检测电容

检测电容（精选十篇）

检测电容 篇1

1 检测电路 (1)

检测电容的充、放电工作原理如图1所示, 当接通电源后, 电压比较器Q1输出高电平, 高压侧电容CH通过R4充电。当CH上的电压达到比较器Q1的比较电压时, Q1输出低电平, CH开始放电完成一次电容的充、放电过程, 同时, 计数器对充、放电频率进行记数。这样就可求得低压侧电容CL和寄生电容CS。然后在MSP430F123单片机内对记录的数据进行运算, 得到与压差成比例的数据。

微处理器MSP430F123通过P11和P13两管脚控制模拟开关的分时通断。当接通高压侧电容时, 低压侧电容断开;高压侧电容、电阻R8 (100kΩ) 和与非门输出端U7A输出脚构成敏感电容充、放电通路;当U7A输出脚电平为高电平时, 充电电流从U7A输出脚经限流电阻R8流向高压侧电容;当U7A输出脚电平为低电平时, 放电电流从高压侧电容经限流电阻R8流向U7A输出脚。低压侧电容充、放电过程与高压侧电容相同。当电容的电压即电压比较器U6的一组输入端值大于2.2V时U7A输出脚电平由高电平跳变为低电平, 电容开始放电过程。当电容的电压由于放电小于1.1V时U7A输出脚电平由低电平跳变为高电平, 完成一个电容充、放电周期。U7A输出脚接二进制计数器74HC393的时钟输入端, U7A输出脚电平跳变一周期也即电容充、放电一周期, 使74HC393计数器加一。74HC393的两个四位二进制计数器按图2所示, 按级联方式连接成一个八位二进制计数器, 送至微处理器的脉冲信号可在八位二进制计数器的Q0~Q7中任选其一, Q0~Q7的电平输出宽度依次是电容充、放电时长的1、2、4~128倍, 以选择不同的分辨率。

差分电容检测电路对两个电容器分时充、放电时, 高阻输入的电压比较器与两个双输入与非门组成的双稳态电路对电容电压进行监测, 依表1的状态序列在U7A输出脚形成随电容电位变化的脉冲信号。

表1中钳位电压2.2、1.1V由3只电阻R6、R9、R10将电源电压分压得到。

2 软件程序

主程序和中断服务程序流程如图3、4所示。

3 克服干扰的措施

首先把连续N个采样值看成一个队列, 其次把每次采样到的一个新数据放入队尾, 并扔掉原来队首的一个数据 (先进先出原则) , 然后采用最大、最小值滤波过滤掉偶然出现的干扰, 最后把队列中的N-2个数据进行算术平均运算, 就可获得新的滤波结果。采用这种滑动滤波和最大、最小值滤波相结合的方法很好地抑制了周期性干扰和偶然出现的干扰, 有效地提高了数据的可靠性。

4 结束语

电容式粮食水份检测系统研究 篇2

电容式粮食水份检测系统研究

本文主要介绍电容式粮食水分检测系统,为了能够实现粮食含水量的现场检测并能使其广泛应用,本系统采用结构简单,成本低,准确度高的电容式传感器进行数字采集.它是利用水分含量影响电容量的原理通过电容传感器检测水分含量.系统软件采用模块式散转结构设计,主程序根据键盘指令实现散转,调用各功能程序模块.

作 者：李爱传 汪志强 李琳 高飞 LI Ai-chuan WANG Zhi-qiang LI Lin GAO Fei 作者单位：黑龙江八一农垦大学,信息技术学院,黑龙江,大庆,163319刊 名：农业网络信息英文刊名：AGRICULTURE NETWORK INFORMATION年，卷(期)：“”(2)分类号：S126关键词：单片机 电容传感器 水分检测

巧用机械万用表检测电容器 篇3

万用表是常用仪表之一，电容器是一种最为常用的电子元件。本文介绍在没有特殊仪表仪器的条件下，妙用机械万用表来判断电容器的好坏和质量高低；判断电解电容器的正、负极；估测比较电容器的容量。检测电容的依据实质上是万用表的电阻挡相当于有内阻的直流电源，可以对电容进行充电，随时间推移，电容两端电压逐渐升高，充电电流逐渐下降，直到零。

一、判断电容器的好坏和质量

用万用表电阻挡可以判断电容器的好坏和质量高低。根据电容器容量大小，通常可选用万用表的R×10、R×100、RX1k挡进行测试判断。将红、黑表笔分别接电容器的两极，通过表针的偏摆情况来判断电容器好坏和质量。(注意：每次测试前，需将电容器放电；若是电解电容器还得注意黑表笔接电容器的正极)

若表针迅速向右摆起，然后慢慢向左退回原位，一般来说电容器是好的。如果表针摆起后不再回转，说明电容器已经击穿。如果表针摆动，但不能回到起始点，则表明电容器漏电量较大，其质量不佳。如在测量时表针根本不动，表明此电容器已失效或断路。

对于容量较小的电容器，用多用表电阻挡直接测量往往看不出表针摆动，此时，可以借助一个外加直流电压和用多用表直流电压挡进行测量，其方法如图1所示，即把万图1小容量电容器的检测方法用表调到相应的直流电压挡，负(黑)测试棒接直流电源负极，正(红)测试棒接被测的电容器一端，另一端接电源正极。

一只性能良好的电容器在接通电源的瞬间，万用表的表针应有较大摆幅，摆动后表针能逐渐返回零位。如果电容器在电源接通的瞬间，万用表的指针不摆动，则说明电容器失效或断路；若表针一直指示电源电压而不作摆动，表明电容器已被击穿短路；若表针摆动正常，但不返回零位，说明电容器有漏电现象，所指示的电压数值越高，表明漏电量越大。(注意：测量容量小的电容器所用的辅助直流电压不能超过被测电容器的耐压，以免因测量而造成电容器击穿损坏)

二、判断电解电容器的正、负极

一些耐压较低的电解电容器，如果正、负引线标志不清时，可根据它正接时漏电电流小(电阻值大)，反接时漏电电流大的特性来判断。具体方法是：将多用表电阻挡放在RX100或R×1k挡，用红、黑表笔接触电容器的两引线，记住漏电电流(电阻值)的大小(指针回摆并停下时所指示的阻值)，然后把此电容器的正、负引线短接一下，将红、黑表笔对调后再测漏电电流。以漏电流小的示值为标准进行判断，与黑表笔接触的那根引线是电解电容器的正极。这种方法对本身漏电电流小的电解电容器，则比较难于区别其的极性。

三、检查可变电容器的好坏

可变电容器有一组定片和一组动片，用万用表电阻挡可检查它动、定片之间有否碰片。用红、黑表笔分别接动片和定片，旋转轴柄，电表指针不动，说明动、定片之间无短路(碰片)处；若指针摆动，说明电容器有短路的地方。

四、估测比较电容器的容量

对于5000pF以上大电容的电容器可以用万用表电阻挡估测电容器电容的数值。对电阻挡选择合适的挡位，一般容量为O。01uF以下的，选×10k挡；1～10uF左右，选×1k挡；47uF以上，选×100挡或×10挡。具体方法是先把被测电容器的两根引线短路让电容器完全放电，然后用万用表的电阻挡测量电容器两电极(若是电解电容器，应注意其正负极)，表针应向阻值小的方向摆动，摆幅越大，表明电容器的电容量越大，然后慢慢回摆至∞附近。根据表针向右摆动的最大数值就可以估测出电容器电容的大小。如果第一次测量时没有看清表针向右摆动最大时的数值，可把电容器两根引线短路，再按上述方法测量，直到看清为止。下表给出了用MF47测量电容器电容量与万用表表针偏转指示值对应关系的数据(部分)供参考。(要想准确测量电容器的容量，需要采用电容电桥或Q表)

逆变器直流母线电容的作用及检测 篇4

关键词：逆变器,电容,检测

1引言

能源紧缺, 环境恶化是日趋严重的全球性问题, 人类为追求可持续发展, 正积极发展可再生能源, 太阳能作为可再生能源, 这些年来引起了各国政府和专家的日益重视。在全世界, 电能紧缺已经是一个非常严峻的问题, 拉闸、限电严重影响了人们的正常生活和企业的生产, 自去年日本发生核电站事故以后, 人们更是把目光集中到了清洁、安全、高效的太阳能上面, 用之不竭, 取之不尽的太阳能已经进入了普通人的生活, 太阳能路灯、太阳能控制器、太阳能电源、太阳能逆变器……, 这些高科技的产品, 在各行各业中发挥着它们巨大的作用, 而逆变器更是成为新能源行业的希望之星。但逆变器由于其复杂的电路拓扑结构和精确的算法, 使得许多企业和个人望尘莫及。

逆变器包括很多关键的单元, 而直流母线电容单元是逆变器很重要的一个单元, 现对逆变器直流母线电容单元的作用以及检测方法等作个分析和介绍。

2逆变器直流母线电容的作用

逆变器可看成是用直流电源供电的特殊用途的变频器, 输出频率为50Hz或与电网同步的50Hz, 其作用为吸收由逆变器产生的高频开关频率及高次谐波电流, 和逆变器升压后的储能, 以保证逆变器有稳定、纯净的直流母线电压, 这样逆变器才有干净的电能输送到电网上去。

3逆变器对直流母线电容的要求

3.1 高电压

一般大功率的逆变器, 光伏组件的输入电压为850V左右, 可以选择两只耐压为450V的电解电容串联, 这样才能保证电容的耐压值在安全范围内, 但由于电容的误差较大, 存在分压不均的现象, 所以在两只串联的电解电容的两端必须要接入两只均压电阻才能保证电容两端电压的均衡。如下图:

3.2 高耐纹波能力

逆变器的直流母线电容要能流过逆变器额定电流20%的纹波电流 (经验值) , 500kW逆变器的额定电流是1000A, 纹波电流就达到了200A, 而单个电解电容的纹波能力是10A左右, 为了能够吸收这么大的纹波电流, 就要有很多个电解电容并联才能达到吸收的效果。如上图

3.3 长寿命

在太阳能光伏发电系统中, 光伏电池板的使用寿命长达25年, 因此逆变器使用的每个器件都要求寿命超过25年, 而电解电容由于其特殊的工作原理, 会导致电解液的干涸, 寿命很难达到25年, 因此, 很多逆变器厂家把目光瞄准了寿命更长, 耐压更高的薄膜电容, 但这只是个开始, 结果还有待认证和考验。

4直流母线电容的检测

这么多电解电容并联, 有个非常棘手的问题, 就是如果其中一个电容有问题, 会导致整个母排电容有问题, 而电解电容最常见的问题就是漏电流太大, 即使世界顶级品牌的:CDE、EPCOS、黑金刚、红宝石这些品牌, 也常有漏电流过大的问题, 如上图, 当上部分并联的电容C1、C2、C3……Cn中某一个出现漏电流过大时, 会导致这些并联电容的分压电压降低, 下部分Cx1、Cx2、Cx3……Cxn并联电容的分压电压升高, 这样会使这些电容由于过压而烧坏, 在电容烧坏的瞬间, 直流电压几乎是短路为零的, 进而会导致逆变器的IGBT灌入交流电流而烧毁, 在逆变器的工作中是一个非常大的事故, 针对这种问题的预防, 设计一套检测工装, 能准确检测出电解电容的漏电流大小和电容的分压, 可有效预防此问题可能引发的严重后果。

4.1 漏电流产生分析

在25℃下, 电解电容在加额定电压下, 经过5分钟后, 通过的电流大小就是漏电流。一般情况下, 漏电流小于4mA, 就认为是合格的电解电容, 漏电流产生的原理是:电解电容氧化膜介质上依附着氯、铁、铜离子的电解液, 在施加电压时会产生微型原电池效应电流, 需要较多的电荷将其消耗掉, 这种重新形成以及修复阳极氧化膜的时候会产生一种很微小的电流称之为漏电流。

4.2 漏电流的检测原理图

直流母排电容漏电流的检测是生产制程中非常重要的一个环节, 既要做到操作方便, 又要能快速准确地判断出异常, 对产线制程提出了很高的要求, 通过多年的生产经验, 设计了一套既可准确测量, 又可满足大规模生产的测试设备, 电气原理如下:

4.3 漏电流检测原理分析

直流母排上加900V直流电压, 经并联电容C1、C2、C3……Cn/Cx1、Cx2、Cx3……Cxn和均压电阻R1、R2分压后, 送入线性光耦HCPL7840, 光耦为差分输出, 输出的电压送入CPU采样处理, 如果两路电压的差大于5V, 就准确判断出某一路里有电容存在较大的漏电流, 此检测设备在实际生产中得到了广泛的应用。

4.4 漏电流检测设备在实际应用中的案例

5结束语

《电容器 电容器的电容》教学反思 篇5

杏坛中学 谢秋菊

《电容器的电容》是静电场知识的重要运用之一，也是高考考点之一，本节涉及的知识点较多，既要知道电容器的概念，明白电容器是如何充放电的，明白其能量转化的关系，电流的流向，还要理解电容器的概念、定义，掌握电容器的定义公式、单位，应用定义式进行简单的计算，最后还要知道影响电容器电容大小的因素，同时注意培养学生应用知识解决新问题的能力。本节有两大难点：一是电容器概念的建立，二是影响平行板电容器电容大小的因素。这两大难点如果能设计对应效果良好的实验，对突破难点非常有帮助。

本节课基于以上特点，进行如下设计：设置情境，先由一个小实验引入，让学生体验“触电”的感觉，从而引入电容器的概念。由于学生对电容器不熟悉，因为他们很少打开用电器观察其中的元件，所以进行了纸质电容器的内部结构展示，并且在每个小组放置了各种各样电容器的实物。然后通过实验了解电容器的充放电。接下来是电容器电容这个概念的建立，我先让学生类比了水容器，得出电容器的概念，然后再设计实验去验证电容C只与电容器本身有关，与带电量及两段电势差无关。然后再用实验研究平行板电容器的电容与什么因素有关，鉴于实验室仪器设备的限制，最后一个视频采用播放视频方式。

马老师对本节课的评价是：能层层深入，环环相扣，但在充放电实验时电路图与实物图由差异，增加学生认知困难，电容器概念的引入比较牵强，研究影响平行板电容器的因素时没有跟学生强调什么是距离，什么是正对面积，课堂练习太少，课后练习太多。张教授的评价是：备课认真，详细，课件制作是花了精力与时间，但这节课的定位不明确，本节课既是技术应用课，即要注重于在技术上的应用。同时又是概念课，要遵循概念课的特点，实验的数据只有一组，不能说明问题。这节课也是规律课，要按照规律课来讲授。另外，板书太少。最后，张教授建议我们要把每一节的备课当小课题来研究，即要研究不同版本的教材，又要研究别人对教材研究的文章；既要研究本节课别人的教学设计、视频，又要研究本人对本节课教学的研究。

确实，我们在备课时考虑的东西还是太少了，理论水平也不高，所以整节课所站的高度不高，过于注重知识点的传授，对学生能力的培养关注不够；过于关于整节课的完整性，对每一个点的透彻性研究不够。另外，从录像中还发现自己存在以下缺点：1.由于实验仪器较多，同时又要切换电脑及实物投影，导致在课堂上走动太多，影响到学生的注意力，这是我们平常上课极少关注到的问题。2.本节课涉及的知识点较多，课堂上只注重了完整性及突出重难点，留给学生思考和总结的时间较少，每个点要设置对应的练习。3.虽然在上课之前先是初被，然后备课组讨论，再学习了网上有关这节课的视频，但终究对教材、资料的研究偏少，对教育学理论知识的学习不够深入，整节课所站的高度不够。

4、语言不够精炼。与本节课无关的语言会干扰学生对知识点的关注度。

检测电容 篇6

那又该如何引导学生学习这部分内容呢？笔者认为应该从学科特点出发，充分挖掘可以实验的教学素材，给学生提供更为直观、形象的、可获得直接经验的实验情境，引导学生从实验现象出发总结和归纳规律，习得知识体验探究的过程，感悟物理学科素养，发展创新意识与能力。在实际教学中，笔者正是出于以上考虑，设计了几个实验引导学生进行探究，学生的学习效果果然很好。

1自制电容器，引导学生认清其构造

有关电容器的定义和结构，教材只是做了简单的介绍。因此教师必须开发资源，自制简易电容器，提供学生直接而感性的认知。

如图1中甲图所示，将一只盛有大半瓶盐水的玻璃瓶放在盛有一定量盐水的水槽中，并将充当电极引线的铜丝a和b分别插在玻璃瓶和水槽中。另准备带有绝缘包皮的铜丝两根，如图乙所示将其一端绕成圆环的形状，并包裹上一些透明胶布备用。实验开始之初，让学生观察上述装置，并让他们结合教材中有关电容器的说明，猜想它能否构成电容器。教师做出适当解释后，开始准备实验，将电容器一极6与起电机的一端以及验电器的外壳进行连接，并将起电机的另外一端与准备好的导线d连接，将d另一端的小环套在玻璃瓶电极a上。摇动起电机对该电容器充电，在这一过程中，以粘在导线d上的胶布为把手将导线从玻璃瓶上取走，停止对起电机的摇动。教师通过胶布提起导线c，将其圆环一端套在a上，并将其另一端与验电器小球接触，发现验电器指针发生较大偏转；再将这一端接近电极b，在逐渐靠近的过程中，发现两者之间出现放电火花，这两个现象都说明该装置成功地带电并储备了电能。

上述装置取材容易，操作简单，效果也非常明显，能够让学生直观地认识到瓶中和水槽中的两部分盐水就是电容器概念中两个彼此绝缘的导体，而电容器最基本的性质在上述实验情形中也体现得很明显——储存电荷和能量。当然该实验操作中有两个要点：①对绝缘条件要求苛刻。实验之前，必须对玻璃瓶口周边、验电器等装置进行干燥处理；②演示之初，不要直接将验电器直接连在电极a上，否则学生会将验电器指针偏开的原因归咎于起电机直接让验电器带电。

实际教学中，教师还可以介绍一下莱顿瓶的基本结构（如图2所示），把原先玻璃瓶内外的盐水置换为锡箔即可。让学生将两个模型对比认识，有助于他们了解电容器的结构，也有助于他们后期规律的学习。

2引导学生在实验中认识电容器充放电过程

电容器的充放电过程在第一个实验中也有所呈现，但是过程还不够直观。因此，笔者又借助灵敏电流计设计了第二个实验，将充放电电流直观地表现出来。

实验器材包括1000 μF的电容器一只，10 kΩ的电阻一个，电源选用6 V，满偏刻度为500 μA的灵敏电流计一只。

将上述器材如图3所示进行电路连接。有关实验演示步骤如下：①将开关S接到1位置，则开始充电，引导学生观察灵敏电流计在这一过程中的指针偏转方向以及读数变化特点，当电流表读数减小为零时，则表明充电结束，这一现象向学生说明了稳定状态下的电容器无法导电，相当于断路；②将开关S接到2位置，引导学生观察灵敏电流计上指针偏转情况，并让学生讨论此刻电流的方向以及产生根源，思考充电阶段和放电阶段的能量转换关系。

上述实验电路将充电过程和放电过程整合在一起，让学生对相关过程中电流特点有了直观的认识。此外放电过程中，指针的偏转也可以设计出问题：什么能量驱动了电流计指针的旋转，进一步挑明其中的能量关系。当然本实验还有改进的空间，将放光二极管接入放电电路能更好地向学生传递相关信息。

3构建实验帮助学生理解电容概念

电容的概念是本节课最为抽象的知识点，教材上以类比的方式对此进行处理，但是如果只是停留于空洞的类比说明，学生还是只能一知半解，究其原因，还是因为电容器上电量无形无质，学生无法获取感性认知，因此与容器储水量之间很难构建类比的桥梁。很多教师以如图4所示的电路，对不同时刻的电流大小进行测量，并通过计算软件对有关数据进行处理，最终得出了电容器的带电量，此后还进一步改变电容器两端电压，重复上述操作。相关过程相当繁琐。实际教学中的可行性很差。

笔者对上述实验进行了改进，用恒流源来替代其中的电压源，结合时间的测量，直接用Q=It来计算电容器的电量。

如图5所示为实验装置图，虚线框即为恒流源电路，实验过程如下：①先引导学生回顾有关电流和电量的关系：电流与通电时间的乘积即为通过导体的电量。结合本实验中的情境，所有电量最终都集中于电容器上，因此要测定电容器上的电量值只需测量电流和通电时间即可；②组织学生进行分组实验，提醒学生分工协作：安排专人分别利用秒表记录时间和实时监测电压表读数，当电压表读数增大到0.5 V时，断开开关，停止计时，并将时间进行记录；③接通开关，继续对电容器充电，当电压增大到1V时，再次记录下时间；④类似测量电压为1.5 V、2 V、2.5 V等值时，对应的充电时间；⑤运用公式Q=h，计算出对应不同电压的电容器带电量，比较电压与电量的关系，并用Q-U图象进行描述；⑥更换其他规格的电容器进行实验，按照上述步骤进行操作。

引导学生对实验结果汇总，通过图象，学生能认识到电量与电压的正比关系，结合不同规格的电容器Q-U图象斜率不同，教师可以引导他们总结出电容的概念。

检测电容 篇7

粮食的安全储藏是粮食问题中不可避免的重要环节,而粮食的水分含量直接影响着粮食的安全储藏以及加工贸易,因此粮食水分检测显得尤为重要。

目前,粮食水分的测量方法主要可分为直接法和间接法两大类。直接法是通过干燥和化学方法,直接去除粮食中的水分,通过前后的质量差检测出样品的绝对含水量。直接法测量方法准确度高,适用于实验室检测,但测量费时,不适合在线和现场检测。间接法是通过检测与水分相关的物理量,间接测出物质的水分。间接法测量方法速度较快,容易实现在线检测。电容法是间接测量法中的一种有效方法,具有成本低、结构简单、测量速度快等优点[1]。

笔者基于快速检测、降低能耗的设计理念,采用电容法设计了一种基于平板结构的电容式粮食水分检测仪。

1 电容式粮食水分检测仪设计

1.1 检测原理

图1为理想平板电容器示意图。在两个平行金属板之间夹上一层绝缘介质,就组成了平行板电容器。

当忽略边缘电场的影响时,其电容量C与真空介电常数ε0、极板间介质的相对介电常数εr、极板的有效面积S以及两极板间的距离d有关[2],即

undefined

由上式可以看出,S,d,εr3个参量中任意一个发生变化,都会引起电容量的相应变化。如果保持其中两个参数不变,而仅仅改变另外一个参数,那么该参数的变化就可以直接由电容量C的变化反映出来。所以,只要确定了满足设计需求的传感器结构,对于水分含量为M的粮食,其对应的相对介电常数为εr,当粮食水分含量发生变化为M+ΔM时,其相对介电常数相应变化为εr+Δεr,由此引起的电容变化为

C+ΔC=K(εr+Δεr)

其中,K为常数。所以,电容值相对变化ΔC/C与粮食相对介电常数的相对变化Δεr/εr之间呈线性关系,可以通过配置合适的检测电路,测量出电容传感器的电容变化量,进而求得粮食的含水量。

1.2 传感器结构设计

本设计的传感器采用平行极板式电容器,主要由一对平行极板、边缘效应消除装置和1个玻璃槽组成,其基本形状示意图如图2所示。

1.平行极板 2.边缘效应消除装置 3.玻璃槽

这种结构的传感器不仅便于粮食颗粒的装入,而且能使边缘效应对电容值的影响小至忽略不计,分析如下。

1.2.1 平行极板设计

undefined是在极板面的线度远大于它们之间距离的情况下导出的,即忽略了边缘效应,是理想状态。但在实际应用中,因测量空间的限制,极板不可能为无限大。因此,电容式传感器存在边缘附加电容,将使检测精度降低,为了提高检测精度,必须消除边缘附加电容变化的影响。所以,在设计应用时,必须重点考虑边缘效应引起的附加电容。

对于有限尺寸的平板电容器,计及边缘效应的电容近似表达式[3]为

undefined

由上式可见,计及边缘效应的平板电容表达式有3项组成,后两项为电容边缘电场产生畸变而引入的附加电容。由此可以看出,通过改变极板尺寸和间距,可以减少边缘效应的影响。

对于平板电容器,极板面积S一定时,间距d越大,边缘效应越大;间距d一定时,极板面积S越大,边缘效应越小[4]。而极板尺寸和间距决定了传感器的大小和被测粮食的多少。粮食质量参差不齐,为了使测量更加准确,显然取物量越大越好,但现场操作又要求用最少的数量获得满意的数据,而且小型化的传感器更利于制成便携式检测系统。为了减弱边缘效应的影响,极板间距要尽量小,但间距的减小势必导致极板被击穿的可能性增加。

综上所述,实验取极板宽a=80mm,长b=110mm,间距d=50mm。为了避免外界电磁干扰,影响测量精度,可在电极板外面加上金属屏蔽罩,但设计会增大传感器体积,影响使用便捷性。因此,考虑稳定性与便捷性,平行极板采用双面覆铜,里层的金属面作为传感器的极板,外层的金属面作为屏蔽罩。由于在下一步的方案规划中,拟加入边缘效应消除装置。因此,外层的金属面可与边缘效应消除装置组成全方位的金属屏蔽罩,同时满足稳定性与便捷性的要求。

1.2.2 边缘效应消除装置

电容传感器的边缘效应,其实就是极板边缘存在发散电场,即边缘周围存在弯曲的电场线。因此,只要消除边缘处的弯曲电场线,就能够消除边缘效应的影响,采用等势面可以做到这点。

等势面是电场中电势相等的点连成的面。其具体特征是:同一等势面上各点电势相等,等势面疏密程度也表示场强强弱,同一等势面上移动电荷时电场力不做功。

根据该理念,设计出边缘效应消除装置,如图1所示。该装置由3块单面覆铜板组成,覆铜面朝外。3块单面覆铜板的覆铜面分别与平行极板的外层覆铜面连接,接地,形成3个等势面。这样不仅可以屏蔽外界电磁干扰,还可以隔绝极板边缘弯曲的电场线,消除边缘附加电容造成的检测误差。经过测试,未采用边缘效应消除装置,平行板电容器因边缘效应产生的附加电容为139.5pF;采用了边缘效应消除装置,附加电容降至2.1pF。

1.2.3 玻璃槽

玻璃槽作为容器嵌入在平行极板与边缘效应消除装置内,不仅起到固定极板,而且绝缘,在检测粮食水分时,防止电阻效应,提高检测精度。

1.3 检测电路设计

电容传感器由于受几何尺寸的限制,其电容量都是很小的,一般仅几个皮法到十几皮法。因电容量C太小,故容抗undefined很大,为高阻抗元件,且易受到外界的干扰,所以信号的提取比较困难,分布电容和寄生电容对灵敏度和测量精度都产生影响。传统的测量方法采用模拟电路测量手段,主要有电桥电路(普通交流电桥、变压器电桥、双T二极管电桥)、脉冲宽度调制电路和跳频电路等,这些电路复杂,调试困难,稳定性有限,设计成本很高。

笔者设计的检测电路采用ADI公司生产的高精度电容数字转换器AD7745。AD7745在一颗芯片上集成了电容到数字转换的所有电路,解决了从电容到数字和从阻抗到数字直接转换的复杂而困难的信号处理难题,比传统的多芯片解决方案降低了65%的成本[5]。结合STC公司生产的STC12LE5201AD单片机,将电容量由模拟量转换为数字量,再根据需要对数据进行处理。由于器件集成度高、外围电路简洁,完全通过软件控制,应用更灵活。

检测电路总体结构图如图3所示。

LCD触摸屏作为人机交互的终端,不仅可人为发送指令给单片机进行数据的采集与处理, 而且数据处理后的结果也会显示在触摸屏上,简洁美观。

1.3.1 电容信号的采集与处理

电容信号的采集与处理主要由芯片AD7745结合单片机STC12LE5201AD共同完成。

1)AD7745的功能。

AD7745是一种高精度的、∑-Δ电容数字转换器(CDC),被测电容直接连接到该器件的输入端。其结构特性固有高分辨率(24位无缺编码,达到了21位有效精度)、高线性度(±0.01%)以及高精度(工厂校准后为±4fF)。AD7745电容输入范围是±4pF(变化),但是它可以承受高达17pF的共模电容(不变),这可由一个可编程的内置数字电容转换器(CAPDAC)进行平衡的。

AD7745集成了24位的∑-ΔADC、基准电压、激励电路、校准电路和控制寄存器,与微处理器的接口为I2C串行总线口,可以在低至2.7~5V的单电源下工作[6]。

2)STC12LE5201AD的功能。

STC12LE5201AD是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机,是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机,指令代码完全兼容传统8051,但速度快8~12倍;工作电压2.2~3.6V。

工作电路如图4所示。

被测电容C连接在激励源和∑-Δ调制器的输入端,在转换期间,激励源发出方波激励信号,调制器不断对通过C的电荷采样,并输出包含占空比信息的0,1数字流,由数字滤波器对调制器的输出进行校正处理,最终结果通过I2C串行总线口输出。

1.3.2 电源电路

考虑到现场离线快速检测的便捷性要求,电源电路采用锂离子电池供电。但是锂离子电池在使用过程中,随着电量的降低,输出电压会逐渐下降,对于整个电路的供电会出现不稳定状况。出于便捷性与稳定性的考虑,本实验的电源电路采用芯片CN3083,CN5136,LM1117和1块锂离子电池组成。

1)CN3083的功能。

CN3083是如韵电子公司生产的单节锂电池充电管理芯片。该器件内部包括功率晶体管,应用时不需要外部的电流检测电阻和阻流二极管。内部的8位模拟—数字转换电路,能够根据输入电压源的电流输出能力自动调整充电电流,不需要考虑最坏情况,可最大限度地利用输入电压源的电流输出能力,使用范围广。CN3083只需要极少的外围元器件,并且符合USB总线技术规范,非常适合于便携式应用的领域。

2)CN5136的功能。

CN5136是如韵电子公司生产的一款高效率的脉冲频率调制型(PFM)升压DC-DC转换器,最大输出电流能力可以达到500mA,内部集成有功率晶体管,大大减少了外部元器件的数目。CN5136的输出电压可以通过外部电阻设置,片内高精度的电压基准源保证了输出电压的高度和低温度飘移。CN5136的工作电压范围在2.7~6V,非常适合锂电池供电的应用。

3)LM1117的功能。

LM1117是一个低压差电压调节器系列。其压差在1.2V输出,负载电流为800mA时为1.2V。它与国家半导体的工业标准器件LM317有相同的管教排列。LM1117有可调电压版本,通过2个外部电阻可实现1.25~13.8V输出电压范围,另外还有5个固定电压输出(1.8V,2.5V,3.3V和5V)的型号。

电源电路总体结构图如图5所示。

充电管理芯片CN3083可安全、快速地为锂离子电池充电。锂离子电池正常的输出电压为4.2V,但在使用过程中,随着锂离子电池用电量的减少,输出电压逐渐下降,因此在本实验中,芯片CN5136将锂离子电池输出电压升压至5V,然后通过LM1117-33,稳压至3.3V。由于采用低能耗的设计理念,整个检测电路的芯片都采用低电压版本,因此该电源电路可以很稳定地工作。

1.3.3 软件设计

AD7745内部有18个寄存器[6],其中包括状态寄存器和数据存储器,单片机要向这些寄存器里发送指令设置状态,并从数据寄存器中读出数据。写入状态命令和读出操作都是通过I2C串行总线接口实现的。本文采用的是单端输入,连续电容数字转换,因此在器件开始运行的时候要向AD7745相应的存储器内写入控制命令。软件流程图如图6所示。

2 实验过程与数据处理分析

本实验采用粮食水分含量测定法(GB/T 5497-85)105℃恒重法对粮食含水量进行标定。

2.1 实验材料和准备

2.1.1 实验材料

所用材料是从我国湖南衡山采集的2011年生产的稻谷样品。

2.1.2 实验准备

首先从样品稻谷中,抽取部分稻谷,通过105℃恒重法测量出其水分;然后在这个水分的基础上,配置出不同水分含量的稻谷,并且将其用塑料袋密封好进行标号。

2.2 实验步骤

实验时将传感器置于空气中,待其零点稳定后,将密封的塑料袋解封,从中取出一定的粮食,每次都将电容传感器填满,点击触摸屏,进行测试;待测试结束后,从触摸屏读取数值;然后从中取30~50g的粮食,采用105℃恒重法测出其实际含水量。

2.3 实验结果和分析

实验是在室温(22℃)条件下进行的,即不考虑温度变化的影响。通过实验得到了不考虑环境温度变化、并在传感器中装满粮食的状态下,稻谷含水率与检测电路所测得的电容值之间的关系,如图7所示。

线性拟合的相关系数为0.991,表明水分仪测量精度很高,所设计的传感器及检测电路适合于粮食水分检测数据采样的需要。

3 结论

设计了一种电容式粮食水分检测仪,传感器采用平行极板电容器, 为了消除边缘效应带来的检测误差,设计了边缘效应消除装置,配合平行极板,使得传感器结构简洁,提高了便捷性。检测电路采用高精度、低功耗集成芯片AD7745,外围电路简洁,成本低,应用灵活,能够准确检测出粮食样品的电容值。但由于电容法测量水分的影响因素较多,只检测电容值1个参数确定粮食水分是不准确的,还要考虑其他因素的影响(如温度、紧实度、品种等),只有综合分析处理这些因素,才能够提高水分仪的检测精度。

摘要：设计了一种用于快速检测、低能耗的电容式粮食水分检测仪。该检测仪结构简单,由1个电容传感器和检测电路两部分组成。电容传感器采用平行板电容器,配置边缘效应消除装置,消除边缘效应带来的附加电容的影响,提高检测精度;检测电路采用高精度电容数字转换芯片AD7745结合高速、低功耗、超强抗干扰的STC12 LE5201 AD单片机采集处理电容信号,外围电路简洁,应用灵活。通过实验数据分析,该电容式粮食水分检测仪可以满足粮食水分检测的需要。

关键词：电容式,粮食,水分检测仪,平行板,电容器,边缘效应

参考文献

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[2]丛选忠.大学物理教程(中册)[M].北京:机械工业出版社,1995:73-74.

[3]李勇,李玉和,李庆祥,等.计及边缘效应的非平行梳状驱动器的静电力计算[J].清华大学学报:自然科学版,2003,43(8):1024-1026,1030.

[4]张艳臻,马全喜,聂金柱.电场的边缘效应对平板电容的影响[J].静电,1997,12(2):37-38.

[5]佚名.ADI发布单芯片解决方案AD7745[J].电子测试:新电子,2005(4):97.

检测电容 篇8

谷物的含水率是最重要的指标之一,直接反映的是种子质量的优劣,也是谷物在农业生产、商业销售、 工业生产、科学研究的活动中最基本的指标参数。如何准确、快速地测量出谷物中的含水率,是生产实际中必须探究的重要问题。

在谷物水分测量的诸多方法中,传统的测量方法是通过物理和化学方法将谷物的水分去除,检测的精度高,但费时且成本较高,适用于实验室环境,不适于生产的实际现场。间接测量法是根据不同含水率的谷物在某一物理特性上的差异体现测得谷物的含水率,如红外方式、电容方式及核磁共振方式等。其中, 电容方式最为简单快速且成本低。综合上述考虑,笔者设计了一种基于电容式的谷物水分检测系统,以实现谷物水分的快速、准确测量。

1传感器设计

1. 1测量原理

介电常数又称电容率,在非真空中由于介质被电极化,在物质内部的总电场会减小; 电容率关系到介质传输电场的能力。介质极化图如图1所示。由图1可知: 内部介质被极化使得整个电容的电场变小。

介电常数以 ε 表示,ε = εr× ε0,ε0为真空绝对介电常数,ε0= 8. 85 × 101 2F / m。εr为相对介电常数,可以通过静电场用如下方式测量: 首先在两块极板之间为真空的时候测试电容器的电容C0; 然后,用同样的电容极板间距离但在极板间加入电介质后( 内部介质被极化后) 测得电容Cx; 最后,相对介电常数可以用 εr= Cx/ C0计算。

谷物主要由淀粉和少量的脂肪蛋白质和水构成。 它们都有介电常数,但是上述成分中受环境湿度变化的只有水分,其他成分比较稳定,受环境影响小。谷物中水分的变化会直接体现为介电常数的变化。电容式水分传感的原理是将被测物作为电容的介质,利用介电常数对电容容值的影响来测量水分。

1. 2传感器设计

电容传感器的结构主要有平行板结构和同轴圆筒结构; 但是在极板间体积一定的情况下,同轴圆筒电容的容值更大更利于容值测量,而且也更加符合测量仪的外形要求。所以,笔者选用同轴圆筒型的电容传感器进行研究和分析,其结构如图2所示。

传感器为两个同轴的圆筒形柱体作为电极。两个电极的高度为L,内电极半径为r,外电极的半径为R。本设计要求抗干扰性强,所以在内圆筒的内侧及外圆筒的外侧涂有树脂涂层用来屏蔽外部环境中的电磁波等的干扰( 图2中的阴影部分为树脂涂层) 。 位于内侧圆筒上的是热敏电阻NTC,用于温度补偿。 为避免对电容测量的影响,采用绝缘的环氧树脂绝缘封装,并且在筒壁上的开孔面积相对筒壁面积很小, NTC对容值的影响可忽略不计。当L > > R - r时,可忽略圆柱的边缘效应。设电容器两极各带电荷+ q和- q时,若忽略边缘效应,电荷均匀分布在内外圆柱电极面上,圆柱每单位长度所带的电荷绝对值为 λ( λ = q / L) 。由于两圆柱面间的电场具有轴对称性,由高斯定理求距离为S出的电场强度为E为

两极板间的电势差 ΔU为

由电容的定义可知

当极板间放入相对介电常数为 εr的物质时,则

由上式可知: 通过检测两极板间的电容值的公式中,只有 εr是变量,而且 εr直接和谷物间的含水量相关,所以两极板间的电容值就间接反映了谷物介质的含水量。当传感器中装入介电常数为的被测物后,电容的变化量为

由于L>>R-r,设2L=KR(K为大于1的常量),可得。

为使得传感器的灵敏度最大( 即 ΔC最大) ,确定R、r的比例关系,对 ΔC求关于R求导数得,则R=er。

2检测电路设计

2. 1电容测量电路

在实际设计的电容传感器,在几何尺寸的限制下,电容值都会很小( 一般十几皮法) ,容抗比较大,易受环境干扰,会给信息的采集造成麻烦。在本文的同心圆筒型电容传感器设计中,需在外电极的外侧及内电极的内侧涂上树脂绝缘层来隔绝外界环境的干扰。

电容传感监测系统的性能很大程度上决定于检测电路的性能。传统的电容测量电路多采用模拟电桥等手段,元件复杂集成性低,分立元件易受环境干扰。笔者将采用专业的集成芯片设计检测电路,既避免了检测电路可能串入的干扰,又使电路简洁、稳定。 笔者采用的是TI公司生产的FDC1004四通道电容数字转换器( CDC) ,其连接图如图3所示。FDC1004分辨率达0. 5f F采用 Σ - Δ 型电容数字转换器,线性度高精度高,要测量的电容可直接连接到器件输入端。 FDC1004的电容输入范围是 ± 15p F,内部有去干扰电容电路。其主处理器芯片可以直接通过寄存器对芯片进行配置和数据的存取,且具有一个双线式I2C兼容串行接口,可采用2. 7 ~ 5. 25 V单电源供电。

所测电容CX连接在调制器输入端和地之间,转换期间在CX上施加方波激励信号,调制器会对流过CX的电荷进行连续采样。数字滤波器负责处理调制器输出,也就是以0和1密度形式表示信息的0和1数据流。数字滤波器输出的数据通过应用校准系数进行调整,然后通过串行接口读取最终结果。

为了获得最佳结果,应使FDC1004尽可能靠近容性传感器。传感器和FDC1004 CIN引脚之间的连接及传感器地和FDC1004 GND引脚之间的返回路径应尽可能短。应将PCB走线与CIN引脚屏蔽开来,并将屏蔽体连接到FDC1004屏蔽引脚( 见图3) 。此外,如果使用屏蔽导线来连接传感器,则应将屏蔽体连接到FDC1004屏蔽引脚。

2. 2电路整体结构图

图4为整个设计的硬件框图。图4中,同心圆筒电筒传感器和FDC1004芯片相连( 并采取抗干扰处理) ; FDC1004芯片和单片机处理器相连,单片机负责与FDC1004通信; 单片机与LCD相连用来显示系统的工作状态和测量结果; 按键与单片机相连用来设置系统工作模式和指令输入; 电源模块负责整个系统的供电。

电路的核心处理器芯片采用高性价比的单片机MSP430F5528。该型号单片机是TI公司生产的16位精简指令架构的( RSIC ) 单片机,运算主频最高25MHz。本设计选用64引脚的RGC封装,拥有512k的Flash,66k B的SRAM; 工作电压1. 8 ~ 3. 6V,具有低功耗特性; 47个I /O端口,拥有12通道的12位ADC模块,集成有I2C单元; 外部电路简单; 且具有超强抗干特性,特别适合本设计。

LCD在本设计中用来显示测量结果、工作状态及人机交互,考虑到设计的低功耗、显示内容的复杂程度及价格成本,本设计采用的是LCD5510。该LCD为84x48的点阵LCD,可以显示4行汉字; 引脚包括电源在内9个,只需MCU的单个P口就可实现与LCD的通信,支持串口或者SPI模式; 工作电压3. 3V,正常显示时的工作电流在200μA以下,功耗低。该LCD显示测量的谷物品种、测量进度状态、谷物温度及系统状态信息,电路如图5所示。

按键设置为4个机械按键,分别为“开关”“选择” “测量”“加料”。开关键用于系统的启动和关闭,选择键用于物料的选择,测量键触发系统进行测量,加料按键将物料由待测区填充到测量区。

温度传感器选用的是负温度热敏电阻( NTC) 。 该热敏电阻的封装很小,对电容传感器的影响很小, 且采用的是环氧树脂绝缘封装,避免了对电容传感器的干扰。被测物的温度对水分的检测影响非常大,必须对系统进行温度补偿。

NTC传感器调理电路采用桥式电路( 见图6 ) , R19为NTC电阻,桥式电路输出的是差分信号,电路左侧通过稳压二极管提供稳定的参考电压,右侧试由LM358通用放大集成电路构成的直流差分信号放大器。LM358集成了两个放大器LM381_1和LM358_2。

电源采用可充电锂离子电池配合电源管理芯片AMS1117,如图7所示。

AMS1117是降压型稳压器,具有1A的负载驱动能力能够输出3. 3、5、12、15V的固定电压和电压可调节的可调电压输出方式; 外部单路简单,驱动能力也符合设计要求。

2. 3测量系统的软件设计

系统软件软件流程主要负责测量数据的读取、优化计算及显示,如图8所示。单片机和FDC1004直接通过时序指令通讯,结合温度传感器的数据实现温度补偿,系统通过多次测量来获取平均值,最终输出测量结果。

3实验与数据分析

实验以小麦作为标定样本,样本分为15组,每组200g分别编号为1 ~ 15号。首先要对谷物的水分进行调节,即将小麦的水分含量尽量在5% ~ 35% 之间等间距规律分布; 然后通过恒温烘干发测得样本的水分含量为17. 6% ,将1 ~ 6组样本用过加热干燥处理来获取水分含量为5% ~ 16. 5% 的标定样本。加热干燥环境为最低档的微波炉。为使标定样本有精确的含水率,通过加热干燥实验获得加热时间和含水量的关系曲线,如图9所示。

通过上述曲线,计算加热时间获得准确含水量的标定样本。对7 ~ 15组样本,需要提高其含水率,本试验采用蒸馏水湿润法,以获得水分在20% ~ 35% 间等间距分布的标定样本。最终获得15组标定样本的水分含量与电容传感器的电容值之间的拟合关系曲线,如图10所示。

系统标定过程中实验数据分析如表1所示。

标定样本的含水率和传感器的电容值线性相关系数为0. 95,平均误差为0. 85% ,表明系统的测量精度满足设计目标。

4结论

检测电容 篇9

对密集型电力电容器故障的准确检测可通过以下“五步”试验方法进行:1电容量测量;2绝缘电阻测量;3介质损耗因数tanδ测量;4油的气相色谱分析;5交流耐压试验等。

1 电容量测量

电容器在长期加热加压试验条件下, 其电容值的变化是很小的。所以通过电容量的纵向与横向比较, 可以判断出密集型电力电容器的内部故障。因为密集型电力电容器是由多段电容元件串联、并联组成的, 如果串联段数减少, 将导致电容量增大;如果电容元件在并联点断线, 将造成电容量有规律地减小。

对于放电线圈内置的电容器, 一些单位仍使用DM-6023电容表测量其电容量。由于放电线圈并接于电容两极之间, 测量时出现电容量偏差极大也可能是放电线圈断线或短路烧损所引起, 因此, 应采用QSl8A型电桥或电压电流表法施加100 V或200 V电压测量电容量。

在对密集型电力电容器电容量的测量和分析中, 了解电容器单元的串并联数是极其有用的。可以根据其串联元件的接线方式推算出每个电容单元的电容量, 从而准确判断出电容单元损坏的数量, 甚至能找到其准确部位。

2 绝缘电阻测量

测量密集型电力电容器的极对地、相间绝缘电阻和测量传统单只电容器的方法基本相同。通过测量绝缘电阻, 可以大致判断出密集型电力电容器内部的贯穿性缺陷、整体绝缘下降等。对于放电线圈装于油箱内的电容器, 也可以用绝缘电阻表检测放电线圈线匝是否有脱焊或断线。例如:1台BFF11-3600-3GW型电容器, 用QJ42电桥未能测出放电线圈V相二次v2v02端之间线圈断线, 而用绝缘电阻表测出放电线圈V相二次v2v02线圈断线。吊盖后, 找到v2v02之间在运输时弄断的焊点重新焊接好, 最终保证了该电容器的如期投运。

3 介质损耗因数tanδ测量

密集型电力电容器在全工况下长期运行, 介质损耗因数tanδ将略有增加。但是, 一旦电容器介质损耗因数tanδ增加过大, 则可能造成电容器的绝缘下降。

因此当电容器内部发生局部放电或局部过热时, 会导致介质损耗因数tanδ增大, 这种情况可通过对油的气相色谱分析作出进一步的判断。

现场测量密集型电力电容器的介质损耗因数tanδ可采用QSl8A型电桥。

4 油的气相色谱分析

密集型电力电容器内部各接头接触是否良好, 有无局部过热, 有无因加工工艺或其他原因产生的局部放电, 电容器内部绝缘有无闪络等, 仅测量绝缘电阻和介质损耗因数tanδ往往很难判断, 而用油的气相色谱分析法, 可以诊断出电容器内部故障的性质。

5 交流耐压试验

检测电容 篇10

关键词：HT46R47单片机,BS802B,电容式触摸集成电路,分段式水位检测

现有的液位检测方法, 接触式、非接触式的各有很多种, 但是绝大多数方法成本较高, 结构复杂, 尤其是非接触式的水位检测方法精度不够高。本文介绍的高精度水位检测系统适用于工业级水位检测的应用, 该系统主要由上位机和下位机两部分组成, 其中上位机主要完成数据的采集、分析、显示及报警;下位机主要用于水位检测、数据处理、储存及传送。现将该系统硬件设计及软件设计进行逐一分析。

1 基本原理

市场上的消费电子产品已经开始逐步采用触摸感应按键, 以取代传统的机械式按键。针对此趋势, 很多公司都纷纷推出新的触摸芯片。电容式触摸感应按键开关的内部是一个以电容器为基础的开关。以传导性物体 (例如手指) 触摸电容器可改变电容, 此改变会被内置于微控制器的电路所侦测。电容式触摸感应按键的基本原理就是一个不断地充电和放电的张弛振荡器[1]。如果不触摸开关, 张弛振荡器有一个固定的充电放电周期, 频率是可以测量的。如果我们用手指或者触摸笔接触开关, 就会增加电容器的介电常数, 充电放电周期就变长, 频率就会相应减少。所以, 我们测量周期的变化, 就可以侦测触摸动作[2]。电容式触摸芯片正是基于这个原理设计产生的。

将该种芯片用到水位检测, 将两块按键板 (敷铜PCB小板) 金属面分别贴合在水箱外壁的不同刻度处, 水上升到PCB1和PCB2位置时, 相当于人的手指触摸按键, 芯片内部就可以侦测到触摸动作, 系统可以通过对信号的分析来判断水位范围;同理, 水位下降, 也会引起芯片的反应[3]。

同时, 通过上位机对分段式水位进行实时显示, 这就是本系统的基本原理。

2 硬件系统结构

MCU采用HT46R47[4], 系统频率4M到8M, 最低工作电压达到2.2V, 2K程序存储器, 基本满足本系统设计要求。

电容式触摸芯片采用盛群半导体公司BS802B芯片, 工作电压2.2V~5.5V, 最低待机电流1.5u A。

外部采用24C02作为数据存储器, 和MCU之间采用IIC总线通信。

RS232串口驱动芯片采用MAX232并通过串口中断的方式实现上下位机通信。

3 软件设计

该系统软件分为下位机软件和上位机软件两部分。下位机软件采用C语言实现。上位机软件采用微软公司的Visual C#设计, 主要包括利用串口通信模块实现RS232串口的数据通信;水位数据采集、传输、保存、查询等。下面分别对两部分软件设计进行描述[5]。

3.1 下位机软件设计

下位机软件主要包括水位变量的采集和串口中断服务程序的设计。主程序流程图如图2所示。主要包括初始化、数据采集、数据存储等模块。

串口中断服务子程序主要包括联机信号处理、水位数据上传、实时时钟设置、误差修正等模块。其流程图如图3所示。

由于水位信号采集电路 (下转118页) (上接14页)

板存在着离散型的非线性系统误差, 因此系统在此基础上设计了系统误差修正。然后将修正后的数据进行存储。

3.2 上位机软件设计

上位机软件采用Visual C#软件设计, 主要包括上、下位机通信模块和水位记录、水位报警几部分。当下位机采集到水位数据后, 通过串口通信将数据实时传送给上位机, 当显示缺水时, 上位机进行报警显示。如图4所示。

设置合理的波特率, 打开可以使用的串口采集下位机数据, 当水位低于最低警戒水位时, 即自动启动报警。警戒水位可以根据不同应用而调整。数据界面可以显示水位所在的具体位段, 当水位达到PCB1和PCB2之间时, 水位范围就会给出具体数据, 如“30 TO 50 (CM) ”。当传输数据明显失真时, 还可以对数据进行擦除以便更新数据。

4 结论

该水位检测系统的研制, 其创新点在于水位检测的新方法, 将电容式触摸芯片应用在水位检测中。本系统可以完成两个点的水位检测, 如需要对水位进行多点、分段式的精确检测, 可选择利用该系列芯片的多点触摸进行分段水位的检测, 不仅大大提高了精度, 还降低了成本, 且方便易用。

参考文献

[1]Hal Philipp.电容式触摸传感器提升应用设计[J].今日电子.2006, (9) , 60.

[2]翁小平.触摸感应技术及其应用[M].北京:北京航天航空大学出版社, 2010, 1.4-16.

[3]秦建敏, 程鹏, 李霞.电容式冰层厚度传感器及其检测方法的研究[J].微纳电子技术, 2007, 44 (7) :186.

[4]盛群半导体官方教程 (I/O型单片机使用手册) [M].2006, 6.第三版.