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基于 FDC2214 的液位检测应用说明.docx
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更新于2023-03-16
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1)基本原理 基于 FDC2214 的电容传感液位测量,把导电极板和大地当作电容的两个极板,把容器内的导电液体作为电介质,液位的变化即为导电介质的变化,也就是电容值的变化。这个电容和板载的电感组成振荡电路,通过在这个电路上加载一定频率的信号,来测量电容值的微小变化。 2)应用场景 采用电容传感的液位测量,需要考虑容器的壁厚度和材料,容器的液位高度,容器内的液体, 电路到传感器间的引线长度等不同因素。根据需要设计不同长宽、厚度和形状的电容导电极板, 使得电容的变化值在 FDC2214 的可测范围内,同时尽可能使得电容值和液位呈现相对简单的函数关系,并且引线引起的偏置电容也要在设计考虑范围内。本设计是以 1.2 升百事可乐瓶为容器, 以水为待测液体而设计的,对于其它容器或者液体的液位测量并不一定适用。
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基于 FDC2214 的液位检测应用说明
I. 简述
1) 基本原理
基于 的电容传感液位测量,把导电极板和大地当作电容的两个极板,把容器内的导
电液体作为电介质,液位的变化即为导电介质的变化,也就是电容值的变化。这个电容和板载的 电
感组成振荡电路,通过在这个电路上加载一定频率的信号,来测量电容值的微小变化。
2) 应用场景
采用电容传感的液位测量,需要考虑容器的壁厚度和材料,容器的液位高度,容器内的液体,
电路到传感器间的引线长度等不同因素。根据需要设计不同长宽、厚度和形状的电容导电极板,
使得电容的变化值在 的可测范围内,同时尽可能使得电容值和液位呈现相对简单的函数
关系,并且引线引起的偏置电容也要在设计考虑范围内。本设计是以 升百事可乐瓶为容器,
以水为待测液体而设计的,对于其它容器或者液体的液位测量并不一定适用。
II. 组成
1) 总体组成
液位检测电路硬件共分 个部分。
(后面简称 )
Figure 1 5529 LP
主控单元采用了 的 。其实也可以采用其它有串行总线的 模块。
但本设计提供的硬件连线提示及程序代码都是以 5529LP 为例的。 有关 的相关内容,
请参考 盘中提供的手册。
传感器信号采集模块
所示是上部亚克力面板被拆下来的模块图。上面亚克力面板是为了防止有液体不小心
溅到模块上而设置的防护,模块的核心芯片为 ,其它电路器件都是芯片的外围电路包
括电感,晶振,电容等。关键器件参数:晶振 40MHz,外接的电感 18uH,电容 33pF。这 3 个
参数在软件设置当中起决定性作用。模块上标注为 的端口是用来连接电容传感柔性 !
的。标注为 的接口用于连接微处理器,本例中用于连接 。的引脚对应的功能,
!板上已用丝印标注,连接时请仔细参考下文的连接方式接线。
Figure 2 FDC2214 传感器信号采集模块
电容传感器柔性 !
Figure 3 电容传感器柔性 PCB
电容传感器,采用柔性 !,目的是方便紧密地贴在容器外侧。注意安装时,尽可能将传感
器平顺地紧贴在容器外侧。传感器较窄的一端,采用 接插件,可以直接连接在 传感
器信号采集模块的 接口。! 上丝印了 "" 的刻度尺,方便大家对尺度有个大致的概念,
但这个标尺因为贴到外形有弯曲变化的瓶子上,只能作为大致观察使用,精确测量液位还需额外
的刻度尺。
2) 硬件连接
Figure 4 联接示意图
是三个部分硬件连接的示意图,柔性 !通过自身的 接插件与 采集模块
的 直接相连。电路板上用于接柔性电路板的 座内部虽然是上下都有触点,但设计时排线的
顺序是下接,也就是接触点在下方,所以接线时注意要把柔性电路板 接头有铜触点的一面向下
插入 接口。采集模块的 接口可用杜邦线或者其它引线与 相连,连接引脚关
系如下:
#
#$
%!
&% &%
'
通过 !连接至 ,通过上位机软件可进行操作。
上打开上位机软件(软件的安装和使用,下文会提到),如果可正常读取到数据,则说明连
接正常,否则请检查连接情况。
3) 标定
标定是指固定安装好之后确定电容值和液位的关系曲线。因为电容值会受到大约 "左右范
围内的导体的影响,应用环境变化会导致测量值变化,只要应用环境不变(比如不要近距离去摸电
容极板,极板上不要有水等),标定好的曲线就可以用于实际测量。所以在每次变化安装环境后都
要重新标定。标定方法如下:
将设备连接至 端,打开 *+* , 。然后选择相应的 -口,点击连接。
Figure 5 上位机联接正常
如 所示,即正确连接时的状态是每个通道都会有数据上传,并不断变化。在容器中加
水至 刻度线。安装方式不同,刻度线的位置也不同,根据自己的容器自行调整。
Figure 6 0 刻度液体
然后点击软件中的下一组按钮,在水位一栏输入 ""后回车,后面的通道栏里就获得了 刻度
点的 个通道的数据,如 .所示。其中通道 0 的数据是我们的实际测量通道。
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