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《電子器件雜志》2014年第三期

1檢測電路的設計

一般為了提高測量精度和靈敏度，會增加相當的模擬電路、硬件電路復雜，大量分立元件的使用使系統的寄生電容增大。本文利用集成電路芯片電容檢測芯片AD7746，配以相應外圍電路。并利用PIC18F452單片機進行控制和數據處理。

1．1AD7746簡介AD7746采用24bitΣ－Δ技術，片內自帶電壓參考和時鐘發生器，并內置可編程補償電路，其結構如圖。標準的Σ－Δ通過在芯片內的固定電容器和外界輸入(電壓)之間切換實現轉換，而AD7746的Σ－Δ電路做了改進，即用固定輸入電壓和可變電容器之間切換實現轉換，這里，固定輸入電壓為片內電壓激勵(250kHz的方波信號)，可變電容器即為待測電容［3］，如圖3所示。AD7746可直接連待測電容器，測得電容值轉換成數字量后存放于片內3個連續的寄存器內。測量可變電容的范圍為±4pF，可通過在片內編程補償設置0～17pF的偏置。其2組電容測量輸入通道均可接成單端浮地或差分浮地形式［4］。AD7746采用I2C串行接口，可以方便地利用單片機進行控制和修正。片內共有19個寄存器，其中，與電容測量有關的主要有電容值寄存器、激勵模式寄存器、測量通道寄存器、測量模式寄存器、片內補償設置寄存器、偏置設置寄存器等。

1．2硬件電路設計AD7746采用I2C串行接口，方便單片機進行控制和修正，本設計由叉指電容傳感器、電容檢測芯片、微控制器、LCD顯示組成［5］。其系統框圖如圖4所示。單片機選擇帶有I2C串行接口的PIC18F452單片機，PIC18F452是一款具有低功耗、抗干擾能力強、內部資源豐富的高性能精減指令集位單片機，16bit寬度指令，8bit寬度數據。其指令兼容PIC16系列和PIC17系列單片機。內部32KFLASH，1．5KRAM，振蕩頻率最大可達40MHz，8通道10bitA/D，采樣速率高，可編程［6］。PIC18F452單片機對AD7746內部寄存器進行設置和測量電容值的讀取，再進行數據分析和處理，通過LCD1602C顯示出來。在單端浮地測量方式下，AD7746的電容器輸入“CIN”和激勵“EXC”分別接待測電容器的叉指兩極板，AD7746測得電容值C包含待測極板電容C1和附加電容。

2串行通信軟件實現

本設計用Microchip公司為其PIC系列微控制器專門配備的MPLAB集成開發環境，用PIC系列微控制器的C語言在MPLABIDEV8．60集成開發環境下運行調試完成的。食用油檢測裝置軟件設計的主導思想是利用軟件代替和簡化硬件，利用基本的硬件電路和軟件技術達到系統多功能集成、容易修改的要求。在成功地搭建了一個相對比較簡單的硬件電路后，食用油檢測裝置功能的主要實現是依靠軟件設計完成的。AD7746內部共有19個8bit寄存器，每一個寄存器都有自己特定的地址，如果想對某可寫寄存器進行參數修改，只需根據它的地址進行寫操作，將待修改的數值寫進去。AD7746寄存器的讀寫應嚴格按照器件的讀寫時序。讀寫時序如圖5所示。在數據傳送中，SDA攜帶數據，SCL與之同步。不管是讀還是寫，發送到SDA線上的每個字節必須為8bit，每個字節后必須跟一個應答位。但每次傳輸可以發送的字節數量不受限制。被傳送的數據主要由啟動信號、地址碼、若干數據字節、應答位以及停止信號等組成。在數據傳送過程中，當SCL線是高電平時，必須保證SDA線上的數據穩定。傳送一個字節的數據，必須由接收機發出一個應答信號。器件的讀寫應按圖6進行操作。在進行讀時，微控制器首先應發出啟動信號S，然后向AD7746寫入寫地址SLAVEADDR，微控制器收到應答信號A(S)后，就可寫入內部所需寄存器的地址SUBADDR。當微控制器再次收到應答A(S)后，再發起一次啟動信號S，然后即可寫器件讀地址SLAVEADDR。微控制器第3次收到應答信號A(S)以后，主機、從機之間的握手信號就完成了，之后從機就會源源不斷地將器件內部的數據傳送出來。在傳送數據的過程中，無須再寫內部寄存器地址。如果不是專門需要某個寄存器的值，那么內部寄存器的數值就會被依次輸出，因為內部寄存器的地址指針具有自動加1的功能［8］。圖7主程序流程圖圖7和圖8分別表示主程序流程圖和AD7746讀數字電容寄存器流程圖。

3實驗與分析

先對不同食用油品進行測量，如表1所示。再根據其中一種介電常數最小的油品向里依次加地溝油測量電容值，如表2所示。然后再對煎炸次數不同的使用油測量其電容值，如表3所示。用超市購買的新鮮的花生油1L和超市購買的雞腿每份質量約100g進行試驗，室溫取為25℃，每次都采用相同的煎炸溫度150℃，每次煎時間都控制在0．5h，煎炸過程中不放任何調味品防止Na等金屬離子對測量結果的影響。分別對雞腿煎炸1次、2次、3次、4次，取出油樣、過濾、冷卻到室溫后，放入事先備好的容器內以備使用。首先檢測不同食用油品電容值，好的食用油不同種類間的電容值也不相同，結果發現:(1)花生油的電容值最小，調和油的電容值最大，說明調和油往往里面摻有其他油成分，極化分子多，花生油比較優質，摻有其他成分較少，極化分子少。(2)我們又選用電容值較小的花生油向其中依次添加地溝油測量其電容值，結果發現隨著添加的地溝油滴數的增加，電容值依次增加。油品兩次測量數據波動范圍較小。(3)加熱溫度越高，介電常數增加越快，說明在高溫下，油分子的化學反應更加劇烈，生成較多的極化成分。(4)經過加熱煎炸處理后，電容值普遍增大，隨著煎炸次數增加，從健康角度考慮，煎炸時間長極化分子增多，當超出一定范圍時對健康構成潛在威脅，因此食用油煎炸時間、次數應盡量減少，食用油加工的炸油應定期更換，不要長期煎炸。(5)用食用油的介電常數的變化來判定油在高溫加熱使用質量變化是一種比較簡單易行的方法。

作者：彭玉峰趙麗麗楊少歌周軍曉單位：河南師范大學物理與電子工程學院