基于FDC2214芯片的液位監測設計

姚怡鑫　許翔

【摘 要】FDC2214采用LC諧振器，對液位測定擁有更強的抗干擾能力，FDC2214能將液位波動所引起的電容變化轉換成數字信號，通過I2C傳輸給單片機進行計算處理，從而實時顯示當前液位。

【關鍵詞】電容；信號；單片機

中圖分類號： TP368.1；TP334.3 文獻標識碼： 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，FDC2214 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 液面監測裝置應用場景

FDC2214可運用于水庫，河流等地區的水位變化測定，我國東南地區水資源豐富，浙江地區年均降雨量達到了1200毫升以上，充沛的水資源促進了農業，水運的發展，但另一方面，夏季不定期的大暴雨也是對水利設施排水儲水的一大考驗。若能做到實時測定當前水位變化，對暴漲的水位及時警報，將對抗洪救災維護人民生命財產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做為電容數字轉換器IC，可以做到在容器外進行液面測定，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，因而對導電液體也能做到精準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，非接觸式感測技術等優點。采用抗電磁干擾架構，可對噪聲和干擾進行高度抑制。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通信協議進行信號傳輸，分辨率最大為28位。在滿足高分辨率液位感測的同時，FDC2214還擁有在-40℃至125℃惡劣環境中可靠傳輸的穩定性，支持任意金屬與導體作為傳感器，對包括清潔劑，油墨在內的多種液體液位感測適用。

3 系統結構圖

FDC2214將接收到的電容變化轉換成數字信號，通過I2C接口傳輸給MSP430F5529單片機進行處理，單片機計算處理后，輸出一個提早設定好的“預警水位值”和由FDC2214傳輸得來的“實際水位值”給OLED顯示屏，當實際水位超過預警水位時，單片機會閃爍紅燈以示提醒。矩陣鍵盤（keyboard）可以用來設定需要的“預警水位值”，或者校準“實際水位值”。

4 實驗數據（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數據，由表可知，兩個ch通道的輸出數值變化與水位上升高度呈反比，當水位高度10mm時，水位每升高1mm，通道讀取信號值降低50±5，當水位高度低于10mm時，準確度降低，無法得到精準數值。

5 總結

本文主要研究了FDC2214芯片的水位測定原理，組裝實物，設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內部設定的計算公式進行修改得到校準，使之適用于不同液體液面高度的測量。

另一方面，FDC2214擁有4通道信號輸出（本實驗只使用了兩通道，數據如表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生傾倒，以及晃動的劇烈程度，具體功能可根據實際需求修改或添加。

實驗結果表明，基于FDC2214的液位監測裝置是實際可行的。

【參考文獻】

[1]王化祥，張淑英.傳感器原理及應用，天津大學出版社.2014.

[2]鄭煊.微處理器技術，清華大學出版社.2014.

[3]任保宏，徐科軍.MSP430單片機原理與應用，電子工業出版社.2014.

[4]姜大源，王勝元.單片機技術高等教育出版社，2005.