基于MDCO4高精度数字电容传感芯片的扫地机器人水箱液位检测设计方案

随着科技进步和社会发展，扫地机器人逐渐走入千家万户，代替日常家务。目前，扫地机器人除了扫地外，大部分结合了洗地机的拖地功能，通过水箱湿润抹布，达到拖地目的。但是，绝大部分扫地机器人水箱并没有水量检测功能，无法及时反馈到用户，给使用带来极大不便，实用性受到限制。

本设计方案提供了一种利用敏源传感高精度数字电容传感芯片MDCO4检测扫地机器人水箱液位变化，并成功将液位分成不少于4个档位的检测原型方案，为扫地机器人水箱液位检测提供一种新方式。

方案检测原理是通过一对电极，随着水箱液位的电容变化，来检测并区分水箱的液位变化。方案主要使用到敏源传感MESK开发板和MDC04小基板。MDCO4是敏源传感一款4通道测量的高精度电容调理芯片，每个通道可测量电容两极之间的互感电容，该方案仅使用其中的一个通道。具体实验过程见下。

先将接口接到MESK开发板，按复位键，可以检测到4通道的电容变化，实验使用1通道。按ESC键退出，输入指令“$M”，再回车，就可以看到1通道的容值和温度数值。

空载状态下，显示容值在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左右变化到5.1pF左右。

晃动水箱，容值在4.8pF~5.0pF间波动。

继续往水箱中加入140ml的清水，容值变为9.1pF左右。

晃动容器，容值在9.0pF附近上下波动。

继续往水箱中加入140ml的清水，容值变为13.3pF左右。

晃动容器，容值变在14pF左右浮动。

继续加入140ml的清水，容值变为17.6pF左右。

此时已经达到水箱的满量程刻度线，晃动容器，容值维持在17pF左右。

整个实验过程中，随着水箱液位变化，测得的电容数据如下表所示。

对应数据图如下。

由上图可清楚看到，随着水箱液位的变化，电容值发生明显变化。

利用该方案，还可以对扫地机器人水箱中不同水质的液位进行测量，如污水、清洁水等。

另外，针对扫地机器人水箱不同姿态的液位变化，如正立、前倾、后倾、左倾、右倾等，通过原电极直接延伸加长或电极延长后移等方式，可以消除不同姿态下的水箱液位变化带来的差异。

最终，通过实验得出，利用该方案，通过内插法电极(电极防水)的合理布局，完全可以克服不同水质、不同姿态下的扫地机器人水箱液位变化。而且，通过合理的阈值设计，达到扫地机器人水箱4档液位的明显区分。

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本设计方案中用到的MDC04简介：

MDC04是敏源传感高集成度的数字模拟混合信号传感集成电路，芯片直接与被测物附近的差分电容极板相连，利用不同物质介电常数的区别，通过放大、数字转换、补偿计算电容的微小变化来实现物质成分的传感。

芯片内部集成高精度的16bit模数转换ADC电路，其电容分辨率为 0.1fF，线性度误差小于0.3%。此外，芯片内置精度 0.5℃的温度传感电路，可用于温度补偿及其他温度传感场景，用于液位检测、食品/土壤等水分含量测量、冰霜检测等应用场景。