隨著科技進步和社會發(fā)展，掃地機器人逐漸走入千家萬戶，代替日常家務(wù)。目前，掃地機器人除了掃地外，大部分結(jié)合了洗地機的拖地功能，通過水箱濕潤抹布，達到拖地目的。但是，絕大部分掃地機器人水箱并沒有水量檢測功能，無法及時反饋到用戶，給使用帶來極大不便，實用性受到限制。
本設(shè)計方案提供了一種利用敏源傳感高精度數(shù)字電容傳感芯片MDCO4檢測掃地機器人水箱液位變化，并成功將液位分成不少于4個檔位的檢測原型方案，為掃地機器人水箱液位檢測提供一種新方式。
方案檢測原理是通過一對電極，隨著水箱液位的電容變化，來檢測并區(qū)分水箱的液位變化。方案主要使用到敏源傳感MESK開發(fā)板和MDC04小基板。MDCO4是敏源傳感一款4通道測量的高精度電容調(diào)理芯片，每個通道可測量電容兩極之間的互感電容，該方案僅使用其中的一個通道。具體實驗過程見下。
先將接口接到MESK開發(fā)板，按復(fù)位鍵，可以檢測到4通道的電容變化，實驗使用1通道。按ESC鍵退出，輸入指令“$M”，再回車，就可以看到1通道的容值和溫度數(shù)值。
空載狀態(tài)下，顯示容值在0.76pF左右。
往水箱中加入140毫升的清水，可以看到容值由0.76pF左右變化到5.1pF左右。
晃動水箱，容值在4.8pF~5.0pF間波動。
繼續(xù)往水箱中加入140ml的清水，容值變?yōu)?.1pF左右。
晃動容器，容值在9.0pF附近上下波動。
繼續(xù)往水箱中加入140ml的清水，容值變?yōu)?3.3pF左右。
晃動容器，容值變在14pF左右浮動。
繼續(xù)加入140ml的清水，容值變?yōu)?7.6pF左右。
此時已經(jīng)達到水箱的滿量程刻度線，晃動容器，容值維持在17pF左右。
整個實驗過程中，隨著水箱液位變化，測得的電容數(shù)據(jù)如下表所示。
對應(yīng)數(shù)據(jù)圖如下。
由上圖可清楚看到，隨著水箱液位的變化，電容值發(fā)生明顯變化。
利用該方案，還可以對掃地機器人水箱中不同水質(zhì)的液位進行測量，如污水、清潔水等。
另外，針對掃地機器人水箱不同姿態(tài)的液位變化，如正立、前傾、后傾、左傾、右傾等，通過原電極直接延伸加長或電極延長后移等方式，可以消除不同姿態(tài)下的水箱液位變化帶來的差異。
通過實驗得出，利用該方案，通過內(nèi)插法電極(電極防水)的合理布局，完全可以克服不同水質(zhì)、不同姿態(tài)下的掃地機器人水箱液位變化。而且，通過合理的閾值設(shè)計，達到掃地機器人水箱4檔液位的明顯區(qū)分。
本設(shè)計方案中用到的MDC04簡介：
MDC04是敏源傳感高集成度的數(shù)字模擬混合信號傳感集成電路，芯片直接與被測物附近的差分電容極板相連，利用不同物質(zhì)介電常數(shù)的區(qū)別，通過放大、數(shù)字轉(zhuǎn)換、補償計算電容的微小變化來實現(xiàn)物質(zhì)成分的傳感。
芯片內(nèi)部集成高精度的16bit模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC電路，其電容分辨率為 0.1fF，線性度誤差小于0.3%。此外，芯片內(nèi)置精度 0.5℃的溫度傳感電路，可用于溫度補償及其他溫度傳感場景，用于液位檢測、食品/土壤等水分含量測量、冰霜檢測等應(yīng)用場景。
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