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ITI “L. DA VINCI” TRAPANI
Esami di maturità 2014/15 5B Elettronica
Dario Grammatico
RICONOSCITORE DI MONETE
Progetto
Realizzare un riconoscitore di monete
da 1€ e 2€
Utilizzando l'integrato della
Texas Instruments
LDC1000
Inductance to Digital Converter
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ldc1000.pdf
Ho preso spunto dal kit Evaluation Module for Inductance to Digital
Converter with Sample PCB Coil
Si tratta di un kit di valutazione che comprende la parte sensibile costituita da un circuito LC,
l'integrato LDC1000 che valuta attraverso due ADC ad alta risoluzione la frequenza di
risonanza e la resistenza parallelo di un risonatore LC, un microcontrollore che trasferisce i
dati al PC attraverso la porta USB. Queste tre parti sono separabili per essere utilizzate
anche singolarmente.
LDC1000 EVM software GUI enables the evaluation of the LDC1000EVM by providing
the means to configure the device and display its output. The two key parameters,
eddy current losses and total inductance, are displayed on the front page of the GUI.
Idea sostituire il micro del KIT con una scheda dedicata per il riconoscimento delle
monete, realizzandola con un pic16F876A ed un display LCD alfanumerico
L'integrato LDC1000 misura la resistenza parallelo e la frequenza di risonanza di un risonatore LC.
Al risonatore si applica una sinusoide analogica che viene stabilizzata in ampiezza attraverso un
controllo reazionato; in tal modo si misura l'energia dissipata dal risonatore che dipende dalla
componente resistiva. Questa componente dipende molto da un eventuale corpo conduttore posto in
prossimità del risonatore: nel conduttore infatti, grazie al campo magnetico alternato generato dal
risonatore, sono indotte correnti parassite che dissipano energia.
L'integrato ritorna due valori digitali:
- misura la frequenza di risonanza e ritorna il valore dell'induttanza del circuito LC, dato che si conosce
il valore di C.
- misura la corrente assorbita e ritorna un valore di prossimità, un numero inversamente proporzionale
alla resistenza parallelo.
Dalla combinazione di questi due valori si possono dedurre informazioni sul target conduttivo posto in
prossimità del risonatore.
LDC1000 supporta un'ampia scelta di risonatori LC con frequenze di oscillazione tra 5kHz e 5MHz
Rp può variare nel range da 798Ω a 3.93MΩ.
UN PO' DI TEORIA
Misura della frequenza di oscillazione
LDC1000 misura la frequenza di oscillazione attraverso un contatore comandato da una
frequenza di riferimento (tipicamente 8MHz). Questa frequenza può essere un quarzo
(XTALIN and XTALOUT pin ) o un clock esterno (TBCLK pin) in funzione del registro di
configurazione 0x05.
Ho scelto il clock esterno fornito dal segnale PWM del uC, che con un quarzo di 16MHz può
generare al max 1MHz.
Il contatore fornisce il dato su tre byte, i tre registri (0x23,0x24,0x25) e viene abilitato per un
tempo prefissato, Response Time, registro 0x04.
Interfaccia SPI
Il sensore LDC1000 e il uC comunicano attraverso il protocollo multipunto SPI (Serial
Peripheral Interface), in cui il uC è master e il LDC1000 è slave. E' necessario un bus a 4 fili:
SS - "SLAVE Select ". Quando passa a livello basso, il dispositivo slave che riceve il segnale dal
master, si mette in attesa pronto ad ascoltare il segnali di clock e i dati.
SCK - clock seriale generato dal MASTER che controlla l'invio e la ricezione dei dati
SDO - linea di uscita seriale dei dati da un dispositivo
SDI - linea di ingresso seriale dei dati al dispositivo
SDO del master si deve collegare con SDI dello slave e viceversa.
L'utilizzo di questa interfaccia è semplice se si dispone della libreria relativa, come quella
fornita dall'IDE MIKROC.
Schema a blocchi della scheda
Schema elettrico
● La sezione di alimentazione stabilizza
l'ingresso 9V DC a 5V tramite un 7805
● connettore per l’ LDC1000
● Connettore per il display LCD
● potenziometro per la regolazione
della luminosità dell’LCD.
●connettore per la programmazione
●Il quarzo con i condensatori di
oscillazione
Lo sbroglio a singola faccia risulta
relativamente semplice.
Verificata l'assenza di cortocircuiti
e la presenza dei 5V stabilizzati, è
stato inserito il micro che è stato
riconosciuto dal programmatore
PICKIT2.
Per il collaudo SW è stata
verificata la funzionalità del
display e del segnale PWM tramite
oscilloscopio.
Quindi si è verificata la
comunicazione con il sensore sia in
lettura, grazie al display, che in
scrittura.
PCB e collaudo HW e SW
Diagramma di Flusso
START
INI
Lcd_out (TXT)
END
Lcd_clear
Int Ldc 1000()
Induct Measure()
Lcd_out (Prox)
Lcd_out (Ind)
Prox < 2200&&
Ind < 15
Prox >= 2200&&
Ind < 15
Lcd_out (2 euro)
Lcd_out (1 euro)
A A
BA
B
B SI
NO
SI
NO
Programma della scheda
Programma della scheda
Istruzioni per l'uso
• Alimentare la scheda con opportuno alimentatore esterno
da 9V.
• Posizionare la moneta su un cartoncino e poggiarlo
delicatamente sul sensore , sul display LCD comparirà così
il valore della moneta corrispondente, ed inoltre il valore
dell’induttanza misurata.
Miglioramenti
Apportando opportuni miglioramenti è possibile estendere le
potenzialità della scheda, come:
● Valutare la massima distanza alla quale il riconoscimento è
affidabile.
● Aumentare il numero di monete riconoscibili.
● realizzare un riconoscimento dinamico, che preveda lo
scorrere delle monete e il loro smistamento in scomparti.
● Valutare la massima frequenza di riconoscimento.
Costo
Componente Prezzo
LDC 1000 € 6.00
Microchip: PIC16F876A € 6.35
Componentistica € 5.00
Display LCD € 10.28
Totale €27,63
Il costo per la realizzazione del progetto, pari a € 27,63, si mostra al di sotto del costo di un rilevatore professionale, in grado di riconoscere e smistare la diverse monete, che è possibile reperire sul mercato al prezzo di € 180/200. La realizzazione di una struttura che consenta lo smistamento delle monete ed un software dedicato, comporterebbe un aumento del costo di realizzazione, arrivando ad un importo complessivo di € 60,00/70,00 di gran lunga la di sotto della controparte già presente sul mercato.