN三极管和R9，R14，R13，R9组成过流保护功能。当通过Rl的电流小于60mA左右，即Rl两端的压降小于0. 6V，Q1处于截止状态，Q2也处于截止状态，低压差线性稳压器U2的使能端Enable处于高电平状态，U2允许工作并输出3. 3V的电源。当通过Rl的电流大于60mA时，即Rl两端的压降大于0. 6V，Ql处于导通状态，Q2也处于导通状态，并通过集电极端将U2的使能端拉低至低电平状态，U2停止工作，无电源输出。关机功能电路由PNP三极管Q7构成，单片机通过端口 P4. 2开启和关闭外围电路的电源VCC供给。当单片机通过开关机键接收到关机指令时，将P4. 2端口置为高电平，PNP三极管Q7处于截止状态，集电极无输出，外围电路处于断电状态(按键处理电路、JTAG调试接口电路除外)，同时单片机进入到睡眠状态，从而达到了关机效果。当开关机键按下时，单片机通过端口触发唤醒功能，将单片机从睡眠状态唤醒到工作状态，单片机将P4. 2端口置为低电平，三极管Q7处于饱和导通状态，集电极输出VCC供给外围电路。液晶显示电路中，微控制器将采集到的数据进行分析处理后，通过液晶模块实时显示，也可以通过液晶模块和按键实现参数配置。显示采用128X96图形点阵式液晶模块(LCM)，3. 3V供电系统，低功耗，LED背光方式；通过串行通信方式和微控制器实现数据传输。同时微控制器可通过I/O端口控制背光的开启和关闭。单片机通过I/O端口和液晶模块相连，根据液晶模块的串行通信协议进行数据通信。单片机通过P2. 5端口控制液晶模块背光的开启和关闭。当端口 P2. 5为高电平时，PNP三极管处于截止状态，集电极无电源输出，背光关闭；当端口 P2. 5为低电压时，NPN三极管处于饱和导通状态，集电极有电源输出，背光开启。按键处理电路按键按照功能区分分为一个开关机按键和四个人机对话按键。开关机按键实现检测仪的开关机；操作者通过人机对话按键和液晶显示模块实现人机交互功能。按键处理电路加入了防抖处理，避免出现误判。微控制器通过I/O 口读取按键状态。为了保证在“关机”状态下，通过开关机键可以实现开机功能，需要将开关机键连接到Pl端口或者P2端口 ；单片机只有Pl和P2端口能够配置为外部触发中断功能。另外此电路需要使用3. 3V电源供电，以保证在“关机”状态下单片机可以响应开关机键的状态。电池电压检测电路通过电池电压检测电路，微控制器能够知道电池供电状态。由于微控制器内嵌的AD模拟采样端口最高允许电压不超过3. 3V，所以需要对电池电压进行分压处理；为了保证在关机状态下此电路静态功耗最小，需要通过电压通断控制电路将电池电压和AD采样端口断开当VCC处在供电状态即VCC为3. 3V左右时，NPN三极管Qll处于导通状态，Ql的集电极为低电压，PNP三极管Q9基极也处于低电平，Q9处于饱和导通状态，Q9的集电极输出电平约等于发射极的电平，即和电池电压对应。由于单片机的模拟采样端口最高允许电平为3. 3V左右，所以需要通过R69和R74组成分压电路，降低采样电平。根据分压原理可知，如B+为9V，则实际端口采样电平为3V。设备在关机状态下，VCC处在停电状态，Qll处于截止状态，同样Q9也处于截止状态，采样端口电平为低电平。电池电压采样电路只有Q9处在供电状态且处于截止状态，基本无功耗，满足了低功耗的设计。单片机通过软件将P6. 5端口配置为模拟采样端口 A5，通过A5端口采集电池电压。光线感应电路通过光敏电阻对光线的感应所引起的阻值变化，转化为电压变化。通过比较器将其与参考电压进行比较，从而实现光线强弱对应高低电平，微控制器通过I/O读取电平状态，判断出当前光线强弱状态，通过背光控制电路自动实现背光的开启和关闭。当光线越强时，光敏电阻R80的阻值越小，即R56分得的电压越高；当光线越弱时，光敏电阻的阻值越大，即R56分得的电压越低。 通过调整可调电位器Pl，调整其阻值，根据分压原理获得参考电平输入到比较器LM2903D的低电平输入端。光线变强时，R56上的电压会变高，当高于参考电平时，比较器的输出端处于OC开路状态，加上R81 (100K)的上拉电阻，P5. 4处于高电平状态；当光线变弱时，R56上的电压会变低，当低于参考电平时，比较器的输出端处于低电平状态，P5. 4处于低电平状态。单片机通过读取P5. 4端口高低电平状态，能够判断出光线强弱状态，再根据光线强弱状态自动控制背光的开启和关闭。点火信号采集电路由感应头、信号滤波电路、信号放大及峰值保持电路、峰值触发电路构成，将感应头靠近点火线圈获取感应信号，信号线通过金属蛇皮管和检测仪进行连接，可以对空间辐射进行良好屏蔽，保证信号采样的准确性；再通过信号滤波电路、信号放大电路、峰值保持电路、峰值触发电路等将信号输送到微控制器的采样端口以及I/O端口。为了防止信号失真，微控制器内嵌的参考电压Vref可以作为整个采样电路的参考电压。其中信号滤波电路由感应头输入信号接口、双向齐纳二极管DZ23C51、双向导通二极管MMBD7000和阻容元件组成；DZ23C51 (D8)为表面贴装双向齐纳二极管，能够将幅度超出51V的瞬间脉冲信号箝位在安全范围，起到保护整个采集电路的作用，防止高压击穿。MMBD7000 (D7)为表面贴装双向导通二极管，通过它将信号有效信号限制在3. 3V和OV之间。通过1 27、1 31、(15、1 58、033等组成的带通滤波电路，能够将无用的低频信号和高频信号滤除掉，只允许一定频率的点火感应信号完整通过。单片机内部具有参考电压生成功能(1. 5V和2. 5V可选)，并且可以配置输出。由于感应头信号幅度范围为(01. 5V)，所以参考电平选择1. 5V，且将端口 P6. 4配置为Vref+输出到采样电路。为了保证采样的准确性，单片机内置采样模块可以通过软件选择采样范围，即VCC到Vref-，由于点火信号是以1. 5V电平作为偏置电压，所以单片机需要将Vref-端口(P6. 3)和1. 5V参考电压连接。信号放大及峰值保持电路由运算放大器MCP6294、NPN三级管和阻容元件连接组成；运算放大器U5C采用microchip公司推出的MCP6294器件，该器件带宽为lOMzh，工作电流为1.0mA。通过运算放大器对信号进行同相同比例放大，增强信号的驱动能力。运算放大器U5C和NPN三级管组成峰值保持电路，能够将瞬间尖峰信号保持一段时间，便于单片机进行采样。保持时间长短由R65、R64和C54决定。峰值触发电路由LC滤波电路、运算放大器MCP6294构成的比较电路、单稳态可再触发器SN74LV1G123DCT、及阻容元件组成；经过运放放大后的信号通过LC电路进行滤波并耦合到参考电平上，通过比较电路将点火信号变为从低到高的电平信号，单稳态可再触发器SN74LV1G123DCT通过2脚判定有上升沿电平，则会输出固定脉冲宽度(脉冲宽度由R45和C38决定)的信号，送入到单片机的Pl. 7端口。单片机通过Pl. 7端口读取脉冲状态，从而获得脉冲周期和频率，即点火频率。[0095]JTAG调试接口电路，JTAG接口是一种国际标准测试协议，主要用于芯片内部测试以及对系统进行仿真、调试。JTAG是一种嵌入式调试技术，还可以实现在系统编程(ISP)功能。可以通过JTAG对FLASH器件进行编程。本接口采用标准的JTAG接口即4线型(TMS、TCK, TDI, TD0)接口定义如下TMS..................... 测试模式选择；TCK.......................测试时钟;TD1........................测试数据串行输入；TDO..................... 测试数据串行输出；GND..................... 地RST........................测试系统复位信号；TEST......................测试系统测试信号;VDD..................... 仿真器电源输出；VCC..................... 调试板电源输入；根据上述说明， 结合本领域技术可实现本实用新型的方案。
权利要求1.一种非接触式点火专用智能检测仪，其特征在于，主要由微控制器、电源管理电路、液晶显示电路、按键处理电路、电池电压检测电路、光线感应电路、点火信号采集电路、接口电路连接而成；所述微控制器采用Texas Instruments 16位单片机MSP430F4152 ;所述电源管理电路主要包括9V碱性电池、过流保护电路和低压差线性稳压器组成电源电压转换电路；所述电源管理电路中还包括关机功能电路，关机功能电路由3. 3V端连接一个晶体管Q7，晶体管Q7基极连接微控制器的I/O端口 P4. 2，晶体管Q7发射极连接3. 3V端，晶体管Q7集电极连接外围电路VCC端，关机功能电路为包括液晶显示电路、点火信号采集电路、光线感应电路的外围电路提供电源通路；所述液晶显示电路采用128X96图形点阵式液晶模块，通过串行通信方式和微控制器连接；所述按键处理电路包括一个关机按键和四个人机对话按键，电路中的按键开关采用独立键盘方式与微控制器I/O端口连接；所述电池电压检测电路包括电压通断控制电路和分压电路，电压通断控制电路由晶体管Q9、晶体管Ql I及偏置电阻R66、R67、R73组成，晶体管Ql I的基极经电阻R66与VCC连接，经电阻R73接地，发射极接地；晶体管Qll的集电极经电阻R67连接晶体管Q9的基极，，晶体管Q9的发射极接与9V碱性电池正极连接，晶体管Q9的集电极连接电阻R69、R74串联而成分压电路；通过分压电路连接微控制器的AD采样端口 ；所述光线感应电路由光敏电阻、比较器LM2903D和阻容元件构成；比较器比LM2903D的输出端与微控制器的I/O端口连接；所述点火信号采集电路由感应头、信号滤波电路、信号放大及峰值保持电路、峰值触发电路构成，连接感应头的信号线外延部分由金属蛇皮管进行屏蔽；所述接口电路包括JTAG接口。
2.如权利要求1所述的一种非接触式点火专用智能检测仪，其特征在于，9V碱性电池采用6LR/61型9V碱性电池。
3.如权利要求1或权利要求2所述的一种非接触式点火专用智能检测仪，其特征在于，过流保护电路由双开关二极管MMBD7000、晶体管Ql、Ql和电阻构成；低压差线性稳压器采用 ON Semiconductor 公司推出的 NCP551SN33T1G。
4.如权利要求1所述的一种非接触式点火专用智能检测仪，其特征在于，点火信号采集电路中的信号滤波电路由感应头输入信号接口、双向齐纳二极管DZ23C51、双向导通二极管MMBD7000和阻容元件连接组成；信号放大及峰值保持电路由运算放大器MCP6294、NPN三级管和阻容元件连接组成；峰值触发电路由LC滤波电路、运算放大器MCP6294构成的比较电路、单稳态可再触发器SN74LV1G123DCT、及阻容元件组成。
专利摘要本实用新型涉及一种非接触式点火专用智能检测仪，主要由微控制器、电源管理电路、液晶显示电路、按键处理电路、电池电压检测电路、光线感应电路、点火信号采集电路、接口电路连接而成；当发动机正常运转时，将感应头靠近点火线圈附近，通过感应头获取峰峰值不超过3.3V的次级点火信号，微控制器通过AD转换，对点火信号峰值进行连续多次采样并加权平均得到准确度更高的采样值，将采样值乘以放大倍数得到实际的火花放电电压，非接触式检测高压火花放电信号，安全性更高；判定迅速，检测效率高，无需拆卸点火线圈即可测试出点火线圈运行的动态参数。
文档编号F02P17/12GK202883212SQ20122040122
公开日2013年4月17日 申请日期2012年8月14日 优先权日2012年8月14日
发明者蔡椿军, 王亮, 张磊, 李永锋, 于菊兰 申请人:天津斯巴克瑞汽车电子有限公司