基于LDC1000铁丝轨道检测的循迹小车

1、基于LDC1000铁丝轨道检测的循迹小车严天华 赵飞艳 王顺 吴小康重庆工程学院，重庆， 摘要:本文是以LDC1000电感/数字转换器为核心，设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，电机驱动模块及电源模块。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动按一定方向自动循迹。关键词：STC89C52；LDC1000；循迹Tracking car track detection based on LDC1000 wireYan Tianhua,Zhao

2、Feiyan,Wang Shun,Wu XiaokangChongqing Institute Of Engineering,ChongQing,ABSTRACT: This paper is based on the LDC1000 inductor / digital converter as the core, the design and fabrication of a wire shape automatically according to the tracking car. The main function modules of the system include: mai

3、n control module, metal signal detection module, speed detection module, motor drive module and power module. System according to the distance from the metal signal detected, judge whether the car off the track, so as to make the adjustment direction, allowing the car to the plane defined by the run

4、way automatically in a certain direction automatic tracking.Keywords: STC89C52; LDC1000; tracking1.引言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。2.技术原理自动循迹小车的工作过程是主要利用LDC1000的检测原理，即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，如果有金属物体进入磁场，将会在金属物体表面产生涡流。涡流电流跟线圈电流方向相反，产生的电磁场也与线圈产生的相反。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，就像是有另一个次级线圈一样，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。据以上所述，当LDC1000电感/数字转换器位于金属材质的附近时，便会使传感器的值发生变化， 对这一变化进行判断便可晓该金属物体是铁丝轨道还是硬币。并将这些信息输入到STC89C52单片机控制系统，单片机进行分析处理，通过控制算法对驱

6、动系统发出控制命令，来让驱动小车左、右轮的电机使小车沿着指定的轨迹前进。（图1 循迹小车组成框图）Mcu（Stc89c52）LCD液晶显示LDC1000铁丝轨道蓝牙模块通讯接口直流电机电机驱动电路光电测速（图1 循迹小车组成框图）3.LDC1000芯片及驱动设计3.1 LDC1000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，低成本的优良性质。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

7、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。(图2 垂直距离检测)（图2 垂直距离检测）3.2 stc89c52 与LDC1000接口（图3 mcu与LDC1000接口）使用stc89c52的io口模拟spi接口（图3 mcu与LDC1000接口），和从机（LDC1000)进行通讯的时候，应该遵循以下几个步骤（图4 LDC1000 SPI 读写时序）：l 片选信号置零；l stc89c52通过

8、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；l 占据八个时钟周期，这段时间内SDO线处于高阻状态；l 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；l 如果命令在读写状态时，SDI线接收来自stc89c52的8位字节数据写入相应的寄存器中；l 片选信号置高，释放对该从机的控制。（图4 LDC1000 SPI 读写时序）1.3 stc89c52 驱动程序设计根据LDC1000的spi接口时序设计如下驱动程序。/ 读1B数据unsigned char Ldc_SPIread(void);/写1B

9、数据void Ldc_SPIwrite(unsigned char ch);/写寄存器void LDC1000_WriteReg(unsigned char addr, unsigned char dat);/读寄存器unsigned char LDC1000_ReadReg(unsigned char addr);/芯片初始化void LDC1000_Init(void);/读取距离参数unsigned int ReadValue(void);4.控制逻辑小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,B,C三种情况。

10、（图5 小车天线在轨道上位置）。（图5 小车天线在轨道上位置）A,B,C 三种情况的天线下，利用函数ReadValue()得到的数值为Fa,Fb,Fc. 三者间的关系为FaFb, FcFb. 为此，当检测到数值为Fb时小车直行，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：（图6 小车控制主流程）（图6 小车控制主流程）5.实验环境及小车制作本项目团队制作了系统轨道（图7 铁丝轨道），实验小车（图8循迹小车），并利用串口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道监测到的采样数据（图9 数据监测

11、）。 （图7 铁丝轨道） （图8循迹小车）（图9 数据监测）6.小结利用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，而且还必须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。本系统的实验可以应用于送餐机器人，轨道的布局实施不影响餐厅的原来的装修。具有一定的实用性。参考文献1 谭浩强.C语言程序设计M.北京:清华大学出版社,20122 杨学昭，王东云.单片机原理、接口技术及应用.西安：西安电子科技大学出版社,2009.3

12、童诗白模拟电子技术基础（第4 版）北京：高等教育出版社,20004 高歌著. Altium Designer电子设计应用教程M.清华大学出版社.2011.6.5 宏晶科技，STC89C51RC/RD+系列单片机器件手册，2011年9月8号更新版本6 LDC1000 Inductance-to-Digital Converter 附录：LDC1000驱动程序#include reg52.h/ LDC COMMANDS#define LDC1000_CMD_REVID 0x00#define LDC1000_CMD_RPMAX 0x01#define LDC1000_CMD_RPMIN 0x02#

13、define LDC1000_CMD_SENSORFREQ 0x03#define LDC1000_CMD_LDCCONFIG 0x04#define LDC1000_CMD_CLKCONFIG 0x05#define LDC1000_CMD_THRESHILSB 0x06#define LDC1000_CMD_THRESHIMSB 0x07#define LDC1000_CMD_THRESLOLSB 0x08#define LDC1000_CMD_THRESLOMSB 0x09#define LDC1000_CMD_INTCONFIG 0x0A#define LDC1000_CMD_PWRC

14、ONFIG 0x0B#define LDC1000_CMD_STATUS 0x20#define LDC1000_CMD_PROXLSB 0x21#define LDC1000_CMD_PROXMSB 0x22#define LDC1000_CMD_FREQCTRLSB0x23#define LDC1000_CMD_FREQCTRMID0x24#define LDC1000_CMD_FREQCTRMSB0x25sbit PIN_LDC_CS=P10; sbit PIN_LDC_SO=P11; sbit PIN_LDC_SCK=P12; sbit PIN_LDC_SI=P13; #define

15、SET_PIN_LDC_SI(bValue) PIN_LDC_SI=bValue#define GET_PIN_LDC_SO() PIN_LDC_SO#define SET_PIN_LDC_SCK(bValue) PIN_LDC_SCK=bValue#define SET_PIN_LDC_CS(bValue) PIN_LDC_CS=bValue/*-功能: 读1B数据输入: 无输出: 1B数据-*/unsigned char Ldc_SPIread(void)unsigned char i = 0; ch = 0; for(i = 0; i 8; i +) SET_PIN_LDC_SCK(0)

16、; ch = 1; SET_PIN_LDC_SCK(1);if(GET_PIN_LDC_SO()ch = ch | 0x01; SET_PIN_LDC_SCK(0);return (ch);/*-功能: 写1B数据输入: ch-1B数据输出: 无-*/void Ldc_SPIwrite(unsigned char ch)unsigned char i = 0; for(i = 0;i 8;i +)SET_PIN_LDC_SCK(0); if(ch & 0x80) SET_PIN_LDC_SI(1); else SET_PIN_LDC_SI(0); SET_PIN_LDC_SCK(1) ; ch

17、 = 1; SET_PIN_LDC_SCK(0) ; /写寄存器void LDC1000_WriteReg(unsigned char addr, unsigned char dat)addr = addr & 0x7F; SET_PIN_LDC_CS (0);Ldc_SPIwrite( addr);Ldc_SPIwrite( dat);SET_PIN_LDC_CS (1); /读寄存器unsigned char LDC1000_ReadReg(unsigned char addr)unsigned char temp;addr = addr | 0x80; SET_PIN_LDC_CS (0

18、);Ldc_SPIwrite( addr);temp = (UINT8)Ldc_SPIread();SET_PIN_LDC_CS (1); return temp; /芯片初始化void LDC1000_Init(void) LDC1000_WriteReg(LDC1000_CMD_RPMAX, 0x13); LDC1000_WriteReg(LDC1000_CMD_RPMIN, 0x3A);LDC1000_WriteReg(LDC1000_CMD_SENSORFREQ, 0x94);LDC1000_WriteReg(LDC1000_CMD_LDCCONFIG, 0x17);LDC1000_WriteReg(LDC1000_CMD_CLKCONFIG, 0x02);LDC1000_WriteReg(LDC1000_CMD_INTCONFIG, 0x02);LDC1000_WriteReg(LDC1000_CMD_THRESHILSB, 0x50);LDC1000_WriteReg(LDC1000_CMD_THRESHIMSB, 0x14);LDC1000_Wr