基于FPGA與CIS架構(gòu)的玻璃管液位檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)

基于FPGA與CIS架構(gòu)的玻璃管液位檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)基于FPGA與CIS架構(gòu)的玻璃管液位檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)摘要：本文基于可編程邏輯器件FPGA（Field-ProgrammableGateArray）和CIS（CapacitiveInterfaceSensor）架構(gòu)，提出了一種玻璃管液位檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)方案。通過(guò)利用FPGA的高度可編程性和并行計(jì)算能力，減少了傳統(tǒng)模擬電路的復(fù)雜性和延遲，并提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。同時(shí)，采用CIS作為液位傳感器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)液位的非接觸式測(cè)量，避免了傳統(tǒng)機(jī)械式傳感器因易受污染和易損壞等問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)證明，該裝置設(shè)計(jì)能夠準(zhǔn)確、穩(wěn)定地檢測(cè)玻璃管液位，具有較高的應(yīng)用價(jià)值和市場(chǎng)潛力。關(guān)鍵詞：FPGA、CIS、玻璃管、液位檢測(cè)1.引言隨著科技的發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)的進(jìn)步，液位檢測(cè)在各個(gè)行業(yè)中的重要性日益突出。玻璃管作為常用的液位計(jì)量?jī)x器，具有操作簡(jiǎn)單、可視性好等優(yōu)點(diǎn)，在許多領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。然而，傳統(tǒng)的玻璃管液位檢測(cè)裝置存在測(cè)量不準(zhǔn)確、可靠性低、易受污染等問(wèn)題，需要改進(jìn)和升級(jí)。2.FPGA與CIS架構(gòu)的原理與特點(diǎn)2.1FPGA原理與特點(diǎn)FPGA是一種可編程邏輯器件，通過(guò)在器件內(nèi)部配置和重組邏輯門(mén)和觸發(fā)器的連接，實(shí)現(xiàn)任意數(shù)字邏輯功能的實(shí)現(xiàn)。FPGA具有高度的可編程性、靈活性和并行計(jì)算能力，適合用于設(shè)計(jì)復(fù)雜的數(shù)字電路和系統(tǒng)。2.2CIS原理與特點(diǎn)CIS是一種基于電容原理的接口傳感器，通過(guò)測(cè)量電容的變化來(lái)間接檢測(cè)物體的性質(zhì)或狀態(tài)。相比于傳統(tǒng)的機(jī)械式傳感器，CIS具有非接觸式測(cè)量、高精度、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)。3.玻璃管液位檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)方案3.1系統(tǒng)框架本文設(shè)計(jì)的玻璃管液位檢測(cè)裝置的整體框架如下圖所示：```_______|||FPGA||_______||________________________________||__________________|||||CIS||CIS||_________||_________|```圖1.玻璃管液位檢測(cè)裝置的系統(tǒng)框架3.2系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)3.2.1FPGA模塊FPGA模塊負(fù)責(zé)對(duì)CIS傳感器的采集信號(hào)進(jìn)行處理和分析。首先，F(xiàn)PGA模塊需要對(duì)采集到的模擬信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字信號(hào)。然后，F(xiàn)PGA模塊通過(guò)算法處理和分析數(shù)字信號(hào)，判斷液體的液位高度。最后，F(xiàn)PGA模塊通過(guò)數(shù)碼管或顯示器等輸出設(shè)備顯示液位信息。3.2.2CIS傳感器CIS傳感器負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集玻璃管液位的信號(hào)。CIS通過(guò)接收信號(hào)電容的變化來(lái)測(cè)量液位的變化。當(dāng)液體接觸到CIS傳感器時(shí)，液體與傳感器之間會(huì)產(chǎn)生電容，通過(guò)測(cè)量電容的變化來(lái)測(cè)量液位的高度。4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了基于FPGA與CIS架構(gòu)的玻璃管液位檢測(cè)裝置的性能和可靠性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該裝置能夠準(zhǔn)確地測(cè)量玻璃管液位，并能夠?qū)崟r(shí)顯示液位信息。與傳統(tǒng)的液位檢測(cè)裝置相比，該裝置具有更高的精度、性能和可靠性。5.結(jié)論本文基于FPGA與CIS架構(gòu)，設(shè)計(jì)了一種玻璃管液位檢測(cè)裝置。該裝置通過(guò)充分利用FPGA的高度可編程性和并行計(jì)算能力，減少了傳統(tǒng)模擬電路的復(fù)雜性和延遲，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。同時(shí)，采用CIS作為液位傳感器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)液位的非接觸式測(cè)量，避免了傳統(tǒng)機(jī)械式傳感器易受污染和易損壞等問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該裝置能夠準(zhǔn)確、穩(wěn)定地檢測(cè)玻璃管液位，具有較高的應(yīng)用價(jià)值和市場(chǎng)潛力。參考文獻(xiàn)：1.Chen,Y.,Yang,Y.,Li,H.,&Joseph,M.J.(2015).Acapacitiveliquid-levelmeasurementmethodbasedonmultiplering-slotsensors.Sensors(Basel,Switzerland),15(11),27495–27508.2.Wang,G.,Shao,W.,Zhu,L.,Liu,Z.,Li,M.,&Qi,Y.(2020).CapacitiveLiquidLevelSensorwithDual-GratingPatternforWristRehabilitationRobot.AppliedSciences,10(12),4135.3.Cevrioglu,A.S.,Ar?,I.,&?demen,H.(2014)