基于LDC1314電感數字傳感器的智能循跡小車控制與設計

王宇欣

摘要：自動循跡智能小車利用傳感器LDC1314掃描式檢測，并將檢測信號送至12單片機進行處理，從而準確控制直流電機的速度及聲光系統，實現按鐵絲軌道循跡并檢測硬幣。同時采用編碼器實現對電機轉速的檢測，將信號送至單片機進行運算，得到行駛距離，并和時間一起在LCD顯示屏上實時顯示。經測試，系統具有良好的自適應性，循跡穩定，硬幣識別準確，實時顯示距離及時間效果好，實現了預設提出的各項要求。

關鍵詞：STC12LE5A60S2；LDC1314；直流電機；舵機

1 引言

國外很多高校和科研機構研究智能車較早，已有許多技術成熟的產品，我國進行智能車的研究起步較晚，但經濟的快速發展必將為智能車的研究提供一個更加廣闊的前景。通過應用自動控制原理、運動控制系統和傳感器技術等相關知識，設計了一個對金屬軌道自動循跡和識別硬幣的小車控制系統。該設計以C12單片機作為控制核心，使用金屬傳感器 LDC1314和測速光電編碼器來采集相關的數據信息，對智能小車進行了硬軟件設計，實現了小車沿著金屬軌道快速直行、轉彎、測距和記時及識別硬幣的功能。

2 系統的方案論證

本設計制作了一個自動循跡智能小車，該小車在規定的直徑為0.6～0.9mm的細鐵絲跑道上自動循跡前進，同時顯示小車行駛的距離和時間，并對跑道上任意放置的硬幣進行檢測并發出提示音。跑道示意圖如圖1所示，圖中所有圓弧的半徑均為為20cm±2cm。根據預設的目標要求，對系統方案進行了詳細的比較論證，具體如下：

2.1電機選擇

方案一：選擇步進電機。步進電機與其他設備進行接口方便，它的精度較好，在執行過程中沒有累計誤差，且步進電機的步數是通過脈沖數量來控制的，因此它定位較精準，但反應速度卻不是特別快。

方案二：選擇普通直流電機。其定位雖不及步進電機精準，但速度很容易控制，且反應快，但本次設計要求對小車行駛的距離進行顯示，如果選用普通直流電機，需加測速模塊，增加了硬件電路設計的復雜性。

方案三：選擇直流電機外加編碼器測速。簡化了硬件設計，且同時具有普通直流電機的優勢。因此，選擇方案三，電機具體型號為540，驅動采用RZ7886芯片驅動模塊實現，測速用E6A2-CW3C編碼器實現。

2.2傳感器選擇

（1）本次設計需要小車對鐵絲軌道進行探測并循跡，同時還需要檢測硬幣，可以采用TI公司LDC1314或LDC1000任意一款傳感器。據查資料了解到LDC1314傳感器功耗低、結構簡單、成本低，且能滿足系統檢測要求，最終設計中選定了LDC1314傳感器。

（2） 為實時顯示小車運行距離，采用了霍爾編碼器檢測電機轉速（直流電機中自帶），通過將編碼器檢測到的數據送至單片機進行具體計算得到距離值并加以顯示。

2.3鐵絲及硬幣檢測方案

方案一：將傳感器LDC1314直接固定在車體底部并盡量貼近軌道，對鐵絲和硬幣進行檢測，比較檢測數據值，控制電機按既定軌道運行，此檢測方法檢測范圍窄，會出現誤判，導致小車運行時偏離軌跡幾率大。

方案二：在車體底部安裝傳感器LDC1314掃描式檢測，輸入信號給單片機，舵機的運動通過單片機輸出PWM來控制，當PWM值變化時，可以改變舵機的位置。檢測范圍寬，比較的數值為一個數據段，控制靈活，小車運行穩定。

經不斷試驗，選用了方案二，舵機選用型號MG-996R

2.4 測距方案

方案一：檢測小車運行時霍爾編碼器輸出的脈沖個數，采用適合于低速的T法測速，計算得到電機的實時轉速，乘以時間，計算得出距離。

方案二：檢測小車運行時霍爾編碼器輸出的脈沖個數，用測得的脈沖數除以車輪運行一周的脈沖數，再乘以車輪的周長計算得出距離。

經測試，方案一檢測出的實時距離誤差較小，因此選擇方案一。

2.5 系統總體設計方案

基于以上方案論證，循跡小車總體結構框架圖如圖2所示：

3 傳感器LDC1314工作原理

導體在與交變電磁（EM）場接觸時將引起磁場變化，可以采用傳感器中的電感傳感器進行檢測。一個電感器與一個電容器可以構造一個L-C振蕩器，可以用來產生電磁場。在一個LC振蕩器中，當電磁場收到干擾時，可以觀察到電感發生微小的偏移，與共振頻率存在一定關系。

利用這個原理，在LDC1314是一個電感-數字轉換器（LDC），通過測量LC諧振器的振蕩頻率。該器件輸出數字值與振蕩頻率成比例關系。此頻率測量值可以被轉換為一個等效電感。

LDC1314由前端諧振電路驅動構成，其通過一個多路復用器的有效通道序列。連接他們到芯片對傳感器頻率進行測量與數字化處理。芯片使用基準頻率來測量傳感器的頻率，基準頻率從一個內部基準時鐘（振蕩器），或外部提供的時鐘頻率。

4 軟件設計

小車控制程序主要為循跡，檢測硬幣，測距測時并實時顯示，這里主要介紹循跡及硬幣檢測主程序流程圖，如圖所示。

5 系統測試

5.1測試工具

鐵絲軌道；精度1mm的卷尺；精度1s的秒表；一角硬幣。

5.2測試方法與測試結果分析

（1）小車跑完一圈的時間及鐵絲軌跡偏離小車垂直投影的情況。

將小車放在跑道任意位置，共測試五次，記錄跑完一圈的時間及鐵絲偏離小車垂直投影的距離。

（2）小車實時顯示測距，測試情況。

小車運行過程中，LCD顯示屏上清晰可見實時顯示的距離和時間，并與小車實測距離時間進行對比。

（3）一角硬幣檢測情況。

將多個硬幣放置在鐵絲軌跡的兩側，記錄小車通過時的情況。

6 結束語

通過測試，此次設計的自動循跡小車基本實現了預期的各項需求，循跡穩定。硬幣

識別穩定，且硬幣無論放到任何位置均可檢測出。設計中所用的1314芯片功耗低，靈敏度高，很好的實現了各項功能。

通訊作者：岑強