姚怡鑫　许翔

【摘 要】FDC2214采用LC谐振器，对液位测定拥有更强的抗干扰能力，FDC2214能将液位波动所引起的电容变化转换成数字信号，通过I2C传输给单片机进行计算处理，从而实时显示当前液位。

【关键词】电容；信号；单片机

中图分类号： TP368.1；TP334.3 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）31-0123-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.31.059

【Abstract】FDC2214 adopts LC resonator，It has stronger anti-interference ability to water level measurement，FDC2214 can convert capacitance change caused by water level fluctuation into digital signal，Through I2C transmission to the MCU for processing，Then realize real-time display of liquid level.

【Key words】Capacitance； Signal； MCU

1 液面监测装置应用场景

FDC2214可运用于水库，河流等地区的水位变化测定，我国东南地区水资源丰富，浙江地區年均降雨量达到了1200毫升以上，充沛的水资源促进了农业，水运的发展，但另一方面，夏季不定期的大暴雨也是对水利设施排水储水的一大考验。若能做到实时测定当前水位变化，对暴涨的水位及时警报，将对抗洪救灾维护人民生命财产安全有重大安全意义。

除了水库，河流等大型场景外，水位测定装置还可用于装有清洁剂，油墨的容器液面测定。FDC2214做为电容数字转换器IC，可以做到在容器外进行液面测定，有效解决了密闭不透视容器液面测定难的问题。同时相较传统的接触式水位测定装置，它可以在不接触液体的条件下测量液位，因而对导电液体也能做到精准测量且不存在对液体的污染问题。

2 FDC2214 IC介绍

FDC2214是TI公司新近推出的产品，采用电容式传感，拥有低功耗，高分辨率，非接触式感测技术等优点。采用抗电磁干扰架构，可对噪声和干扰进行高度抑制。拥有四条传输通道，每条通道的最高传输速率达到13.3ksps，在10kHz频率，1mHz电感的理想条件下最大输入电容为250nF，采用I2C通信协议进行信号传输，分辨率最大为28位。在满足高分辨率液位感测的同时，FDC2214还拥有在-40℃至125℃恶劣环境中可靠传输的稳定性，支持任意金属与导体作为传感器，对包括清洁剂，油墨在内的多种液体液位感测适用。

3 系统结构图

FDC2214将接收到的电容变化转换成数字信号，通过I2C接口传输给MSP430F5529单片机进行处理，单片机计算处理后，输出一个提早设定好的“预警水位值”和由FDC2214传输得来的“实际水位值”给OLED显示屏，当实际水位超过预警水位时，单片机会闪烁红灯以示提醒。矩阵键盘（keyboard）可以用来设定需要的“预警水位值”，或者校准“实际水位值”。

4 实验数据（部分）

下表是实验中通过对一个10*10cm为底的长方体容器注水得到一部分数据，由表可知，两个ch通道的输出数值变化与水位上升高度呈反比，当水位高度10mm时，水位每升高1mm，通道读取信号值降低50±5，当水位高度低于10mm时，准确度降低，无法得到精准数值。

5 总结

本文主要研究了FDC2214芯片的水位测定原理，组装实物，设计一款水位测定装置。FDC2214对不同液体在相同液位输出的信号值不同，但可以通过对MSP430F5529内部设定的计算公式进行修改得到校准，使之适用于不同液体液面高度的测量。

另一方面，FDC2214拥有4通道信号输出（本实验只使用了两通道，数据如表1），可以通过测量容器的不同面液面变化来判断容器是否产生倾倒，以及晃动的剧烈程度，具体功能可根据实际需求修改或添加。

实验结果表明，基于FDC2214的液位监测装置是实际可行的。

【参考文献】

[1]王化祥，张淑英.传感器原理及应用，天津大学出版社.2014.

[2]郑煊.微处理器技术，清华大学出版社.2014.

[3]任保宏，徐科军.MSP430单片机原理与应用，电子工业出版社.2014.

[4]姜大源，王胜元.单片机技术高等教育出版社，2005.