多功能汽車發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)器靜態(tài)測試儀

摘要：汽車發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)器的電氣性能測試通常是與汽車發(fā)電機組裝在一起進行動態(tài)測試，系統(tǒng)龐大、價格昂貴、耗電量大、操作復雜。利用電子模擬發(fā)電機代替汽車發(fā)電機組，開發(fā)了多功能電壓調(diào)節(jié)器綜合參數(shù)靜態(tài)測試儀，并以計算機接口進行數(shù)據(jù)采集與處理，以適用于大批量產(chǎn)品測試。詳細介紹了靜態(tài)測試儀產(chǎn)品及調(diào)節(jié)器主要參數(shù)靜態(tài)測試原理、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件與軟件的設(shè)計。試用表明，該測試儀操作方便，穩(wěn)定可靠，價格便宜，測試準確，測試精度可以達到動態(tài)測試的0．1％，具有很強的推廣價值。
關(guān)鍵詞：汽車發(fā)電機；電壓調(diào)節(jié)器；靜態(tài)測試；數(shù)據(jù)采集

0 引言
    汽車發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)器是控制汽車發(fā)電機發(fā)電特性的重要部件。我國生產(chǎn)的電壓調(diào)節(jié)產(chǎn)品不斷推陳出新，但其檢測手段還很落后，通常是將該產(chǎn)品與汽車發(fā)電機組裝在一起，在專用試驗臺上進行動態(tài)測試，這種測試手段雖然實時性好，精度高，但整個測試系統(tǒng)龐大、價格昂貴、耗電量大、操作復雜，只有專門的調(diào)節(jié)器生產(chǎn)企業(yè)才具備該測試系統(tǒng)。不管是汽車電壓調(diào)節(jié)器生產(chǎn)企業(yè)，還是發(fā)電機廠及汽車維修市場都急需一種測試準確、穩(wěn)定可靠、操作簡單、價格便宜的電壓調(diào)節(jié)器靜態(tài)測試儀。
    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，適用于不同產(chǎn)品的多項參數(shù)的檢測，并與計算機通訊，進行數(shù)據(jù)采集。

1 BL-4型電壓調(diào)節(jié)器靜態(tài)測試儀
    BL-4多功能電壓調(diào)節(jié)器靜態(tài)測試儀成品如圖1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2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)。

2 汽車電壓調(diào)節(jié)器主要參數(shù)靜態(tài)測試原理
    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、負載特性、溫度補償系數(shù)和飽和壓降，其中轉(zhuǎn)速特性與負載特性是與發(fā)電機匹配有關(guān)聯(lián)的參數(shù)，不適合做靜態(tài)測試，需在發(fā)電機測試臺上進行動態(tài)測試。
2．4 三引腳單功能調(diào)節(jié)器的測試
2．1. 1 調(diào)節(jié)電壓值的測試
    測試電路如圖3所示。測試原理：將電源輸入 電子模擬發(fā)電機，不按調(diào)節(jié)器時，發(fā)電機+、-極輸出電瓶電壓，測量14V調(diào)節(jié)器時約8～10V，測量28V調(diào)節(jié)器時約16～20V，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，不需手動調(diào)節(jié)，數(shù)據(jù)準確，效率高。測量精度取決于電子模擬發(fā)電機。

2．1. 2 調(diào)節(jié)器溫度系數(shù)的測量
    靜態(tài)測量調(diào)節(jié)器的溫度系數(shù)，可將調(diào)節(jié)器接到如圖3所示的測試電路。
    首先在室溫狀態(tài)測試調(diào)節(jié)器10分鐘后讀數(shù)，并做好室溫T1和調(diào)節(jié)電壓值V1的記錄，再將調(diào)節(jié)器放入高溫箱中測量，待溫度穩(wěn)定并保持半小時后讀數(shù)，并做好溫度T2和調(diào)節(jié)電壓值V2的記錄。溫度系數(shù)的計算公式為：
   
2. 2 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，其它引腳均起輔助功能，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。
    圖4為六引腳五十鈴調(diào)節(jié)器的外接電路圖，由圖看出該調(diào)節(jié)器適用于帶激磁整流管的發(fā)電機，S接到了電瓶正極，B+接發(fā)電機正極，R通過一個二極管接點火開關(guān)下端，當開關(guān)接通后，也是接到了正極，D+端接一個指示燈，而另一端通過開關(guān)也接于正極。當發(fā)電機正常工作時，D+端電壓等于B+端電壓，所以我們在進行靜態(tài)測試時，只要將D+、R、S、B+接在一起，該調(diào)節(jié)器就成為三引腳調(diào)節(jié)器了，按三引腳的方法進行測試即可。

2．3 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5所示。由宇調(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。
2．3. 1 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，接上燈滅，說明指示燈功能正常，否則為不正常。

3 靜態(tài)測試儀數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
3. 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、信號處理組成。其硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖6所示。

3．1．1 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。
3．1．2 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4k字節(jié)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MCS-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。
3．1．3 通訊接口
    采用RS-232異步串行通信標準接口，并利用MAX232芯片進行RS-232與TTL電平之間的轉(zhuǎn)換。
3．2 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)合達到了高速控制，操作界面簡便，交互友好，功能齊全的目的。
3．2．1 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、串口通訊程序。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。
3．2．2 主程序
    主要完成調(diào)用各子程序以及中斷服務(wù)程序的準各工作，其程序流程圖如圖7所示。

3．2．3 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8所示。
3．3 人機交互界面設(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9所示。圖10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
    室溫為23℃，發(fā)電機轉(zhuǎn)速為6000轉(zhuǎn)／分，14V調(diào)節(jié)器負載電流為9A，28V調(diào)節(jié)負載電流為5A時，動態(tài)測試與靜態(tài)測試的調(diào)節(jié)電壓值如表1
圖10電壓值采集界面所示。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)器標準要求。

5 結(jié)論
    BL-4多功能電壓調(diào)節(jié)器綜合參數(shù)測試儀，經(jīng)過一年多的試用，測試精度可以達到動態(tài)測試的0.1％，高于市場上同類產(chǎn)品，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，具有很強的推廣價值。