如何利用STM32F107和LDC1000实现墙体电线位置测量仪的设计

一般而言，当建筑实体建成后，许多基础设施将随之完工。这些措施包括用户铺设电力线路。而且在二次装修或弱电线路二次敷设时，需避免墙面用220V的电线。大部分二次施工线路在铺设过程中，均以工人师傅的经验完成。此外，老旧建筑物的电线故障查询，还需要对墙体的电线进行检测。本文以上述要求为基础，研制了简便易行的墙体线型测试仪。本测量系统由STM32F107作为主控，LDC1000作为测量传感器完成对墙体电线位置检测。

1系统设计方案

该墙体电线测量仪主要由3部分构成。第一部分：STM32F107单片机的数据采集与处理单元。STM内核为Cortex—M3，在最大程度减少了代码占用空间，其体积小巧、能耗低，工作温度范围为-40℃到85℃（或高至105℃），完全满足了设计需要。选用SPI接口与LDC1000电感数字传感器相连接;第二部分：LDC电感数字传感器电路。LDC1000可以完成水平或垂直距离检测，角度检测，位移监测，振动检测等。利用外接一个PCB线圈即可完成非接触式电感检测。

LDC1000并不像Q表那样测试线圈的电感量，而是可以测试外部金属物体及其空间位置;采用四线SPI连接方式。第三部分：LCD12864显示单元。仪器初始化显示和检测结果显示。系统方案框图如图1所示。

2系统硬件设计

墙体电线便携式检测仪工作的核心是正确检测到电线的位置所在，本系统的主要设计工作在于LDC电感数字传感器的设计。用STM32F107的SPI口与LDC1000相连，完成金属位置的检测。具体连接如图2所示。

在图2中，由锂电池供应+5V电压，直接向LDC1000供+5V电压，经TPS78633向STM32F107和LDC1000供应+3.3V电压。采用STM32F107的SPI1与LDC相连，实现对LDC1000的控制。单片机的SHI1_MOSI、SPI1_MISO与LDC1000的数据输出SDO、数据输入SDI进行数据交互，完成测量。单片机的SPI1_SCK提供LDC需要的时钟信号。PD0与LDC1000的CSB相连，作为从设备使能端口。PA0与INTB相连，作为中断输入接口。TM2_CH2与LDC1000的TBCLK相连，作为频率计数。LDC1000实际连接图如图3所示。

在图3中，LDC1000的INA和INB管脚连接PCB自制的线圈L1。PCB线圈直径为15mm，线圈数为25圈，线圈的线宽为4mil，线线之间的距离为4mil。示意图如图4所示。LDC1000电感检测原理是基于电磁感应原理。在PCB线圈中加一个交流电流，线圈周围就好产生交变电磁场，这时如果金属导线进入这个电磁场则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，涡流产生的感应电磁场跟线圈的电磁场方向相反。涡流是金属导线的距离的函数，基于此就可以检测到墙体中的导线位置（一般导线放于塑料管中，且覆盖较浅）。具体如图4所示。

交变电场如果仅仅加在电感上，则在产生交变磁场的同时也会消耗大量的能量。这是，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LDC1000内部Rs和R（d）上，等效电路如图5所示，可以看出检测到R（d）的损耗就可以间接的检测到金属导线的距离d，即可以检测到导线的具体埋藏位置。

3系统软件设计

合理设置LDC1000的RpMAx和RpMIN寄存器的值，让Rp的实际值落在测量范围内，又保证足够的精度。可以通过实际测量的方法在极限的条件下测出Rp等效的最大值和最小值。将金属物体放在离线圈最近的位置，此时涡流损坏最大，得到Rp的最大值。将金属物体放在离线圈最远的有效距离，此时涡流最小，得到Rp的最小值。同时得到金属物体距离与电阻变化的曲线图如图6所示。

实际软件流程图如图7所示。其中是否测量和是否记录过程由按键完成。

4实验验证

将测量系统进行封装，沿建筑墙体进行实验操作。LCD液晶屏幕可以显示墙体电线布置方向，如水平或竖直方向，整个操作过程均是通过按键来完成。图8为LDC-墙体测试仪封装前图片，主要给出了显示和按键。按键采用4×4阵列按键，主要完成测试仪启动和测量记录功能。

LCD12864显示内容含义：LDC-墙体测试仪，表示测试仪正常运行;测量，表示由按键已经启动测量仪;“|”表示竖直方向墙体有线缆;“-”表示水平方向有线缆。记录均由按键完成。LCD12864具体显示如图9所示。经实验验证，LDC-墙体测量仪测量正确率为100%。

5结束语

本文提出了一种检测墙体内金属导线的新方法，并给出了具体的测量方案，从硬件和软件两方面对这种新型电感数字传感器LDC1000测量仪的研制过程及相关技术特点作了较为详细的介绍。经设计检验，该方法完全可以检测出墙线的具体位置。