初学者
10 分钟

使用LDC1000和ATmega328P实现高分辨率电感测量功能

解锁电感的奥秘

LDC1000 Click with Arduino UNO Rev3

已发布 6月 24, 2024

点击板

LDC1000 Click

开发板

Arduino UNO Rev3

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

ATmega328P

准确测量由于导电目标在其磁场中的存在或移动而引起的电感变化。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

LDC1000 Click 基于 Texas Instruments 的 LDC1000,这是一款低功耗的电感至数字转换器。LDC1000 通过调节闭环配置中的振荡幅度至恒定水平同时监控谐振器耗散的能量,同时测量 LC 谐振器的阻抗和谐振频率。通过监控注入谐振器的功率量,LDC1000 能够确定阻抗值并将其返回为数字值。此外,LDC1000 还能测量 LC 电路的振荡频率,用于确定 LC 电路的电感,也以数字格式给出。LDC1000 在短程应用中具有亚微米级分辨率,适合精确测量导电目标的位置、运动或组成。此 Click board™ 配备有 一个可拆卸的传感器(包括一个 36 圈 PCB 线圈和一

个 100pF 1% NPO 电容的 LC 罐)。当导电目标移动 到感应器的交流磁场中时,LDC 测量由此引起的电感变化,以提供有关目标在传感器线圈上方位置的信息。电感变化是由于目标中由传感器磁场引起的涡流(循环电流)造成的。这些电流产生一个次级磁场,与传感器场相抗衡,导致观察到的电感发生变化,用于精确定位目标在传感器线圈上横向移动。LDC1000 通过标准 SPI 串行接口与 MCU 通信,最大频率为 4MHz。它还有一个中断引脚连接到 mikroBUS™ 插 座的 INT 引脚,可以通过编程中断模式寄存器以三种不同方式配置。中断引脚可以作为具有可编程滞后的

接近开关、唤醒功能或指示新数据可用的有效条件的数据就绪引脚。这种 LDC 的感应非常可靠,恶劣条件 不会影响 LDC1000 的性能。除了可拆卸的传感器外,板载的 INA 和 INB 引脚允许您替换提供的传感器并焊接自己的传感器。此 Click board™ 可以通过 I/O 级别跳线选择使用 3.3V 或 5V 的逻辑电压水平,使得 3.3V 和 5V 能力的 MCU 都可以正确使用通信线路。此外,这款 Click board™ 配备了一个包含易于使用的功能和示例代码的库,可用作进一步开发的参考。

LDC1000 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Arduino UNO 是围绕 ATmega328P 芯片构建的多功能微控制器板。它为各种项目提供了广泛的连接选项,具有 14 个数字输入/输出引脚,其中六个支持 PWM 输出,以及六个模拟输入。其核心组件包括一个 16MHz 的陶瓷谐振器、一个 USB 连接器、一个电

源插孔、一个 ICSP 头和一个复位按钮,提供了为板 子供电和编程所需的一切。UNO 可以通过 USB 连接到计算机,也可以通过 AC-to-DC 适配器或电池供电。作为第一个 USB Arduino 板,它成为 Arduino 平台的基准,"Uno" 符号化其作为系列首款产品的地

位。这个名称选择,意为意大利语中的 "一",是为了 纪念 Arduino Software(IDE)1.0 的推出。最初与 Arduino Software(IDE)版本1.0 同时推出,Uno 自此成为后续 Arduino 发布的基础模型,体现了该平台的演进。

Arduino UNO Rev3 double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

AVR

MCU 内存 (KB)

32

硅供应商

Microchip

引脚数

28

RAM (字节)

2048

你完善了我!

配件

Click Shield for Arduino UNO 具有两个专有的 mikroBUS™ 插座,使所有 Click board™ 设备能够轻松与 Arduino UNO 板进行接口连接。Arduino UNO 是一款基于 ATmega328P 的微控制器开发板,为用户提供了一种经济实惠且灵活的方式来测试新概念并构建基于 ATmega328P 微控制器的原型系统,结合了性能、功耗和功能的多种配置选择。Arduino UNO 具有 14 个数字输入/输出引脚(其中 6 个可用作 PWM 输出)、6 个模拟输入、16 MHz 陶瓷谐振器(CSTCE16M0V53-R0)、USB 接口、电源插座、ICSP 头和复位按钮。大多数 ATmega328P 微控制器的引脚都连接到开发板左右两侧的 IO 引脚,然后再连接到两个 mikroBUS™ 插座。这款 Click Shield 还配备了多个开关,可执行各种功能,例如选择 mikroBUS™ 插座上模拟信号的逻辑电平,以及选择 mikroBUS™ 插座本身的逻辑电压电平。此外,用户还可以通过现有的双向电平转换电压转换器使用任何 Click board™,无论 Click board™ 运行在 3.3V 还是 5V 逻辑电压电平。一旦将 Arduino UNO 板与 Click Shield for Arduino UNO 连接,用户即可访问数百种 Click board™,并兼容 3.3V 或 5V 逻辑电压电平的设备。

Click Shield for Arduino UNO accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
NC
NC
RST
SPI Chip Select
PB2
CS
SPI Clock
PB5
SCK
SPI Data OUT
PB4
MISO
SPI Data IN
PB3
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
NC
NC
PWM
Interrupt
PC3
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
NC
NC
SCL
NC
NC
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

LDC1000 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Click Shield for Arduino UNO front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Arduino UNO Rev3作为您的开发板开始。

Click Shield for Arduino UNO front image hardware assembly
Arduino UNO Rev3 front image hardware assembly
Barometer 13 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
Arduino UNO Rev3 MB 1 - upright/background hardware assembly
Necto image step 2 hardware assembly
Necto image step 3 hardware assembly
Necto image step 4 hardware assembly
Necto image step 5 hardware assembly
Necto image step 6 hardware assembly
Arduino UNO MCU Step hardware assembly
Necto No Display image step 8 hardware assembly
Necto image step 9 hardware assembly
Necto image step 10 hardware assembly
Debug Image Necto Step hardware assembly

实时跟踪您的结果

应用程序输出

1. 应用程序输出 - 在调试模式下,“应用程序输出”窗口支持实时数据监控,直接提供执行结果的可视化。请按照提供的教程正确配置环境,以确保数据正确显示。

2. UART 终端 - 使用UART Terminal通过USB to UART converter监视数据传输,实现Click board™与开发系统之间的直接通信。请根据项目需求配置波特率和其他串行设置,以确保正常运行。有关分步设置说明,请参考提供的教程

3. Plot 输出 - Plot功能提供了一种强大的方式来可视化实时传感器数据,使趋势分析、调试和多个数据点的对比变得更加直观。要正确设置,请按照提供的教程,其中包含使用Plot功能显示Click board™读数的分步示例。在代码中使用Plot功能时,请使用以下函数:plot(insert_graph_name, variable_name);。这是一个通用格式,用户需要将“insert_graph_name”替换为实际图表名称,并将“variable_name”替换为要显示的参数。

软件支持

库描述

此库包含 LDC1000 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • ldc1000_get_proximity_data - 此函数读取接近度数据。

  • ldc1000_get_inductance_data - 此函数读取电感数据。

  • ldc1000_get_int_input - 此函数从 INT 引脚读取输入电压。

开源

代码示例

完整的应用程序代码和一个现成的项目可以通过NECTO Studio包管理器直接安装到NECTO Studio 应用程序代码也可以在MIKROE的GitHub账户中找到。

/*!
 * \file 
 * \brief Ldc1000 Click example
 * 
 * # Description
 * This example showcases how to initialize and configure the logger and click modules and
 * read and display proximity and impendance data.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 * 
 * ## Application Init 
 * This function initializes and configures the logger and click modules. Configuration data 
 * is written to the: rp maximum/minimum, sensor frequency, LDC/Clock/Power registers.
 * 
 * ## Application Task  
 * This function reads and displays proximity and impendance data every 10th of a second.
 * 
 * \author MikroE Team
 *
 */
// ------------------------------------------------------------------- INCLUDES

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "ldc1000.h"

// ------------------------------------------------------------------ VARIABLES

static ldc1000_t ldc1000;
static log_t logger;

static uint16_t old_proximity;

// ------------------------------------------------------ APPLICATION FUNCTIONS

void application_init ( )
{
    log_cfg_t log_cfg;
    ldc1000_cfg_t cfg;

    old_proximity = 0;

    /** 
     * Logger initialization.
     * Default baud rate: 115200
     * Default log level: LOG_LEVEL_DEBUG
     * @note If USB_UART_RX and USB_UART_TX 
     * are defined as HAL_PIN_NC, you will 
     * need to define them manually for log to work. 
     * See @b LOG_MAP_USB_UART macro definition for detailed explanation.
     */
    LOG_MAP_USB_UART( log_cfg );
    log_init( &logger, &log_cfg );
    log_info( &logger, "---- Application Init ----" );

    //  Click initialization.

    ldc1000_cfg_setup( &cfg );
    LDC1000_MAP_MIKROBUS( cfg, MIKROBUS_1 );
    ldc1000_init( &ldc1000, &cfg );
    Delay_ms( 100 );
    ldc1000_default_cfg( &ldc1000 );
    Delay_ms( 100 );
}

void application_task ( )
{
    uint16_t proximity;
    float inductance;

    proximity = ldc1000_get_proximity_data( &ldc1000 );
    inductance = ldc1000_get_inductance_data( &ldc1000 );

    if ( ( ( proximity - old_proximity ) > LDC1000_SENSITIVITY ) &&
         ( ( old_proximity - proximity ) > LDC1000_SENSITIVITY ) )
    {
        log_printf( &logger, " * Proximity: %d \r\n", proximity );

        log_printf( &logger, " * Impendance: %f uH\r\n", inductance );

        old_proximity = proximity;

        log_printf( &logger, "--------------------\r\n" );
        Delay_ms( 100 );
    }
}

void main ( )
{
    application_init( );

    for ( ; ; )
    {
        application_task( );
    }
}

// ------------------------------------------------------------------------ END

额外支持

资源

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