CN111505390A - 一种新型电容测量仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了电子测量技术领域的一种新型电容测量仪，包括微处理器、电容感测传感器、LC振荡电路、电脑、显示器和蜂鸣器，所述LC振荡电路外接被测电容Cs产生一个振荡频率，将所述振荡频率发送给所述电容感测传感器，经所述电容感测传感器处理后转为28位二进制数，通过IIC接口发送给所述微处理器进行处理，当完成一次成功的测量后，所述微处理器控制蜂鸣器鸣响一次，并将测量的结果发送至显示器或者电脑，具有精度高、测量时间短等优点。
Description
技术领域
本发明涉及电子测量技术领域，具体为一种新型电容测量仪。
背景技术
随着电子工业技术、测控技术的发展，电子元器件的测量仪器需求越来越大，在各种应用场合中经常需测定元器件的电容值大小。
在生产和维修电子元器件时，电容值测量往往是一至关重要的环节。一个好的电子产品必须由合格的电子元器件组成，其中电容是基本器件之一，为此电容值的检测是不可避免的环节。同样，在维修人员在对电子产品的维修中，电路的检测是最基本的，有时需要检测电路中各个部件是否工作正常，电容器是否工作正常。因此，设计可靠，安全，便捷的电容测试仪具有极大的现实必要性。
现市面上专门用于电容值测量仪器不多，一般使用较常见的仪器来检测电容，则常见电容检测方法有，万用表检测法、熔断器简易检测法、白炽灯泡和电容器串联检测法、兆欧表检测法等，其基本原理是利用电容的充放电特性，用仪器来检查电压值，通过计算、推测出电容值大小，为此测量精度较低、操作复杂、费事等特点，不易推广使用，一般只用于检测电容是否好坏，而非测量电容值。现阶段量电容值大小常用方法有三种，一是采用桥式电路测量方法，将被测电容值大小转换成电压大小，后再测量电压值，反推出被测电容值大小；二是利用振荡电路法产生脉冲宽度与电容值成正比的方波信号，通过滤波后测量输出电压实现，此方法硬件电路简单，但软件实现相对比较复杂；三是利用单稳态触发装置产生与电容值成正比门脉冲信号，后控制通过计数器的标准计数脉冲的通断，根据充放电时间判断电容值，此测量方法硬件电路复杂，且无法直观显示电容值大小。
例如现有专利申请号为CN201520002008.1的电容测量仪，采用的主要技术是模拟电路测量方法，将电容测量转换为方波测量。虽然可行，但在转换精度、抗干扰性等方面有所欠缺。
基于此，本发明设计了一种新型电容测量仪，本发明是将电容测量值，经过计算，转换为28位的数字量。精度得到了极大的提高，采用尖峰滤波算法，去除振荡干扰，可靠性也得到了极大的提高。以解决上述提到的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型电容测量仪，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种新型电容测量仪，包括微处理器、电容感测传感器、LC振荡电路、电脑、显示器和蜂鸣器，所述LC振荡电路外接被测电容Cs产生一个振荡频率，将所述振荡频率发送给所述电容感测传感器，经所述电容感测传感器处理后转为28位二进制数，通过IIC接口发送给所述微处理器进行处理，当完成一次成功的测量后，所述微处理器控制蜂鸣器鸣响一次，并将测量的结果发送至显示器或者电脑。
优选的，所述微处理器采用STM32H743IIT6作为主控单元，进行数据的采集和处理。
优选的，所述电容感测传感器型号采用FDC2214，所述电容感测传感器包括四个通道，分别是通道1、通道2、通道3和通道4，每个通道的检测原理相同，任一所述的通道均可外接电容。
优选的，所述被测电容cs与c串联后与电感l构成所述LC振荡电路。
优选的，所述LC振荡电路外接被测电容Cs产生的振荡频率为：
其中，公式(1)中，l为电感，取值为18uH，c为电容，取值为33pF，cs是被测电容，fs为计算后得到的振荡频率。
优选的，所述电容感测传感器处理后转为28位二进制数的方法包括：
所述电容感测传感器通过外接的40MHz有源晶振，计算所述电容感测传感器各个通道数据采集频率为：
其中，公式(2)中，fref为各个通道数据采集频率，fclk为电容感测传感器的输入频率，取值为40MHz，CHx_FREF_DIVIDER是分频系数，选取二分频，分频后的fref的频率为20MHz；
得到fref，通过公式(3)计算转换后的28位二进制数，
其中，公式(3)是将变化的频率转换为二进制数的计算公式，fref经公式(2)计算后是20MHz，fs为用公式(1)计算后的震荡频率，DATA是转换后对应的28位二进制数；
将公式(1)和fref等于20MHz，代入公式(3)，可得到DATA和cs的关系如公式(4)：
其中，在式(4)中，l取值为18uH，c取值为33pF,cs是被测电容，对公式(4)进行变换，可得到cs的计算公式(5)：
优选的，所述微处理器读取所述电容感测传感的28位二进制数采样标准的IIC接口，主要包括SDA数据线，SCL时钟线，对数据的读写遵循标准的IIC接口协议。
优选的，所述显示屏采用4.3寸RGB液晶屏，所述电容感测传感器上预留插针，通过所述预留插针连接所述被测电容cs。
优选的，还包括所述电容测量仪的测试方法，所述方法包括以下步骤：
S1：通过所述的微处理器对与所述微处理器相连接的ICC接口、串口和定时器进行初始化；
S2：所述微处理器将定时器初始化为每间隔10ms读取所述电容感测传感器通道0和通道3的值各一次，所述微处理器将串口初始化波特率为115200，然后用IIC接口读取电容感测传感通道0的数值；
S3：所述微处理器通过公式(5)计算出被测电容cs的值，完成一次成功的测量后，并将测量的结果发送至显示器或者电脑，同时蜂鸣器报警一次。
优选的，所述电容测量仪的测试方法的步骤S2中需要进行多次测量，并通过均值滤波算法去除干扰。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明为准确测量电容容量的大小，设计了一个LC振荡电路，其中电感L的值固定不变，当电容大小发生变化时，用电容感测传感器FDC2214感测这个变化量，计算后可准确测量电容的大小，该测量装置具有精度高、测量时间短等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明电容感测传感器与LC振荡电路连接的电路图；
图3为本发明电容测量仪测试方法流程图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、微处理器；2、电容感测传感器；3、LC振荡电路；4、电脑；5、显示器；6、蜂鸣器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种新型电容测量仪，包括微处理器1、电容感测传感器2、LC振荡电路3、电脑4、显示器5和蜂鸣器6，所述LC振荡电路3外接被测电容Cs产生一个振荡频率，将所述振荡频率发送给所述电容感测传感器2，经所述电容感测传感器2处理后转为28位二进制数，通过IIC接口发送给所述微处理器1进行处理，当完成一次成功的测量后，所述微处理器1控制蜂鸣器6鸣响一次，并将测量的结果发送至显示器5或者电脑4。
其中，所述微处理器1采用STM32H743IIT6作为主控单元，进行数据的采集和处理。所述电容感测传感器2型号采用FDC2214，所述电容感测传感器2包括四个通道，分别是通道1、通道2、通道3和通道4，每个通道的检测原理相同，任一所述的通道均可外接电容。所述被测电容cs与c串联后与电感l构成所述LC振荡电路3。
所述LC振荡电路3外接被测电容Cs产生的振荡频率为：
其中，公式微处理器1(1)中，l为电感，取值为18uH，c为电容，取值为33pF，cs是被测电容，fs为计算后得到的振荡频率。
所述电容感测传感器2通过外接的40MHz有源晶振，计算所述电容感测传感器2各个通道数据采集频率为：
其中，公式微处理器1(2)中，fref为各个通道数据采集频率，fclk为电容感测传感器2的输入频率，取值为40MHz，CHx_FREF_DIVIDER是分频系数，选取二分频，分频后的fref的频率为20MHz；
得到fref，通过公式(3)计算转换后的28位二进制数，
其中，公式(3)是将变化的频率转换为二进制数的计算公式，fref经公式(2)计算后是20MHz，fs为用公式微处理器1(1)计算后的震荡频率，DATA是转换后对应的28位二进制数；
将公式微处理器1(1)和fref等于20MHz，代入公式(3)，可得到DATA和cs的关系如公式(4)：
其中，在式(4)中，l取值为18uH，c取值为33pF,cs是被测电容，对公式(4)进行变换，可得到cs的计算公式(5)：
其中，所述微处理器1读取所述电容感测传感的28位二进制数采样标准的IIC接口，主要包括SDA数据线，SCL时钟线，对数据的读写遵循标准的IIC接口协议。
其中，所述显示屏采用4.3寸RGB液晶屏，所述电容感测传感器2上预留插针，通过所述预留插针连接所述被测电容cs。
作为本发明的另一种实施例：如图3所示，还包括所述电容测量仪的测试方法，所述方法包括以下步骤：
S1：通过所述的微处理器1对与所述微处理器1相连接的ICC接口、串口和定时器进行初始化；
S2：所述微处理器1将定时器初始化为每间隔10ms读取所述电容感测传感器2通道0和通道3的值各一次，所述微处理器1将串口初始化波特率为115200，然后用IIC接口读取电容感测传感通道0的数值，需要进行多次测量，为保证可靠性，并通过均值滤波算法去除干扰；
S3：所述微处理器1通过公式(5)计算出被测电容cs的值，完成一次成功的测量后，并将测量的结果发送至显示器5或者电脑4，同时蜂鸣器6报警一次。
本发明经多次测试，在测试过程中，保存测试装置固定不变，然后用插针被测电容，得到一组数据如表1
表1电容测量值与真实值对比表
从表1中可以看出，测量值精度达到0.01％。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (10)
1.一种新型电容测量仪，其特征在于：包括微处理器、电容感测传感器、LC振荡电路、电脑、显示器和蜂鸣器，所述LC振荡电路外接被测电容Cs产生一个振荡频率，将所述振荡频率发送给所述电容感测传感器，经所述电容感测传感器处理后转为28位二进制数，通过IIC接口发送给所述微处理器进行处理，当完成一次成功的测量后，所述微处理器控制蜂鸣器鸣响一次，并将测量的结果发送至显示器或者电脑。
2.根据权利要求1所述的一种新型电容测量仪，其特征在于：所述微处理器采用STM32H743IIT6作为主控单元，进行数据的采集和处理。
3.根据权利要求1所述的一种新型电容测量仪，其特征在于：所述电容感测传感器型号采用FDC2214，所述电容感测传感器包括四个通道，分别是通道1、通道2、通道3和通道4，每个通道的检测原理相同，任一所述的通道均可外接电容。
4.根据权利要求1所述的一种新型电容测量仪，其特征在于：所述被测电容cs与c串联后与电感l构成所述LC振荡电路。
5.根据权利要求1所述的一种新型电容测量仪，其特征在于：所述LC振荡电路外接被测电容Cs产生的振荡频率为：
其中，公式(1)中，l为电感，取值为18uH，c为电容，取值为33pF，cs是被测电容，fs为计算后得到的振荡频率。
6.根据权利要求5所述的一种新型电容测量仪，其特征在于：所述电容感测传感器处理后转为28位二进制数的方法包括：
所述电容感测传感器通过外接的40MHz有源晶振，计算所述电容感测传感器各个通道数据采集频率为：
其中，公式(2)中，fref为各个通道数据采集频率，fclk为电容感测传感器的输入频率，取值为40MHz，CHxFREFDIVIDER是分频系数，选取二分频，分频后的fref的频率为20MHz；
得到fref，通过公式(3)计算转换后的28位二进制数，
其中，公式(3)是将变化的频率转换为二进制数的计算公式，fref经公式(2)计算后是20MHz，fs为用公式(1)计算后的震荡频率，DATA是转换后对应的28位二进制数；
将公式(1)和fref等于20MHz，代入公式(3)，可得到DATA和cs的关系如公式(4)：
其中，在式(4)中，l取值为18uH，c取值为33pF,cs是被测电容，对公式(4)进行变换，可得到cs的计算公式(5)：
7.根据权利要求1所述的一种新型电容测量仪，其特征在于：所述微处理器读取所述电容感测传感的28位二进制数采样标准的IIC接口，主要包括SDA数据线，SCL时钟线，对数据的读写遵循标准的IIC接口协议。
8.根据权利要求1所述的一种新型电容测量仪，其特征在于：所述显示屏采用4.3寸RGB液晶屏，所述电容感测传感器上预留插针，通过所述预留插针连接所述被测电容cs。
9.根据权利要求1-8任一所述的一种新型电容测量仪，其特征在于：还包括所述电容测量仪的测试方法，所述方法包括以下步骤：
S1：通过所述的微处理器对与所述微处理器相连接的ICC接口、串口和定时器进行初始化；
S2：所述微处理器将定时器初始化为每间隔10ms读取所述电容感测传感器通道0和通道3的值各一次，所述微处理器将串口初始化波特率为115200，然后用IIC接口读取电容感测传感通道0的数值；
S3：所述微处理器通过公式(5)计算出被测电容cs的值，完成一次成功的测量后，并将测量的结果发送至显示器或者电脑，同时蜂鸣器报警一次。
10.根据权利要求9所述的一种新型电容测量仪，其特征在于：所述电容测量仪的测试方法的步骤S2中需要进行多次测量，并通过均值滤波算法去除干扰。
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