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不同批次板子采集到的传感器压力值不同
问题描述:
M340B空压机主控板在接正常压力气源时,显示屏显示压力值过高并报警。
问题排查:
确认可能的故障点:压力传感器、硬件电路(供电电路、分压电路、ADC采样电路等)、单片机、软件;
排查过程:
为排除软件的影响,与软件工程师检查与传感器相关的代码和公式,将4051并将所有主控板程序烧写成最终版代码原供电方案为DC-DC,考虑可能纹波较大,影响传感器,导致输出有差异。
排查时,从同一气源使用三通分别给新旧两个传感器供气;
从同一线性电源并联接到DC-DC转换的输出5V上,保证所有接入源一致;
- 差异性对比
首先将三块产线发回的板子依次接到机器上观察差异性,发现压力值及各功能均正常,故分别编号,取一号板与空压机上旧控制板做对比;
机器出气口接三通并入机械压力表,机械表读数与三块产线返回的主板不同压力对应如下,单位:kPa
机械表显 | ①屏显 | ②屏显 | ③屏显 |
100 | 116 | 114 | 116 |
150 | 162 | 161 | 159 |
200 | 210 | 210 | 208 |
250 | 263 | 260 | 263 |
300 | 319 | 315 | 315 |
350 | 363 | 368 | 361 |
400 | 422 | 422 | 422 |
450 | 452 | 455 | 456 |
结论:三块产线同一批次的电路板压力值基本一致,均比实际电压高,可以任选其一与机器原装旧主控板做对比测试。
- 传感器电压值对比 单位:V
机械表显(kPa) | 旧板电压 | ①板电压 |
100 | 0.648 | 0.65 |
150 | 0.760 | 0.767 |
200 | 0.880 | 0.900 |
250 | 1.008 | 1.032 |
300 | 1.137 | 1.177 |
350 | 1.292 | 1.304 |
400 | 1.430 | 1.448 |
450 | 1.525 | 1.550 |
本以为排查到了问题,是因为传感器输入电压值高,导致单片机AD采样值大,所以经换算后的显示值高。但用万用表测量新旧两个板子传感器的供电电压后发现,旧板电压4.95V,新板电压5.05V,故经粗略计算,①板传感器电压超出旧板传感器的部分为电源电压不同引起的,并不能说明是传感器输出电压问题。
- 传感器受压特性
由于传感器需要采集的压力大,故设计了如下图的结构件,通过气动接头连接高压气源,故考虑是否在固定结构件时,螺丝过紧,施加的压力过大,导致传感器变形,使得零点变化。
故将新旧两板的传感器结构件缓缓拧松,拆下,放置一会以释放传感器应力后,直接通5V电,测量两板传感器零点电压;
再装回结构件,以相同力矩拧紧螺丝,接通5V电,测量两板传感器输出电压。结果见下表:
零点 | 通约400kPa气 | |
①板 | 0.507V | 2.785V |
旧板 | 0.491V | 2.768V |
通过换算,得到通气后的压力如下表:
通约400kPa气 | 理论压力值 | |
①板 | 2.785V | 393.093kPa |
旧板 | 2.768V | 390.857kPa |
由表可见,即便两板传感器输出有区别,但不足以达到几十kPa的差异,故排除传感器问题。
- 从电路板其他电路排查
传感器确认不同批次造成的影响不大后,从本身电路下手,给传感器供电5V,测量零点电压。并模拟施加气体后压力,在传感器输出脚施加2V电压后,测得分别为为0.492V和2.006V。
测量分压电路电阻,两个均为9.96K,故二等分电压正确,此后连接到4051芯片的电压不变,输出电压不变,输入到单片机AD口的电压依然正常,故排除信号传输电路的所有问题。
- 排查单片机
最后只剩同为ATMEGA128A系列的单片机未排查,交换两板单片机后,上电,故障转移,故障定位到单片机上。
交换前(原板)
交换后
由原理图可知,单片机ADC(AREF)未接外部参考电压,故使用的是内部参考电压。
两单片机型号:
偏高:ATMEGA128A U-TH 35454U
正常:ATMEGA128A AU 1611
考虑到虽然两批次芯片均为ATMEGA128A系列,但可能由于内部ADC基准电压不同,导致ADC计算得出的值不同,LCD1602用计算值显示,造成了显示值偏高的问题,可向芯片供应商询问两型号芯片问题。