隨著汽車工業正向著節能、高速、經濟的方向發展，使得現代汽車均采用數字化系統設計。由于汽車油箱大多采用異型結構，所以為了使得油量測量的精度和穩定性得到提高，各大汽車廠商都在致力于解決這一問題。

液位測量常用的方法有滑動電位器法，電感線圈法，數字電容法等。滑動電位器法是目前中低檔汽車大多采用的檢測方法，但當油垢覆蓋電位器后，其阻值會發生變化，造成誤差過大，使此類油箱傳感器成為易損件。電感線圈法為現在高檔汽車多采用的方法，但其結構復雜、成本高、無法廣泛使用。數字電容法是相對易實現、設計靈活、成本低、精度高的測量方法，但需解決線性度和補償校正等問題。

汽油或柴油是具有電氣絕緣特性的液體混合物，黏度低、流動性好、蒸發性強，測量對象的這些物理特性為使用電容式液位傳感器創造了條件；另一方面，高速發展的微電子技術能夠以相對低廉的價格去實現小電容的精確測量，這種測量方案具有廣闊的市場前景。

1硬件設計

1.1電容式測量油量原理

電容式傳感器是將被測非電量的變化轉換成電容量變化的一種傳感器。電容式液位傳感器是以液位變化時，引起介電常數變化為原理的。當被測液體的液面在電容式圓柱形套筒電極間變化時，引起電極間不同介電常數介質的高度發生變化，從而導致電容變化。本電容傳感器采用圓柱形套筒結構，如圖1所示。
?

圖1 電容式液位傳感器

電容式傳感器外殼和內圓柱采用鈦合金材料，構成兩個電極板，設外殼半徑為R1；內圓柱半徑為R2；汽油介電常數為ε0；真空中的介電常數為ε1；圓柱套筒的高度為H；液面的高度為L；忽略邊緣效應，當L=0時，傳感器處于零點，電容值最小，傳感器電容量

可見當傳感器中各參數都確定時，傳感器電容值CH與液面高度L成線性關系。

1.2 Peap01簡介

Pcap01是一款帶有單片機處理單元的專用電容測量的電容數字轉換單芯片方案，其內部結構原理如圖2所示。其前端轉換單元是基于Acam公司的PICOCAP測量原理。這種轉換測量原理提供了對于轉換時間范圍最小可達2μs的高精度時間轉換。芯片內部帶有一個48位DSP單元，這個處理單元將處理電容測量的信息，獲得測量數據，并將結果送到芯片輸出端口。所得數據將存放在內部RAM當中，而內部有OTP或者SRAM兩種方法編寫程序。

圖2 Pcap01內部結構原理圖

Pcap01有漂移和接地兩種連接電容傳感器的方式，由于本設計管腳資源充足，為提高抗干擾性，采用漂移連接法，電容傳感器通過屏蔽線直接連到Pcap01，測得的電容值轉換成數字值，精度最高可達21位有效位，可通過讀取讀寄存器中待測電容與參考電容的比率從而計算出待測電容值。實驗設計量程為16～45 pF，而Pcap01可測量范圍覆蓋達到幾F到幾百nF，所以滿足本設計對于測量范圍的要求。

電容傳感器數據可在芯片內部進行校準，然后通過SPI或者I2C數據串行接口進行傳送。Pcap01帶有標準固件，提供了20個配置和參數寄存器以及12個讀寄存器。

1.3數字電容式液位傳感器應用系統

本設計通過Pcap01帶有的標準固件03.01.xx配置電容測量寄存器并進行讀取，選擇STM32F103ZET6通過I2C串行總線接收來自Pcap01的數字電容測量值，然后將數據發送至LCD屏顯示，其系統框圖如圖3所示。

圖3 電容式液位傳感器應用系統