汽車發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)器多功能電子測試儀的研究與開發(fā)

摘要：利用電子模擬發(fā)電機代替汽車發(fā)電機組，開發(fā)了汽車電壓調(diào)節(jié)器靜態(tài)測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)以計算機為應(yīng)用平臺，結(jié)合最新的集成器件和電子應(yīng)用技術(shù)。試用表明，該測試系統(tǒng)適用于多種產(chǎn)品的多項參數(shù)的檢測，具有測試準(zhǔn)確、穩(wěn)定可靠、操作簡單、智能化程度高的特點。測試精度可以達(dá)到動態(tài)測試的0．1％，具有很強的推廣性。
關(guān)鍵詞：汽車發(fā)電機；電壓調(diào)節(jié)器；數(shù)據(jù)采集；靜態(tài)測試

0 引言
    汽車發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)器，是汽車供電系統(tǒng)的一個關(guān)鍵部件，其用途是穩(wěn)定汽車發(fā)電機的輸出電壓，使其不受發(fā)電機轉(zhuǎn)速變化和負(fù)載變化的影響。該產(chǎn)品的質(zhì)量狀況的好壞，直接影響到車輛的正常行駛。
    多年來，對汽車發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)器的電氣性能測試，一直沿用在發(fā)電機測試臺上進行測試的傳統(tǒng)方法。由于整個測試系統(tǒng)設(shè)備龐大、價格昂貴、耗電量大、操作復(fù)雜。所以只有調(diào)節(jié)器生產(chǎn)廠具備該測試系統(tǒng)，一般的使用單位和汽車電器維修單位都不具備使用該測試系統(tǒng)的條件。所以對汽車發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)器的電氣性能測試，一直是困擾各電機廠及維修市場的難題。
    汽車發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)器多功能電子測試儀器，是多年來汽車行業(yè)不論是電機廠還是維修市場，都急需的電氣性能測試儀器。多功能測試儀以計算機為應(yīng)用平臺，結(jié)合最新的集成器件和電子應(yīng)用技術(shù)，具有測試準(zhǔn)確、穩(wěn)定可靠、操作簡單、智能化程度高的特點，它將替代現(xiàn)有龐大的汽車發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)器測試系統(tǒng)，是一項填補國內(nèi)空白的研究課題。
    汽車發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)器多功能電子測試儀器在相關(guān)領(lǐng)域推廣應(yīng)用后，將取得較高的社會效益和經(jīng)濟效益。已開發(fā)的BL-2型單一功能電壓調(diào)節(jié)器靜態(tài)測試儀已成為國內(nèi)多家電壓調(diào)節(jié)器生產(chǎn)廠及發(fā)電機生產(chǎn)廠的檢測儀器，但其只適用于中小批量、單一功能電壓調(diào)節(jié)器的測試，不能滿足市場的功能需求。為此又開發(fā)了BL-4型多功能電壓調(diào)節(jié)器綜合參數(shù)靜態(tài)測試儀，適用于三引腳單功能、多引腳單功能、多引腳多功能等不同產(chǎn)品的多項參數(shù)的檢測。

1 測試信號采集與轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計
    汽車電壓調(diào)節(jié)器的主要參數(shù)有調(diào)節(jié)電壓值、轉(zhuǎn)速特性、負(fù)載特性、溫度補償系數(shù)和飽和壓降，其中轉(zhuǎn)速特性與負(fù)載特性是與發(fā)電機匹配有關(guān)聯(lián)的參數(shù)，不適合做靜態(tài)測試，須在發(fā)電機測試臺上進行動態(tài)測試。
1．1 多引腳多功能電壓調(diào)節(jié)器的靜態(tài)測試
    該調(diào)節(jié)器的特點適合裝配無激磁整流管的發(fā)電機，調(diào)節(jié)器具有雙重功能，即調(diào)節(jié)器功能和指示燈功能，其中的典型產(chǎn)品是夏利發(fā)電機用的7引腳調(diào)節(jié)器，其外電路的連接如圖1所示。由于調(diào)節(jié)器功能和充電指示燈控制功能相互獨立，可對兩個功能分別進行靜態(tài)測試。

    調(diào)節(jié)器功能：可將B+、IG、S、W并在一起接測試儀+極，F(xiàn)、E分別接測試儀的相應(yīng)接線端子(如圖1所示)，L串接指示燈后接正極，電壓表指示的數(shù)值即為調(diào)節(jié)電壓值。將W端從正極上斷開，指示燈亮；接上則指示燈滅，說明指示燈功能正常，否則為不正常。
1．2 三引腳單功能調(diào)節(jié)器的測試
1．2．1 調(diào)節(jié)電壓值的測試
    測試電路如圖2所示。測試原理：將電源輸入電子模擬發(fā)電機，不接調(diào)節(jié)器時，發(fā)電機+、-極輸出電瓶電壓，測量14 V調(diào)節(jié)器時約8～10 V，測量28 V調(diào)節(jié)器時約16～20 V，將調(diào)節(jié)器的引腳按極性分別接到電子模擬發(fā)電機上時，電壓表顯示的數(shù)值即為調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)電壓值。用此方法測量調(diào)節(jié)電壓值，不須手動調(diào)節(jié)，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，效率高。測量精度取決于電子模擬發(fā)電機。

1．2．2 輸出端導(dǎo)通壓降的測量
    輸出端導(dǎo)通壓降(即功率管導(dǎo)通壓降)的測試電路如圖3所示。調(diào)節(jié)電阻R至電流規(guī)定值，此時電壓表讀數(shù)即為調(diào)節(jié)器導(dǎo)通壓降。該壓降越低，調(diào)節(jié)器的自身消耗也越小。

1．3 多引腳單功能調(diào)節(jié)器的靜態(tài)測試
    多引腳單功能調(diào)節(jié)器也可以用靜態(tài)方法進行測試，因為任何一個電壓調(diào)節(jié)器，只有三個電極是必備的和不可缺少的，這就是E、B+、F，其他引腳均起輔助功能，只要將輔助引腳進行技術(shù)處理，都可以用靜態(tài)方法進行測試。

2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計
2．1 硬件設(shè)計
    數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由信號調(diào)理電路、多路切換電路、采樣保持電路、A／D轉(zhuǎn)換電路、信號處理電路組成。其硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。A／D轉(zhuǎn)換模塊采用ADC0809芯片，其為CMOS單片型逐次逼近式A／D轉(zhuǎn)換器，具有8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)型D／A轉(zhuǎn)換器和逐次逼近寄存器，滿足本系統(tǒng)要求。信號處理模塊采用AT89C51單片機，其為一種低功耗、高性能的8位單片機，片內(nèi)帶有一個4 KB的FLASH可編程、可擦除只讀存儲器(PEROM)，采用了CMOS工藝和ATMEL公司的高密度非易失性存儲器(NURAM)技術(shù)，而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與MC S-51兼容，是一種功能強，靈活性高且價格合理的單片機，適合本系統(tǒng)使用。通信接口采用RS 232異步串行通信標(biāo)準(zhǔn)接口，并利用MAX232芯片進行RS 232與TTL電平之間的轉(zhuǎn)換。

2．2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件設(shè)計
    系統(tǒng)的支持軟件分為匯編服務(wù)程序和人機界面高級語言處理程序兩類，兩者的有機結(jié)合達(dá)到了高速控制、操作界面簡便、交互友好、功能齊全的目的。

    匯編服務(wù)程序主要包括主程序、A／D轉(zhuǎn)換程序及其中斷服務(wù)程序、ASCII碼轉(zhuǎn)換程序、串口通信程序。程序設(shè)計中采用模塊化設(shè)計方法，各功能模塊相對獨立，由主控模塊調(diào)用。模塊層次分明、思路清晰，可讀性強，極大地方便了軟件調(diào)試和移植工作。這里給出主程序和ASCII碼轉(zhuǎn)換子程序。主程序主要完成調(diào)用各子程序以及中斷服務(wù)程序的準(zhǔn)備工作，其程序流程如圖5所示。ASCII碼轉(zhuǎn)換子程序采集卡采集到的數(shù)據(jù)在輸出到計算機之前，必須先轉(zhuǎn)換成ASCII碼，才能在屏幕上顯示。程序流程如圖6所示。

3 可視界面的軟件設(shè)計
    為給用戶提供方便的圖形界面和全面的數(shù)據(jù)信息，采用Visual Basic語言進行人機界面設(shè)計，包括參數(shù)設(shè)定、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)輸出三個主要功能，操作流程如圖7所示。圖8為電壓值采集界面。軟件在第一次使用運行時，需要對屏幕右下角功能配置區(qū)進行相應(yīng)設(shè)置。全局設(shè)定包括采集頻率、取值周期、是否自動保存和自動保存取值次數(shù)等內(nèi)容的設(shè)定。電壓值校準(zhǔn)是為了保證軟件顯示數(shù)據(jù)和測試儀面板顯示數(shù)據(jù)一致，進行電壓值校準(zhǔn)設(shè)置時，必須先開啟測試儀電源，并保證采集卡已經(jīng)正確連接到電腦上。產(chǎn)品維護是配置所測試產(chǎn)品數(shù)據(jù)的合格范圍，在此范圍外的測試數(shù)據(jù)為不合格記錄，必須正確配置。

4 測試結(jié)果分析
    BL-4多功能電壓調(diào)節(jié)器靜態(tài)測試儀如圖9所示，由測試部分和數(shù)據(jù)采集部分組成。測試部分用來測試汽車電壓調(diào)節(jié)器的電氣性能參數(shù)，并可以顯示輸出數(shù)據(jù)，其原理結(jié)構(gòu)如圖10所示，包括電源、電子模擬發(fā)電機、控制、輸出、操作及可調(diào)負(fù)載6個模塊。電源部分設(shè)置3組開關(guān)，用于測試不同系列產(chǎn)品的不同參數(shù)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的作用是將電壓調(diào)節(jié)器測試系統(tǒng)的測試結(jié)果傳輸?shù)接嬎銠C中，并通過人機界面記錄、保存數(shù)據(jù)，以便進行成批分析、處理數(shù)據(jù)。

    測試室溫為23℃，發(fā)電機轉(zhuǎn)速為6 000轉(zhuǎn)／分，14 V調(diào)節(jié)器負(fù)載電流為9 A，28 V調(diào)節(jié)負(fù)載電流為5 A時，動態(tài)測試與靜態(tài)測試的調(diào)節(jié)電壓值見表1。說明靜態(tài)測試結(jié)果接近于動態(tài)測試結(jié)果，相對誤差小于0．14％，滿足調(diào)節(jié)器標(biāo)準(zhǔn)要求。

5 結(jié)論
    經(jīng)過一年多的試用，BL-4多功能電壓調(diào)節(jié)器綜合參數(shù)測試儀，同時操作方便，成本低，既適用于中小批量、單一功能電壓調(diào)節(jié)器的測試，也適用于大批量生產(chǎn)、多功能電壓調(diào)節(jié)器的測試，并可以進一步統(tǒng)計、分析和預(yù)測大批量產(chǎn)品的性能和可靠性，測試精度可以達(dá)到動態(tài)測試的0．1％，高于市場上同類產(chǎn)品，具有很強的推廣性。