Датчик атмосферного давления BMP280

При подозрении в неисправности датчика абсолютного давления воздуха в коллекторе автолюбителей интересует вопрос о том, как проверить ДАД своими руками. Сделать это можно двумя способами — с помощью мультиметра, а также используя программные средства. Однако для выполнения проверки ДАД с помощью мультиметра необходимо иметь под рукой электрическую схему автомобиля с тем, чтобы знать, к каким контактам подсоединять щупы мультиметра.

</p>

Симптомы неисправности ДАД

При полном или частичном выходе датчика абсолютного давления (его еще называют MAP сенсор, Manifold Absolute Pressure) из строя внешне поломка проявляется в следующих ситуациях:

• Высокий расход топлива. Это связано с тем, что датчик передает некорректные данные о давлении воздуха во впускном коллекторе на ЭБУ, и соответственно, блок управления подает команду на подачу топлива в большем, чем надо количестве.
• Снижение мощности двигателя. Это проявляется в слабом разгоне и недостаточной тяге при езде машины в гору и/или в загруженном состоянии.
• В районе дроссельной заслонки постоянно ощущается стойкий запах бензина. Это вызвано тем, что происходит постоянный его перелив.
• Нестабильные обороты холостого хода. Их значение то падает то повышается без нажатия на педаль акселератора.
• «Провалы» двигателя на переходных режимах, в частности, при переключении передач, трогании машины с места, перегазовках.
• Проблемы с запуском двигателя. Причем, как «на горячую», так и «на холодную».
• Формирование в памяти электронного блока управления ошибок с кодами p0105, p0106, p0107, p0108 и p0109.

Большинство из описанных признаков неисправности являются общими, и могут быть вызваны другими причинами. Поэтому необходимо всегда выполнять комплексную диагностику, и начинать нужно в первую очередь со сканирования ошибок в ЭБУ.

Как работает датчик абсолютного давления

Перед тем как проверить датчик абсолютного давления воздуха необходимо в общих чертах понимать его устройство и принцип работы. Это облегчит сам процесс проверки и точность результата.

Так, в корпусе датчика расположена вакуумная камера с терморезистором (резистор, изменяющий свое электрическое сопротивление в соответствии с изменением температуры окружающего воздуха) и мембраной, который подключены с помощью мостового соединения к электрической схеме автомобиля (грубо говоря, к электронному блоку управления, ЭБУ). В результате работы двигателя давление воздуха меняется, что фиксируется мембраной и сравнивается с вакуумом (отсюда и название — датчик «абсолютного» давления). Информация об изменении давления передается на ЭБУ, на основании чего блок управления принимает решение о количестве подаваемого топлива для образования оптимальной топливовоздушной смеси. Полный цикл работы датчика выглядит следующим образом:

• Под воздействием разницы давлений мембрана деформируется.
• Указанная деформация мембраны фиксируется терморезистором, выполненным на основе пьезоэлектрического элемента.
• С помощью мостового соединения изменяемое сопротивление преобразуется в изменяемое напряжение, которое и передается на электронный блок управления.
• На основе полученной информации ЭБУ корректирует количество топлива, подаваемое на форсунки.

Современные датчики абсолютного давления подсоединяются к ЭБУ при помощи трех проводов — питания, «массы» и сигнального провода. Соответственно, суть проверки зачастую сводится к тому, чтобы при помощи мультиметра проверить значение сопротивления и напряжения на указанных проводах при различных условиях работы двигателя в целом и датчика в частности. Некоторые датчики MAP имеют четыре провода. Кроме указанных трех проводов у них добавляется четвертый, по которому передается информация о температуре воздуха во впускном коллекторе.

В большинстве автомобилей датчик абсолютного давления расположен непосредственно на штуцере впускного коллектора. На более старых машинах он может располагаться на гибких воздушных магистралях и закреплен на корпусе автомобиля. В случае тюнинга турбированного мотора ДАД зачастую располагают на воздуховодах.

Если давление во впускном коллекторе низкое, то и выдаваемое датчиком сигнальное напряжение также будет низким, и наоборот, по мере возрастания давления растет и выходное напряжения, передаваемое в качестве сигнала от ДАД к ЭБУ. Так, при полностью открытой заслонке, то есть, при низком давлении (приблизительно 20 кПа, отличается у разных машин) значение напряжения сигнала будет находиться в пределах 1…1,5 Вольта. При закрытой заслонке, то есть, при высоком давлении (около 110 кПа и выше) соответствующее значение напряжения будет равно 4,6…4,8 Вольта.

Проверка датчика ДАД

Проверка датчика абсолютного давления в коллекторе сводится к тому что сначала необходимо убедится в его чистоте, а соответственно чувствительности к изменению потока воздуха и потом уже узнать его сопротивление и выдаваемое напряжение при работе двигателя.

Чистка датчика абсолютного давления

Обратите внимание, что в результате своей работы датчик абсолютного давления постепенно забивается грязью, которая блокирует нормальную работу мембраны, что может вызвать частичный выход ДАД из строя. Поэтому перед проверкой датчика его нужно обязательно демонтировать и выполнить чистку.

Для выполнения чистки датчик необходимо демонтировать с его посадочного места. В зависимости от марки и модели автомобиля методы крепления и место расположения будут отличаться. У турбированных двигателей обычно имеется два датчика абсолютного давления, один во впускном коллекторе, другой на турбине. Обычно крепится датчик при помощи одного-двух крепежных болтов.

Чистку датчика необходимо выполнять аккуратно, с помощью специальных карбклинеров или подобных чистящих средств. В процессе чистки нужно очистить его корпус, а также контакты. При этом важно не повредить уплотнительное кольцо, элементы корпуса контакты и мембрану. Нужно просто брызнуть внутрь небольшое количество чистящего средства и вылить его обратно вместе с грязью.

Очень часто такая простая чистка уже восстанавливает работу MAP сенсора и производить дальнейшие манипуляции уже нет потребности. Так что после чистки можно поставить датчик давления воздуха на место и проверить работу двигателя. Если же она не помогла, то стоит перейти к проверке ДАД тестером.

Проверка датчика абсолютного давления мультиметром

Для проверки узнайте из руководства по ремонту какой провод и контакт за что отвечает в конкретном датчике, то есть, где провода питания, «массы» и сигнальный (сигнальные в случае четырехпроводного датчика).

Чтобы разобраться как проверить датчик абсолютного давления мультиметром необходимо для начала убедится что проводка между ЭБУ и самим сенсором цела и нигде не коротит, ведь от этого будет зависеть точность результата. Делается это тоже при помощи электронного мультиметра. С его помощью необходимо проверить как целостность проводов на обрыв, так и целостность изоляции (определить значение сопротивления изоляции на отдельно взятых проводах).

Рассмотрим выполнение соответствующей проверки на примере автомобиля Chevrolet Lacetti. У него к датчику подходят три провода — питание, «масса» и сигнальный. Сигнальный провод идет прямиком на электронный блок управления. «Масса» же соединена с минусами других датчиков — датчика температуры воздуха, поступающего в цилиндры и датчика кислорода. Питающий провод соединен с датчиком давления в системе кондиционирования. Дальнейшая проверка датчика ДАД выполняется по следующему алгоритму:

• Необходимо отсоединить минусовую клемму с аккумуляторной батареи.
• Отсоединить колодку с электронного блока управления. Если рассматривать именно Лачетти, то у этого авто она находится под капотом с левой стороны, возле аккумулятора.
• Снять фишку с датчика абсолютного давления.
• Установить на электронном мультиметре режим измерения электрического сопротивления с диапазоном приблизительно 200 Ом (зависит от конкретной модели мультиметра).
• Проверить значение сопротивления щупов мультиметра, просто соединив их между собой. На экране будет показано значение их сопротивления, которое в дальнейшем нужно будет учитывать при выполнении проверки (обычно оно составляет около 1 Ом).
• Один щуп мультиметра необходимо подключить к контакту номер 13 на колодке ЭБУ. Второй щуп аналогично подключить к первому контакту колодки датчика. Таким образом «прозванивается» провод «массы». Если провод целый и у него не повреждена изоляция, то значение сопротивления на экране прибора будет составлять приблизительно 1…2 Ома.
• Далее нужно подергать жгуты с проводами. Это делается для того, чтобы убедиться, что провод не поврежден и меняет свое сопротивление в процессе движения автомобиля. При этом показания на мультиметре не должны изменяться и находиться на том же уровне, что и в статике.
• Одним щупом подключиться к контакту номер 50 на колодке блока, а вторым щупом подключиться к третьему контакту на колодке датчика. Таким образом «прозванивается» провод питания, по которому на датчик подается стандартные 5 Вольт.
• Если провод целый и не поврежденный, то значение сопротивления на экране мультиметра будет также равно приблизительно 1…2 Ома. Аналогично необходимо подергать жгут с тем, чтобы исключить повреждение провода в динамике.
• Подключить один щуп к контакту номер 75 на колодке ЭБУ, а второй — к сигнальному контакту, то есть, контакту номер два на колодке датчика (среднему).
• Аналогично, если провод не поврежден, то сопротивление провода должно составлять около 1…2 Ом. Также нужно подергать жгут с проводами, чтобы убедиться в надежности контакта и изоляции проводов.

После проверки целостности проводов и их изоляции необходимо проверить, приходит ли питание на датчик от электронного блока управления (питающие 5 Вольт). Для этого нужно обратно подсоединить колодку ЭБУ к блоку управления (установить ее на ее посадочное место). После этого ставим назад клемму на АКБ и включаем зажигание не запуская двигатель. Щупами мультиметра, переключеного в режим измерения постоянного напряжения, касаемся к контактам датчика — питающему и «массе». Если питание подается, то на экране мультиметра будет значение около 4,8…4,9 Вольт.

Аналогично проверяется напряжение между сигнальным проводом и «массой». Перед этим нужно запустить двигатель. Далее необходимо переключиться щупами к соответствующим контактам на датчике. Если датчик в порядке, то на экране мультиметра будет информация о напряжении на сигнальном проводе в диапазоне от 0,5 до 4,8 Вольта. Низкое напряжение соответствует холостым оборотам двигателя, а высокое — высоким оборотам двигателя.

Обратите внимание, что пороговых значений напряжения (0 и 5 Вольт) на мультиметре в рабочем состоянии не будет никогда. Это сделано специально для диагностики состояния ДАД. Если напряжение будет равно нулю, то электронный блок управления выдаст ошибку р0107 — низкое напряжение, то есть, обрыв провода. Если напряжение будет высоким, то ЭБУ расценит это как короткое замыкание — ошибка р0108.

Проверка с помощью шприца

Проверить работу датчика абсолютного давления можно с помощью медицинского одноразового шприца объемом 20 «кубиков». Также для проверки нужен будет герметичный шланг, который нужно подсоединить к демонтированному датчику и непосредственно к горловине шприца.

Удобнее всего использовать вакуумный шланг угла корректировки зажигания для автомобилей ВАЗ с карбюраторным двигателем.

Соответственно, для проверки ДАД необходимо демонтировать датчик абсолютного давления с его посадочного места, однако фишку оставить подключенной к нему. В контакты лучше всего вставить металлическую скрепку, а щупы (или «крокодилы») мультиметра уже подсоединять к ним. Проверку питания необходимо выполнять аналогично, как описано в предыдущем разделе. Значение питания должно находиться в пределах 4,8…5,2 Вольта.

Для проверки сигнала с датчика необходимо включить зажигание автомобиля, но двигатель не запускать. При нормальном атмосферном давлении значение напряжения на сигнальном проводе будет приблизительно 4,5 Вольта. При этом шприц должен находиться в «выжатом» состоянии, то есть, его поршень должен быть полностью погружен в тело шприца. Далее для проверки необходимо вытаскивать поршень из шприца. Если датчик работоспособен, то при этом напряжение будет понижаться. В идеале при сильном разрежении значение напряжения опустится до значения 0,5 Вольта. Если же напряжение опустилось лишь до 1,5…2 Вольт и ниже не опускается — датчик неисправен.

Обратите внимание, что датчик абсолютного давления — хотя и надежные устройства, но достаточно хрупкие. Они являются неремонтопригодными. Соответственно, при выходе датчика из строя его необходимо заменить на новый.

Барометр — это устройство, которое измеряет атмосферное давление. То есть давление воздуха, который давит на нас со всех сторон. Еще со школы мы знаем, что первый барометр представлял собой тарелку с ртутью, и перевернутой пробиркой в ней. Автором этого устройства был Эванджели́ста Торриче́лли — итальянский физик и математик. Снять показания ртутного барометра можно так же просто, как и показания спиртового термометра: чем давление снаружи колбы больше, тем выше столбик ртути внутри неё. Пары ртути, как известно, весьма ядовиты.

Позже, появился более безопасный прибор — барометр-анероид. В этом барометре ртуть была заменена на гофрированную коробку из тонкой жести, в которой создано разрежение. Под воздействием атмосферы, коробочка сжимается и через систему рычагов поворачивает стрелку на циферблате. Вот так выглядят эти два барометра. Слева — анероид, справа — барометр Торричелли.

Зачем нам может понадобиться барометр? Чаще всего, этот прибор используют на летательных аппаратах для определения высоты полета. Чем выше аппарат поднимается над уровнем моря, тем меньшее давление испытывает бортовой барометр. Зная эту зависимость, легко определить высоту.

Другой распространенный вариант использования — самодельная погодная станция. В этом случае мы можем использовать известные зависимости грядущей погоды от атмосферного давления. Помимо барометра, на такие станции ставят датчики влажности и температуры.

Электронный барометр

Такие громоздкие барометры мы не сможем использовать в робототехнике. Нам нужен миниатюрный и энергоэффективный прибор, который легко подключается к той же Ардуино Уно. Большинство современных барометров делают по технологии МЭМС, так же как и гиротахометры с акселерометрами. МЭМС барометры основаны на пьезорезистивном, либо на тензометрическом методе, в которых используется эффект изменения сопротивления материала под действием деформирующих сил.

Если открыть корпус МЭМС барометра, можно увидеть чувствительный элемент (справа), который находится прямо под отверстием в защитном корпусе прибора, и плату управления (слева), которая осуществляет первичную фильтрацию и преобразование измерений.

Датчики BMP085 и BMP180

К самым доступным датчикам давления, которые часто используются полетных контроллерах и в разного рода самодельных электронных устройствах, можно отнести датчики компании BOSH: BMP085 и BMP180. Второй барометр более новый, но полностью совместимый со старой версией.

Немного важных характеристик BMP180:

• диапазон измеряемых значений: от 300 гПа до 1100 гПа  (от -500м от +9000м над уровнем моря);
• уровень шума: 0.06 гПа (0.5м) в грубом режиме (ultra low power mode) и 0.02 гПа (0.17м) а режиме максимального разрешения (advanced resolution mode).

Теперь подключим этот датчик к контроллеру, и попробуем оценить атмосферное давление.

Подключение BMP180

Оба датчика имеют I2C интерфейс, так что их без проблем можно подключить к любой платформе из семейства Ардуино. Вот как выглядит таблица подключения к Ардуино Уно.

Принципиальная схема

Внешний вид макета

Программа

Для работы с датчиком нам понадобится библиотека: BMP180_Breakout_Arduino_Library

Скачиваем её из репозитория, и устанавливаем в Arduino IDE. Теперь все готово для написания первой программы. Попробуем получить сырые данные из датчика, и вывести их в монитор COM порта.

#include  #include <wire_bmp180 pressure="" void="" setup="" serial.begin="" pressure.begin="" loop="" double="" p="" serial.println="" delay="" getpressure="" char="" status="" t="" if="" return="">

Процедура получения заветного давления из датчика не такая тривиальная, и состоит из нескольких этапов. В упрощенном виде алгоритм выглядит так:

1. запрашиваем у барометра показания встроенного датчика температуры;
2. ждем время A, пока датчик оценивает температуру;
3. получаем температуру;
4. запрашиваем у барометра давление;
5. ждем время B, пока датчик оценивает давление;
6. получаем значение давления;
7. возвращаем значение давления из функции.

Время B зависит от точности измерений, которая задается в функции startPressure. Единственный аргумент этой функции может принимать значения от 0 до 3, где 0 — самая грубая и самая быстрая оценка, 3 — самая точная оценка давления.

Загружаем программу на Ардуино Уно, и наблюдаем поток измерений атмосферного давления. Попробуем поднять датчик над головой, и опустить до уровня пола. Показания будут немного меняться. Осталось только разобраться, как нам преобразовать эти непонятные числа в высоту над уровнем моря.

Преобразование давления в высоту над уровнем моря

Датчик BMP180 возвращает величину давления в гектопаскалях (гПа). Именно в этих единицах принято измерять атмосферное давление. 1 гПа = 100 Паскалей. Известно, что на уровне моря давление в среднем составляет 1013 гПа, и каждый дополнительный метр над уровнем моря будет уменьшать это давление всего на 0.11 гПа (примерно).

Таким образом, если мы вычтем из результата функции getPressure число 1013, и разделим оставшуюся разность на 0.11, то мы получим значение высоты над уровнем моря в метрах. Вот так изменится наша программа:

void loop(){     double P, Alt;     P = getPressure();     Alt = (P - 1013)/0.11;     Serial.println(Alt, 2);      delay(100); }

В действительности, давление зависит от высоты над уровнем моря нелинейно, и наша формула годится лишь для высот на которых мы с вами обычно живем. Благо, человечеству известная более точная зависимость давления от высоты, которую мы можем применить для получения более точных результатов.

Здесь p — измеренное в данной точке давление, p0 — давление относительно которого идет отсчет высоты.

В библиотеке SFE_BMP180 уже есть функция, которая использует указанную. формулу для получения точной высоты. Используем её в нашей программе.

#include  #include <wire>  SF80 pressure; double P0 = 0;  void setup(){     Serial.begin(9600);     pressure.begin();     P0 = pressure.getPressure(); }  void loop(){     double P, Alt;     P = getPressure();     Alt = pressure.altitude(P,P0)     Serial.println(Alt, 2);      delay(100); }  double getPressure(){     ... }</wire>

Я не стал полностью копировать функцию getPressure, чтобы сохранить читабельность текста.

В программе появилась еще одна переменная P0 — это давление, которое мы измерим на старте программы. В случае летательного аппарата, P0 будет давлением на взлетной площадке, относительно которой мы начнем набор высоты.

Визуализация

Теперь попробуем отобразить показания давления в программе SFMonitor, и посмотрим как меняется давление при движении датчика на высоту 2 метра.

static const byte PACKET_SIZE = 1; static const byte VALUE_SIZE = 2; static const boolean SEPARATE_VALUES = true;  #include <serialflow> #include ire>  SFE_BMPessure; SerialFlow rd(&Serial); double P0 = 0;  void setup(){     rd.setPacketFormat(VALUE_SIZE, PACKET_SIZE, SEPARATE_VALUES);     rd.begin(9600);     pressure.begin();     P0 = getPressure(); }  void loop(){     double P;     P = getPressure();     rd.setPacketValue(100+int((P - P0)*100));     rd.sendPacket();     delay(100); }  double getPressure(){     ... }</serialflow>

В результате работы программы получим график давления в Паскалях:

Заключение

Как мы уяснили из урока, определение высоты над уровнем моря не такая тривиальная задача. Мало того, что давление зависит от высоты нелинейно, так еще картину портят различные внешние факторы. Например, давление  у нас дома постоянно меняется с течением времени. Даже за несколько минут, высота измеренная нашим прибором может варьироваться в диапазоне 0.5 — 1 метра. Температура так же сильно влияет на качество измерений, поэтому нам приходится учитывать её при расчете давления.

Для летательных аппаратов рекомендуется использовать датчики повышенной точности, такие как MS5611. У этого барометра точность измерений может достигать 0,012 гПа, что в 5 раз лучше, чем у BMP180. Также, для уточнения барометрической высоты полета применяют координаты GPS.

Успехов в наблюдении за атмосферой! 🙂

1+

• Цена: 249р

Некоторое время назад я описывал прибор для мониторинга качества воздуха в помещении, который можно сделать самостоятельно из деталей заказанных в известном китайском интернет магазине. Где-то в комментариях или письмах мне посоветовали дополнить прибор датчиком BME280 для расширения функциональности. Я посмотрел описания и обзоры этого датчика и понял что это отличная идея. Датчик представляет из себя интегрированный комплекс датчиков позволяющий измерять температуру и влажность воздуха, а так же текущее атмосферное давление. Характеристики датчика вполне достойны для применения в бытовых условиях. В первую очередь он довольно маленький, что позволяет легко закрепить его вне прибора, что бы на него не влиял разогрев остальных элементов. Датчик питается напряжением 3,3 вольта, что меня устроило. Большинство датчиков и контроллер в моем приборе питаются именно этим напряжением. Точность показаний заявленных производителем: Температура — 0,5°C Влажность — 3 %RH Давление — 1.0 hPa Датчик имеет интерфейс подключения I2C, что в моем случае меня очень порадовало. Дело в том что свободных ног, GPIO у контроллера в моем приборе не осталось. Но этот интерфейс позволяет подключить несколько разных датчиков на одни и те же контакты, различая их по адресам на шине. Шина I2C в моем приборе уже используется для доступа к модулю часов DS3231. И я просто подключил новый датчик прямо к контактам модуля часов. В результате этого не потребовалось изменения основной платы прибора. И те приборы которые были сделаны по старой схеме могут быть легко модернизированы до нового варианта. Достаточно припаять на шлейфе новый датчик и перепрошить контроллер. В прошивке я добавил модуль обработки данных полученных с нового датчика BME280 и изменил модуль вывода информации на дисплей. Теперь каждые 15 секунд информация об уровне пыли заменяется на информацию полученную с нового датчика. Температуру, влажность, атмосферное давление. Сам датчик BME280 я вынес за пределы корпуса прибора и разместил на задней панели. На картинке это маленький радиатор в верхнем левом углу. Для работы остальных датчиков используется вентилятор, который не спеша продувает корпус. Вот такой получился окончательный результат: Для тех кто заинтересовался конструкцией прибора может пройти по ссылкам:Электрическая схема прибораМонтажная схема → Тут можно взять новую прошивку → Тут Архив с файлами скриптов → Тут инструкция о том как самостоятельно собрать подобный приборИнструкцию о том как прошивать контроллер Описание первого варианта прибораЧё на!?Используемые источники:

• https://etlib.ru/blog/1195-kak-proverit-dad
• https://robotclass.ru/tutorials/arduino-pressure-sensor-bmp180-bmp085/
• https://mysku.ru/blog/aliexpress/56068.html