电子人社区网讯：
摘 要：为了实现对一定区域金属物体的探测及定位，本设计采用电感/数字转换器作为系统的探测模块，采用超低功耗单片机MSP430F149作为系统的微处理器。金属探测模块将检测信号及时传送到信号处理单元，在对采样信号运算处理的基础上，控制器准确控制小车自主行驶，实现对金属物体的搜索及准确定位，同时进行声光提示。
关键字：MSP430F149 低功耗 定位 金属探测
0 引言
近年来，随着科技水平的迅猛发展，电子元器件的广泛使用，这对测量测试技术也提出了更高的要求。如何在较短的时间内收索出一定范围内的金属物体，对于学校、考场、公检法单位的安全检查有十分重要的意思。因此，设计一款既安全又可靠，且简单实用的金属物体探测定位器具有很大的现实意义。本文提出了一种基于单片机技术的金属物体探测定位器的设计方案，利用电感/数字转换器作为系统的探测模块，采用超低功耗单片机MSP430F149作为系统的微处理器，实现了对金属物品的探测、信号收集处理、小车智能自主行驶、液晶显示和声光提示。
1 系统硬件电路设计
1.1 系统总体框图
本系统主要由单片机控制模块，电感探测模块、小车探寻模块、液晶显示模块及声光指示模块组成。系统总体框图如图1所示。
图1 系统总体框图
以LDC1000作为金属物体探头，搭载在运动中的小车上，通过小车的运动来实现一定区域内金属物体的探测，在未探测到硬币等金属物体时，小车继续运动，当检测到金属物体时，小车停止运动，同时将信号传递给控制器，将结果显示在液晶模块，并进行声光提示。
1.2 探测电路模块
利用电磁感应原理，在线圈中加上一个交变电流，线圈周围会产生交变电磁场，这时如果有金属物体进入这个电磁场则会在金属物体表面产生涡流（感应电流）。涡流电流跟线圈电流方向相反，涡流产生的感应电磁场跟线圈的电磁场方向相反。涡流与金属物体的距离、大小成一定的函数关系。涡流产生的反向磁场与线圈耦合在一起，相当于次级线圈，形成了变压器。由于变压器的互感性质，在初级线圈这一侧就可以检测到次级线圈的参数。
本系统采用的TI公司LDC1000作为金属物体探头，外接线圈实现非接触式电感检测。通过检测注入到LC谐振单元电路的能量，可以计算出Rp。通过检测到LC的谐振频率，计算出L值。LDC1000探测电路如图2所示。
图2 LDC1000探测电路
1.3 小车寻迹电路模块
小车搭载探头探寻金属物体，其运行轨迹如下：以任意位置进入一定金属探测区域，直行，LDC1000将采集数据传递到单片机，经过分析处理后，若达到预设的触发值，小车进入金属探测模式，判断检测到的金属的性质。若检测到边框，小车先后退预设时间t，进行180度旋转，再后退预设时间t，后继续直行进行下一次检测。若多次连续检测边框，则多次交换旋转方向，小车进行S型路线扫描。如图3所示。若检测到金属，小车缓慢行驶，使探头继续移动，当寻找到金属中心位置时，发出声光指示，并将结果显示在液晶显示屏上。
本系统使用两只MS－S4303R型舵机，与MSP430F149单片机相连。单片机根据LDC1000返回的数据控制舵机的转向及转速，进而控制小车的行驶方向和行驶速度。
图3 多次测遇边框方案
1.4 液晶显示及声光提示电路
通过单片机P3.0控制三极管Q1的通断，实现蜂鸣器BUZZER的间歇发声，同时，当P3.0为高电平时，发光二极管LED工作，LCD1602液晶显示及声光指示电路如图4所示。
图4 液晶显示电路及声光提示电路
1.5 系统整体电路
系统采用MSP430F149作为微处理器，将金属探测模块、小车运动模块、声光提示等各模块电路相结合，构成系统总体电路，如图5所示。
图5 系统整体电路
2 系统软件设计
系统程序包括主程序、LDC1000探测子程序、小车行驶子程序、LCD1602液晶显示数据子程序和声光指示子程序。程序的功能是检测金属的存在、小车智能行驶、显示金属探测情况。
2.1 主程序流程图
主程序通过调用LDC1000探测函数，读取信号并计算，从而控制小车行驶，探测完成，调用LCD1602显示及声光指示，流程图如图6所示。
图6 主程序流程图
2.2 小车行驶子程序流程图
该模块功能是驱动小车前行、后退、转圈等动作。先将定时器初始化，产生PWM波形，驱动小车前进。在单片机接收到LDC1000返回的信号并处理之后，判断是否探测到金属物体或者边缘铁丝，确定小车是停止定位，或者转向之后再继续前行，流程图如图7所示。
图7 小车行驶子程序流程图
3 测试方案与测试结果
3.1 测试方法与仪器
3.1.1 测试仪器
表1 测试仪器
3.1.2 测试方法
用万用表、示波器等相关仪器检测金属探测定位器工作是否正常。检测完后，将金属物（硬币及金属圆环）与小车随意摆放位置，观察小车走向及探头指针定位位置，并记录探测一次所用时间。
3.2 测试数据与结果
3.2.1 一角硬币测试
表2 一角硬币测试结果
3.2.2 一元硬币测试
表3 一元硬币测试数据
3.2.3 自制圆铁环测试
表4 自制圆铁环测试数据
3.3 数据分析与结论
从测试结果可以看出，进行硬币及金属圆环测试时，探测时间在2分钟以内，定位误差5毫米以内，满足系统的设计要求。
4 结论
本探测定位器采用LDC1000电感/数字转换器作为系统的探测模块，采用超低功耗单片机MSP430F149作为系统的控制器，实现了对金属物品的探测、信号收集处理、小车智能自主行驶、液晶显示和声光显示等功能。由测试结果可以看出，系统测试精度较高，定位速度快，误差较小。
来源：调节阀信息网
转载请注明：电子人社区 | 
发表于 2017-5-15 10:33:40
收藏
分享
赞同
反对
