基于LDC1314的金屬探測器研究

陳騰煒　許翔

【摘 要】本文設計的是基于LDC1314芯片，具有一定功能的金屬探測器。本文重點討論的是金屬探測器金屬檢測模塊的實現過程。通過對電感數據的采集、處理及分析，結合實際，進行研究。

【關鍵詞】LDC1314；電感；數據處理；金屬探測器

0 引言

近年來，隨著我國交通運輸業的飛速發展，為了順應市場發展需求，安檢設備研發制造業的發展也異常的蓬勃迅速。在安檢設備生產行業已有若干金屬探測器生產廠家已在國內市場擁有了一些占有率。但數據顯示，國產的安檢裝備的市場占有率只達到了約20%，甚至在民航方面的市場上，國產的安檢設備還不曾涉足而入。總的來看，根本原因還是出在設備的質量問題上，因此得不到官方的一些認證。固然近些年我國自主出產安檢產品的研發與推行已然取得了巨大的進步，但是仍然沒有掙脫“中國制造”的框架。電路上、功能上、外形上都出現了很大程度的模仿，缺乏創造性的技術，難以與市場上的國外生產的安檢產品競爭。在國際市場上，也沒有國產安檢設備的蹤跡。但是隨著我國在科學技術方面的迅速發展，研發出世界先進水平的金屬探測器指日可待，使中國的金屬探測器可以打開國際市場的大門。

LDC1314芯片是TI公司目前較新推出的產品，可同時外接4個線圈，對直流磁場和磁鐵具有一定的免疫能力。并且得益于其易用性、低能耗、低系統成本等特性，LDC1314有助于我們大幅改進現有金屬探測器解決方案，從而為所有市場（尤其是消費品和工業 應用）中的產品引入全新的感測功能。相比同類感測技術，電感感測具有更高的性能、可靠性和靈活性，而且系統成本與功耗更低。本文以MSP430F5529單片機為主控設備，通過對系統的硬件和軟件設計，對基于LDC1314芯片的金屬探測器進行研究。

1 系統框圖

系統設計總體設計方案如圖1 所示，包括了LDC1314與MSP430F5529單片機和一些簡單的外設，其中LDC1314通過I2C接口與MSP430F5529實現通信，再通過I/O 口連接一些簡單的外設（如1602液晶屏）就構成了一個簡單的系統。

2 檢測模塊

LDC1314 是用于電感感測的4 通道 12 位電感數字轉換器 （LDC）。LDC1314使用簡便，僅需要傳感器頻率處于 1kHz 至 10MHz 的范圍內就可以開始工作，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，從而更進一步的降低感測解決方案的成本和尺寸。當然LDC1314 還提供多個匹配良好的通道，可實現差分測量與比率測量，其中高分辨率通道的存在可支持更大的感測范圍，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通道來補償感測過程中的環境條件和老化條件，例如溫度、濕度和機械漂移，使得測量結果更加的精確。最后LDC1314 能夠通過 I2C 接口輕松進行配置，且四通道的LDC1314 采用 WQFN-16 封裝且由于具備多通道且支持遠程感測，使得LDC1314能以最低的成本和功耗實現高性能且可靠的電感感測。

總的來說，金屬探測LDC1314是根據電磁感應原理制成的，當我們將一金屬置于變化的磁場當中時，根據電磁感應原理就會在金屬內部產生渦流，渦流產生的磁場反過來又影響原磁場，這種變化可以轉換為電壓幅值的變化，供相關電路進行檢測。通過改變金屬和線圈之間的距離得到不同的值，對前端探測到的數據進行再處理和分析，輔助以其他各級電路，就可以做到當其中一個線圈探測有金屬存在時，液晶屏顯示的測試值有明顯的變化。

3 測量原理

LDC1314可以檢測到LC的諧振頻率，而諧振頻率就是用于計算LC中的L值。當頻率值被LDC1314轉換為數字量，由于諧振LC中的C是已知的（電板上焊接），所以根據諧振頻率就能計算出L值，而且根據衰減振蕩的曲線我們還可以計算出諧振電阻。

4 數據處理

根據上述測試數據，由此可以得出以下結論：

當電感線圈逐漸靠近硬幣，電感數值增大且有變化較大。

5 總結

本文主要研究了LDC1314芯片的金屬探測的原理，建立模型，設計一款探測金屬物質探測器，通過 I2C 接口對 LDC1314 進行寄存器初始化值配置和測量結果的讀取，測量結果又通過單片機外接的 1602 實時顯示。LDC1314 具有 4 個檢測通道，外接4 個不同的線圈就可以達到不同的檢測目的。對金屬物質進行檢測和數據讀取，實驗結果表明該設計可以高效、準確地探測到金屬。

【參考文獻】

[1]楊偉祎，郭穎，王雪峰，等.基于TI杯電子競賽的金屬探測系統設計[D].撫順：遼寧石油化工大學，2015.

[2]黃勇.金屬探測器的研究與設計[D].廣州：華南理工大學，2010.

[3]TI.LDC1312，LDC1314 Multi-Channel 12-Bit inductance to Digital Converter （LDC） for Inductive Sensing ，2014.

[4]TI.LDC-Q1. ZHCSCS2B， 2014.

[責任編輯：朱麗娜]