Este circuito baseia-se no design PCB do circuito de teste de capacitância do microcontrolador PlCl6LF874. O conteúdo específico é o seguinte.
Como funciona o módulo de medição
de capacitância O diagrama de blocos do princípio geral do projeto do módulo de medição de capacitância é mostrado na Figura 1, incluindo o circuito de gerenciamento de energia, o microcontrolador PICl6LF874, o sensor capacitivo, o circuito de condicionamento de sinal, o conversor de capacitância para digital PS021 e o circuito de interface conectado ao computador.
O princípio de funcionamento do módulo de medição de capacitância é: o sensor capacitivo emite um sinal de capacitância fraco, e o sinal de capacitância passa pelo circuito de condicionamento de sinal. Entra no conversor de capacitância para digital PS02l, a capacitância de medição deste dispositivo varia de 0 a dezenas de nF (ilimitado), após a conversão interna do dispositivo, através da configuração dos registros internos do PS02l, o valor necessário é obtido; os dados são transmitidos através do SPI para o microcontrolador PICl6LF-874, os dados medidos são enviados para o computador superior (computador) através da interface de comunicação serial assíncrona USART do microcontrolador e, finalmente, o programa aplicativo do computador superior exibe os resultados da medição e salva os dados do teste.
Conexão de hardware
do sistema Este circuito de medição precisa de um dispositivo de controle para controlar a leitura e a gravação de dados. O microcontrolador PICl6LF874 com estrutura simples, funções poderosas e compatível com a interface serial SPI é selecionado. Como a interface periférica do PS02l é SPI, o microcomputador de chip único pode controlar bem o trabalho do PS02l, e os dados de medição podem ser enviados ao computador host através da interface serial USART. A conexão do microcomputador de chip único é mostrada na Figura 2, e o diagrama de conexão do PS02l é mostrado na Figura 3.
Realização das funções do software
do sistema O software aplicativo projetado com base no PS021 inclui programas como detecção, controle, processamento de dados, gerenciamento de banco de dados e interface do sistema. Sob as condições de velocidade de execução do programa e capacidade de armazenamento, tente usar o software para realizar as funções de hardware dos sistemas de instrumentos tradicionais e simplificar a configuração de hardware. Além disso, a interface é a "janela" do sistema de teste e dos instrumentos virtuais, e é a principal forma de o sistema exibir informações funcionais. O design do software não deve apenas realizar funções, mas também ter uma interface bonita. Depois de determinar a plataforma de hardware do sistema de teste, o segredo é escolher ferramentas de desenvolvimento de software adequadas para escrever o software aplicativo correspondente. O módulo de teste é desenvolvido em uma linguagem de programação gráfica. O ambiente de desenvolvimento pode fornecer um ambiente de desenvolvimento integrado, que é conveniente para se conectar com o hardware do instrumento e possui uma boa interface de usuário. De acordo com o princípio do projeto do programa aplicativo do computador superior, o software do sistema de teste é obtido. Ao definir alguns parâmetros na interface principal do software, o circuito de hardware é conectado ao computador superior e os resultados da medição podem ser exibidos. Os resultados da medição são exibidos na interface de exibição de dados, conforme mostrado na Figura 4.
Testes e resultados
Use o software acima para medir. Antes da medição, o sistema de medição deve ser calibrado. Ao calibrar, o PS02l requer que a capacitância de referência Cref e a capacitância medida Cmeas estejam na mesma faixa de valor de capacitância, ou seja, para garantir que a relação Cmeas/Cref não exceda 25% (o valor limite do PS02l). A capacitância de referência é uma parte muito importante e tem um impacto direto na qualidade da medição, bem como na estabilidade da temperatura da medição. Materiais de capacitores recomendados: série CFCAP (capacitores cerâmicos multicamadas da Taiyo Yuden), capacitores cerâmicos COG ou NPO. A resistência de descarga Rdis está intimamente relacionada ao tempo de descarga, o tempo de descarga τ=0,7R (C+20 pF) e a constante de tempo τ varia de 2 a 10μs (5μs é recomendado). O valor da resistência do resistor de descarga é calculado de acordo com a fórmula.
No teste, os capacitores fixos de 1, 2, 3, 5,1, 6,8, 8,2, 9,1, 12, 13, 15, 16,5 e 18 pF foram selecionados como os capacitores medidos. Determine o tamanho do capacitor de referência de acordo com a faixa da capacitância medida e, em seguida, determine o valor da resistência do resistor de descarga de acordo com a capacitância medida e o valor da capacitância de referência, combinado com o tempo de descarga e, finalmente, selecione o modo de medição apropriado para a medição. No sistema calibrado, conecte um capacitor de referência ao terminal de referência e ao terminal medido, respectivamente. Nesse momento, o valor exibido na interface de exibição de dados é a soma do valor da capacitância de referência e do valor da capacitância parasítica (os dados exibidos pelo Sensor l na Figura 3); Em seguida, conecte a capacitância medida em paralelo com base na capacitância de referência do terminal medido. Os dados medidos são a soma do valor da capacitância medida, do valor da capacitância de referência e do valor da capacitância parasítica. A subtração dos valores medidos nas duas etapas acima é o valor medido. O valor da capacitância de e as estatísticas do valor da capacitância medida finalmente obtido são mostrados na Tabela 1.
A Tabela 1 reflete o erro relativo entre o valor medido e o valor nominal da capacitância medida, e também se sabe que quanto maior o valor da capacitância medida, menor o erro relativo entre o valor medido e o valor nominal. Como a capacitância medida é afetada por fatores como a temperatura ambiente, a quantidade de solda e a qualidade da capacitância medida, existem certos erros. É calculada a média de várias medições para obter um valor de capacitância mais estável. No sistema calibrado, a capacitância fixa é medida para verificar a precisão do módulo de medição. O valor medido é muito próximo do valor nominal. Pode-se considerar que o erro do valor nominal da capacitância medida é pequeno. Sabe-se ainda que a precisão de medição do módulo de medição de capacitância é maior do que a do módulo de medição.
O microcomputador de chip único PlCl6LF874 pode controlar muito bem o módulo de medição de capacitância e tem um bom efeito de promoção na pesquisa de sensores capacitivos. O microcomputador de chip único simplifica o projeto do circuito e faz com que os resultados da medição alcancem maior precisão; ao mesmo tempo, este módulo de medição pode reduzir a placa de circuito. Portanto, o volume de todo o dispositivo é reduzido; isso simplifica muito o processo de projeto do circuito, reduz a dificuldade de desenvolvimento do produto e é de grande importância para acelerar o desenvolvimento do produto e reduzir os custos de produção. Os resultados experimentais mostram que o módulo de medição tem boa praticabilidade.
