一種高精度、低成本的電容的測量方法

　　3 軟件設計

　　為實現(xiàn)低功耗，系統(tǒng)接入電源后進入低功耗狀態(tài)，需要外部電平信號才能喚醒。為了避免系統(tǒng)的誤開始測量，當需要測量電容信號時，將觸發(fā)信號置高，如果20 s內觸發(fā)信號一直置高，則系統(tǒng)進入循環(huán)采集存儲狀態(tài)。為得到包括觸發(fā)前和觸發(fā)后的完整電容信號曲線，一旦電容信號達到預設的觸發(fā)值，系統(tǒng)便進入觸發(fā)態(tài)，將電容信號存儲到閃存，閃存存滿后，將RAM中的FIFO數(shù)據(jù)導入閃存預留地址。之后，系統(tǒng)進入待讀數(shù)態(tài)，此時插上USB接口，接收到計算機的讀數(shù)命令之后即可將數(shù)據(jù)發(fā)送至計算機，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無數(shù)次讀取并顯示測量結果。系統(tǒng)的狀態(tài)設計如圖5。

圖5 系統(tǒng)的狀態(tài)設計

　　為實現(xiàn)低功耗的系統(tǒng)，電路不工作時，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；工作時都處于全功耗態(tài)。

　　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(tǒng)的線性度、靈敏度和重復性等靜態(tài)性能指標。

　　表1為測量0～5pF電容的數(shù)據(jù)。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(xiàn)，省去了昂貴的電容測量芯片，由低功耗，低成本的數(shù)字芯片組成，有效降低了測量系統(tǒng)的成本。整個系統(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(xiàn)了低功耗、體積小等優(yōu)點。本測量方案可以非常靈活，實現(xiàn)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。