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[参考译文] 适用于雨水的最低功耗电容式传感器?

Guru**** 1079480 points
Other Parts Discussed in Thread: MSP430FR2512, MSP430FR2633
请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/sensors-group/sensors/f/sensors-forum/681394/lowest-power-capacitive-sensor-for-rain

主题中讨论的其他器件:MSP430FR2512MSP430FR2633

你(们)好

我需要小于100uA 范围内的超低功耗雨水传感器-已检查 FDC 系列、但它似乎在7-800uA-1mA 范围内、至少是我检查过的范围内。

注意到 MSP430FR2x 系列具有真正的低功耗电容感应(<10-20uA)、但 CapTIvate 芯片似乎用于抑制雨水的触摸-它们是否可以用作雨水传感器并进行重新配置?

任何想法都值得欢迎、
Ty

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    尊敬的 TY:

    有趣的问题。 您是否试图感应某物表面是否存在湿气(雨水)? 如果是、则可以、具体取决于您尝试检测到的湿度大小。 例如、存在冷凝、喷水和流动的水。 通常、当单个水滴足以聚集在一起时、最容易检测到水。 如果有大量雨水、这不是问题。
    请告诉我您正在尝试的内容、我可以指导您正确的方向。
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    我需要使用非活动部件低功耗解决方案尽可能准确地测量雨水。

    可能无法以毫米/英寸为单位进行测量、但淋浴/雨/大雨/暴风雨足以让其正常工作。 我有一个解决方案可以对压降进行计数、但它根本不是低功耗-希望在低功耗下实现相同的效果。

    目标电流低于100uA - CapTIvate 睡眠3模式为~5uA、但这将在下雨时唤醒(如果可能进行雨水校准)、这可能会导致雨天总体功耗更高(MSP430FR2512工作模式在 mA 范围内)。

    OFC 如果具有足够低的功耗、欢迎提出任何其他传感解决方案的想法。
    我想使用一个可以一直休眠到铲斗尖的铲斗传感器、但大漏斗+铲斗不适合我的情况。

    谢谢、
    棕色

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    好的、我明白了。

    在本例中、我不认为 CapTIvate 解决方案是一种选择、因为您尝试测量水的积累、而不是在物体表面检测水的积累。 尽管根据您对铲斗的想法、CapTIvate 可能会用作液位检测器、但您仍然有清空铲斗和保持"非移动"概念的问题。
    是的、与工作电流相比、睡眠电流相当小、这将大于您的100uA 目标。

    很抱歉、我想不到任何其他可能满足您要求的解决方案。
    也许社区中的其他人可以发表评论。
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    检测电容表面的液滴也是很好的-这将提供一个大致的降雨概念。

    这可以通过 CapTIvate 实现吗?
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    根据您尝试检测到的水分量和电极的设计、这是可能的。

    我们发现、在投影或互电容模式下运行 CapTIvate 时、随着水滴在电极上累积、检测到电容轻微变化。 在这种情况下、电极是设计到 PCB 中的铜迹线、带有一个1-2mm 的塑料镀层(聚碳酸酯、玻璃等)覆盖 PCB、以防止其直接接触湿气。 水滴会导致镀层表面电介质的微小变化、从而使其导电性稍高。 当电极上的液滴开始聚结时、电容的变化会增加、但只会达到特定点、因此不会检测到进一步的变化。 因此、这可能/可能不有用。

    其次、使用上述相同的情形、但在自电容模式下驱动电极、可以检测到更多的水积聚甚至流过电极、因为水开始"桥接"电极产生的电场到 PCB 上的相邻接地。 但是、这在小水滴下不能很好地工作。

    因此、理论上、您可以在投影模式和自电容模式下驱动电极、以确定是否存在湿气或更多的水。 它仍然不会告诉您确切的水量或湿度量。
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    您好、Ty、

    我有另外一种想法。

    免责声明:图表、规格和程序仅供本次讨论之用、不是推荐的设计。

    如果您想进行实验、可以尝试下面图表中所示的操作。

    这将为您提供一个机会来测试此技术是否对您的应用有用、并且仅需要一些铜带、一块玻璃或塑料、或者任何可耐受潮湿的非导电性扁平刚性材料。

    如果您还没有 CapTIvate EVM、我建议  将 CapTIvate 触控键盘 BoosterPack 与 MSP430 CapTIvate 编程器配合使用

    您可以 在此处阅读有关触摸键盘 BoosterPack的更多信息。

    使用玻璃或塑料板、我会在背面涂抹铜带(不要让它们弄湿)。  您将需要将短导线焊接到每根导线上。

    这些导线将连接到 GND 和位于触摸键盘 BoosterPack 上的两个原型设计引脚。  最好是将导线缠绕在下面、以免它们在实验过程中移动。

    在玻璃或塑料板垂直或接近垂直倾斜的情况下、尝试施加各种喷雾和流动的水。  我将需要帮助您配置软件并使其启动并运行。

    请告诉我。

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    我们昨天收到了开发板-它是 一个 MSP-CAPT-FR2633 -这是我们供应商的库存器件,因此它是“简单”的选择:)

    据我所见、它没有 BoosterPack、而是有另外三个传感器垫-其中任何一个用于雨水测试的传感器垫比另一个更好吗?

    我们还需要找出一种方法来测量 CapTIvate MCU 与其他 MCU 的功耗-可能需要进行一些黑客攻击。

    棕色

    编辑:了解一下我们需要制作一种全新的传感器板-这是可行的、焊接也是可行的-我们只需要知道在何处连接到开发板而不是 BoosterPack。

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    好的、实际上这是个好消息。  MSP-CAPT-FR2633是一款完整的 EVM、可提供更大的灵活性、并在 MCU PCB 上提供 BoosterPack 连接器。 MCU 板还具有一个可拆卸跳线、专用于仅测量 MCU 电流。 您可以 在此处的 CapTIvate 用户指南中阅读有关 MSP-CAPT-FR2633 EVM 的更多信息

    MCU 模块具有一个较大的48引脚连接器、可在引脚顶行支持多达16个 CapTIvate 电容式触控通道。  中间行全部接地、底部行包含一些数字信号。 该连接器支持 EVM 随附的演示面板、但没有理由不创建自己的 PCB 来连接 MCU PCB。  如果您只是想测试一个想法、而不想解决自己 PCB 开发的麻烦、只需从电极获取导线并将其分流到 MCU PCB 上的48引脚连接器即可。  如果您一直想使用 PCB 上的 MSP430FR2633 (或派生品)按所需的外形设计自己的 PCB、这也是可能的。

    要了解创建传感器项目的过程、请参阅 CapTIvate 用户指南中的技术讲座链接。  该技术讲座将向您展示如何使用 CapTIvate 设计中心创建传感器并对传感器进行调优。 它不会向您展示如何创建 PCB。 假设您已经知道如何执行该操作。  它还将向您展示如何使用 EVM 测量 MCU 电流。  真正出色的功能是 CapTIvate 设计中心可生成所有软件、帮助您开始传感器项目。  您只需添加代码、即可让 MCU 在检测到湿气时执行相应操作。  这是通过软件"回调"完成的、CapTIvate 设计中心文档、软件一章也对此进行了介绍。

    您将会有更多问题、因此请随时提问。  我们将在整个过程中为您提供帮助。

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    尊敬的 Dennis:  

    我们创建了自己的传感器,其外观如下(底部有铜带-蓝色导线):

    我成功安装了 CapTIvate 设计中心、CCS 和 MSP430编译器、并成功测试了我们的两个可用电路板(手机板和 BSWP)。  

    现在、我希望将这款自制传感器板配置为雨水传感器、正如上文所述的 Brown。 在 CDS 中、我添加了一个包含以下参数的按钮:mutual、1 element、然后转到 MSP 并按如下方式进行配置:

    我得到的结果非常糟糕、我想知道我是否做了所有事情、如果我的设置中存在一些主要缺陷、请指出它们。  

    感谢您的宝贵帮助、

    Istvan

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    请参阅下一篇文章。

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    我不确定你想通过引用这些内容来指出什么。 请详述一下。

    谢谢、
    Istvan
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    伊斯特万、您好!

    忽略我之前的回答。 某种类型的剪切粘贴错误-不确定是如何发生的。

    与自电容模式不同、在互模式下、您无法将电极直接暴露在触摸或环境中、因为这会有效地在 RX 和 TX 电极之间短路、从而"杀死"电场。 您需要在 PCB 顶部安装一些绝缘镀层、如塑料或玻璃、厚度为0.5mm 至3mm、并应使用粘合剂(例如3M 467或468双面胶带)将其固定到位。 目的是防止在系统加电校准后叠加发生偏移、并防止空气进入 PCB 和叠加之间。

    如果您已经完成此操作、那么您的电极的 conversion 数和 conversion 增益设置是什么? 这可以在转换控制选项卡中的传感器属性窗口(双击传感器)中看到。
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    尊敬的 Dennis:

    是的、PCB 表面有一层 Scotch 胶带的绝缘层、因此液滴/手指与铜迹线之间没有直接接触。
    我在"Conversion Count"参数中输入了500。 "转换增益"未激活、而是有一个"分频器"参数、它设置为 f/4 (保留为默认值)。

    谢谢!
    Istvan
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    我不确定转换增益为何未激活。  它应如下所示。

    转换增益通常设置为100、对于您拥有的电极大小、转换计数可能会为200至250、以开始计算。

    请不要忘记单击"应用"按钮!

    然后、当您触摸表面的任何位置时、您应该会看到如下所示的内容。

    红色条表示"增量"。  你得到什么?

    您提到 PCB 背面有铜带。  它是否覆盖整个背面表面?

    此外、照片中的两个分立式器件是什么以及它们如何连接到电极?

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    尊敬的 Dennis:

    这就是我所看到的:

    如果我将手指/喷水放在传感器上、读数就在这里、我几乎不会看到几个红色的闪烁。 直到现在、我才能够获得稳定的增量计数(仅对于原始开发板传感器)。

    我必须仔细检查所有设置、可能有一些我选中/未选中的内容使我转到这种稍有不同的用户界面参数集。

    PCB 的底部覆有铜带、并从 Harting 连接器的中间行连接到蓝色导线-> GND 焊盘。

    谢谢!

    Istvan

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    侧注:我很确定我看不到良好读数的原因是因为我的配置。 我的意思是、来自原始电容式触摸面板的读数及其各自的源代码返回了非常好的增量。

    Istvan
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    我看到-问题是您在"基本"模式下运行 CapTIvate 设计中心。 您需要启用"高级"模式。
    从设计中心的主菜单中选择选项>功能>高级。

    然后设置转换增益= 100、转换计数从250开始、并确保点击"Apply"按钮。
    您将具有更高的灵敏度、并且应该看到更大的增量。 您必须对转换计数进行实验、以获得合适的读数。 超过转换计数1000将会增加一些系统噪声、因此我不建议超过该值。

    请记住、在相互配置的情况下、触摸电极时、传感器通道条形图中的蓝色条形图会增加。 它升高是因为当您的身体接地时、您的手指将从 RX 电极窃取电荷、并且需要更多的转换来填充采样电容器。 但是、当喷雾或喷雾时、水将开始积聚、从而桥接 RX 和 TX 电极。 由于水与地面的耦合很少(与触摸电极时的身体相比)、因此水有助于在 RX 和 TX 电极之间进行电场传导。 由于水和覆层的电介质大于空气(~1.0)、因此在电极上、它仅显示为覆层材料变厚、您实际上会看到蓝色条形图向下而不是向上。

    正如我在本主题前面所述、您确实需要某种机制来使水分耦合到接地。 在我发布的图中、有一条接地铜带、为电极和接地之间的水提供了耦合路径。

    通过将传感器配置更改为自电容电极、保持与现在相同的 RX 引脚、您可以轻松地对此进行实验。 默认情况下、TX 引脚现在将成为您的接地端。 这是设计中心的简单更改、也是对 CCS 项目的更新。

    请记住、RX 和 TX 互模式可用于检测水分的微小积累、直到达到特定点。
    随着越来越多的水积聚、或池中或开始流动、水需要耦合到附近的地面。 如果没有接地、水基本上是一个浮层、与镀层厚度相加。
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    尊敬的 Dennis:

    我只能访问其他参数。 我将进行实验并分享我的发现!

    谢谢!
    Istvan
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    你(们)好 Dennis

    我们早就没有在这里写文章了-迷人的设计类型的工作、但问题是我们怀疑的-如果我们将"唤醒"设置为雨水、几个小时的雨水将消耗我们的电源(使 MCU 保持全功率运行)。

    是否可以让芯片在10%的时间内处于睡眠状态并进行测量? (例如、每秒100毫秒)。
    或者任何类似的东西会使删除和校准变得混乱?

    有种感觉,我们想使用这种迷人的设计来做一些没有建造的东西:)
    是否还有其他适合雨淋的低功耗 TI 电容解决方案? 已检查汽车类(FDC)、但它们根本不是低功耗、它们不是必需的。

    想知道采用 F2013的解决方案是否会更好-我们也有此开发板:
    http://www.ti.com/tool/MSP-EXP430FG4618
    这里的最大区别在于、当有很多代码从 ROM 运行时、一切都是可调的。

    此致、
    棕色

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    如果您考虑一下、该技术专为 HMI 应用而设计、例如检测何时按下按钮。 这意味着99%的时间未按下按钮。 按下按钮时、仅按下1秒或更短时间。 MSP430FR2633可在 CapTIvate 外设检查按钮"按下"的情况下将 CPU 置于睡眠模式。 只有这样 CPU 才会唤醒。

    在您的场景中、一旦检测到雨、就会继续检测雨、就像有人按下按钮、但不会松开按钮一样。 是的、这将使 CPU 保持工作模式并消耗电池电量。 您可以将"WAKE on prox mode"扫描速率(即 CPU 休眠时 CapTIvate 外设扫描电极的速率)设置为非常慢的值。 我认为最大值为2047、在使用 CapTIvate 计时器时转换为2.047秒、但您可以选择 ACLK 或 VLO 时钟源以更慢的速度驱动该计时器。

    当按钮按下时间过长时、可以设置另一个功能(或参数)、以使系统重新校准。 它称为"传感器超时阈值"、可在传感器的"调优"选项卡中找到。 我相信默认情况下、它设置为65535、这会有效地"禁用"此功能。 如果您将其设置为1000、则在1000次采样后、如果软件仍检测到按钮按压操作、则会重新校准。 最终、当释放按钮时、此按钮被检测为"负极触控"、系统将立即重新校准。

    理论上、对于您的应用、您可以在首次检测到雨水后让系统重新校准、在经过如此多的样本后、系统可以在传感器上的雨水情况下重新校准。 当雨水停止时、系统应再次重新校准。 我从未尝试过水份测试、因此我无法确认这在所有条件下都能正常工作。

    是的、您可以使用许多具有适当计时器和比较器外设的 MSP430微控制器进行自电容测量、但绝不会实现与 CapTIvate 相同的低功耗。 您必须为您的应用配置软件和库、并手动调整响应。 没有设计中心。