【洗衣机洗涤水位怎么分】工程师须知| ES32H040x水位检测

ES32H040x水位检测

水位检测原理

洗衣机电器需要可靠的水位检查系统。

常用洗衣机水位信号状态为空桶、低数量、重水、高容量、万水5种水位信号、水位检测电路向洗衣机的控制系统发送不同的信号，准备洗衣机的下一步动作。

现有的典型洗衣机测试系统包括：

如图所示，洗衣机的水进入煤气炉后，空气中的空气会被挤压，挤压程度与洗衣机的水位高低直接相关。(大卫亚设，Northern Exposure(美国电视剧)，洗衣机，洗衣机，洗衣机，洗衣机)

与煤气炉连接的传感器模块实际上是LC电路，气压会将磁芯棒推到线圈上，从而改变线圈的电感L值。

该系统与现有芯片4069(逆电流器)一起构成振动电路，由于水位的变化，核心发生位移，电感L值发生变化，引起系统LC振动电路的频率变化，振动电路通过微控制器MCU检测频率的变化，反算水位位置。

ES32H040x系列是集成了东软波微电子推出的水位检测电路的32位M0 MCU。

芯片上集成了这种类型的4069电路，洗衣机的水位传感器可以自行振动。

如何使测试结果更准确

以下内容介绍了如何使测试结果更准确、如何进行10级水位测试、进行10级水位测试的必要条件和实现方法。

首先分析几个主要传感器。主要区别在于检测中心频率不同，20KHz也是40KHz，在水位不同的条件下，频率会发生偏移。因此，影响水位检测精度的主要参数是测量振动频率的系统时钟的精度、测量精度和计算精度。

从市面上的几个传感器参数来看，最难的是能够检测10二级水位的传感器，使用这个传感器作为采样参数，反超我们MCU的时钟精度要求。(阿尔伯特爱因斯坦)(以英语发言)。

水位传感器参数之一如下：

水位状态

检测频率

L0(空桶)

41.2 KHz

L1

40.6 KHz

L2

40.3 KHz

L3

40.0 KHz

L4

39.7 KHz

L5

39.5 KHz

L6

39.3 KHz

L7

39.1 KHz

L8

38.9 KHz

L9

38.7 KHz

L10

38.5 KHz

补水

38.7 KHz

最小齿轮差为0.2KHz，因此可以可靠地区分需要0.1KHz以下的精度，40K的频率由正负0.1KHz控制。在此反方向上，24M OSC精度必须转换为正负0.124M/40K=60KHz，24M OSC精度必须转换为120K/。

请参阅使用其他传感器的5段(3 2段)水位：

水位状态

检查

频率

L0 (初始水位)

42.3 KHz

L1

41.7 KHz

L2

41.2 KHz

L3

40.8 KHz

L4 (溢水)

36.5 KHz

同样原理换算至24M精度需求为0.45K/40K=1.125%以内，24M OSC需要控制为正负0.56%。

水位检测模块为保证水位检测精度，需要控制OSC精度。目前主流MCU内部晶体很难控制在这个数值范围内，一般内晶的误差会超过1%。

不排除档位少的传感器，在经过空桶校准后可用的情况，但从技术角度很难控制，所以用来做水位检测还是建议使用外部晶振（外晶精度一般在正负20PPM，精度足够）。

采用40K的传感器，每个波形的周期大致为25uS。此时必须使用高频率的时钟来计数运算，从而提升测量的精度。

ES32H040x的主频最高可以达到48MHz，这样水位传感器的一个周期可以计数25×48=1200，如果计数多1或少1，反推过来的频率产生的误差为（以少1为例）48×1000000us/1199=40033.36因此在MCU系统中测量周期的计数误差会是33Hz的整数倍。

以上述10档水位传感器的标准，误差不能超过100Hz，因此周期计数范围波动不能超过3，这时候的MCU的舍入误差影响也是比较大的。

我们可以从以下几个方面，继续控制采样计数的精度：1.采样多次求平均值。2.一次计很多次脉冲。3.计算时注意保留小数部分。

采用多次求平均的ES32H040x的实现：ES32H040x支持水位检测模块输入后通过外设互联后触发一个16位TIMER的捕捉中断服务，用来捕捉脉冲的周期，然后经多次采样后再平均。此种方式程序简单，但会导致中断频繁，占用MCU大量运行资源，并不建议使用。

建议方式一：

使用DMA传输数据，多次采样仅触发一次中断。

例如，使用DMA传输捕获到的水位数据，且每8个脉冲执行一次捕获采样（周期×8），采样1001次后DMA中断，总共得到1000个数据（8000个脉冲），此时的时间消耗为8/40 =200MS。然后进行数据处理，按大小排序后取中间的800个数据再取平均值。

注意数据量较大的除法要保留小数部分；使用浮点数运算，以免产生求整数的舍入误差；最终的结果保留至小数点后2位数据。

建议方式二：

增加每一次捕获采样捕获的脉冲数。如上例每8个脉冲执行一次捕获采样，虽然芯片的捕获功能不足以捕获8000个脉冲执行一次捕获采样，但可以用另一种方式实现。

同样也是使用DMA功能，用来采8000个脉冲后产生中断结束一次批量采样，只是要使用另外一组定时器用来计数。

从接到第一帧数据中断开始计时，计8001个脉冲的周期内的OSC个数。

使用16位的定时器，进定时中断时把计数转存在一个长型变量里进行累加，这样当DMA中断时（8000个脉冲完成）长型变量里计数+现有定时器中的计数值为8000个脉冲的OSC个数，再然后直接除去8000，计数周期值注意采用浮点数保留2位小数。

经过以上处理得到的结果将是一个稳定的数据。8000个脉冲周期仅200MS，对洗衣机来说每秒或几秒钟一次的数据频次已经足够。并不会导致采样多次造成的数据输出时间过长。

总结

ES32H040x芯片的水位检测模式分二线制与三线制，无论哪种方式，上述的计算方式都适用。

另外，ES32H040x具有128K Byte Flash，8K Bytes Ram空间，LQFP48封装，31路增强型触摸检测通道，支持LCD 与LED显示驱动，16通道12位ADC及多路TIMER，RTC功能，2路IIC，2路SPI，1路UART，2路USART，1路LPUART。