【应用】R7F0C002在墙体探测器中作为主控制MCU的使用方法
本文介绍了瑞萨电子公司推出的R7F0C002单片机在墙体探测器中作为主控制MCU的使用方法。
墙体探测器功能介绍
墙体探测器在工程中，可用于探测地下金属埋设物，例如管道、管线等；工业上，可用于在线监测，如去掉棉花、煤炭、食品中的金属杂物等。本文应用介绍的墙体探测器主要用于家用，与传统探测器相比，具有扫描速度快、灵敏度极高等特点，可探测隐藏在墙体内的金属、电线等。墙体探测器使用大规模集成电路，配有9V 电池，搭载低电压指示、LCD 屏显示距离、LED 灯光鸣声报警等功能。
墙体探测器控制系统介绍
本文所描述的墙体探测器的控制部分主要包括：线圈控制（PWM波形）、LCD 控制、MOSFET驱动控制、线圈输出电流监测、电池电量监测、提示音控制、提示灯控制、开关控制。系统原理框图请参见“图1”：
图1 墙体探测器系统原理框图
开关操作
墙体探测器的开/关是由同一个按键来完成的。在关闭状态，按下开关按键开启墙体探测器，LCD 屏幕显示电池电量及开机动画，预警提示绿灯亮（如果附近无金属物质），打开MOSFET 驱动，输出PWM用于驱动线圈，开启线圈电流监测和电池电量监测。再次按下开关键，墙体探测器停止运行，关闭MOSFET 驱动、LCD、预警提示灯、线圈电流监测和电池电量监测，停止PWM 输出。墙体探测器开启状态请参见“图2":
图2 墙体探测器开启状态
墙体检测
墙体探测器开启后，手持设备对墙体进行探测。当检测到金属物质时，探测器根据线圈的输出电流，判断探测器与金属物体的距离，并使用LCD、预警提示灯及提示音进行距离提示，本文的LCD 和预警提示灯可提示近距离、中距离与远距离三种状态，预警提示音在近距离时会发生报警音。墙体探测请参见“图3”。
图3 墙体检测
检测物提示
当检测物距离靠近后，距离提示灯亮红灯（近距离），LCD 显示检测物性质。检测物提示请参见“图4”。
图4 检测物提示
电路板介绍
墙体探测器电路板正面（无LCD）请参见“图2.1”。墙体探测器电路板正面（有LCD）请参见“图5”。
图5 墙体探测器电路板正面（无LCD）
图6 墙体探测器电路板正面（有LCD）
硬件配置示例
本文中使用的硬件配置示例，请参见“图7”。
图7 硬件配置
主控MCU
墙体探测器使用R7F0C002G 作为主控MCU。R7F0C002G 的Flash ROM 大小为32KB，RAM大小为1.5KB。
电源电路
本文中的5V电源是使用9V 电池，通过LDO 稳压芯片进行降压后，供给电路使用。由于需要驱动线圈和电流放大等需求，对电路的电流要求较大，所以选择能输出大电流的ASM1117-5.0 电源IC 作为电源供给，电源电路请参见“图8”。
图8 电源电路
电池电压监测电路
电源电路对电池电压有一定的要求，当电池电压低于6.5V（最低转换电压）时，电源电路将无法输出标准5V 电压，将会导致探测器出现使用故障，所以需要对电池电压进行监测。当电池电压低于额定输入值时，将会停止开机等。电池电压监测电路请参见“图9”。
图9 电池电压监测
开关电路
为了保证电池的耐用性，使用一个按键来进行探测开关的控制。使用时，按一次按键，开启探测模式；使用完毕，为了减少耗电，再按一次按键，停止探测。按键电路请参见“图10”。
图10 开关电路
指示灯电路
指示灯电路包括：近距离（红色LED 灯），中距离（黄灯LED 灯），远距离（绿色LED 灯）提示。没有检测物时，指示灯全灭。指示灯电路请参见“图11”。
图11 指示灯电路
报警提示音电路
当探测器在近距离检测到金属物体时，蜂鸣器会发出报警音进行提示。报警提示音电路请参见“图12”。
图12 报警提示音电路
电流监测电路
PWM波形驱动线圈产生一定强度的电磁场，并产生的微弱电流。当有检测物进入电磁场后，会产生涡流现象，导致电磁场需求的电流加大，所产生的电流也会加大，但依然微弱。所以在监测电流时，需要将电流放大（200 倍）后，转换为电压进行监测。电流监测电路请参见“图13”。
图13电流监测电路
线圈驱动电路
MCU 直接产生的PWM驱动能力较弱，无法使线圈产生强度大的磁场，所以需要通过一定的驱动电路，提高驱动能力，线圈驱动电路请参见“图14”。
图14 线圈驱动电路
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