PDF《一种新型金属探测器的设计》

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chuandong.com 控制系统 CD技术与应用 CONTROL SYSTEM 文章编号:160511 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步进电机的工作原 理.编写程序控制代码,同时结合 XY 轴机械结构本文通过比较分析, 选择数字电感转换器(LDC)作为探测模块,完成了结构简单,成本低 廉的金属探测器的设计,该探测器灵敏度高,探测准确. 武汉工程大学邮电与信息工程学院 熊文 李平 一种新型金属探测器的设计 Design of a new type of metal detector

1 引言 随着科技水平的蓬勃发展,金属探测器的功 能也随之增加.金属探测器的发展经历了好几次 科学技术的革新,从开始的信号模拟技术,到今天 使用的数字脉冲技术,都让金属探测器无论是灵 敏度、分辨率、还是探测的精确度上都有了质一 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,具有结构 简单、重量轻等特点,而且其体积、重量和制造 成本不会随被检测物品体积的增大而快速增加, 可以以较低的成本制作出轻便易用的金属探测 器,具有广阔的应用前景.

2 金属探测器设计模块 2.1 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) ,电源模块,金属探测模块,电 机驱动模块和电机定位模块这五大部分组成.为 了使自主运动模块不能互相干扰,数据传输不能 紊乱,我们利用主从控制结构来分别处理两主数 据,通过中断控制,实现联动控制.速度块,影 响小. 2.2 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 个工作寄存器和丰富的指令 集联结在一起,所有的工作寄存器都与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)两个独立寄 存器的操作.这种结构提高了代码效率,使得大 部分指令的执行时间仅为一个时钟周期.因此, ATmega328 可以达到接近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,操作简便快捷等特点. 2.3 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 自制线圈可以实现非接触式电感线圈检测,通过 分析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检测到数据进行分 析处理后驱动电机运动,从而实现被测金属物体 的精确定位.充分利用LDC在微距检测和精确定 位方面的优势,实现了快速、精确、高效的金属物 体定位.达到了低成本,自动化水平高的功能. 2.4 定位模块介绍 本文采用简易的XY轴滑台进行定位,整体结 构如图2所示. 上述装置在金属探测的过程中,金属探测器 在 X轴的皮带的带动下完成水平方向的扫描.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,向前移动一段距离,再进行 X轴的扫描.从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,不会因为电机 的抖动而产生偏移,因此能满足设计的精度要求.

3 步进电机的工作原理及其驱动 3.1 步进电机的细分原理 在步进电机步距角不能满足使用要求时,可 采用细分驱动器来驱动步进电机.细分驱动器的 原 理是通过改变 A,B相电流的大小,以改变合成 磁场的夹角,从而可将一个 步距角细分为多步. 以二相步进电机为例, 当A,B相绕阻同时 通电时,转子将停再 A,B 相 磁极中间,若通电方向按,8个状态周而复始进 行变化,电机顺时针转动;