Este circuito se basa en el diseño de PCB del circuito de prueba de capacitancia del microcontrolador PlCl6LF874. Los contenidos específicos son los siguientes.
Cómo funciona el módulo de
medición de capacitancia El diagrama de bloques del principio de diseño general del módulo de medición de capacitancia se muestra en la Figura 1, incluyendo el circuito de gestión de energía, el microcontrolador PICl6LF874, el sensor capacitivo, el circuito de acondicionamiento de señal, el convertidor de capacitancia a digital PS021 y el circuito de interfaz conectado al ordenador.
El principio de funcionamiento del módulo de medición de capacitancia es el siguiente: el sensor capacitivo emite una señal de capacitancia débil, y la señal de capacitancia pasa a través del circuito de acondicionamiento de señal. Entra en el convertidor de capacitancia a digital PS02l, la capacitancia de medición de este dispositivo oscila entre 0 y decenas de nF (ilimitada), tras la conversión interna del dispositivo, a través de la configuración de los registros internos del PS02l, se obtiene el valor requerido; los datos se transmiten a través de SPI al microcontrolador PICl6LF-874, los datos medidos se envían al ordenador superior (ordenador) a través de la interfaz de comunicación serie asíncrona USART del microcontrolador y, finalmente, el programa de aplicación del ordenador superior muestra los resultados de la medición y guarda los datos de la prueba.
Conexión del hardware
del sistema Este circuito de medición necesita un dispositivo de control para controlar la lectura y escritura de datos. Se selecciona el microcontrolador PICl6LF874 con estructura simple, funciones potentes y compatible con la interfaz serie SPI. Debido a que la interfaz periférica del PS02l es SPI, el microordenador de un solo chip puede controlar bien el funcionamiento del PS02l, y los datos de medición pueden enviarse al ordenador host a través de la interfaz serie USART. La conexión del microordenador de un solo chip se muestra en la figura 2, y el diagrama de conexión del PS02l se muestra en la figura 3.
Realización de las funciones del software
del sistema El software de aplicación diseñado basado en el PS021 incluye programas como detección, control, procesamiento de datos, gestión de bases de datos e interfaz del sistema. En las condiciones de velocidad de ejecución del programa y capacidad de almacenamiento, se intenta utilizar el software para realizar las funciones de hardware de los sistemas de instrumentos tradicionales y simplificar la configuración del hardware. Además, la interfaz es la «ventana» del sistema de prueba y de los instrumentos virtuales, y es la principal forma en que el sistema muestra la información funcional. El diseño del software no solo debe cumplir con las funciones, sino que también debe tener una interfaz atractiva. Después de determinar la plataforma de hardware del sistema de prueba, la clave es elegir las herramientas de desarrollo de software adecuadas para escribir el software de aplicación correspondiente. El módulo de prueba se desarrolla en un lenguaje de programación gráfico. El entorno de desarrollo puede proporcionar un entorno de desarrollo integrado, que es conveniente para conectarse con el hardware del instrumento y tiene una buena interfaz de usuario. De acuerdo con el principio del diseño del programa de aplicación del ordenador superior, se obtiene el software del sistema de prueba. Al configurar algunos parámetros en la interfaz principal del software, el circuito de hardware se conecta al ordenador superior y se pueden mostrar los resultados de la medición. Los resultados de la medición se muestran en la interfaz de visualización de datos, como se muestra en la figura 4.
Pruebas y resultados
Utilice el software anterior para realizar la medición. Antes de la medición, el sistema de medición debe calibrarse. Al calibrar, el PS02l requiere que la capacitancia de referencia Cref y la capacitancia medida Cmeas estén en el mismo rango de valores de capacitancia, es decir, que la relación Cmeas/Cref no supere el 25 % (el valor límite del PS02l). La capacitancia de referencia es una parte muy importante y tiene un impacto directo en la calidad de la medición, así como en la estabilidad de la temperatura de la medición. Materiales recomendados para los condensadores: serie CFCAP (condensadores cerámicos multicapa de Taiyo Yuden), condensadores cerámicos COG o NPO. La resistencia de descarga Rdis está estrechamente relacionada con el tiempo de descarga, el tiempo de descarga τ=0,7R (C+20 pF), y la constante de tiempo τ oscila entre 2 y 10 μs (se recomienda 5 μs). El valor de resistencia de la resistencia de descarga se calcula según la fórmula.
En la prueba, se seleccionaron como condensadores medidos los condensadores fijos de 1, 2, 3, 5,1, 6,8, 8,2, 9,1, 12, 13, 15, 16,5 y 18 pF. Determine el tamaño del condensador de referencia según el rango de la capacitancia medida y, a continuación, determine el valor de resistencia de la resistencia de descarga según la capacitancia medida y el valor de capacitancia de referencia, combinado con el tiempo de descarga, y finalmente seleccione el modo de medición adecuado para la medición. En el sistema calibrado, conecte un condensador de referencia al terminal de referencia y al terminal medido, respectivamente. En este momento, el valor que se muestra en la interfaz de visualización de datos es la suma del valor de la capacitancia de referencia y el valor de la capacitancia parásita (los datos mostrados por el sensor l en la figura 3); a continuación, conecte la capacitancia medida en paralelo sobre la base de la capacitancia de referencia del terminal medido. Los datos medidos son la suma del valor de la capacitancia medida, el valor de la capacitancia de referencia y el valor de la capacitancia parásita. La resta de los valores medidos en los dos pasos anteriores es el valor medido. El valor de capacitancia de y las estadísticas del valor de capacitancia medido finalmente obtenido se muestran en la Tabla 1.
La Tabla 1 refleja el error relativo entre el valor medido y el valor nominal de la capacitancia medida, y también se sabe que cuanto mayor es el valor de capacitancia medido, menor es el error relativo entre el valor medido y el valor nominal. Dado que la capacitancia medida se ve afectada por factores como la temperatura ambiente, la cantidad de soldadura y la calidad de la capacitancia medida, existen ciertos errores. Se promedia entre múltiples mediciones para obtener un valor de capacitancia más estable. En el sistema calibrado, se mide la capacitancia fija para verificar la precisión del módulo de medición. El valor medido es muy cercano al valor nominal. Se puede considerar que el error del valor nominal de la capacitancia medida es pequeño. Se sabe además que la precisión de medición del módulo de medición de capacitancia es mayor que la del módulo de medición.
El microordenador de un solo chip PlCl6LF874 puede controlar muy bien el módulo de medición de capacitancia y tiene un buen efecto de promoción en la investigación de sensores capacitivos. El microordenador de un solo chip simplifica el diseño del circuito y hace que los resultados de la medición alcancen una mayor precisión; al mismo tiempo, este módulo de medición puede reducir la placa de circuito. Por lo tanto, se reduce el volumen de todo el dispositivo, lo que simplifica en gran medida el proceso de diseño del circuito, reduce la dificultad del desarrollo del producto y es de gran importancia para acelerar el desarrollo del producto y reducir los costes de producción. Los resultados experimentales muestran que el módulo de medición tiene una buena viabilidad.
