一種高精度、低成本的電容的測量方法

　　3 軟件設計

　　為實現低功耗，系統接入電源后進入低功耗狀態，需要外部電平信號才能喚醒。為了避免系統的誤開始測量，當需要測量電容信號時，將觸發信號置高，如果20 s內觸發信號一直置高，則系統進入循環采集存儲狀態。為得到包括觸發前和觸發后的完整電容信號曲線，一旦電容信號達到預設的觸發值，系統便進入觸發態，將電容信號存儲到閃存，閃存存滿后，將RAM中的FIFO數據導入閃存預留地址。之后，系統進入待讀數態，此時插上USB接口，接收到計算機的讀數命令之后即可將數據發送至計算機，并且在第一次讀取數據之后和掉電以后再上電可重復無數次讀取并顯示測量結果。系統的狀態設計如圖5。

圖5 系統的狀態設計

　　為實現低功耗的系統，電路不工作時，即接通電源態和待讀數態，系統處于值更狀態、超低功耗態LPM4；工作時都處于全功耗態。

　　4 測量結果

　　傳感器的標定就是通過實驗確定傳感器的輸入量和輸出量之間的關系，用以確定傳感器系統的線性度、靈敏度和重復性等靜態性能指標。

　　表1為測量0～5pF電容的數據。由最小二乘法相關計算公式可得，擬合直線為y=0.993x+0.049，重復性誤差為1.77％，非線性誤差為0.84％，基本誤差為2.61％。

　　5 結論

　　本設計的核心硬件由芯片和單片機實現，省去了昂貴的電容測量芯片，由低功耗，低成本的數字芯片組成，有效降低了測量系統的成本。整個系統電路板面積小于2.7 cm2，工作電流小于8 mA，低功耗電流為0.02 uA，由于待測電容和標準電容均有接地端，所以具有較強的抗干擾能力，并體現了低功耗、體積小等優點。本測量方案可以非常靈活，實現模塊化，所設計的同一塊PCB可以移植到許多電容式傳感器的設計中去。