SC01A水位检测传感器应用方案

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SC01A
单按键带自校正功能的容性触摸感应器 & 智能马桶人体感应、水位检测感应器

SC01A概述
SC01A 是单键电容触摸感应器，它可以通过任何非导电介质（如玻璃和塑料）来感应电容变化。通过设
置，SC01A 可以应用于普通触摸按键开关、智能马桶人体感应、水位检测。

SC01A特性
◇ 普通按键应用。
◇ 智能马桶人体感应应用。
◇ 水位检测应用。
◇ 保持自动校正，无需外部干预
◇ 按键输出经过完全消抖处理
◇ 并行一对一输出
◇ 2.5V ~ 6.0V 工作电压
◇ 符合RoHS 指令的环保SOP8 封装

SC01A应用
◇ 替代机械开关
◇ 家庭应用（电视、显示器、键盘）
◇ 玩具和互动游戏的人机接口
◇ 门禁按键
◇ 灯控开关
◇ 密封键盘面板

SC01A管脚说明
VDD, GND
电源正负输入端。
CMOD
电荷收集电容输入端，接固定值的电容，和灵敏度无关。
CDC
接灵敏度电容，电容范围是最小5pf ，最大100pf。根据使用环境选择合适的电容值，数值越小，灵敏
度越高。
CIN1
感应电容的输入检测端口。智能马桶和水位检测应用时，接10PF左右的基准电容；普通按键应用时，接触摸
按键输入。
CIN2
感应电容的输入检测端口。智能马桶和水位检测应用时，接触摸按键输入；普通按键应用时，管脚悬空。
OUT
触摸输出端口。端口内部结构为NMOS开漏输出，输出高阻或低电平。
MD
工作模式设置端口。1；当MD悬空时，芯片进入普通按键直接输出模式，检测到手指触摸，输出由高
阻变低电平，手指离开后，输出由低电平变高阻。2：当MD接GND时，芯片进入普通按键锁存输出模式：每次检测到手指触摸，输出电平翻转，状态锁存。3：当MD接VDD时，芯片进入智能马桶人体感应或水位
位检测模式，当检测到有人体靠近或者检测到液面到达刻度，输出由高阻变低电平，人体离开或液面低于
刻度，输出变高阻。

                                                         SC01水位检测demo板使用手册

一、应用电路图

原理分析：
水位检测的原理在于检测CIN2引脚上电容与CIN1引脚上电容差值，当CIN2大于CIN1+0.2PF，则认为检测水，否则认为没有检测水。通过检测调整CIN1和CIN2引脚上电容差值，可以定位具体的水位检测点。
由于PCB板画好且结构固定好之后，CIN2引脚的寄生电容就固定，所以对于应用者来说，调整CIN1引脚电容C1较为重要，最终调整的目标在于CIN1与CIN2引脚上的电容较为接近，此时灵敏度为最高。
CDC为放电电容，从理论上上来推测，2*CDC>CIN通道上的电容，不是非常特殊应用的场合，CDC电容设定在15~20PF较为合适。

二、Demo PCB版图与实物图：

三、运用环境搭建
3.1 电压
供电电压建议在3.0V~5.5V，对应的接线VDD接板子+端，GND接板子-端，如下图所示：

3.2 输出方式
SC01为NMOS开漏输出方式，建议外接10K上拉，当检测到无水的时候，输出为高电平，当检测到有水的情况下，输出为低电平。
为了方便指示，本demo板在上拉端接一个LED灯指示对应水位输出。如不需要LED灯指示，可以将对应R4元器件更改为6.8K电阻。对应的输出端口接板子O端，如下图所示：

3.3 触摸传感器

水位检测的传感器，可以是平顶弹簧，螺旋弹簧，PCB板铜箔或者铜针等材料。本演示板使用是PCB铜箔，如下图所示：

3.4 测试板参数

四、参数调整步骤
4.1估算CIN2通道电容值，确定CDC电容值，通道电容与CDC电容关系：2*CDC>CIN2。常规的设计CIN2电容一般会20PF以内，我们固定20PF电容去调整，注意CDC电容，切勿在5PF以内。
4.2将PCB固定在待测水位点，如下所示：

4.3、固定好位置之后，我们接下来调整电容只有通道CIN1引脚上C1电容值。
4.3.1 估算电容通道CIN2电容，选取C1电容4PF作为参考，开始调整。给系统上电，往容器杯中注入水。
如果此时水位漫过检测点，触摸输出点仍然为高，指示灯不响应。此过程说明C1电容偏大。则降低C1，继续测试。
如果一上电，或者加水水位还未达到检测点，触摸输出点为低，指示灯已响应，说明此过程C1电容偏小，则需要往上调整电容，继续测试。
4.3.2针对我们Demo板，需要降低C1电容，反复如上步骤去辨别水位是否偏高或者偏低。
4.3.3 当C1电容定位1.6PF的时候，此时当水位漫过检测点时候，触摸输出点为低电平，指示灯响应。

4.3.6 最终确定C1= 1.5PF为最合适的水位检测点。
注意：此过程建议使用常见的高精度NPO材质电容去作调整，精度越高越好，调整到待测水位点附近，也就是刚好靠近PAD中间部位。
4.4 当电容调整到C1值调整到接近触摸PAD中间的部位的时候，固定C1值，由于常规的电容值并没有那么齐全，此时可以通过调整CDC电容，使得水位点更为精准，
调试过程中，如果测试出现电容值大电容值刚好在水位检测上，而选择小一点的电容刚好在水位点下方，水位点刚好在两个电容值的中间，这个时候应该选择较为接近水位点的电容值，在通过微调CDC引脚电容，如水位点偏高，适当降低CDC电容值，如果水位点偏低，适当提高CDC电容值，从实际测试总结来看，CDC引脚上的电容的影响比C1引脚上的影响差很多，所以CDC可以用于做适当的微调功能。
五、C1电容的影响
C1电容的作用主要是作为CIN1通道存在的电容与触摸传感器通道CIN2寄生电容的直接比较，如果CIN2通道的电容大于CIN1+0.2PF，则判断为有水，否则为无水，又由于常规设计CIN2通道寄生电容比较小，所以C1一般调整范围在1~10PF以内调整。实测C1对于水位点影响如下表格：

五、CDC电容的影响
CDC主要是CIN2通道感应出电容的变化，触摸PAD越大，对应产生CIN2于CIN1之间插值就更容易，触摸通道对应的灵敏度的就提高，如下表格CDC对水位点的影响：

六、layout设计
6.1 水位检测触摸传感器类型
6.1.1 贴容器壁类型，如下图所示：

备注：由于水位检测对于结构设计要求比较严格，对于传感器本身寄生电容设计要尽量低，所以建议在版图及结构上设计的时候保持与我们沟通，避免在结构设计上造成不必要的麻烦。欢迎随时咨询!!!

Leven Cai 蔡明柱
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