基于賽元SC91F831觸控芯片的水位檢測(cè)應(yīng)用

摘 要: 本文概述了基于賽元觸控芯片SC91F831實(shí)現(xiàn)水位檢測(cè)應(yīng)用的具體方法。介紹了水位檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)原理，觸控按鍵與水位檢測(cè)應(yīng)用場(chǎng)合以及工作的流程。

1 引言

現(xiàn)代傳感技術(shù)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、信息處理技術(shù)和新工藝、新材料的發(fā)展為智能檢測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展帶來了前所未有的奇跡。在工業(yè)控制、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、國(guó)防、科研等許多應(yīng)用領(lǐng)域，智能檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)揮著越來越大的作用。隨著社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展，人們對(duì)水位的檢測(cè)與控制提出了更高的要求。伴隨著新型的微電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用和普及，單片機(jī)控制系統(tǒng)以其控制精度高，性能穩(wěn)定可靠，設(shè)置操作方便，造價(jià)低等特點(diǎn)，被應(yīng)用到水位檢測(cè)系統(tǒng)的控制中來。

2 水位檢測(cè)技術(shù)

2.1 水位檢測(cè)應(yīng)用與發(fā)展

當(dāng)今的工業(yè)控制以及家電行業(yè)中液位檢測(cè)對(duì)許多自動(dòng)控制方案來說都至關(guān)重要。水位監(jiān)測(cè)是采集、存儲(chǔ)、傳輸、處理等技術(shù)的集成。從傳統(tǒng)的水位檢測(cè)與控制方式即人工監(jiān)測(cè)技術(shù)分析來看，主要存在以下問題：首先記錄方式以模擬方式為主，即使是數(shù)學(xué)方式記錄的也很難方便的輸入計(jì)算機(jī)處理，其次數(shù)據(jù)處理基本靠人工處理判斷，費(fèi)時(shí)易錯(cuò)，最后水位信息的采集、傳輸、處理的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性較差，控制也是全人工操作，無法適應(yīng)現(xiàn)代水文的需求。因此，要用自動(dòng)化技術(shù)促進(jìn)水位檢測(cè)與控制自動(dòng)化的發(fā)展。

2.2 水位檢測(cè)技術(shù)的原理

水位檢測(cè)按照工作原理分可以分為以下幾種類型：直讀式、浮力式、差壓式、電氣式及聲學(xué)式等。

直讀式：即傳統(tǒng)式水位檢測(cè)，它根據(jù)流體的連通性原理來測(cè)量液位，將容器中的液體引入帶有標(biāo)尺的觀察管中，通過標(biāo)尺讀取液位高度，優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單直觀，缺點(diǎn)是自動(dòng)化程度低，已逐步被淘汰。

浮力式：它根據(jù)浮子高度隨液位高低而改變或液體對(duì)沉浸在液體中的浮筒的浮力隨液位高度變化而變化的原理來測(cè)量液位。前者稱為恒浮力式，后者稱為變浮力式。廣泛地應(yīng)用于飲水機(jī)，加濕器等小家電產(chǎn)品。其優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單直觀，設(shè)計(jì)成本低。缺點(diǎn)是檢測(cè)不夠準(zhǔn)確，安裝復(fù)雜，需要與液體直接接觸，容易發(fā)生卡頓現(xiàn)象導(dǎo)致檢測(cè)失效。

差壓式：它根據(jù)液柱或物料堆積高度變化對(duì)某點(diǎn)上參數(shù)的靜壓力的變化的原理測(cè)量液位，通過測(cè)量液體的壓力反算液位高度。適用于石油化工、冶金、電力、制藥、供排水、環(huán)保、家電洗衣機(jī)等系統(tǒng)和行業(yè)的各種介質(zhì)的液位測(cè)量。優(yōu)點(diǎn)是精巧的結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)單的調(diào)校和靈活的安裝方式為用戶輕松地使用提供了方便。缺點(diǎn)是費(fèi)用比較高，誤差大。

電氣式：它根據(jù)把液位的變化轉(zhuǎn)換成各種電學(xué)量的變化的原理來測(cè)量液位?？煞譃殡娮枋?、電感式和電容式。用電學(xué)測(cè)量無摩擦鍵和可動(dòng)部件，工作可靠，且輸出可轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的電信號(hào)與微電子技術(shù)結(jié)合使用，可方便的實(shí)現(xiàn)液位的自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制。被廣泛地應(yīng)用于咖啡機(jī)、凈水器、面包機(jī)等。本文著重談及電容傳感器的水位檢測(cè)方式。

聲學(xué)式：它根據(jù)液位變化引起的聲阻抗和反射距離變化來測(cè)量液位。主要的方式為超聲波法，通過測(cè)量超聲波從發(fā)射到接受的時(shí)間差來測(cè)試液位的高度。優(yōu)點(diǎn)是非接觸式，適用于有毒、腐蝕性、高粘度等特殊液體的測(cè)量，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，環(huán)境適應(yīng)性弱，部分物質(zhì)對(duì)超聲波有強(qiáng)烈的吸收作用。

3 基于賽元觸控芯片SC91F831水位檢測(cè)原理

3.1 觸控芯片SC91F831的基本性能

SC91F831是一顆內(nèi)置電容型觸控按鍵功能的加強(qiáng)型超快速1T 8051工業(yè)級(jí)Flash微控制器，指令系統(tǒng)完全兼容傳統(tǒng)8051產(chǎn)品系列。SC91F831 內(nèi)部集成有最多10路觸控按鍵電路，其它資源還包括：8KB Flash ROM(內(nèi)部256Byte可作為EEPROM)、512B SRAM、最多17個(gè) GP I/O(包含11個(gè)大電流驅(qū)動(dòng))、2個(gè)16位定時(shí)器、1路類IIC的串行通訊接口SIF、最多4路10位高精度ADC、最多4路外部中斷口(其中1路是雙沿中斷)、2路8位PWM、內(nèi)部1%高精度16M Hz振蕩器、軟件UART等資源。為提高可靠性及簡(jiǎn)化客戶電路，SC91F831內(nèi)部也集成有4級(jí)可選電壓LVR、2.4V基準(zhǔn)ADC參考電壓、WDT等高可靠電源電路。SC91F831具有非常優(yōu)異的抗干擾性能和抗EMI能力，非常適合應(yīng)用于電磁爐、抽油煙機(jī)、消毒柜、電飯煲、電壓力鍋、面包機(jī)等各種小家電和衛(wèi)浴、燈具等工業(yè)控制和消費(fèi)應(yīng)用領(lǐng)域。

3.2 觸控芯片SC91F831的管腳資源

3.3 基于觸控芯片SC91F831的水位檢測(cè)原理

SC91F831是一款基于電容式傳感器的觸控芯片。利用其觸控通道將水位的變化轉(zhuǎn)換成電容的變化，而電容的變化又經(jīng)過專門的處理電路轉(zhuǎn)換成充放電的時(shí)間。MCU通過一系列的算法對(duì)采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到當(dāng)前水位情況。

在電氣式水位檢測(cè)技術(shù)中，采集得到的電學(xué)量是孤立的數(shù)據(jù)，要檢測(cè)一個(gè)變化的過程以及程度需要引入基準(zhǔn)。采樣數(shù)據(jù)與基準(zhǔn)的差值才能反映當(dāng)前的變化程度，從而判斷有無水以及水量的多少。電容式水位檢測(cè)原理類似于硬件電路中的比較器，采樣值與基準(zhǔn)值的差值作為判斷依據(jù)，差值的大小決定了水量的多少。

3.4 觸控芯片SC91F831在應(yīng)用上的其他優(yōu)勢(shì)

隨著電子技術(shù)的發(fā)展以及人類對(duì)電子產(chǎn)品需求的不斷提高，人們?cè)絹碓蕉嗟恼劶昂褪褂糜|控按鍵，其較之機(jī)械按鍵具有堅(jiān)固耐用、反應(yīng)迅速、節(jié)省空間、易于操作等優(yōu)點(diǎn)，得到眾多電子設(shè)備廠商的青睞，廣泛地應(yīng)用于消費(fèi)類電子產(chǎn)品、小家電、手機(jī)等。觸控感應(yīng)按鍵取代機(jī)械按鍵已經(jīng)成為一種時(shí)尚潮流，有助于提升整個(gè)產(chǎn)品的檔次和性能。

SC91F831 內(nèi)部集成多達(dá)10路觸控按鍵電路，其它資源還包括：8KB Flash ROM(內(nèi)部256Byte可作為EEPROM)、512B SRAM、17個(gè) GP I/O(包含11個(gè)大電流驅(qū)動(dòng))、2個(gè)16位定時(shí)器、1路類IIC的串行通訊接口SIF、4路10位高精度ADC、4路外部中斷口(其中1路是雙沿中斷)、2路8位PWM、內(nèi)部1%高精度16M Hz振蕩器、軟件UART等資源。滿足應(yīng)用上除水位檢測(cè)以外的其他功能需求，可以作為整個(gè)產(chǎn)品的主控芯片，節(jié)省大量的軟硬件成本。

3.5 基于觸控芯片SC91F831實(shí)現(xiàn)水位檢測(cè)的原理圖

4 基于賽元觸控芯片SC91F831水位檢測(cè)軟件實(shí)現(xiàn)

賽元提供觸控按鍵的軟件庫(kù)，大大的節(jié)省了用戶開發(fā)自主產(chǎn)品的時(shí)間成本，用戶可以用最短的時(shí)間實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的評(píng)估和測(cè)試工作。由于水位檢測(cè)不同于普通的觸控按鍵過程，產(chǎn)品開機(jī)后水位的情況是不確定的，并且很可能長(zhǎng)時(shí)間都處于有水狀態(tài)，等同于長(zhǎng)按鍵，觸控庫(kù)考慮到觸控按鍵的實(shí)際應(yīng)用需要，對(duì)長(zhǎng)按鍵超過一定時(shí)間會(huì)進(jìn)行基線更新，所以現(xiàn)有的軟件庫(kù)不能實(shí)現(xiàn)水位檢測(cè)的功能，需要單獨(dú)在庫(kù)之外進(jìn)行處理。由于庫(kù)對(duì)采樣數(shù)據(jù)和基線數(shù)據(jù)的接口是開放的，這使得在庫(kù)以外處理水位檢測(cè)成為可能。

以下為水位檢測(cè)的算法流程：

主流程

水位檢測(cè)處理流程

5 結(jié)束語(yǔ)

本文就基于賽元觸控芯片SC91F831實(shí)現(xiàn)水位檢測(cè)的具體方式進(jìn)行了論述，具有較高的設(shè)計(jì)參考價(jià)值。從目前水位檢測(cè)的發(fā)展來看，電容式的水位檢測(cè)方式憑借其電路簡(jiǎn)單，安裝方便，可靠性高的優(yōu)點(diǎn)將得到廣泛地應(yīng)用。