Bu devre, PIC16LF874 mikrodenetleyicinin kapasitans test devresinin PCB tasarımına dayanmaktadır. Ayrıntılı içerik aşağıdaki gibidir.
Kapasitans Ölçüm Modülünün Çalışma
Prensibi Kapasitans ölçüm modülünün genel tasarım prensibi blok şeması Şekil 1'de gösterilmiştir; bu şemada güç yönetimi devresi, PIC16LF874 mikrodenetleyici, kapasitif sensör, sinyal koşullandırma devresi, PS021 kapasitans-dijital dönüştürücü ve bilgisayara bağlı arayüz devresi yer almaktadır.
Kapasitans ölçüm modülünün çalışma prensibi şöyledir: kapasitif sensör zayıf bir kapasitans sinyali verir ve kapasitans sinyali sinyal koşullandırma devresinden geçer. PS021 kapasitans-dijital dönüştürücüye girer; bu cihazın ölçüm kapasitansı 0 ile on nF (sınırsız) arasında değişir; cihazın dahili dönüşümünden sonra, PS021'in dahili kayıtlarının ayarlanmasıyla gerekli değer elde edilir; veriler SPI aracılığıyla PIC16LF-874 mikrodenetleyicisine iletilir, ölçülen veriler mikrodenetleyicinin asenkron seri iletişim arabirimi USART aracılığıyla üst bilgisayara (bilgisayar) gönderilir ve son olarak üst bilgisayarın uygulama programı ölçüm sonuçlarını görüntüler ve test verilerini kaydeder.
Sistem donanım bağlantısı
Bu ölçüm devresi, verilerin okunmasını ve yazılmasını kontrol etmek için bir kontrol cihazına ihtiyaç duyar. Basit yapıya, güçlü işlevlere sahip ve SPI seri arayüzüyle uyumlu PIC16LF874 mikrodenetleyici seçilmiştir. PS02l'nin çevresel arayüzü SPI olduğu için, tek çipli mikrobilgisayar PS02l'nin çalışmasını iyi bir şekilde kontrol edebilir ve ölçüm verileri USART seri arayüzü aracılığıyla ana bilgisayara gönderilebilir. Tek çipli mikrobilgisayarın bağlantısı Şekil 2'de, PS021'in bağlantı şeması ise Şekil 3'te gösterilmiştir.
Sistem Yazılımı İşlevlerinin Gerçekleştirilmesi
PS021 temelinde tasarlanan uygulama yazılımı, algılama, kontrol, veri işleme, veritabanı yönetimi ve sistem arayüzü gibi programları içerir. Program çalışma hızı ve depolama kapasitesi koşulları altında, geleneksel enstrüman sistemlerinin donanım işlevlerini gerçekleştirmek ve donanım yapılandırmasını basitleştirmek için yazılımı kullanmaya çalışın. Ayrıca, arayüz test sisteminin ve sanal enstrümanların "penceresi"dir ve sistemin işlevsel bilgileri görüntülemesinin ana yoludur. Yazılım tasarımı sadece işlevleri yerine getirmekle kalmamalı, aynı zamanda güzel bir arayüze de sahip olmalıdır. Test sisteminin donanım platformu belirlendikten sonra, anahtar nokta, ilgili uygulama yazılımını yazmak için uygun yazılım geliştirme araçlarını seçmektir. Test modülü, grafiksel bir programlama dilinde geliştirilmiştir. Geliştirme ortamı, cihaz donanımıyla bağlantı kurmak için uygun ve iyi bir kullanıcı arayüzüne sahip entegre bir geliştirme ortamı sağlayabilir. Üst bilgisayarın uygulama programı tasarım ilkesine göre, test sisteminin yazılımı elde edilir. Yazılımın ana arayüzünde bazı parametreler ayarlanarak, donanım devresi üst bilgisayara bağlanır ve ölçüm sonuçları görüntülenebilir. Ölçüm sonuçları, Şekil 4'te gösterildiği gibi veri görüntüleme arayüzünde görüntülenir.
Denemeler ve Sonuçlar Ölçüm için
yukarıdaki yazılımı kullanın. Ölçümden önce, ölçüm sistemi kalibre edilmelidir. Kalibrasyon sırasında, PS02l, referans kapasitans Cref ile ölçülen kapasitans Cmeas'ın aynı kapasitans değer aralığında olmasını, yani Cmeas/Cref oranının %25'i (PS02l'nin sınır değeri) aşmamasını gerektirir. Referans kapasitans çok önemli bir parçadır ve ölçümün kalitesinin yanı sıra ölçümün sıcaklık kararlılığı üzerinde de doğrudan bir etkiye sahiptir. Önerilen kondansatör malzemeleri: CFCAP (Taiyo Yuden'in çok katmanlı seramik kondansatörleri) serisi, COG veya NPO seramik kondansatörler. Deşarj direnci Rdis, deşarj süresi ile yakından ilgilidir; deşarj süresi τ=0,7R (C+20 pF) olup, zaman sabiti τ 2 ila 10 μs arasındadır (5 μs önerilir). Deşarj direncinin direnç değeri, formüle göre hesaplanır.
Testte, 1, 2, 3, 5,1, 6,8, 8,2, 9,1, 12, 13, 15, 16,5 ve 18 pF sabit kondansatörler, ölçülen kondansatörler olarak seçilmiştir. Ölçülen kapasitans aralığına göre referans kondansatörün boyutunu belirleyin, ardından ölçülen kapasitans ve referans kapasitans değerine göre deşarj direncinin direnç değerini, deşarj süresi ile birleştirerek belirleyin ve son olarak ölçüm için uygun ölçüm modunu seçin. Kalibre edilmiş sistemde, bir referans kondansatörü sırasıyla referans terminaline ve ölçülen terminale bağlayın. Bu sırada, veri görüntüleme arayüzünde görüntülenen değer, referans kapasitans değeri ile parazitik kapasitans değerinin toplamıdır (Şekil 3'te Sensör l tarafından görüntülenen veriler); Ardından, ölçülen terminalin referans kapasitansına göre ölçülen kapasitansı paralel olarak bağlayın. Ölçülen veriler, ölçülen kapasitans değeri, referans kapasitans değeri ve parazitik kapasitans değerinin toplamıdır. Yukarıdaki iki adımda ölçülen değerlerin çıkarılması, ölçülen değerdir. ve nihayetinde elde edilen ölçülen kapasitans değerinin istatistikleri Tablo 1'de gösterilmiştir.
Tablo 1, ölçülen değer ile ölçülen kapasitansın nominal değeri arasındaki göreceli hatayı yansıtmaktadır ve ayrıca ölçülen kapasitans değeri ne kadar büyükse, ölçülen değer ile nominal değer arasındaki göreceli hatanın o kadar küçük olduğu bilinmektedir. Ölçülen kapasitans, ortam sıcaklığı, lehim miktarı ve ölçülen kapasitansın kalitesi gibi faktörlerden etkilendiği için belirli hatalar mevcuttur. Daha kararlı bir kapasitans değeri elde etmek için birden fazla ölçümün ortalaması alınır. Kalibre edilmiş sistem altında, ölçüm modülünün doğruluğunu doğrulamak için sabit kapasitans ölçülür. Ölçülen değer, nominal değere çok yakındır. Ölçülen kapasitansın nominal değerindeki hatanın küçük olduğu düşünülebilir. Ayrıca, kapasitans ölçüm modülünün ölçüm doğruluğunun, ölçüm modülününkinden daha yüksek olduğu bilinmektedir.
PlCl6LF874 tek çipli mikrobilgisayar, kapasitans ölçüm modülünü çok iyi kontrol edebilir ve kapasitif sensörlerin araştırılması üzerinde iyi bir teşvik etkisi vardır. Tek çipli mikrobilgisayar, devre tasarımını basitleştirir ve ölçüm sonuçlarının daha yüksek doğrulukta olmasını sağlar; aynı zamanda, bu ölçüm modülü devre kartını küçültebilir. Bu nedenle, tüm cihazın hacmi azalır; devre tasarım sürecini büyük ölçüde basitleştirir, ürün geliştirmenin zorluğunu azaltır ve ürün geliştirmeyi hızlandırmak ve üretim maliyetlerini düşürmek açısından büyük öneme sahiptir. Deney sonuçları, ölçüm modülünün iyi bir uygulanabilirliğe sahip olduğunu göstermektedir.
