Эта схема основана на конструкции печатной платы схемы проверки емкости микроконтроллера PlCl6LF874. Конкретное содержание приведено ниже.
Принцип
работы модуля измерения емкости Общая принципиальная схема модуля измерения емкости показана на рисунке 1. Она включает в себя схему управления питанием, микроконтроллер PICl6LF874, емкостной датчик, схему подготовки сигнала, преобразователь емкости в цифровой сигнал PS021 и интерфейсную схему, подключенную к компьютеру.
Принцип работы модуля измерения емкости заключается в следующем: емкостной датчик выдает слабый сигнал емкости, который проходит через схему подготовки сигнала. Входит в цифро-аналоговый преобразователь емкости PS02l, измерительная емкость этого устройства составляет от 0 до десятков нФ (без ограничений), после внутреннего преобразования устройства, путем настройки внутренних регистров PS02l, получается требуемое значение; данные передаются через SPI на микроконтроллер PICl6LF-874, измеренные данные отправляются на верхний компьютер (компьютер) через асинхронный последовательный интерфейс USART микроконтроллера, и, наконец, прикладная программа верхнего компьютера отображает результаты измерений и сохраняет данные теста.
Аппаратное соединение системы
Эта измерительная схема нуждается в устройстве управления для контроля чтения и записи данных. Выбран микроконтроллер PICl6LF874 с простой структурой, мощными функциями и совместимостью с последовательным интерфейсом SPI. Поскольку периферийный интерфейс PS02l является SPI, одночиповый микрокомпьютер может хорошо контролировать работу PS02l, а данные измерений могут быть отправлены на главный компьютер через последовательный интерфейс USART. Подключение однокристального микрокомпьютера показано на рисунке 2, а схема подключения PS02l — на рисунке 3.
Реализация функций системного программного обеспечения
Прикладное программное обеспечение, разработанное на основе PS021, включает в себя такие программы, как обнаружение, управление, обработка данных, управление базой данных и системный интерфейс. В условиях скорости выполнения программы и емкости памяти следует попытаться использовать программное обеспечение для реализации аппаратных функций традиционных приборных систем и упрощения аппаратной конфигурации. Кроме того, интерфейс является «окном» испытательной системы и виртуальных приборов, а также основным способом отображения функциональной информации системой. Проектирование программного обеспечения должно не только обеспечивать выполнение функций, но и иметь красивый интерфейс. После определения аппаратной платформы тестовой системы ключевым моментом является выбор подходящих инструментов разработки программного обеспечения для написания соответствующего прикладного программного обеспечения. Тестовый модуль разработан на графическом языке программирования. Среда разработки может предоставить интегрированную среду разработки, которая удобна для подключения к аппаратному обеспечению прибора и имеет хороший пользовательский интерфейс. В соответствии с принципом проектирования прикладных программ верхнего компьютера получается программное обеспечение тестовой системы. Путем настройки некоторых параметров в главном интерфейсе программного обеспечения аппаратная схема подключается к верхнему компьютеру, и результаты измерений могут быть отображены. Результаты измерений отображаются на интерфейсе отображения данных, как показано на рисунке 4.
Испытания и результаты Для
измерения используйте вышеуказанное программное обеспечение. Перед измерением измерительная система должна быть откалибрована. При калибровке PS02l требует, чтобы эталонная емкость Cref и измеряемая емкость Cmeas находились в одном диапазоне значений емкости, то есть чтобы соотношение Cmeas/Cref не превышало 25% (предельное значение PS02l). Эталонная емкость является очень важной частью и имеет прямое влияние на качество измерения, а также на температурную стабильность измерения. Рекомендуемые материалы для конденсаторов: серия CFCAP (многослойные керамические конденсаторы Taiyo Yuden), керамические конденсаторы COG или NPO. Сопротивление разряда Rdis тесно связано со временем разряда, время разряда τ=0,7R (C+20 пФ), а постоянная времени τ колеблется от 2 до 10 мкс (рекомендуется 5 мкс). Значение сопротивления разрядного резистора рассчитывается по формуле.
В ходе испытания в качестве измеряемых конденсаторов были выбраны фиксированные конденсаторы емкостью 1, 2, 3, 5,1, 6,8, 8,2, 9,1, 12, 13, 15, 16,5 и 18 пФ. Определите размер эталонного конденсатора в соответствии с диапазоном измеряемой емкости, а затем определите значение сопротивления разрядного резистора в соответствии с измеренной емкостью и эталонным значением емкости в сочетании со временем разряда и, наконец, выберите подходящий режим измерения. В откалиброванной системе подключите эталонный конденсатор к эталонному выводу и измеряемому выводу соответственно. В это время значение, отображаемое на интерфейсе отображения данных, является суммой значения эталонной емкости и значения паразитной емкости (данные, отображаемые датчиком l на рисунке 3); затем подключите измеряемую емкость параллельно на основе эталонной емкости измеряемого терминала. Измеренные данные являются суммой измеренного значения емкости, эталонного значения емкости и значения паразитной емкости. Вычитание измеренных значений в двух вышеуказанных шагах дает измеренное значение. Значение емкости и статистика измеренного значения емкости, полученного в конечном итоге, приведены в таблице 1.
Таблица 1 отражает относительную погрешность между измеренным значением и номинальным значением измеренной емкости, а также известно, что чем больше измеренное значение емкости, тем меньше относительная погрешность между измеренным значением и номинальным значением. Поскольку на измеренную емкость влияют такие факторы, как температура окружающей среды, количество припоя и качество измеренной емкости, существуют определенные погрешности. Для получения более стабильного значения емкости проводится усреднение по нескольким измерениям. В калиброванной системе измеряется фиксированная емкость для проверки точности измерительного модуля. Измеренное значение очень близко к номинальному значению. Можно считать, что погрешность номинального значения измеренной емкости невелика. Кроме того, известно, что точность измерения модуля измерения емкости выше, чем у модуля измерения. высокая.
Однокристальный микрокомпьютер PlCl6LF874 может очень хорошо управлять модулем измерения емкости и оказывает хорошее стимулирующее воздействие на исследования емкостных датчиков. Однокристальный микрокомпьютер упрощает конструкцию схемы и позволяет достичь более высокой точности измерений; в то же время этот измерительный модуль позволяет уменьшить размеры печатной платы. Таким образом, уменьшается объем всего устройства, что значительно упрощает процесс проектирования схемы, снижает сложность разработки продукта и имеет большое значение для ускорения разработки продукта и снижения производственных затрат. Результаты экспериментов показывают, что измерительный модуль имеет хорошую практическую применимость.
