$2 za prototyp PCBs
Witam,
Chciałbym przedstawić projekt prototypu testera wydajności wtryskiwaczy do samochodowych instalacji LPG. Urządzenie ma za zadanie pomiaru i wyświetlenia różnicy w wydajności pomiędzy badanami wtryskiwaczami. Projekt wykonałem 2, 3 lata temu, a konkurs na tyle zadziałał motywująco, że postanowiłem się nim pochwalić. Niestety jako, że jest to urządzenie prototypowe nigdy nie powstała dokumentacja na cele prezentacyjne i to co mogę pokazać jest dość małym zbiorem informacji. Urządzenie od prawie dwóch lat pracuje u kolegi w warsztacie i wspomaga przy produkcji.
Aparatura dokonuje pomiaru dwóch wielkości fizycznych ciśnienia powietrza przepływającego przez wtryskiwacz, oraz rezystancję cewki wtryskiwacza.
W założeniach projektu była diagnostyka wtryskiwaczy do samochodowych instalacji gazowych poprzez pomiar wydajności, oraz pomiar rezystancji cewki. Sposób sterowania symulacja pracy silnika samochodowego, tj. do regulacji tester posiada regulację obrotów w zakresie 500-9000 obr./min. z rozdzielczością 10 obr./min Oraz regulację czasu otwarcia wtrysku w zakresie 1 ms do czasu trwania jednego cyklu obrotu z rozdzielczością 1 ms.
Urządzenie posiada 4 kanały pomiarowe umożliwiające podłączyć listwę common rail. Dane przedstawione są na wyświetlaczu graficznym w postaci graficznej skali oraz wartości cyfrowej. Pomiar rezystancji ma na celu stwierdzenie jakiego rodzaju jest podłączony wtryskiwacz. Pomiar ciśnienia w instalacji z regulowanym upustem pełni funkcję pomiaru przepływu powietrza. Czym bardziej będzie otwarty wtryskiwacz tym większe ciśnienie trafi do układu pomiarowego.
Tester został zamknięty w dużej obudowie wykonanej z aluminium, a wewnątrz znajduje się zasilacz, listwa czujników ciśnienia, płytka z 4 wyświetlaczami siedmiosegmentowymi, płytka sterująca wtryskiwaczami oraz płytka z sercem całego układu. Do regulacji parametrów pracy wtryskiwaczy służą 4 przyciski znajdujące się na pokrywie górnej, oraz jeden przycisk na froncie pełniący dwie funkcje. Pierwsza krótkotrwałe wciśnięcie powoduje włączenie pomiaru rezystancji. Wciśnięcie na czas około 2 sekund powoduje włączenie/wyłączenie podłączonych wtryskiwaczy. Z założenia układy wykonawcze miały znajdować się na osobnych płytkach PCB, dzięki czemu modyfikacje można dokonywać modułową.
Pomiar rezystancji wykonywany jest na dzielniku napięcia gdzie R1 to rezystor 24.9 Ohm 1%, a R2 cewka wtryskiwacza. Napięcie referencyjne jest równe napięciu zasilania dzielnika i wynosi 2.5V, maksymalna dokładność napięcia według noty katalogowej układu wynosi 2%, jednakże wartość napięcia nie ma wpływu na wynik pomiaru, a jedynie wartość rezystora R1 dla którego rozrzut 1% daje nam błąd pomiaru w granicach +/-0.0025 Ohm. Dla zwiększenia jednoznaczności wyniku pomiaru zbierane są 64 próbki odczytu z przetwornika A/D, które w następnej części są uśredniane i dopiero na średniej dokonywane są obliczenia pomiaru rezystancji. Obliczenia wykonywane są według poniższego wzoru po lewej, gdzie Uwej i Uref są sobie równe, a Adc wynosi 10, Ac1 uśredniona wartość 64 próbek pomiaru.
Pomiar ciśnienia.
Do pomiaru ciśnienia zostały wykorzystane analogowe czujniki różnicowe o charakterystyce liniowej mierzące w zakresie 0-1000 kPa. Do pomiaru napięcia został wykorzystany wbudowany przetwornik AD i wewnętrzne napięcie referencyjne 2.56V, wewnętrznego mikrokontrolera. Odczytana wartość jest przekazywana do procesora głównego, który wyświetla wyniki. Nie ma dokonywanych na odczytanych wartościach cyfrowych żadnych operacji matematycznych. Natomiast przyjęto, że jednostka skali jest stałą wartością cyfrową bez względu na maksymalną wartość skali. W przypadku przekroczenia wartości skali, skala ma przesunięty zakres pomiaru, tj. gdy pomiary mieszczą się w wartości 100, to skala przedstawia zakres 0-100, jeżeli np. pomiary wynoszą 450, to skala przedstawia zakres 400-500.
Urządzenie zostało podzielone na 5 sekcji:
Zasilanie w oparciu o zasilacz ATX.
Moduł pomiaru ciśnienia w oparciu o czujniki ciśnienia z wyjściem napięciowym. Dane z czujników trafiają do mikrokontrolera Attiny26 i przesyłane są do procesora głównego.
Moduł wykrywający podłączenie wtryskiwacza i wyświetlający nr kanału na wyświetlaczu 7-segmentowym. Detekcja zrealizowana sprzętowo.
Moduł sterowania wtryskiwaczami. Wtryskiwacze sterowane są poprzez tranzystory typu mosfet, które mogą pracować na napięciu stałym 12V i obciążeniu 4A. Za separacje układu sterowania od układu pomiaru rezystancji odpowiada przekaźnik. Za pracę wtryskiwaczy odpowiada mikrokontroler Attiny2313, a parametry pracy odbierane są z procesora głównego.
Ostatnią sekcją jest płyta główna, która odpowiada za sterownie wyświetlaczem graficznym, obsługę przycisków, komunikację z mikrokontrolerami peryferyjnymi oraz logikę działania całego urządzenia.
Na koniec przedstawiam kilka filmów z testów i działania. Niestety na filmach widoczny jest jedynie wyświetlacz graficzny, a nie całe urządzenie.
Dziękuję za uwagę i zachęcam do komentowania.
Fajne! Ranking DIY
to zanim doszedłem co i jak z pomiarem czasu (pokręcona sprawa, zmiana zboczy podczas trwania pomiaru) to żeby nie latać do auta, zrobiłem generator "jazdy". Czyli Atmega8 generująca poprzez PWM częstotliwość rzędu 15Hz i każdy impuls o czasie trwania 3.8ms (stąd właśnie PWM by sobie ustawić czas otwarcia). Działało znakomicie. Skodzina paliła PB95 w mieście ok. 8.5-9 litrów paliwa. Zgadzało się wg wskazań. Kalibrację przyjąłem na czucie, nie wiedziałem jaki jest wydatek wtrysku - ustawiłem taki by na wolnych, na rozgrzanym silniku, było spalanie chwilowe 0.8l/h, to był sukces.
. Wydajność wtryskiwacza można bardzo prosto zmierzyć przepływomierzem przy otwarciu go impulsem elektrycznym o ściśle określonym czasie i zasileniu stałym ciśnieniem czynnika. I wystarczy jeden precyzyjny przepływomierz, reduktor ciśnienia a chcąc zautomatyzować pomiar dla np. czterech wtryskiwaczy na raz, cztery elektrozawory. Pomiar rezystancji cewki wtryskiwacza jest zupełnie zbędny, bo dopiero bardzo duże rozbieżności tego parametru mogły by wpływać na wydajność jednostkową badanego wtryskiwacza.