基于LDC1314的金属探测器研究

陈腾炜　许翔

【摘 要】本文设计的是基于LDC1314芯片，具有一定功能的金属探测器。本文重点讨论的是金属探测器金属检测模块的实现过程。通过对电感数据的采集、处理及分析，结合实际，进行研究。

【关键词】LDC1314；电感；数据处理；金属探测器

0 引言

近年来，随着我国交通运输业的飞速发展，为了顺应市场发展需求，安检设备研发制造业的发展也异常的蓬勃迅速。在安检设备生产行业已有若干金属探测器生产厂家已在国内市场拥有了一些占有率。但数据显示，国产的安检装备的市场占有率只达到了约20%，甚至在民航方面的市场上，国产的安检设备还不曾涉足而入。总的来看，根本原因还是出在设备的质量问题上，因此得不到官方的一些认证。固然近些年我国自主出产安检产品的研发与推行已然取得了巨大的进步，但是仍然没有挣脱“中国制造”的框架。电路上、功能上、外形上都出现了很大程度的模仿，缺乏创造性的技术，难以与市场上的国外生产的安检产品竞争。在国际市场上，也没有国产安检设备的踪迹。但是随着我国在科学技术方面的迅速发展，研发出世界先进水平的金属探测器指日可待，使中国的金属探测器可以打开国际市场的大门。

LDC1314芯片是TI公司目前较新推出的产品，可同时外接4个线圈，对直流磁场和磁铁具有一定的免疫能力。并且得益于其易用性、低能耗、低系统成本等特性，LDC1314有助于我们大幅改进现有金属探测器解决方案，从而为所有市场（尤其是消费品和工业 应用）中的产品引入全新的感测功能。相比同类感测技术，电感感测具有更高的性能、可靠性和灵活性，而且系统成本与功耗更低。本文以MSP430F5529单片机为主控设备，通过对系统的硬件和软件设计，对基于LDC1314芯片的金属探测器进行研究。

1 系统框图

系统设计总体设计方案如图1 所示，包括了LDC1314与MSP430F5529单片机和一些简单的外设，其中LDC1314通过I2C接口与MSP430F5529实现通信，再通过I/O 口连接一些简单的外设（如1602液晶屏）就构成了一个简单的系统。

2 检测模块

LDC1314 是用于电感感测的4 通道 12 位电感数字转换器 （LDC）。LDC1314使用简便，仅需要传感器频率处于 1kHz 至 10MHz 的范围内就可以开始工作，且由于传感器频率范围 1kHz至 10MHz 较宽，所以还支持使用非常小的 PCB 线圈，从而更进一步的降低感测解决方案的成本和尺寸。當然LDC1314 还提供多个匹配良好的通道，可实现差分测量与比率测量，其中高分辨率通道的存在可支持更大的感测范围，在两倍线圈直径范围外依然可保持良好的性能。此外，我们还能够利用其中一个通道来补偿感测过程中的环境条件和老化条件，例如温度、湿度和机械漂移，使得测量结果更加的精确。最后LDC1314 能够通过 I2C 接口轻松进行配置，且四通道的LDC1314 采用 WQFN-16 封装且由于具备多通道且支持远程感测，使得LDC1314能以最低的成本和功耗实现高性能且可靠的电感感测。

总的来说，金属探测LDC1314是根据电磁感应原理制成的，当我们将一金属置于变化的磁场当中时，根据电磁感应原理就会在金属内部产生涡流，涡流产生的磁场反过来又影响原磁场，这种变化可以转换为电压幅值的变化，供相关电路进行检测。通过改变金属和线圈之间的距离得到不同的值，对前端探测到的数据进行再处理和分析，辅助以其他各级电路，就可以做到当其中一个线圈探测有金属存在时，液晶屏显示的测试值有明显的变化。

3 测量原理

LDC1314可以检测到LC的谐振频率，而谐振频率就是用于计算LC中的L值。当频率值被LDC1314转换为数字量，由于谐振LC中的C是已知的（电板上焊接），所以根据谐振频率就能计算出L值，而且根据衰减振荡的曲线我们还可以计算出谐振电阻。

4 数据处理

根据上述测试数据，由此可以得出以下结论：

当电感线圈逐渐靠近硬币，电感数值增大且有变化较大。

5 总结

本文主要研究了LDC1314芯片的金属探测的原理，建立模型，设计一款探测金属物质探测器，通过 I2C 接口对 LDC1314 进行寄存器初始化值配置和测量结果的读取，测量结果又通过单片机外接的 1602 实时显示。LDC1314 具有 4 个检测通道，外接4 个不同的线圈就可以达到不同的检测目的。对金属物质进行检测和数据读取，实验结果表明该设计可以高效、准确地探测到金属。

【参考文献】

[1]杨伟祎，郭颖，王雪峰，等.基于TI杯电子竞赛的金属探测系统设计[D].抚顺：辽宁石油化工大学，2015.

[2]黄勇.金属探测器的研究与设计[D].广州：华南理工大学，2010.

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

[4]TI.LDC-Q1. ZHCSCS2B， 2014.

[责任编辑：朱丽娜]