基于LDC1314的金屬探測器研究

陳騰煒　許翔

【摘 要】本文設(shè)計的是基于LDC1314芯片，具有一定功能的金屬探測器。本文重點(diǎn)討論的是金屬探測器金屬檢測模塊的實(shí)現(xiàn)過程。通過對電感數(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；金屬探測器

0 引言

近年來，隨著我國交通運(yùn)輸業(yè)的飛速發(fā)展，為了順應(yīng)市場發(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)已有若干金屬探測器生產(chǎn)廠家已在國內(nèi)市場擁有了一些占有率。但數(shù)據(jù)顯示，國產(chǎn)的安檢裝備的市場占有率只達(dá)到了約20%，甚至在民航方面的市場上，國產(chǎn)的安檢設(shè)備還不曾涉足而入。總的來看，根本原因還是出在設(shè)備的質(zhì)量問題上，因此得不到官方的一些認(rèn)證。固然近些年我國自主出產(chǎn)安檢產(chǎn)品的研發(fā)與推行已然取得了巨大的進(jìn)步，但是仍然沒有掙脫“中國制造”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)，難以與市場上的國外生產(chǎn)的安檢產(chǎn)品競爭。在國際市場上，也沒有國產(chǎn)安檢設(shè)備的蹤跡。但是隨著我國在科學(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(chǎn)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(tǒng)成本等特性，LDC1314有助于我們大幅改進(jìn)現(xiàn)有金屬探測器解決方案，從而為所有市場（尤其是消費(fèi)品和工業(yè) 應(yīng)用）中的產(chǎn)品引入全新的感測功能。相比同類感測技術(shù)，電感感測具有更高的性能、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，通過對系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計，對基于LDC1314芯片的金屬探測器進(jìn)行研究。

1 系統(tǒng)框圖

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

2 檢測模塊

LDC1314 是用于電感感測的4 通道 12 位電感數(shù)字轉(zhuǎn)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(nèi)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(jìn)一步的降低感測解決方案的成本和尺寸。當(dāng)然LDC1314 還提供多個匹配良好的通道，可實(shí)現(xiàn)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(bǔ)償感測過程中的環(huán)境條件和老化條件，例如溫度、濕度和機(jī)械漂移，使得測量結(jié)果更加的精確。最后LDC1314 能夠通過 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，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。

總的來說，金屬探測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當(dāng)中時，根據(jù)電磁感應(yīng)原理就會在金屬內(nèi)部產(chǎn)生渦流，渦流產(chǎn)生的磁場反過來又影響原磁場，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。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(shù)據(jù)進(jìn)行再處理和分析，輔助以其他各級電路，就可以做到當(dāng)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(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)諧振頻率就能計算出L值，而且根據(jù)衰減振蕩的曲線我們還可以計算出諧振電阻。

4 數(shù)據(jù)處理

根據(jù)上述測試數(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芯片的金屬探測的原理，建立模型，設(shè)計一款探測金屬物質(zhì)探測器，通過 I2C 接口對 LDC1314 進(jìn)行寄存器初始化值配置和測量結(jié)果的讀取，測量結(jié)果又通過單片機(jī)外接的 1602 實(shí)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(dá)到不同的檢測目的。對金屬物質(zhì)進(jìn)行檢測和數(shù)據(jù)讀取，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該設(shè)計可以高效、準(zhǔn)確地探測到金屬。

【參考文獻(xiàn)】

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[責(zé)任編輯：朱麗娜]