掃地機器人水箱液位檢測方案
掃地機器人在家庭中的普及率越來越高,產品也隨之越來越智能化。掃地機器人工作時,高精度檢測水箱液位狀態,甚至及時提醒用戶該及時加水是掃地機器人智能化中很重要的一環。本方案提供了一種利用敏源傳感高精度數字電容傳感芯片MDC04檢測掃地機器人水箱液位變化,并成功將水箱液位分成4檔連續液位的檢測方案。
方案檢測原理是通過一對電極檢測水箱液位帶來的電容變化。方案演示采用敏源傳感MESK環境傳感評估板作為上位機實現和存儲數據, MDC04小PCB布置在被測物附近將電容信號轉成數字量。
MESK環境傳感評估板
MDC04小PCB采集板
MDC04是一款4通道測量的高精度電容調理芯片,每個通道可測量電容兩極之間的互感電容,芯片內置LDO、溫度傳感、EEPROM等電路,具有精度高、抗干擾性能好、測量范圍寬、數字化輸出、功耗成本低等優勢。
MDC04系統架構圖
MDC04產品詳情請見敏源官網:
http://www.longwaytour.com/productinfo/1077145.html
設計目標:
可成功將掃地機器人水箱液位分成不低于4檔的液位檢測,并不受水質類別,如干凈水、污水、含洗滌液等影響,特別的設計難點是掃地機器人水箱在應用中有不同姿態改變, 希望判斷結果一致。
方案設計:
實驗中電極設計如下圖所示。實驗思路是通過內插電極布置在水盒中中心部位,可將由于液位晃動、姿態傾斜的影響抵消補償,使得隨液位的增加電容有明顯變化趨勢。
方案設計
實驗過程:
實驗中,分別使用不用的水質,如干凈水、污水、含洗滌液的清潔水等,進行分組試驗。
不同水質實驗
不同水質情況下實驗數據如下表所示。
水箱液位/容積 |
容值/pf |
||
干凈水 |
污水 |
清潔水 |
|
空 |
1.89 |
1.50 |
1.50 |
110ml |
9.56 |
8.31 |
11.77 |
220ml |
12.68 |
11.83 |
14.36 |
330ml |
15.62 |
14.88 |
16.31 |
440ml |
18.03 |
17.78 |
19.08 |
550ml |
20.55 |
20.52 |
21.65 |
不同水質下的水箱液位變化
針對掃地過程中掃地機器人水箱會處于各種不同狀態這一情況,實驗中也進行了水箱正立、前傾、后傾、左傾、右傾等不同情況測試。
不同姿態實驗
不同姿態下實驗數據如下表所示。
液位 |
容值/pf |
||||
正立 |
前傾 |
后傾 |
左傾 |
右傾 |
|
空 |
0.79 |
0.83 |
0.97 |
0.87 |
0.79 |
140ml |
4.23 |
3.61 |
4.25 |
3.96 |
1.85 |
280ml |
10.11 |
9.55 |
9.80 |
9.48 |
8.89 |
420ml |
16.52 |
15.69 |
16.81 |
16.23 |
15.22 |
560ml |
23.37 |
21.97 |
23.68 |
22.63 |
22.51 |
通過以上方案設計及實驗,可見通過內插電極的合理布局,可以克服掃地機器人水箱液位不同水質、不同姿態下的液位變化。電容隨液位接近線性的正比變化規律簡化了閾值判斷的設計,可以達到水箱4檔液位的可靠區分。
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