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；

 

1. 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。

1. 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。

1. 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。

1. 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。

 

 

1. 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。