資料介紹
本方案使用 TI FDC1004 分線器和 Arduino 來測量瓶子中的液位,使用兩個粘性銅條之間的電容。
液位感應可以通過多種不同的方式完成,我們也嘗試了多種方式。有時需要的是準確的液位測量,而無需在液體內部放置任何東西。這在食品工業(用于罐中的液位感應)甚至汽車中的油箱液位感應等應用中尤其受歡迎。
我們之前曾嘗試使用激光 ToF 傳感器來實現此目的,但這并不是實現此目的的最佳方法。
我們做了什么:
我們使用電容來測量液位,通過在罐的外壁粘上兩條銅帶來測量內部的液位。這兩個銅帶測量電極之一相對于地的電容。
TI FDC1004 是一款將電容測量和 ADC 集成在一個封裝中的一體化芯片,稱之為“電容數字轉換器”。指定的應用包括接近檢測、手勢識別和液位傳感。
使用電容進行接近感應和液位感應的原理是相同的。當兩個平行的導電板以固定距離放置時,就會產生電場。在這些板的邊緣,會產生“邊緣”效果。這是電容式傳感應用的關鍵。
不同應用的電容感測可以通過不同的方式完成。在此應用中,我們使用“平行手指”方法來感測受液位影響的邊緣電場線的數量。這會導致電容的微小變化,然后測量并校準到液位高度。
我們是怎么做的?
實際應用是一個更大的設置,但為了本文,我們在一個小水瓶上演示了相同的設置。我們粘貼了兩條從Sparkfun購買的薄銅帶(5 毫米寬)。
然后我們將其中一個電極連接到系統接地,另一個連接到 FDC1004 分線板的 CIN1 通道。最好將它們直接焊接到電極本身以避免任何雜散電容。
ProtoCentral FDC1004 分線板使用 I2C 標準接口連接到 Arduino Uno。該芯片連接到 Arduino 的 SCL 和 SDA 引腳(對于 Arduino Uno,這是 A4 和 A5)。它可以連接到任何控制器或平臺的 I2C 引腳,但提供的庫僅適用于 Arduino。如果您使用的 Arduino 版本不同于 Arduino Uno,請檢查哪些引腳對應于 I2C/TWI SDA 和 SCL 線。
數據通過 Arduino 的 UART 通過 USB 發送到計算機。該數據以 100 SPS 的速率連續發送,然后在代碼中取平均值,這有助于濾除噪聲。
在這個例子中,我們剛剛將電容到水平高度轉換硬編碼到 Arduino 代碼本身,但是,校準可用于為各種高度和液體類型設置相同的值。
我們使用蠕動泵從另一個瓶子中抽取的水測試了該設置。本文下方的鏈接中附有所有必需的代碼。
注意事項
- 任何傳感或工程機制總是有它自己的一套限制。對于這個應用程序,這是我們注意到的:
- 電容式感應容易受到外部雜散電容的影響,有時會使 ADC 飽和。然而,這是使用適當的屏蔽來修復的。
- 校準是關鍵,準確校準很重要
- 環境因素對電容有巨大影響,必須對其進行屏蔽和/或適當校正。
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