基于賽元SC91F831觸控芯片的水位檢測應用

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

1 引言

現代傳感技術(shù)、電子技術(shù)、計算機技術(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)展為智能檢測系統的發(fā)展帶來(lái)了前所未有的奇跡。在工業(yè)控制、消費類(lèi)電子產(chǎn)品、國防、科研等許多應用領(lǐng)域，智能檢測系統發(fā)揮著(zhù)越來(lái)越大的作用。隨著(zhù)社會(huì )的進(jìn)步和發(fā)展，人們對水位的檢測與控制提出了更高的要求。伴隨著(zhù)新型的微電子技術(shù)和微型計算機的廣泛應用和普及，單片機控制系統以其控制精度高，性能穩定可靠，設置操作方便，造價(jià)低等特點(diǎn)，被應用到水位檢測系統的控制中來(lái)。

2 水位檢測技術(shù)

2.1 水位檢測應用與發(fā)展

當今的工業(yè)控制以及家電行業(yè)中液位檢測對許多自動(dòng)控制方案來(lái)說(shuō)都至關(guān)重要。水位監測是采集、存儲、傳輸、處理等技術(shù)的集成。從傳統的水位檢測與控制方式即人工監測技術(shù)分析來(lái)看，主要存在以下問(wèn)題：首先記錄方式以模擬方式為主，即使是數學(xué)方式記錄的也很難方便的輸入計算機處理，其次數據處理基本靠人工處理判斷，費時(shí)易錯，最后水位信息的采集、傳輸、處理的實(shí)時(shí)性和準確性較差，控制也是全人工操作，無(wú)法適應現代水文的需求。因此，要用自動(dòng)化技術(shù)促進(jìn)水位檢測與控制自動(dòng)化的發(fā)展。

2.2 水位檢測技術(shù)的原理

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

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

浮力式：它根據浮子高度隨液位高低而改變或液體對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(lái)測量液位。前者稱(chēng)為恒浮力式，后者稱(chēng)為變浮力式。廣泛地應用于飲水機，加濕器等小家電產(chǎn)品。其優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單直觀(guān)，設計成本低。缺點(diǎn)是檢測不夠準確，安裝復雜，需要與液體直接接觸，容易發(fā)生卡頓現象導致檢測失效。

差壓式：它根據液柱或物料堆積高度變化對某點(diǎn)上參數的靜壓力的變化的原理測量液位，通過(guò)測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、家電洗衣機等系統和行業(yè)的各種介質(zhì)的液位測量。優(yōu)點(diǎn)是精巧的結構，簡(jiǎn)單的調校和靈活的安裝方式為用戶(hù)輕松地使用提供了方便。缺點(diǎn)是費用比較高，誤差大。

電氣式：它根據把液位的變化轉換成各種電學(xué)量的變化的原理來(lái)測量液位?？煞譃殡娮枋?、電感式和電容式。用電學(xué)測量無(wú)摩擦鍵和可動(dòng)部件，工作可靠，且輸出可轉換成統一的電信號與微電子技術(shù)結合使用，可方便的實(shí)現液位的自動(dòng)檢測和自動(dòng)控制。被廣泛地應用于咖啡機、凈水器、面包機等。本文著(zhù)重談及電容傳感器的水位檢測方式。

聲學(xué)式：它根據液位變化引起的聲阻抗和反射距離變化來(lái)測量液位。主要的方式為超聲波法，通過(guò)測量超聲波從發(fā)射到接受的時(shí)間差來(lái)測試液位的高度。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量，缺點(diǎn)是結構復雜，價(jià)格昂貴，環(huán)境適應性弱，部分物質(zhì)對超聲波有強烈的吸收作用。

3 基于賽元觸控芯片SC91F831水位檢測原理

3.1 觸控芯片SC91F831的基本性能

SC91F831是一顆內置電容型觸控按鍵功能的加強型超快速1T 8051工業(yè)級Flash微控制器，指令系統完全兼容傳統8051產(chǎn)品系列。SC91F831 內部集成有最多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)大電流驅動(dòng))、2個(gè)16位定時(shí)器、1路類(lèi)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(hù)電路，SC91F831內部也集成有4級可選電壓LVR、2.4V基準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，非常適合應用于電磁爐、抽油煙機、消毒柜、電飯煲、電壓力鍋、面包機等各種小家電和衛浴、燈具等工業(yè)控制和消費應用領(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換成電容的變化，而電容的變化又經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)的處理電路轉換成充放電的時(shí)間。MCU通過(guò)一系列的算法對采樣的數據進(jìn)行處理，得到當前水位情況。

在電氣式水位檢測技術(shù)中，采集得到的電學(xué)量是孤立的數據，要檢測一個(gè)變化的過(guò)程以及程度需要引入基準。采樣數據與基準的差值才能反映當前的變化程度，從而判斷有無(wú)水以及水量的多少。電容式水位檢測原理類(lèi)似于硬件電路中的比較器，采樣值與基準值的差值作為判斷依據，差值的大小決定了水量的多少。

3.4 觸控芯片SC91F831在應用上的其他優(yōu)勢

隨著(zhù)電子技術(shù)的發(fā)展以及人類(lèi)對電子產(chǎn)品需求的不斷提高，人們越來(lái)越多的談及和使用觸控按鍵，其較之機械按鍵具有堅固耐用、反應迅速、節省空間、易于操作等優(yōu)點(diǎn)，得到眾多電子設備廠(chǎng)商的青睞，廣泛地應用于消費類(lèi)電子產(chǎn)品、小家電、手機等。觸控感應按鍵取代機械按鍵已經(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 內部集成多達10路觸控按鍵電路，其它資源還包括：8KB Flash ROM(內部256Byte可作為EEPROM)、512B SRAM、17個(gè) GP I/O(包含11個(gè)大電流驅動(dòng))、2個(gè)16位定時(shí)器、1路類(lèi)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、內部1%高精度16M Hz振蕩器、軟件UART等資源。滿(mǎn)足應用上除水位檢測以外的其他功能需求，可以作為整個(gè)產(chǎn)品的主控芯片，節省大量的軟硬件成本。

3.5 基于觸控芯片SC91F831實(shí)現水位檢測的原理圖

4 基于賽元觸控芯片SC91F831水位檢測軟件實(shí)現

賽元提供觸控按鍵的軟件庫，大大的節省了用戶(hù)開(kāi)發(fā)自主產(chǎn)品的時(shí)間成本，用戶(hù)可以用最短的時(shí)間實(shí)現產(chǎn)品的評估和測試工作。由于水位檢測不同于普通的觸控按鍵過(guò)程，產(chǎn)品開(kāi)機后水位的情況是不確定的，并且很可能長(cháng)時(shí)間都處于有水狀態(tài)，等同于長(cháng)按鍵，觸控庫考慮到觸控按鍵的實(shí)際應用需要，對長(cháng)按鍵超過(guò)一定時(shí)間會(huì )進(jìn)行基線(xiàn)更新，所以現有的軟件庫不能實(shí)現水位檢測的功能，需要單獨在庫之外進(jìn)行處理。由于庫對采樣數據和基線(xiàn)數據的接口是開(kāi)放的，這使得在庫以外處理水位檢測成為可能。

以下為水位檢測的算法流程：

主流程

水位檢測處理流程

5 結束語(yǔ)

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