這是一款電感數字傳感器墻體電線位置測量儀設計方案

一般工程中，當建筑實體建好后，很多基礎設施就隨之而完成。其中，包括用戶用電線路鋪設。而在二次裝修或做弱電線路二次鋪設時，需要避開墻體中220 V電線。多數二次施工過程鋪設線路時，均靠工人師傅的經驗完成。還有，老舊建筑物電線故障查詢時，也需要進行墻體電線探測。文中基于以上需求，研制簡易輕便的墻體電線測量儀。2013年，我們制作一臺三合板背面電線探測儀，當時使用是漆包線纏繞而成的笨重大電感完成的檢測，雖能完成檢測，但儀器很笨拙。而當2013年TI公司發布了首款電感數字轉換器LDC系列，這樣墻體電線位置測量問題就迎刃而解。本測量系統由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單片機的數據采集與處理單元。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電感數字傳感器相連接;第二部分：LDC電感數字傳感器電路。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。系統方案框圖如圖1所示。

2 系統硬件設計

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，本系統的主要設計工作在于LDC電感數字傳感器的設計。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+5 V電壓，直接向LDC1000供+5 V電壓，經TPS78633向STM32F107和LDC1000供應+3.3 V電壓。采用STM32F107的SPI1與LDC相連，實現對LDC1000的控制。單片機的SHI1_MOSI、SPI1_MISO與LDC1000的數據輸出SDO、數據輸入SDI進行數據交互，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。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15 mm，線圈數為25圈，線圈的線寬為4 mil，線線之間的距離為4 mil。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生渦流。渦流電流跟線圈電流方向相反，渦流產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，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，將一個電容并聯在電感上，由于LC的并聯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。經實驗驗證，LDC-墻體測量儀測量正確率為100%。

5 結束語

文中給出了一種測量墻體金屬導線的新方法，給出了具體的測量方案，并從硬件和軟件兩個方面比較詳細地介紹了該由新型電感數字傳感器LDC1000測量儀設計開發過程及相關技術特點。通過設計檢測，該測量方法完全可以檢測墻體電纜線的具體位置。