金属物体探测定位器设计报告

1、金属物体探测定位器（B题）摘要：依据本次比赛要求，采用T1公司LDC1000电感/数字转化器评估板（AY-LDC1000）作为金属物体探头，STC89C52单片机作为控制中心，采用步进电机28-BYJ、普通直流电机、ULN2003电机驱动和L298N电机驱动，制定出一种扫描式金属物体探测装置的设计方案。该探测系统通过扫描式的机械结构设计，简化了系统结构，避免了扫描盲区，减少扫描时间，降低系统成本。并通过声光报警装置，增强了系统的整体性能。关键词：stc89c52、ay-ldc1000Abstract: the accordance with the requirements of the ga

2、me, use T1 company LDC1000 inductance/digital converter evaluation board (AY - LDC1000) as a metallic object probe, STC89C52 single-chip microcomputer as the control center, the stepper motor 28 - BYJ, common dc motor, ULN2003 motor drive and L298N drive, develop a scanning metal object detection de

3、vice design scheme. The mechanical structural design of the detection system by scanning, simplifies the system structure, to avoid the scan blindness, reduce the scanning time, reduce the system cost. And by sound and light alarm devices, and enhance the overall performance of the system.1系统方案本系统主要

4、由系统方案模块、控制模块、检测模块模块、电源模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。系统方案模块论证与选择 方案一：使用智能电动车，这个方案，机械结构构成特别方便，只需要制作硬件电路模块。但是在使用时，比赛时间紧急，控制算法比较难于实现， 方案二：使用滑轮导轨作为探测系统框架结构，该系统实现方便，而且需要的材料也可以从生活找到，易于操作 所以选择方案二作为系统控制器1.2 控制器的论证与选择微处理器型号多样，微控制器的选择关系到系统的整体设计，常用的单片机有：方案一：S52单片机。AT89S52是一般设计中经常使用的一种处理器。AT89S52具有8K的可编程Flash存储器，对不是很复杂的程序

5、设计已经完全够用了。AT89S52有256个字节的RAM，看门狗定时器、全双工串口，以及两个数据指针。AT89S52的中断为二级六向量，以及3个16位的定时器（/计数器）。在其空闲的模式下，CPU停止工作的情况下，允许串口、中断、RAM、定时器/计数器继续工作4。故采用STC89C52作为控制器。 方案二：MSP430F5529，德州仪器MSP430系列微控制器的体系结构,结合广泛的低功耗模式优化来达到延长电池寿命在便携式测量的应用。设备功能强大的16位RISC CPU、16位寄存器和最大的代码效率。数控振荡器(DCO)允许在3.5s(典型的)从低功耗模式唤醒到主动模式。单片机配置集成的USB

6、层和物理层支持USB 2.0,四个16位定时器,一个高性能的12位模拟数字转换器(ADC),两个通用串行通信接口(USCI),硬件乘法器、DMA、实时时钟模块与报警功能,和63 I / O口线。MSP430F5529单片机资源充足，处理能力强，但其丰富的资源也决定了其操作的复杂性，并非处理能力越强越好，合适的资源和处理能力才是设计所需要的。 1.3检测电路分析 LDC1000是世界首款电感到数字转换器。提供低功耗，小封装，低成本的解决方案，它的SPI接口可以很方便链接MCU。LDC1000只需要外接一个PCB线圈或者自制线圈就可以实现非接触式电感检测。LDC1000的电感检测并不是指向Q表那样

7、测试线圈的电感量，而是可以测试外部金属物体和LDC相连的测试线圈的空间位置关系。利用LDC1000这个特性配以外部设计的金属物体即可很方便实现：水平或者垂直距离检测；角度检测；唯一监测；运动检测；振动检测；金属成分检测。可以广泛应用在汽车、消费电子、计算机、工业、通信和医疗；领域。LDC-1000接口STC89C52接口MCU接口说明SDOP3.2/UCB1SOMIMISOSPI数据输出SDIP3.1UCB1SIMOMISISPI数据输入SCLKP3.3/UCB1CLKSCLKSPI时钟信号CSBP3.0/UCB1STEGPIO从设备使能信号2结构框图 2.1系统框图传感器模块MCU1MCU2

8、电机驱动模块声光报警电源模块 2.2系统分析设计并制作一个可自主移动的金属物体探测定位器（以下简称探测器），可探测置于玻璃板下的金属物体并给出定位指示。该探测器需采用TI公司LDC1000电感/数字转换器评估板（AY-LDC1000）作为金属物体探头，探头上应有定位指针，以给出明显定位指示。探头可在水平放置的玻璃板上移动。用直径2（mm）的铁丝围成约50cm×50cm的正方形闭合框作为探测区边界置于玻璃板下，示意图见图1。玻璃板下铁丝方框玻璃板下金属物体图1 金属物体探测环境示意图无色透明普通玻璃板或有机玻璃板探头进入区50cm×50cm要求:在探测区域内某处（距探测边界5

9、cm）玻璃下放置一枚直径约19mm的镀镍钢芯1角硬币（第五套人民币的1角硬币）。探头能从“探头进入区”一侧任意指定位置和方向自行进入探测区（铁丝框包围区域）。通过探测，定位指针应指在硬币边沿之内，探测定位速度越快越好，且探测定位总时间应不超过2分钟。完成定位时给出声-光指示，此后探头不得再移动。（30分）将1角硬币更换成直径约25mm的镀镍钢芯1元硬币（第五套人民币1元硬币），重复要求（1）的探测过程。定位完成后，定位指针与硬币圆心之间的定位误差应控制在5mm以内；探测定位速度越快越好，探测定位总时间不应超过2分钟。完成定位时给出声-光指示，此后探头不得再移动。（30分）将硬币改为自制圆铁环（

10、用2铁丝绕制），铁环外直径4cm。重复要求（1）的探测过程，应使定位指针尽可能指向铁环圆心，定位误差应控制在5mm以内；完成定位时给出声-光指示，此后探头不得再移动，探测定位总时间应不超过3分钟。（30分） 2.3制作实物分析开始Y向电机想前走，然后X轴探测器，探测是否有金属，如果没有则X向电机停止，运作Y，然后再运作X方向电机，如果没有电机则继续运作Y方向电机，如果有电机则进行声光报警。3软件部分： 3.1软件介绍 软件部分软件部分包括主函数控制算法模块程序，步进电机控制程序模块，AY-JDC1000电感到数字转换器SPI同步通信模块程序及其基本的声光展示模块程序。1.LDC1000SPID通信模块SPI通用协议，SPI扩展通信协议2.步进电机采用四相八拍控制正反转3.主函数控制算法模块程序3.2软件流程图结论:对系统的电源模块、金属检测部分、驱动电路等的测试，本设计基本达到设计制作要求。总结:本系统以单片机S为核心部分，利用单片机控制电机驱动模块使得探针可以自动扫描金属，运用一套软件的算法实现了金属探测仪的移动与检测，和蜂鸣器的报警等功能，最终使金属探测器完成竞赛题目中的任务。在系统设计过程中，力求硬件线路简单，充分发挥软件编程方便灵活的特点，来满足系统设计要求。因为时间有限，所以该系统