姚怡鑫　許翔

【摘 要】FDC2214采用LC諧振器，對液位測定擁有更強(qiáng)的抗干擾能力，F(xiàn)DC2214能將液位波動所引起的電容變化轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過I2C傳輸給單片機(jī)進(jìn)行計算處理，從而實時顯示當(dāng)前液位。

【關(guān)鍵詞】電容；信號；單片機(jī)

中圖分類號： TP368.1；TP334.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）31-0123-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.31.059

【Abstract】FDC2214 adopts LC resonator，It has stronger anti-interference ability to water level measurement，F(xiàn)DC2214 can convert capacitance change caused by water level fluctuation into digital signal，Through I2C transmission to the MCU for processing，Then realize real-time display of liquid level.

【Key words】Capacitance； Signal； MCU

1 液面監(jiān)測裝置應(yīng)用場景

FDC2214可運(yùn)用于水庫，河流等地區(qū)的水位變化測定，我國東南地區(qū)水資源豐富，浙江地區(qū)年均降雨量達(dá)到了1200毫升以上，充沛的水資源促進(jìn)了農(nóng)業(yè)，水運(yùn)的發(fā)展，但另一方面，夏季不定期的大暴雨也是對水利設(shè)施排水儲水的一大考驗。若能做到實時測定當(dāng)前水位變化，對暴漲的水位及時警報，將對抗洪救災(zāi)維護(hù)人民生命財產(chǎn)安全有重大安全意義。

除了水庫，河流等大型場景外，水位測定裝置還可用于裝有清潔劑，油墨的容器液面測定。FDC2214做為電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器IC，可以做到在容器外進(jìn)行液面測定，有效解決了密閉不透視容器液面測定難的問題。同時相較傳統(tǒng)的接觸式水位測定裝置，它可以在不接觸液體的條件下測量液位，因而對導(dǎo)電液體也能做到精準(zhǔn)測量且不存在對液體的污染問題。

2 FDC2214 IC介紹

FDC2214是TI公司新近推出的產(chǎn)品，采用電容式傳感，擁有低功耗，高分辨率，非接觸式感測技術(shù)等優(yōu)點。采用抗電磁干擾架構(gòu)，可對噪聲和干擾進(jìn)行高度抑制。擁有四條傳輸通道，每條通道的最高傳輸速率達(dá)到13.3ksps，在10kHz頻率，1mHz電感的理想條件下最大輸入電容為250nF，采用I2C通信協(xié)議進(jìn)行信號傳輸，分辨率最大為28位。在滿足高分辨率液位感測的同時，F(xiàn)DC2214還擁有在-40℃至125℃惡劣環(huán)境中可靠傳輸?shù)姆€(wěn)定性，支持任意金屬與導(dǎo)體作為傳感器，對包括清潔劑，油墨在內(nèi)的多種液體液位感測適用。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

FDC2214將接收到的電容變化轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過I2C接口傳輸給MSP430F5529單片機(jī)進(jìn)行處理，單片機(jī)計算處理后，輸出一個提早設(shè)定好的“預(yù)警水位值”和由FDC2214傳輸?shù)脕淼摹皩嶋H水位值”給OLED顯示屏，當(dāng)實際水位超過預(yù)警水位時，單片機(jī)會閃爍紅燈以示提醒。矩陣鍵盤（keyboard）可以用來設(shè)定需要的“預(yù)警水位值”，或者校準(zhǔn)“實際水位值”。

4 實驗數(shù)據(jù)（部分）

下表是實驗中通過對一個10*10cm為底的長方體容器注水得到一部分?jǐn)?shù)據(jù)，由表可知，兩個ch通道的輸出數(shù)值變化與水位上升高度呈反比，當(dāng)水位高度10mm時，水位每升高1mm，通道讀取信號值降低50±5，當(dāng)水位高度低于10mm時，準(zhǔn)確度降低，無法得到精準(zhǔn)數(shù)值。

5 總結(jié)

本文主要研究了FDC2214芯片的水位測定原理，組裝實物，設(shè)計一款水位測定裝置。FDC2214對不同液體在相同液位輸出的信號值不同，但可以通過對MSP430F5529內(nèi)部設(shè)定的計算公式進(jìn)行修改得到校準(zhǔn)，使之適用于不同液體液面高度的測量。

另一方面，F(xiàn)DC2214擁有4通道信號輸出（本實驗只使用了兩通道，數(shù)據(jù)如表1），可以通過測量容器的不同面液面變化來判斷容器是否產(chǎn)生傾倒，以及晃動的劇烈程度，具體功能可根據(jù)實際需求修改或添加。

實驗結(jié)果表明，基于FDC2214的液位監(jiān)測裝置是實際可行的。

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