Ce circuit est basé sur la conception du circuit imprimé du circuit de test de capacité du microcontrôleur PlCl6LF874. Le contenu spécifique est le suivant.
Fonctionnement du module de mesure
de capacité Le schéma fonctionnel général du module de mesure de capacité est illustré à la figure 1. Il comprend un circuit de gestion de l'alimentation, un microcontrôleur PICl6LF874, un capteur capacitif, un circuit de conditionnement du signal, un convertisseur capacité-numérique PS021 et un circuit d'interface connecté à l'ordinateur.
Le principe de fonctionnement du module de mesure de capacité est le suivant : le capteur capacitif émet un faible signal de capacité, et le signal de capacité passe par le circuit de conditionnement du signal. Il entre ensuite dans le convertisseur capacité-numérique PS02l. La capacité de mesure de ce dispositif varie de 0 à plusieurs dizaines de nF (illimitée). Après la conversion interne du dispositif, la valeur requise est obtenue grâce au réglage des registres internes du PS02l. les données sont transmises via SPI au microcontrôleur PICl6LF-874, les données mesurées sont envoyées à l'ordinateur supérieur (ordinateur) via l'interface de communication série asynchrone USART du microcontrôleur, et enfin le programme d'application de l'ordinateur supérieur affiche les résultats de mesure et enregistre les données de test.
Connexion matérielle
du système Ce circuit de mesure nécessite un dispositif de contrôle pour contrôler la lecture et l'écriture des données. Le microcontrôleur PICl6LF874, de structure simple, doté de fonctions puissantes et compatible avec l'interface série SPI, a été sélectionné. Comme l'interface périphérique du PS02l est SPI, le micro-ordinateur monopuce peut bien contrôler le fonctionnement du PS02l, et les données de mesure peuvent être envoyées à l'ordinateur hôte via l'interface série USART. La connexion du micro-ordinateur monopuce est illustrée à la figure 2, et le schéma de connexion du PS02l est présenté à la figure 3.
Réalisation des fonctions logicielles
du système Le logiciel d'application conçu sur la base du PS021 comprend des programmes tels que la détection, le contrôle, le traitement des données, la gestion de la base de données et l'interface système. Dans les limites de la vitesse d'exécution du programme et de la capacité de stockage, essayez d'utiliser un logiciel pour réaliser les fonctions matérielles des systèmes d'instruments traditionnels et simplifier la configuration matérielle. En outre, l'interface est la « fenêtre » du système de test et des instruments virtuels, et constitue le principal moyen pour le système d'afficher les informations fonctionnelles. La conception du logiciel doit non seulement permettre de réaliser les fonctions, mais aussi offrir une interface esthétique. Après avoir déterminé la plate-forme matérielle du système de test, il est essentiel de choisir les outils de développement logiciel appropriés pour écrire le logiciel d'application correspondant. Le module de test est développé dans un langage de programmation graphique. L'environnement de développement peut fournir un environnement de développement intégré, qui est pratique pour se connecter au matériel de l'instrument et dispose d'une bonne interface utilisateur. Selon le principe de la conception du programme d'application de l'ordinateur supérieur, le logiciel du système de test est obtenu. En définissant certains paramètres dans l'interface principale du logiciel, le circuit matériel est connecté à l'ordinateur supérieur et les résultats de mesure peuvent être affichés. Les résultats de mesure sont affichés sur l'interface d'affichage des données, comme le montre la figure 4.
Essais et résultats
Utilisez le logiciel ci-dessus pour effectuer les mesures. Avant la mesure, le système de mesure doit être calibré. Lors du calibrage, le PS02l nécessite que la capacité de référence Cref et la capacité mesurée Cmeas se situent dans la même plage de valeurs de capacité, c'est-à-dire que le rapport Cmeas/Cref ne dépasse pas 25 % (valeur limite du PS02l). La capacité de référence est un élément très important qui a un impact direct sur la qualité de la mesure ainsi que sur la stabilité thermique de la mesure. Matériaux de condensateur recommandés : série CFCAP (condensateurs céramiques multicouches de Taiyo Yuden), condensateurs céramiques COG ou NPO. La résistance de décharge Rdis est étroitement liée au temps de décharge, le temps de décharge τ=0,7R (C+20 pF), et la constante de temps τ varie de 2 à 10 μs (5 μs est recommandé). La valeur de résistance de la résistance de décharge est calculée selon la formule.
Lors du test, les condensateurs fixes de 1, 2, 3, 5,1, 6,8, 8,2, 9,1, 12, 13, 15, 16,5 et 18 pF ont été sélectionnés comme condensateurs mesurés. Déterminez la taille du condensateur de référence en fonction de la plage de capacité mesurée, puis déterminez la valeur de résistance de la résistance de décharge en fonction de la capacité mesurée et de la valeur de capacité de référence, en combinaison avec le temps de décharge, et enfin sélectionnez le mode de mesure approprié pour la mesure. Dans le système calibré, connectez un condensateur de référence respectivement à la borne de référence et à la borne mesurée. À ce stade, la valeur affichée sur l'interface d'affichage des données est la somme de la valeur de capacité de référence et de la valeur de capacité parasite (les données affichées par le capteur l dans la figure 3) ; connectez ensuite la capacité mesurée en parallèle sur la base de la capacité de référence de la borne de mesure. Les données mesurées sont la somme de la valeur de capacité mesurée, de la valeur de capacité de référence et de la valeur de capacité parasite. La soustraction des valeurs mesurées dans les deux étapes ci-dessus donne la valeur mesurée. La valeur de capacité de , et les statistiques de la valeur de capacité mesurée finalement obtenue sont présentées dans le tableau 1.
Le tableau 1 reflète l'erreur relative entre la valeur mesurée et la valeur nominale de la capacité mesurée, et on sait également que plus la valeur de capacité mesurée est grande, plus l'erreur relative entre la valeur mesurée et la valeur nominale est petite. Étant donné que la capacité mesurée est influencée par des facteurs tels que la température ambiante, la quantité de soudure et la qualité de la capacité mesurée, il existe certaines erreurs. Une moyenne est calculée à partir de plusieurs mesures afin d'obtenir une valeur de capacité plus stable. Dans le cadre du système calibré, la capacité fixe est mesurée afin de vérifier la précision du module de mesure. La valeur mesurée est très proche de la valeur nominale. On peut considérer que l'erreur de la valeur nominale de la capacité mesurée est faible. On sait en outre que la précision de mesure du module de mesure de capacité est supérieure à celle du module de mesure.
Le micro-ordinateur monopuce PlCl6LF874 permet de contrôler très efficacement le module de mesure de capacité et a un effet positif sur la recherche dans le domaine des capteurs capacitifs. Le micro-ordinateur monopuce simplifie la conception du circuit et permet d'obtenir des résultats de mesure plus précis ; en même temps, ce module de mesure permet de réduire la taille de la carte de circuit imprimé. Par conséquent, le volume de l'ensemble du dispositif est réduit, ce qui simplifie considérablement le processus de conception du circuit, réduit la difficulté de développement du produit et revêt une grande importance pour accélérer le développement du produit et réduire les coûts de production. Les résultats expérimentaux montrent que le module de mesure présente une bonne praticabilité.
