一種高精度、低成本的電容的測(cè)量方法

　　3 軟件設(shè)計(jì)

　　為實(shí)現(xiàn)低功耗，系統(tǒng)接入電源后進(jìn)入低功耗狀態(tài)，需要外部電平信號(hào)才能喚醒。為了避免系統(tǒng)的誤開始測(cè)量，當(dāng)需要測(cè)量電容信號(hào)時(shí)，將觸發(fā)信號(hào)置高，如果20 s內(nèi)觸發(fā)信號(hào)一直置高，則系統(tǒng)進(jìn)入循環(huán)采集存儲(chǔ)狀態(tài)。為得到包括觸發(fā)前和觸發(fā)后的完整電容信號(hào)曲線，一旦電容信號(hào)達(dá)到預(yù)設(shè)的觸發(fā)值，系統(tǒng)便進(jìn)入觸發(fā)態(tài)，將電容信號(hào)存儲(chǔ)到閃存，閃存存滿后，將RAM中的FIFO數(shù)據(jù)導(dǎo)入閃存預(yù)留地址。之后，系統(tǒng)進(jìn)入待讀數(shù)態(tài)，此時(shí)插上USB接口，接收到計(jì)算機(jī)的讀數(shù)命令之后即可將數(shù)據(jù)發(fā)送至計(jì)算機(jī)，并且在第一次讀取數(shù)據(jù)之后和掉電以后再上電可重復(fù)無數(shù)次讀取并顯示測(cè)量結(jié)果。系統(tǒng)的狀態(tài)設(shè)計(jì)如圖5。

圖5 系統(tǒng)的狀態(tài)設(shè)計(jì)

　　為實(shí)現(xiàn)低功耗的系統(tǒng)，電路不工作時(shí)，即接通電源態(tài)和待讀數(shù)態(tài)，系統(tǒng)處于值更狀態(tài)、超低功耗態(tài)LPM4；工作時(shí)都處于全功耗態(tài)。

　　4 測(cè)量結(jié)果

　　傳感器的標(biāo)定就是通過實(shí)驗(yàn)確定傳感器的輸入量和輸出量之間的關(guān)系，用以確定傳感器系統(tǒng)的線性度、靈敏度和重復(fù)性等靜態(tài)性能指標(biāo)。

　　表1為測(cè)量0～5pF電容的數(shù)據(jù)。由最小二乘法相關(guān)計(jì)算公式可得，擬合直線為y=0.993x+0.049，重復(fù)性誤差為1.77％，非線性誤差為0.84％，基本誤差為2.61％。

　　5 結(jié)論

　　本設(shè)計(jì)的核心硬件由芯片和單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，省去了昂貴的電容測(cè)量芯片，由低功耗，低成本的數(shù)字芯片組成，有效降低了測(cè)量系統(tǒng)的成本。整個(gè)系統(tǒng)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(cè)電容和標(biāo)準(zhǔn)電容均有接地端，所以具有較強(qiáng)的抗干擾能力，并體現(xiàn)了低功耗、體積小等優(yōu)點(diǎn)。本測(cè)量方案可以非常靈活，實(shí)現(xiàn)模塊化，所設(shè)計(jì)的同一塊PCB可以移植到許多電容式傳感器的設(shè)計(jì)中去。