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1、一种新型金属探测器的设计熊文,李平导语：本文以数字电感转换器LDC作为探测模块，选择ATmega328单片机作为系统的主控制器，并且阐述了精准控制的步进电机的工作原理。摘要：本文以数字电感转换器LDC作为探测模块，选择ATmega328单片机作为系统的主控制器，并且阐述了精准控制的的工作原理。编写程序控制代码，同时结合XY轴机械构造本文通过比拟分析，选择数字电感转换器LDC作为探测模块，完成了构造简单，本钱低廉的金属探测器的设计，该探测器灵敏度高，探测准确。引言随着科技程度的蓬勃开展，金属探测器的功能也随之增加。金属探测器的开展经历了好几次科学技术的革新,从开场的信号模拟技术，到今天使用的数字
2、脉冲技术，都让金属探测器无论是灵敏度、分辨率、还是探测的准确度上都有了质一样的飞跃。本课题所研究的基于多普勒效应的金属探测器属于微波检测型金属探测器，具有构造简单、重量轻等特点，而且其体积、重量和制造本钱不会随被检测物品体积的增大而快速增加，可以以较低的本钱制作出轻便易用的金属探测器，具有广阔的应用前景。1金属探测器设计模块1.1系统总体模块介绍整个系统模块如图1所示，主要分成主控制模块MCU，模块，金属探测模块，电机驱动模块和电机定位模块这五大局部组成。为了使自主运动模块不能相互干扰，数据传输不能紊乱，我们利用主从控制构造来分别处理两主数据，通过中断控制，实现联动控制。速度块，影响小。图1系
3、统总体模块图1.2主控模块介绍主控模块以ATmega328单片机为核心，该单片机的核心是将32个工作存放器和丰富的指令集联结在一起，所有的工作存放器都与ALU算术逻辑单元直接相连，实现了在一个时钟周期内执行的一条指令同时访问读写两个独立存放器的操纵。这种构造进步了代码效率，使得大局部指令的执行时间仅为一个时钟周期。因此，ATmega328可以到达接近1MIPS/MHz的性能，运行速度比普通CISC单片机高出10倍。具有速度快，操纵简便快捷等特点。1.3金属探测模块介绍本文采用的基于数字电感转换器LDC的金属探测模块。数字电感转换器利用PCB线圈或者自制线圈可以实现非接触式电感线圈检测，通过分析
4、待测金属物体对电感线圈磁场的影响可以很方便地实现金属检测。对LDC检测到数据进展分析处理后驱动电机运动，进而实现被测金属物体的准确定位。充分利用LDC在微距检测和准确定位方面的上风，实现了快速、准确、高效的金属物体定位。到达了低本钱，自动化程度高的功能。1.4定位模块介绍本文采用简易的XY轴滑台进展定位，整体构造如图2所示。图2XY轴滑台上述装置在金属探测的经过中，金属探测器在X轴的皮带的带动下完成程度方向的扫描。通过步进电机控制Y轴方向的皮带，在金属探测器完成上一次X轴的扫描后，向前挪动一段间隔，再进展X轴的扫描。进而完成了整个区域的扫描。此方案中金属探测器是逐步扫描没有盲区，不会由于电机的
5、抖动而产生偏移，因此能知足设计的精度要求。2步进电机的工作原理及其驱动图3步进电机细分解析图2.2电机驱动的设计本文采用A3967SLB，PWM恒流控制的微步距驱动二相步进电机专用驱动器。A3967SLB是一个完善的微电机驱动器内置逻辑器。它的设计操纵双极步进电机全，半，季，和第八步形式，输出驱动才能30V和750毫安性。它的特点是有固定关断时间的电流调节器，有才能在慢，快，或者混合电流衰减形式。此电流衰减控制方案以减少可听到的电流噪音，增加步进准确度，并减少功耗。同时它可通过步进输入中输入一个脉冲电动机将产生一个步骤即根据输入，产生全，半，四分之一，或者八分脉冲。基于A3967驱动芯片的细分
6、断路器能为两级步进电机提供大约每相750mA的驱动。它一般设置为8步细分形式，控制步进电机转动，其驱动原理图图4所示。图4电机驱动原理图3系统软件程序设计3.1金属检测器主程序流程图图5探测程序流程图图5是程序的流程图，当系统接入电源启动后程序进入运行状态。，X轴的传送皮带开场进展横向扫描，假如在扫描经过中检测到了目的物体即直接停顿运行进入检测响应阶段，假如没有检测到目的物体那么Y轴的传送皮带开场运行向前走一小步后，X轴传送皮带开场反向运行，再次进展检测判定，假如检测到假如检测到目的物体那么进入检测响应阶段，假设没有检测到目的物，那么Y轴的传送皮继续向前走一小步，X轴的传送皮带开场新的扫描，一
7、直到检测到目的物体或扫描完好片区域后停顿。3.2电机驱动模块程序设计由于机械构造的限制，XY轴滑台只能在50cm*50cm的范围内滑动。而步进电机在控制的经过中是记录脉冲个数，通过测试记录完成一个轴的脉冲个数是32000个脉冲，步进电机走一步是1600个脉冲故完成一个轴需要20步。由于探测器线圈有2.5CM故可以将其分为20等分每次步进电机向前走一步即可完成整个区域的扫描。3.3金属探测模块程序设计通过试验检测金属时线圈获取的脉冲峰值如图6，设置金属判定阈值，对探测器检测到到的探测信号判定比照。待检测物体有一角硬币、一元硬币和直径为4cm的铁丝圈。一元和一角硬币是相比铁丝圈而言是比拟轻易定位的
8、，对于一元硬币和一角硬币，金属探测模块的收集到的信号的是一个幅值较高的脉冲信号，并且检测测线圈经过硬币中心时返回的脉冲幅值最大如图5.4中第一副为1角硬币脉冲图第二幅为一元硬币的脉冲图，第三幅是铁圈的脉冲图。程序通过判定检测到的峰值数据与阀值比照即可判定是否为金属，进一步通过测试确定不同金属的阀值即可判定金属的区别。图6金属检测脉冲图4金属探测器测试结果及分析4.1时间测试结果及分析对于该设计，需要测试的有两个方面，金属探测器的探测时间与精度。首先探测时间是从金属探测器开场运行到检测到目的物体所用的时间。要考虑到最极端的情况及目的物体与探测器的出发点在对角线的两个角上，此时用的时间是最长的。测
9、试结果的完好性对于检测时间，由于测试的时候考虑的是最恶劣的情况，其实只需要测试探测模块扫描整个XY轴滑台的时间，因此可以在玻璃板下放置金属物体。表1所示的是金属探测模块分别从四个角出发，扫描整个XY轴滑台所需要的时间。表1金属探测模块扫描XY轴滑台时间由于自制机械构造材质偏软无法保证完全垂直，故在扫描经过中两端不能完全的同步挪动导致时间有些许误差。不同的对角线扫描也存在细微的误差，但是并不影响对检测时间的测试。通过对上表数据分析，证实系统方案的扫描时间知足设计的要求。4.1精度测试结果及分析就检测精度而言，一元和一角硬币需要检测到硬币的边沿内即可，因此目测就可以断定定位的精度是否到达要求。同铁
10、环只需要与标记位置对应即可，故同样的使用目测即可判定是否到达要求。如表5.2所示，是不用物体的精度探测结果。表2精度探测测试结果根据上述的数据分析，系统的检测时间和探测精度均能知足设计的要求。误差主要来自于机械构造中的机械摩擦，但系统完成时间都在设计范围内，数据组几次测试精度也符合设计要求。因此设计知足要求。5设计实物图及其讲明图7金属探测器实物图本文设计采用电感感测技术，该技术是金属探测技术中最常用的一种遥控的、短程感测技术，该技术使在导体目的在低本钱，高分辨率感测，这使得它在恶劣的环境极为可靠的灰尘，污垢，油脂和湿气的环境中。它可以通过使用印刷电路板的感测元件的线圈，以到达超低本钱的系统解
11、决方案来创立。电感感测技术可实现线性/角位置、位移、运动、压缩、振动、金属成分和市面上包括汽车、消费类、计算机、工业用、医疗用和通讯应用在内的很多其它应用的高精度测量。完毕语本文从电感感测技术的现状、电感数字转换器、步进电机开展、步进电机细分原理和细分技术应用方面进展了介绍。本论文主要工作有：1对电感感测技术的开展和现状做出概述和分析；2对目前的数字电感转换器LDC进展分析，并对其他传感器与电磁传感器的优缺比拟，比照它的稳定性，灵敏性，解析其原理与内部构造和模块的设计原理3对步进电机的开展和现状做出概述和分析，和步进控制细分的原理4最后通关单片机控制联结步进电机与LDC模块完成金属探测装置的设计。