LDC1000的金属物体探测定位器Word下载.docx

1、 2.1 LDC1000的简介 Ldc1000是美国德州仪器公司TI推出的一块全新的电感数字转换器（LDC），具有低功耗，小封装，低本钱的优良性质。它的SPI界面可以很方便的连接MCU。LDC1000只需要外接一个PCB线圈或者自制线圈就可以实现非接触式电感检测。LDC1000的电感检测并不是指像Q表那样测试线圈的电感量，而是可以测试外部金属物体和LDC1000相连的测试线圈的空间位置关系。 利用LDC1000这个特性配以外部设计的金属物体即可很方便实现，水平或垂直距离检测；角度检测；位移监测；运动检测；振动检测；金属成分检测；可以广泛应用在汽车、消费电子、计算机、工业、通信和医疗领域。 2.

2、2 其他传感器的缺点 其他的传感技术：大致上可以分为六大种，1开关传感器，它的本钱很低但是在恶劣环境下不可靠；2压力感测器，比前者可靠，但是分辨率有限而且不适合远距离传感；3超声波传感，是一种前沿技术，有着很高的精度，但不适合于恶劣的环境；4电容式传感器，是智能手机普遍采用的传感器，具有灵敏度高，但是物体的选择性差；5霍尔传感器，它需要磁体和校准；6光学传感器，在恶劣的环境下不可靠。 2.3 LDC1000的主要特点 LDC1000将线圈和弹簧用作电感传感器，使它能在更低的系统本钱下，保持和实现更高的分辨率、可靠性以及灵活性。LDC1000不仅可以测量位置，运动。或者金属和导体的构成，甚至可以

3、检测弹簧的压缩、扩张与扭曲度，应用的范围非常广泛。放眼现在存在的传感器，无论是高灵敏度还是高精度的高端传感器，更甚是低端、低本钱的输出仅为“0和“1的开关传感器，这些功能TI公司首创的LDC1000都可以完美胜任。LDC技术的优势表达： 1.更高的分辨率：通过16位共振阻抗以及24位电感值，在位置感应应用中可实现亚微米级的分辨率； 2.更高的可靠性：提供非接触传感技术，这样就防止了与油污尘土等非导电污染物的影响，可以延长设备的使用寿命； 3.更高的灵活性：允许传感器远离电子产品安放，处于PCB无法安置的地理位置； 4.更低的本钱：采用低本钱传感器以及传导目标，更不像霍尔传感器一样需要磁体； 5

4、.无限的可能性：支持压缩的金属薄片或导油墨的目标，为创新性系统提供了无限的可能； 6.更低的系统功率：在标准工作时的工作功率缺乏8.5mw，在待机模式下功率缺乏1.25mw； 2.4 LDC的原理和内部构造 LDC实际上是一个特殊的ADC，外接一个传感线圈。它的采集的信号有两个：传导的目标接近时导致的线圈涡流损耗RP）,以及线圈的电感值L）。根据线圈的不同，这个传感回路的震荡频率范围为5KHZ5MHZ,涡流损耗Rp的分辨率是16位，电感测量L的分辨率为24位。为了进一步减小传感器的体积和本钱，传感线圈可采用PCB线圈。 LDC1000的检测原理是利用大学物理中学到的电磁感应原理。在PCB线圈或

5、者自制线圈中加上交变电流，线圈周围就会产生交变磁场。这时，如果有金属物体的进入磁场，将会在金属的外表产生涡流。涡流电流跟线圈的电流方向相反，产生的电磁场与线圈产生的相反。所以，涡流是金属物体距离，大小，成分的函数。涡流产生的反向磁场与线圈耦合在一起，就象是有另一个次先线圈一样，这样就形成一个变压器。由变压器的互感作用，在初级线圈的这一侧就可以检测到次级线圈的参数。所以当有金属物体接近时，就会使传感器的数值发生变化，对这一变化进展判断便可根本确定硬币的位置。理论上其感应信号最大的地方为它的中心，程序可以根据一个准确的定位，使传感器上的标志物指向金属物体的中心。图1 LDC实物图图2 LDC100

6、0内部构造图图3 LDC100原理图涡流产生的反向磁场跟线圈耦合在一起，就象是有另一个次级线圈一样。这样LDC1000的线圈作为初级线圈，涡流效应作为次级线圈，就形成一个变压器。由于变压器的互感作用，在初级线圈这一侧就可以检测到次级线圈的参数了。 图4 互感 图中Ls是初级线圈的电感值，Rs是初级线圈的寄生电阻。Ld是互感值，Rd是互感的寄生电阻，在上图中用d表示距离的函数。交变电流如果只加在电感初级线圈上，那么在产生交变磁场的同时也会消耗大量的能量，这时将一个电容并联在电感上，由于LC振荡器的并联谐振作用能量损耗大大减小，只会损耗在Rs和Rd上 2.5 LDC1000模块设计（1）LDC10

7、00硬件设计引脚的连接和线图的设计图5 LDC1000与MCU的连接原理图图6 LDC电路图 LDC1000与MCU的连接如图。采用了四线制SPI的连接方式，MCU通过SPI连接SDI、SDO、SCLK、CSB实现对LDC1000的控制，以及数据的读取。在SPI通信中，LDC1000表达了Slave的角色。LDC1000界面F5529LP界面MCU界面说明SDOP4.2/UCB1SOMIMISOSPI数据输出SDIP4.1/UCB1SOMIMOSISPI数据输入SCLKP4.3/UCB1CLKSPI时钟信号CSBP4.0/UCB1STEGPIO从设备使能信号INTP1.2INT/GPIO中断界

8、面TB CLKP1.0/ACLKTimer/Aux CLK频率计数时钟频率VIO3V3供电界面+5V5VGNDNAP7.0红色LEDP1.1绿色LED表格1 数据管脚定义表界面 按照上述进展硬件连接，连接时用2*5的双排排母到EVM 板上，再用杜邦线将排母连接到MSP420F5529LP相应的管脚上，完成后，先用万用表测试，看单片机和LDC1000是否连通。在确保连通的情况下再用USB线将MSP420F5529LP跟计算机相连。 2.6 LDC1000软件设计 （1）SPI界面的设计 SPI在应用中有四根信号线：MOSI;MISO;SCK;SS MOSI：主器件数据输出，从器件数据输入。 MI

9、SO: 主器件数据输入，从器件数据输出。 SCK: 时钟信号，由主设备控制发出。 SS： 从设备选择信号，由主设备控制。 图7 SPI总线 使用MSP430F5529硬件SPI界面模块，按照选择的模块引脚对SPI进展配置，函数的参数值的选定应该根据LDC1000的SPI通信协议SPI通信的时序在主机MSP430）和从机LDC1000）进展通讯的时候，应该遵循以下几个步骤：1.片选信号置零；2.MSP430通过SPI线向LDC1000写入访问存放器地址，其中最高位0表示写入，1表示读出，其余7位为存放器的地址；3.占据八个时钟周期，这段时间内SDO线处于高阻状态；4.如果命令在读写状态时，传输的

10、数据最高位为1，SDO在线发送来自其他地址存放器的8位字节；5.如果命令在读写状态时，SDI线接收来自MSP430的8位字节数据写入相应的存放器中；6.片选信号置高，释放对该从机的控制。图8 LDC1000 SPI 读写时序 2.7 LDC1000内部存放器的设置 （1）RpMIN和RpMAX值的设定为了保证Rp的实际值落在采样区间内部，而且还要保持一定的精度，就需要我们进展合理的设置RpMIN和RpMAX存放器的数值，我们可以通过一些简单的方法测出Rp等效的最大值和最小值。首先通过表格选取两个适宜的RpMIN和RpMAX值填入存放器中；然后我们将金属物体放在距离线圈最近的地点，将RpMIN的

11、值一步一步增大使得CODE值接近25000时，选取这时的RpMIN;最后同样的方法的将金属放在线圈最远的地方，这时涡流损耗最小，RpMAX会渐渐变小，使得CODE值接近3000时，选取这时的值作为RpMAX。 （2）Rp值的计算公式 Proximity data is the LDC output ,register address 0x21and 0x22图 9 Rp与Code的关系 通过Rp的计算公式，可以看出Rp跟Rs反比，跟ADC码值成反比，所以得到结论ADC值跟Rs成正比，Rs跟LC谐振损耗正比，所以损耗越大，ADC码输出值越大，通过图中的左边可以得到Rp小于最小设定值时，却得到了最

12、大的码值，这是在物体距离线圈最近是发生的，此时的涡流到达了最大，损耗很显然最大。 （3）电感的计算公式 LDC1000测量电感频率是测试LC谐振频率的方法。LDC1000有外部的基准时钟，使计数方法来做频率计 Sensor frequency, f=（1/3）*（Fext/Fcount）*（Response Time）Fsenser是LC谐振频率，Fext是外部基准时钟频率，Fcount是LDC1000内部计数器 （4输出的数据速率 输出数据速率跟LC的谐振频率有关，计算方法如下： Output data rete = f /（Response Time/3）,Sample per second （SPS） 通过简单的化简计算我们可以得出 Output data rate =Fext/Fcount 所以输出数据速率就是外部基准时钟的Fcount分频。三、基于LDC1000的金属探测器3.1金属探测器的组成局部和功能3.1.1原件布局图 图10 金属探测器原件布局图3.1.2电源电路电子探测器采用外部电池供电，为整个系统提供三种不同的电压，分别为驱动电路 ，传感器电路，和为控制器电路提供供电，输