基于电容检测芯片的电容检测系统设计

设 计 、 做 专门 的 电容 检 测 电 路Ⅲ ， 无 疑 增 加 了传 感 器 设 制 这
计 的难 度 与 工作 量 。针 对 这 一 问 题 ， 们 设 计 了 通 用 的 电 我
２ 系 统 硬 件 设 Hale Waihona Puke Baidu
２ １ Ｍ ３１ ． Ｓ １ ０简 介 及 寄 存 器 设 置
Ｍ Ｓ １ ０是 Ｉｖｎ ｅｓ ｒ 司 生 产 的 具 有 极 低 噪 声 的 通 ３１ ｒｉｅＳ ｎｏ 公
基 于 电 容 检 测 芯 片 的 电容 检 测 系统 设 计
张 小 勇 。 颖 鸣 ， 禹姬 陈 郭
（ 北 大 学 信 息 与 通 信 Ｔ 程 学 院 ，太 原 ０ ０ ５ ） 中 ３ ０ １
摘 要 ：针 对 电容 式 传 感 器 研 发 过 程 中缺 乏 有 效 的微 小 电 容 检 测 仪 器 的 问题 ， 计 了一 种 基 于 电 容 检 测 芯 片 ＭＳ １ ０的 设 ３１
电容 为 变 化量 的传 感 器 （ 其 是 ＭＥ 尤 ＭＳ传 感 器 ） 其 电容 变 ，
化 范 围往往 只有 几 个 ｐ 甚 至几 个 ｆ Ｆ， Ｆ。这 便对 电容 检 测 的
进 行 处 理 、 时 显 示 、 储 等 。上 位 机 由 普通 微 机 构 成 。 实 存
电源模块
精 度 提 出 了很 高 的 要求 ， 其 是 在传 感 器 的研 发 过 程 中 ， 尤 往 往 需 要极 高 精 度 的 电 容 检 测 设 备 对 传 感 器 进 行 测 试 与 调
（ ｈ ｏｌｏｆＩ ｆ ｍ ａ ｉ ｎｄ Ｃｏ ｍ ｕ ｃ ｔｏｎ Ｅｎｇ ｎ ｅ ｉ ｇ， Ｓｃ ｏ ｎ ｏｒ ｔｏｎ ａ ｍ ｎｉａ ｉ ｉ ｅ ｒｎ Ｎｏｒｈ Ｕ ｎｉｅ ｓｔ ｔ ｖ ｒ ｉｙ ｏｆＣｈｉ ｎａ，Ｔ ａｙｕ ｎ ０３０ Ｃｈｉ ） ｉ ａ ０５ｌ， ｎａ Ａｂｓｒ ｃ ： Ａｉ ｉｇ ａ ｈｅｐｒ ｌ ｍ ａｃ ｎｇ ｅ ｆ ｃｉ ｅｄｅ ｅ ｔｎ ｎｓｒ ｔａ ｔ ｍ ｎ ｔｔ ｏｂ ｅ ｏｆｌ ｋｉ ｆｅ ｔｖ ｔ ｃ ｉｇ ｉ ｔ ｕｍ ｅ ｔｆ ｒｍ ｉｒ ａ ｃｔｖ ｅ ｏ ａ ｄ ｔ ｃ ｉ ｙ ｔ ｍ ｓｄ ｓｇｎ ｄ ｂａ ｅ ｎ ｏ ｃ ｏ ｃ ｐａ ｉｉｅ ｓ ｎｓ ｒ， ｅ ｅ ｔｎｇ ｓ ｓ ｅ ｉ ｅ ｉ ｅ ｓ ｄ ｏ Ｓ３ｌ ０． ｈ ｒ ｎＭ １ Ｔ ｅ ｈａ ｄｗａｒ ｅ ｉ ｈ ｙ ｔ ｍ ｎ ｈｅｓ ｆｗ ａ ｅ ｄｅ ｉ ＣＵ ｎｄ ｈｏ ｔｃ ｅ ｄ ｓｇｎ ｏｆｔ ｅ ｓ ｓ ｅ ａ ｄ ｔ ｏ ｔ ｒ ｓｇｎ ｏｆＭ ａ ｓ ｏｍ ｐｕ ｅ ｒ ｅ ｃ ｉ ｅ ． Ｓｙ ｔ ｍ ｔ ｃ ｉｎ ａ — ｔ ｒ ａ ｅ ｄ ｓ ｒｂ ｄ ｓ ｅ ｄｅ ｅ ｔｏ ｃ ｃ ａ ｙ ｉ ｅ ｔ ｄ， ａ ｘｐ ｒｍ ｅ ａ ｅｓ ｔ ｈｏ ｔ ａｔｔ ｅ ｓ ｔ ｍ ｓ ｈ ｇ ｔ ｃ ｉ ｃ ｕｒ ｃ ． ｕｒ ｃ ｓｔ ｓ ｅ ｎｄ ｅ ｅ ｉ ｎｔ ｌｒ ｕｌｓｓ ｗ ｈ ｈ ｙｓｅ ｈａ ｉ ｈ ｄｅ ｅ ｔｏｎ ａ ｃ ａ ｙ Ｋｅｙ ｗｏｒ ｓ：ｃ ｐ ｉｉｅ ｓ ｎ ｏ ｄ ａ ａｃｔｖ ｅ ｓ ｒ；ｄｅ ｅ ｔｏ ｔ ｃ ｉｎ；Ｍ Ｓ３１ ０ １
容式 传 感 器 检测 系统 。该 系 统 能够 对 微 小 电容进 行 实 时 检
测 ， 可 以通 过 上 位 机 实 现实 时显 示 、 并 存储 等功 能 。
１ 总 体 设 计
电容 式 传 感 器 的检 测 方 法 主 要 有 ： 计 专 用 ＡＳ Ｃ芯 设 Ｉ 片 ； 用 分 立 元 件 通 过 电容 桥 、 率 测 量 等 原 理 实 现 测 量 ； 使 频
电容 式传 感 器检 测 系统 ， 出 了 系统 的 硬 件 设 计 以 及 单 片 机 和 上 位 机 部 分 的 软 件 设 计 ， 对 系 统 的 检 测 精 度 进 行 了 测 给 并
试 。 结果 证 明 ， 系统 具有 较 高的 检 测 精 度 。 该 关 键 词 ：电 容 式 传 感 器 ；检 测 ；Ｍ Ｓ １ ０ ３ １
校 。但是 一 直 以 来 国 内外 都 缺 乏 能 够对 微 小 电容 进 行 实 时 检 测 的专 用 仪 器 ， 遍 的 做 法 是 针 对 所 研 发 的 传 感 器 自行 普
图 １ 系 统 结 构 框 图
Ｍ ３１ ｌ拟量 ０１ — 叶 Ｓ１ 模 粤 Ｆ ９ ； 上 ０ ４ 位机
中 图分 类号 ：Ｚ ２ ６
文献 标 识 码 ：Ａ
Ｄｅ ｅｃ ｉｇ Ｓｙ ｔ ｔ ｔ ｓ ｅｍ ｏ ｐ ｉｉ ｅ Ｓｅｎ ｏ ｎ ｆ ｒＣａ ａｃ ｔｖ ｓ ｒ Ｂａｓ ｄ ｏｎ Ｍ Ｓ３１ ｅ １ ０
Ｚ ａ ｇＸｉｏ ｏ ｇ ｈ ｎＹｉｇ ｎ ，Ｇｕ ｉ ｈ ｎ ａ ｙ ｎ ，Ｃ ｅ ｎ ｍｉｇ ｏＹｕ ｊ
ＭＳ １ ０ ３ １ 。ＭＳ １ ０将 电 容 量 转 换 为 电 压 量 输 （ 程 为 ３１ 量 ０ １ Ｆ 。单 片 机 ＭＳ ４ ０ ４ ～ ０ｐ ） Ｐ ３ Ｆ１ ９集 成 的 ｌ ２位 Ａ／ Ｄ转 换
器 对 输 出 电 压 进 行 采 样 ， 通 过 Ｉ Ｏ端 口对 ＭＳ １ ０内 部 并 ／ ３１ 寄 存 器 进 行 设 萱 。数 据 经 采 样 后 通 过 串 口传 送 到 上 位 机
图 如 图 １所 示 。 电 容 检 测 芯 片 选 用 Ｉｖｎ ｅ ｓ ｒ公 司 的 ｒ ｉｅＳ ｎ ｏ
引 言
电容 式 传 感 器 一般 是 将 被 测 量 的 变 化量 转 换 为 电容 量 的变 化 。 目前 ， 于 这 种 原 理 的 各 种 类 型 的 传 感 器 已在 测 基 量加速度 、 位 、 液 几何 孑 径 等 方 面 得 到 了广 泛 的应 用 。但 以 Ｌ