如何利用STM32F107和LDC1000實現(xiàn)墻體電線位置測量儀的設計

一般而言，當建筑實體建成后，許多基礎設施將隨之完工。這些措施包括用戶鋪設電力線路。而且在二次裝修或弱電線路二次敷設時，需避免墻面用220V的電線。大部分二次施工線路在鋪設過程中，均以工人師傅的經(jīng)驗完成。此外，老舊建筑物的電線故障查詢，還需要對墻體的電線進行檢測。本文以上述要求為基礎，研制了簡便易行的墻體線型測試儀。本測量系統(tǒng)由STM32F107作為主控，LDC1000作為測量傳感器完成對墻體電線位置檢測。

1系統(tǒng)設計方案

該墻體電線測量儀主要由3部分構成。第一部分：STM32F107單片機的數(shù)據(jù)采集與處理單元。STM內核為Cortex—M3，在最大程度減少了代碼占用空間，其體積小巧、能耗低，工作溫度范圍為-40℃到85℃（或高至105℃），完全滿足了設計需要。選用SPI接口與LDC1000電感數(shù)字傳感器相連接;第二部分：LDC電感數(shù)字傳感器電路。LDC1000可以完成水平或垂直距離檢測，角度檢測，位移監(jiān)測，振動檢測等。利用外接一個PCB線圈即可完成非接觸式電感檢測。

LDC1000并不像Q表那樣測試線圈的電感量，而是可以測試外部金屬物體及其空間位置;采用四線SPI連接方式。第三部分：LCD12864顯示單元。儀器初始化顯示和檢測結果顯示。系統(tǒng)方案框圖如圖1所示。

2系統(tǒng)硬件設計

墻體電線便攜式檢測儀工作的核心是正確檢測到電線的位置所在，本系統(tǒng)的主要設計工作在于LDC電感數(shù)字傳感器的設計。用STM32F107的SPI口與LDC1000相連，完成金屬位置的檢測。具體連接如圖2所示。

在圖2中，由鋰電池供應+5V電壓，直接向LDC1000供+5V電壓，經(jīng)TPS78633向STM32F107和LDC1000供應+3.3V電壓。采用STM32F107的SPI1與LDC相連，實現(xiàn)對LDC1000的控制。單片機的SHI1_MOSI、SPI1_MISO與LDC1000的數(shù)據(jù)輸出SDO、數(shù)據(jù)輸入SDI進行數(shù)據(jù)交互，完成測量。單片機的SPI1_SCK提供LDC需要的時鐘信號。PD0與LDC1000的CSB相連，作為從設備使能端口。PA0與INTB相連，作為中斷輸入接口。TM2_CH2與LDC1000的TBCLK相連，作為頻率計數(shù)。LDC1000實際連接圖如圖3所示。

在圖3中，LDC1000的INA和INB管腳連接PCB自制的線圈L1。PCB線圈直徑為15mm，線圈數(shù)為25圈，線圈的線寬為4mil，線線之間的距離為4mil。示意圖如圖4所示。LDC1000電感檢測原理是基于電磁感應原理。在PCB線圈中加一個交流電流，線圈周圍就好產(chǎn)生交變電磁場，這時如果金屬導線進入這個電磁場則會在金屬物體表面產(chǎn)生渦流。渦流電流跟線圈電流方向相反，渦流產(chǎn)生的感應電磁場跟線圈的電磁場方向相反。渦流是金屬導線的距離的函數(shù)，基于此就可以檢測到墻體中的導線位置（一般導線放于塑料管中，且覆蓋較淺）。具體如圖4所示。

交變電場如果僅僅加在電感上，則在產(chǎn)生交變磁場的同時也會消耗大量的能量。這是，將一個電容并聯(lián)在電感上，由于LC的并聯(lián)諧振作用能量損耗大大減小，只會損耗在LDC1000內部Rs和R（d）上，等效電路如圖5所示，可以看出檢測到R（d）的損耗就可以間接的檢測到金屬導線的距離d，即可以檢測到導線的具體埋藏位置。

3系統(tǒng)軟件設計

合理設置LDC1000的RpMAx和RpMIN寄存器的值，讓Rp的實際值落在測量范圍內，又保證足夠的精度?？梢酝ㄟ^實際測量的方法在極限的條件下測出Rp等效的最大值和最小值。將金屬物體放在離線圈最近的位置，此時渦流損壞最大，得到Rp的最大值。將金屬物體放在離線圈最遠的有效距離，此時渦流最小，得到Rp的最小值。同時得到金屬物體距離與電阻變化的曲線圖如圖6所示。

實際軟件流程圖如圖7所示。其中是否測量和是否記錄過程由按鍵完成。

4實驗驗證

將測量系統(tǒng)進行封裝，沿建筑墻體進行實驗操作。LCD液晶屏幕可以顯示墻體電線布置方向，如水平或豎直方向，整個操作過程均是通過按鍵來完成。圖8為LDC-墻體測試儀封裝前圖片，主要給出了顯示和按鍵。按鍵采用4×4陣列按鍵，主要完成測試儀啟動和測量記錄功能。

LCD12864顯示內容含義：LDC-墻體測試儀，表示測試儀正常運行;測量，表示由按鍵已經(jīng)啟動測量儀;“|”表示豎直方向墻體有線纜;“-”表示水平方向有線纜。記錄均由按鍵完成。LCD12864具體顯示如圖9所示。經(jīng)實驗驗證，LDC-墻體測量儀測量正確率為100%。

5結束語

本文提出了一種檢測墻體內金屬導線的新方法，并給出了具體的測量方案，從硬件和軟件兩方面對這種新型電感數(shù)字傳感器LDC1000測量儀的研制過程及相關技術特點作了較為詳細的介紹。經(jīng)設計檢驗，該方法完全可以檢測出墻線的具體位置。