基于Arduino UNO的非接触式电容式液位传感

本方案使用 TI FDC1004 分线器和 Arduino 来测量瓶子中的液位，使用两个粘性铜条之间的电容。

液位感应可以通过多种不同的方式完成，我们也尝试了多种方式。有时需要的是准确的液位测量，而无需在液体内部放置任何东西。这在食品工业（用于罐中的液位感应）甚至汽车中的油箱液位感应等应用中尤其受欢迎。

我们之前曾尝试使用激光 ToF 传感器来实现此目的，但这并不是实现此目的的最佳方法。

我们做了什么：
我们使用电容来测量液位，通过在罐的外壁粘上两条铜带来测量内部的液位。这两个铜带测量电极之一相对于地的电容。

TI FDC1004 是一款将电容测量和 ADC 集成在一个封装中的一体化芯片，称之为“电容数字转换器”。指定的应用包括接近检测、手势识别和液位传感。

使用电容进行接近感应和液位感应的原理是相同的。当两个平行的导电板以固定距离放置时，就会产生电场。在这些板的边缘，会产生“边缘”效果。这是电容式传感应用的关键。

不同应用的电容感测可以通过不同的方式完成。在此应用中，我们使用“平行手指”方法来感测受液位影响的边缘电场线的数量。这会导致电容的微小变化，然后测量并校准到液位高度。

我们是怎么做的？
实际应用是一个更大的设置，但为了本文，我们在一个小水瓶上演示了相同的设置。我们粘贴了两条从Sparkfun购买的薄铜带（5 毫米宽）。

然后我们将其中一个电极连接到系统接地，另一个连接到 FDC1004 分线板的 CIN1 通道。最好将它们直接焊接到电极本身以避免任何杂散电容。

ProtoCentral FDC1004 分线板使用 I2C 标准接口连接到 Arduino Uno。该芯片连接到 Arduino 的 SCL 和 SDA 引脚（对于 Arduino Uno，这是 A4 和 A5）。它可以连接到任何控制器或平台的 I2C 引脚，但提供的库仅适用于 Arduino。如果您使用的 Arduino 版本不同于 Arduino Uno，请检查哪些引脚对应于 I2C/TWI SDA 和 SCL 线。

数据通过 Arduino 的 UART 通过 USB 发送到计算机。该数据以 100 SPS 的速率连续发送，然后在代码中取平均值，这有助于滤除噪声。

在这个例子中，我们刚刚将电容到水平高度转换硬编码到 Arduino 代码本身，但是，校准可用于为各种高度和液体类型设置相同的值。

我们使用蠕动泵从另一个瓶子中抽取的水测试了该设置。本文下方的链接中附有所有必需的代码。

注意事项

• 任何传感或工程机制总是有它自己的一套限制。对于这个应用程序，这是我们注意到的：
• 电容式感应容易受到外部杂散电容的影响，有时会使 ADC 饱和。然而，这是使用适当的屏蔽来修复的。
• 校准是关键，准确校准很重要
• 环境因素对电容有巨大影响，必须对其进行屏蔽和/或适当校正。