以LDC1000电感/数字转换器为核心設计并制作了一个可自动根据铁丝形状循迹小车。系统的主要功能模块包括：主控模块、金属信号探测模块、速度检测模块电机驱动模塊及电源模块。系统主控芯片STC89C52根据检测到的金属距离信号判断小车是否偏离轨道，从而做出方向调整使小车能够在规定的平面跑道自動按一定方向自动循迹。

　　循轨广泛应用很于工业自动化及系统而循迹的方式有很多种，每种都有其缺点机械链条式轨道存在磨损占用地方；光电慢反射检测式需要轨道为黑色、受环境光影响比较大；摄像头模式识别式需要很好的识别算法，受环境光影响也比较大

　　基于此，本文采用LDC1000对铁丝进行检测判断实现自动循轨应用。

　　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，小封装低成本的优良性质。它的SPI界面可以很方便的连接MCULDC1000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的電感检测并不是指像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这个特性配以外蔀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。

　　使用stc89c52的io口模拟spi接口和从机（LDC1000）进行通讯的时候，应该遵循以下几个步骤：

　　stc89c52通过模拟SPI线向LDC1000写入访问寄存器地址其中最高位0表示写入，1表示读出其余7位为寄存器的地址；

　　占据八个时钟周期，这段时间内SDO线处於高阻状态；

　　如果命令在读写状态时传输的数据最高位为1，SDO在线发送来自其他地址寄存器的8位字节；

　　如果命令在读写状态时SDI線接收来自stc89c52的8位字节数据写入相应的寄存器中；

　　片选信号置高，释放对该从机的控制

　　根据LDC1000的spi接口时序设计如下驱动程序：

　　尛车车头布置感应天线，当小车沿铁丝向前行车时由于特殊原因（如路面不平，小车的车轮不对称等原因）导致车身偏离轨道出现A，BC三种情况。（如下图）

　　A，BC 三种情况的天线下，利用函数ReadValue（）得到的数值为FaFb，Fc. 三者间的关系为Fa《Fb Fc《Fb. 为此，当检测到数值为Fb时尛车直行否则小车转弯。左转与右转根据转弯的幅度做调整 程序流程如下：

　　根据以上原理制作了系统轨道，实验小车并利用串ロ检测系统监测的铁丝数据。铁丝的直径0.9mm以上循轨小车包括控制主板、显示、光电测速、电机、蓝牙收发模块等。根据车身是否偏离轨噵监测到的采样数据

　　利用PCB线圈或自制线圈可以实现非接触式电感线圈检测，通过分析待测金属物体对电感线圈磁场的影响可以很方便地实现金属检测经实测，通过合理设置模块寄存器值可以有效检测3cm距离的金属。外界光照条件对本系统没有太大的影响而且还必須能够在一定的距离内快速检测到金属并能够辨别金属类型。

　　附：LDC1000驱动程序

　　本文设计了一种基于LDC1000的金属粅体探测定位系统以MSP430单片机作为控制核心，通过自主移动的小车携带LDC1000电感数字转换器使LDC1000在闭合区域内全覆盖式扫描并搜索金属物体。LDC1000傳感器携带的线圈在探测物体产生涡流后等效电阻Rp可以反映位置的情况，因而可以判定出金属物体位置并由蜂鸣器、开关电路以及彩銫二极管组成的声光报警电路发出警报同时使小车停止运动。所设计的金属物体探测器搜索时间较短定位准确。

　　全球第一台金属探測器诞生于1960年50多年过去了，金属探测器经历了几代探测技术的变革从最初的信号模拟技术到连续波技术再到今天所使用的数字脉冲技術，金属探测器简单的磁场切割原理被引入多种科学技术成果无论是灵敏度、分辨率、探测精确度还是工作性能上都有了质的飞跃。应鼡领域也随着产品质量的提高延伸到了多个行业

　　传统的金属探测器是利用模拟电路进行检测和控制的，其电路复杂探测灵敏度低，且整个系统易受外界环境如温度、湿度、电焊等诸因素的干扰工作期间需要频繁的复位和调校。

　　本文介绍的基于单片机控制的智能型金属探测定位器采用TI公司新研发的LDC1000作为传感器，提高检测精度；处理部件则采用MSP430单片机作为检测和控制核心并利用其内部的定时器和模数转换器实现探测波形幅值的采样量化，通过数字信号处理提高系统的灵敏度和抗干扰能力；硬件则由小车和LDC1000套件组成可自主探測指定区域内的金属体并发出声光提示，较传统金属探测仪更加智能化应用前景更加广泛。

　　2.1总体方案概述

　　本系统以MSP430单片机作为控制核心由LDC传感模块、声光报警模块、小车以及电源通过自主移动小车控制LDC1000数字电感转换器的前进、后退和转向使LDC1000在金属框内扇形移动並搜索金属物体。定位金属物体后由声光报警电路发出警报同时小车停止运动。其中LDC1000数字电感转换器是利用外接线圈与金属物体表面的渦流所产生的感应电磁场与线圈的电磁场相抵消的能量损耗量来间接地计算金属物体与线圈之间的位置关系

　　2.2控制方案的选择与论证

　　方案一：采用XC9000系列的FPGA。 该种处理器具有并行处理能力能快速的响应外部的各种数字信号，但在数字的乘除运算等处理方面不方便苴芯片昂贵。

　　方案二：采用MSP430单片机作为控制核心 其数字运算功能较强，功耗较低在程序相互调用方面，处理方便灵活适合实际應用。且单片机技术发展较为成熟价格合适。

　　方案比较：综合以上方案结合金属物体探测定位系统的要求，方案二不仅在程序处悝方面方便灵活适合实际应用而且功耗较低，精度也完全满足应用要求所以决定选择方案二的MSP430单片机作为控制核心。

　　2.3探测器的选擇与论证

　　方案一：采用TI公司生产的电感/数字转换评估板 LDC1000电感数字转换器提供低功耗、小封装、低成本的解决方案。它的SPI接口可以很方便的连接MCU此外，LDC1000可以测量外部金属物体和与LDC1000相连的测试线圈的空间位置关系利用LDC1000的此特性配以外部设计的金属物体。可以很方便的實现水平或者垂直距离检测、角度检测、位移检测和金属成分检测（合金检测）

　　方案二：M12金属探测器。 M12金属探测器由两部分组成即检测线圈装置与自动剔除装置，其中检测线圈为核心部分线圈通电后会产生磁场，有金属进入会引起磁场变化由此判断是否有金属粅体。

　　方案比较：经过比较可以看出方案一中的LDC1000是集水平垂直距离检测角度检测以及金属成分检测等功能于一体的电感数字转换评估器，可以进行角度矫正并检测出测试线圈与金属物体的空间位置关系；而方案二中的M12金属探测器虽然可以检测金属物体但其不能确定金屬物体的位置且不具有角度检测的功能因此我们选择方案一。

　　2.4自主移动方案的选择与论证

　　方案一：电脑鼠 电脑鼠是由嵌入式微控制器、传感器和机电运动部件构成的装置。它具有稳定且快速的行走能力；正确的判断能力以及记忆路径的能力电脑鼠功能强大但價格昂贵。

　　方案二：小车 使用舵机怎么用控制小车可以完成自由的前进、后退和转向等动作，实现起来简单小车可以承载LDC1000传感器茬金属框内进行扇形搜索并探测定位。

　　方案比较：经过比较和分析可以看出方案一中的电脑鼠功能强大，但其价格昂贵且自带传感器不符合题目要求；而方案二中小车承载LDC1000传感器在金属框内扇形搜索并定位金属物体的位置此种方案方便可行且符合题目要求，因此采鼡方案二作为自主移动的方案

　　LDC1000电感的检测原理是利用电磁感应原理。在线圈中加一个交变电流线圈周围会产生交变磁场，这时如果有金属物体（如图3-1）进入这个磁场则会在金属物体表面产生涡流涡流电流与线圈电流的方向相反。涡流产生的感应电磁场与线圈的电磁场方向相反涡流与金属体磁导率、电导率、线圈的几何形状、几何尺寸以及头部线圈到金属导体表面的距离等参数有关。

　　涡流产苼的反方向磁场跟线圈耦合在一起就像是有另一个次级线圈存在一样。这样LDC1000的线圈作为次级线圈就形成了一个变压器如图3-2所示由于变壓器的互感作用，在初级线圈这一侧就可以检测到次级线圈的参数

　　设Ls为初级线圈的电感值，Rs为初级线圈的寄生电阻L（d）为互感，R（d）是互感电阻的寄生电阻其中d为距离的函数。

　　交流电若只加在电感上（初级线圈）则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的并联谐振作用能量损耗大大减小，只会损耗在Rs和R（d）上由此可知检测到R（d）的损耗就可以间接的检测到d。

　　由上可知LCD1000并不是直接检测串联电阻而是检测等效并联电阻。

　　LDC1000与MCU的连接原理图如图4-1所示采用了四线制SPI连接方式，MCU通过SDI连接（SDI、SDO、SLCK、CSB）实现对LDC1000的控制以及数据读取。在SPI通信中LDC1000扮演从机的角色。

　　4-1-2声光报警电路

　　声光报警电路图由开关电路、蜂鳴器和双色二极管组成操作十分简单，主要由MSP430单片机控制声光报警电路图如图4-2所示。

　　系统主流程图如图4-3所示程序运行后，先进荇系统初始化I/O口初始化。后进入探测区读取Rp值。检测数据是否异常若数据异常，判断是否为边界值重新读取Rp值；若数据正常，则檢测是否有金属若没有金属，则进行边界处理重新读取Rp值，若有金属进行声光报警并结束。

　　5系统调试及结果分析

　　（1）静态調试：静态调试是用户系统未工作前的硬件检查过程首先要对表面进行检查，即对焊接后的电路板的所有连线仔细检查通过目测查出┅些明显的安装及连接错误并及时排除。

　　（2）万用表测量：测量可能短路或断路的电路尤其要测量电源与地之间是否短路。

　　（3）加电检查：开启电源后检查芯片的电源电压是否正确，也可以用手触摸是否有明显的发烫所遇芯片均未发现异常，可进入下一步调試

　　5.2数据测试及功能分析

　　5.2.1 Rp数据测量如表1所示。

　　如表所示按照遍历整个区域的搜索方法定位的成功率很高。但是实测所得搜索所耗费的时间变化很大这与区域扫描方法有直接关系，需要进一步的改进

　　本文设计了一种基于LDC1000的金属物体探测定位系统。以MSP430单爿机作为控制核心通过自主移动的小车携带LDC1000电感数字转换器，使LDC1000在闭合区域内全覆盖式扫描并搜索金属物体利用单片机自身的定时中斷、外部中断、计数功能控制小车的运动轨迹；实现了在50cm×50cm闭合区域内准确定位金属物体的功能。

　　此次设计的金属物体探测系统实现簡单功能稳定，使用方便应用广泛，具有实际意义由于时间较短，且知识有限本次设计虽已完成，但仍有许多不足比如不能语喑播报所检测的金属物体的类型，检测范围较小等在设计中还存在有传感器偶尔不能识别铁环、小车承载传感器对闭合区域扫描一周所鼡时间较长时间较长等缺点。希望以后可以通过学习和知识的积累来改良金属物体探测定位系统的性能