英飞凌手工课 | 基于CAPSENSE™ 的液位检测实验

只看该作者 · 2024-5-29 15:29

引言

英飞凌手工课上新啦！本期课程由英飞凌工程师Ray为大家带来实验——基于英飞凌先进的CAPSENSE™ 感应技术，实现精准的液位检测。说起电容感应技术，很多人会想到触摸按键、滑条、触摸板等等应用场景。但电容触摸感应技术除了使用在人机交互应用中，还有广泛的应用场景。

液位检测常用于各种家用、工业应用中，如自动咖啡机，洗衣机，工业水箱和泵等。针对市场上各种各样的需求，研发人员开发了多种测量技术和液位测量方式，包括：浮球式测量，音叉振动测量，超声波测量，激光测量等等。今天实验中所用到的是电容式测量法，主要通过检测由于液面高度变化而导致的电容值变化来测量液位高度。

产品与技术
PSoC™ 是拥有超过20年历史的产品系列，涵盖了很多人机交互功能。PSoC™ 4是PSoC™ 系列中相对精简的产品，涵盖从16到384KB/Flash的产品系列。其中PSoC™ 4000T和4100S Max两个系列搭载了第五代触摸感应技术。

PSoC™ 4000T & 4100S Max的功能框图

PSoC™ 4000T和4100S Max两个系列都是由Arm® Cortex®-M0+ 48MHz CPU来驱动，集成了英飞凌第五代CAPSENSE™ MSC模块，配备了数字跟模拟资源，可以在不同的场景中使用。

实验准备
本次实验用的是英飞凌PSoC™ 4产品做的开发板，里面是支持第五代CAPSENSE™ 触摸技术的主控芯片，用连接线连接烧录器和电脑就可以看到具体的液位。另外，通过一个FPC连接到传感器，传感器紧贴在水箱上面，通过两个水泵的电机可以完成加水和抽水的动作，来显示液位的变化。

开始实验
首先打开 CAPSENSE™ Tuner GUI工具，初始显示的液位是0。当我们开始加水，反馈的结果也在相应地变化，停止加水后液体位置在77mm左右，而标尺上显示的位置刻度也在77mm，所以此次检测很精准。当我们进行抽水时，刻度对应在GUI工具上也在变化。而停止抽水后对应的液位在24mm，刻度尺对应的位置在24mm到25mm之间，这个结果误差在1mm之内。

水温会影响实验结果吗？

很多小伙伴可能会考虑到，温度会不会对这个解决方案产生影响？于是第二次实验我们使用热水。从图形工具上可以看到，液位在倒入热水的时候还是在相应变化。当加水完毕，显示的液位结果是35mm。而刻度线的位置在34-35mm之间，这说明水温的变化对液位检测结果没有影响。

进一步评估

CY8CPROTO-040T评估板提供了触摸滑条功能展示，也可以通过触摸线圈实现接近感应，可以同时评估自电容和互电容。PSoC™ 4000T因其尺寸迷你，适用于小尺寸的产品应用和简单的HMI设计。所有的GPIO都已经引到插针上，用户在用完触摸按键的评估后，可以选择掰开两边的翼板接飞线，接到自己设计的板上，做更进一步的评估。

只看该作者 · 2024-6-2 15:24

电容式原理测量水位的精度还有适应性咋样？比如水面的波浪反映出来的测量值是什么规律？

只看该作者 · 2024-6-3 09:30

caigang13 发表于 2024-6-2 15:24
电容式原理测量水位的精度还有适应性咋样？比如水面的波浪反映出来的测量值是什么规律？ ...

Hi
请参考community的这篇Thread：https://community.infineon.com/t5/CAPSENSE-%E7%94%B5%E5%AE%B9%E5%BC%8F%E8%A7%A6%E6%91%B8-%E7%94%B5%E6%84%9F%E5%BC%8F%E4%BC%A0%E6%84%9F%E5%99%A8/PSOC-4000T%E6%B6%B2%E4%BD%8D%E6%A3%80%E6%B5%8B%E6%96%B9%E6%A1%88%E7%9B%B8%E5%85%B3%E7%9A%84%E4%B8%80%E4%BA%9B%E7%96%91%E9%97%AE/td-p/712167 ，如果另外还有其他问题可以在community中提问。
Regards
Jone

1万 · 2024-7-18 19:43

目前英飞凌的测量水位的方案使用了优化算法，精度可达mm级的数量，具体和sensor 设计和容器材料/结构/壁厚有关。
由于检测的方式是实际水位覆盖sensor的位置相关，水面波浪引起液位实际上和sensor覆盖面积的波动还是会反映到最终结果上。这种应用上应该对这个sensor反映的结果做下一级的数值滤波处理，比如IIR,平均值等。