基于LDC1314的金屬探測(cè)器研究

陳騰煒　許翔

【摘 要】本文設(shè)計(jì)的是基于LDC1314芯片，具有一定功能的金屬探測(cè)器。本文重點(diǎn)討論的是金屬探測(cè)器金屬檢測(cè)模塊的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。通過(guò)對(duì)電感數(shù)據(jù)的采集、處理及分析，結(jié)合實(shí)際，進(jìn)行研究。

【關(guān)鍵詞】LDC1314；電感；數(shù)據(jù)處理；金屬探測(cè)器

0 引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)交通運(yùn)輸業(yè)的飛速發(fā)展，為了順應(yīng)市場(chǎng)發(fā)展需求，安檢設(shè)備研發(fā)制造業(yè)的發(fā)展也異常的蓬勃迅速。在安檢設(shè)備生產(chǎn)行業(yè)已有若干金屬探測(cè)器生產(chǎn)廠家已在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)擁有了一些占有率。但數(shù)據(jù)顯示，國(guó)產(chǎn)的安檢裝備的市場(chǎng)占有率只達(dá)到了約20%，甚至在民航方面的市場(chǎng)上，國(guó)產(chǎn)的安檢設(shè)備還不曾涉足而入。總的來(lái)看，根本原因還是出在設(shè)備的質(zhì)量問(wèn)題上，因此得不到官方的一些認(rèn)證。固然近些年我國(guó)自主出產(chǎn)安檢產(chǎn)品的研發(fā)與推行已然取得了巨大的進(jìn)步，但是仍然沒(méi)有掙脫“中國(guó)制造”的框架。電路上、功能上、外形上都出現(xiàn)了很大程度的模仿，缺乏創(chuàng)造性的技術(shù)，難以與市場(chǎng)上的國(guó)外生產(chǎn)的安檢產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)。在國(guó)際市場(chǎng)上，也沒(méi)有國(guó)產(chǎn)安檢設(shè)備的蹤跡。但是隨著我國(guó)在科學(xué)技術(shù)方面的迅速發(fā)展，研發(fā)出世界先進(jìn)水平的金屬探測(cè)器指日可待，使中國(guó)的金屬探測(cè)器可以打開(kāi)國(guó)際市場(chǎng)的大門(mén)。

LDC1314芯片是TI公司目前較新推出的產(chǎn)品，可同時(shí)外接4個(gè)線圈，對(duì)直流磁場(chǎng)和磁鐵具有一定的免疫能力。并且得益于其易用性、低能耗、低系統(tǒng)成本等特性，LDC1314有助于我們大幅改進(jìn)現(xiàn)有金屬探測(cè)器解決方案，從而為所有市場(chǎng)（尤其是消費(fèi)品和工業(yè) 應(yīng)用）中的產(chǎn)品引入全新的感測(cè)功能。相比同類(lèi)感測(cè)技術(shù)，電感感測(cè)具有更高的性能、可靠性和靈活性，而且系統(tǒng)成本與功耗更低。本文以MSP430F5529單片機(jī)為主控設(shè)備，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)，對(duì)基于LDC1314芯片的金屬探測(cè)器進(jìn)行研究。

1 系統(tǒng)框圖

系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)方案如圖1 所示，包括了LDC1314與MSP430F5529單片機(jī)和一些簡(jiǎn)單的外設(shè)，其中LDC1314通過(guò)I2C接口與MSP430F5529實(shí)現(xiàn)通信，再通過(guò)I/O 口連接一些簡(jiǎn)單的外設(shè)（如1602液晶屏）就構(gòu)成了一個(gè)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)。

2 檢測(cè)模塊

LDC1314 是用于電感感測(cè)的4 通道 12 位電感數(shù)字轉(zhuǎn)換器 （LDC）。LDC1314使用簡(jiǎn)便，僅需要傳感器頻率處于 1kHz 至 10MHz 的范圍內(nèi)就可以開(kāi)始工作，且由于傳感器頻率范圍 1kHz至 10MHz 較寬，所以還支持使用非常小的 PCB 線圈，從而更進(jìn)一步的降低感測(cè)解決方案的成本和尺寸。當(dāng)然LDC1314 還提供多個(gè)匹配良好的通道，可實(shí)現(xiàn)差分測(cè)量與比率測(cè)量，其中高分辨率通道的存在可支持更大的感測(cè)范圍，在兩倍線圈直徑范圍外依然可保持良好的性能。此外，我們還能夠利用其中一個(gè)通道來(lái)補(bǔ)償感測(cè)過(guò)程中的環(huán)境條件和老化條件，例如溫度、濕度和機(jī)械漂移，使得測(cè)量結(jié)果更加的精確。最后LDC1314 能夠通過(guò) I2C 接口輕松進(jìn)行配置，且四通道的LDC1314 采用 WQFN-16 封裝且由于具備多通道且支持遠(yuǎn)程感測(cè)，使得LDC1314能以最低的成本和功耗實(shí)現(xiàn)高性能且可靠的電感感測(cè)。

總的來(lái)說(shuō)，金屬探測(cè)LDC1314是根據(jù)電磁感應(yīng)原理制成的，當(dāng)我們將一金屬置于變化的磁場(chǎng)當(dāng)中時(shí)，根據(jù)電磁感應(yīng)原理就會(huì)在金屬內(nèi)部產(chǎn)生渦流，渦流產(chǎn)生的磁場(chǎng)反過(guò)來(lái)又影響原磁場(chǎng)，這種變化可以轉(zhuǎn)換為電壓幅值的變化，供相關(guān)電路進(jìn)行檢測(cè)。通過(guò)改變金屬和線圈之間的距離得到不同的值，對(duì)前端探測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行再處理和分析，輔助以其他各級(jí)電路，就可以做到當(dāng)其中一個(gè)線圈探測(cè)有金屬存在時(shí)，液晶屏顯示的測(cè)試值有明顯的變化。

3 測(cè)量原理

LDC1314可以檢測(cè)到LC的諧振頻率，而諧振頻率就是用于計(jì)算LC中的L值。當(dāng)頻率值被LDC1314轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，由于諧振LC中的C是已知的（電板上焊接），所以根據(jù)諧振頻率就能計(jì)算出L值，而且根據(jù)衰減振蕩的曲線我們還可以計(jì)算出諧振電阻。

4 數(shù)據(jù)處理

根據(jù)上述測(cè)試數(shù)據(jù)，由此可以得出以下結(jié)論：

當(dāng)電感線圈逐漸靠近硬幣，電感數(shù)值增大且有變化較大。

5 總結(jié)

本文主要研究了LDC1314芯片的金屬探測(cè)的原理，建立模型，設(shè)計(jì)一款探測(cè)金屬物質(zhì)探測(cè)器，通過(guò) I2C 接口對(duì) LDC1314 進(jìn)行寄存器初始化值配置和測(cè)量結(jié)果的讀取，測(cè)量結(jié)果又通過(guò)單片機(jī)外接的 1602 實(shí)時(shí)顯示。LDC1314 具有 4 個(gè)檢測(cè)通道，外接4 個(gè)不同的線圈就可以達(dá)到不同的檢測(cè)目的。對(duì)金屬物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)和數(shù)據(jù)讀取，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該設(shè)計(jì)可以高效、準(zhǔn)確地探測(cè)到金屬。

【參考文獻(xiàn)】

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[4]TI.LDC-Q1. ZHCSCS2B， 2014.

[責(zé)任編輯：朱麗娜]