隨著科技水平的蓬勃發(fā)展，金屬探測器的功能也隨之增加。金屬探測器的發(fā)展經(jīng)歷了好幾次科學技術(shù)的革新，從開始的信號模擬技術(shù)，到今天使用的數(shù)字脈沖技術(shù)，都讓金屬探測器無論是靈敏度、分辨率、還是探測的精確度上都有了質(zhì)一樣的飛躍。本課題所研究的基于多普勒效應的金屬探測器屬于微波檢測型金屬探測器，具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕等特點，而且其體積、重量和制造成本不會隨被檢測物品體積的增大而快速增加，可以以較低的成本制作出輕便易用的金屬探測器，具有廣闊的應用前景。

1金屬探測器設(shè)計模塊

1.1系統(tǒng)總體模塊介紹

整個系統(tǒng)模塊如圖1所示，主要分成主控制模塊（MCU），電源模塊，金屬探測模塊，電機驅(qū)動模塊和電機定位模塊這五大部分組成。為了使自主運動模塊不能互相干擾，數(shù)據(jù)傳輸不能紊亂，我們利用主從控制結(jié)構(gòu)來分別處理兩主數(shù)據(jù)，通過中斷控制，實現(xiàn)聯(lián)動控制。速度塊，影響小。

1.2主控模塊介紹

主控模塊以ATmega328單片機為核心，該單片機的核心是將32個工作寄存器和豐富的指令集聯(lián)結(jié)在一起，所有的工作寄存器都與ALU（算術(shù)邏輯單元）直接相連，實現(xiàn)了在一個時鐘周期內(nèi)執(zhí)行的一條指令同時訪問（讀寫）兩個獨立寄存器的操作。這種結(jié)構(gòu)提高了代碼效率，使得大部分指令的執(zhí)行時間僅為一個時鐘周期。因此，ATmega328可以達到接近1MIPS/MHz的性能，運行速度比普通CISC單片機高出10倍。具有速度快，操作簡便快捷等特點。

1.3金屬探測模塊介紹

本文采用的基于數(shù)字電感轉(zhuǎn)換器（LDC）的金屬探測模塊。數(shù)字電感轉(zhuǎn)換器利用PCB線圈或自制線圈可以實現(xiàn)非接觸式電感線圈檢測，通過分析待測金屬物體對電感線圈磁場的影響可以很方便地實現(xiàn)金屬檢測。對LDC檢測到數(shù)據(jù)進行分析處理后驅(qū)動電機運動，從而實現(xiàn)被測金屬物體的精確定位。充分利用LDC在微距檢測和精確定位方面的優(yōu)勢，實現(xiàn)了快速、精確、高效的金屬物體定位。達到了低成本，自動化水平高的功能。

1.4定位模塊介紹

本文采用簡易的XY軸滑臺進行定位，整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

上述裝置在金屬探測的過程中，金屬探測器在X軸的皮帶的帶動下完成水平方向

的掃描。通過步進電機控制Y軸方向的皮帶，在金屬探測器完成上一次X軸的掃描后，

向前移動一段距離，再進行X軸的掃描。從而完成了整個區(qū)域的掃描。此方案中金屬

探測器是逐步掃描沒有盲區(qū)，不會因為電機的抖動而產(chǎn)生偏移，因此能滿足設(shè)計的精度

要求。

2 步進電機的工作原理及其驅(qū)動

2.2電機驅(qū)動的設(shè)計

本文采用A3967SLB，PWM恒流控制的微步距驅(qū)動二相步進電機專用驅(qū)動器。A3967SLB是一個完善的微電機驅(qū)動器內(nèi)置邏輯器。它的設(shè)計操作雙極步進電機全，半，季，和第八步模式，輸出驅(qū)動能力30V和±750毫安性。它的特點是有固定關(guān)斷時間的電流調(diào)節(jié)器，有能力在慢，快，或混合電流衰減模式。此電流衰減控制方案以減少可聽到的電流噪音，增加步進精確度，并減少功耗。同時它可通過“步進”輸入中輸入一個脈沖電動機將產(chǎn)生一個步驟即根據(jù)輸入，產(chǎn)生全，半，四分之一，或八分脈沖。基于A3967驅(qū)動芯片的細分斷路器能為兩級步進電機提供大約每相750mA的驅(qū)動。它一般設(shè)置為8步細分模式，控制步進電機轉(zhuǎn)動，其驅(qū)動原理圖圖4所示。

3 系統(tǒng)軟件程序設(shè)計

3.1金屬檢測器主程序流程圖

圖5是程序的流程圖，當系統(tǒng)接入電源啟動后程序進入運行狀態(tài)。，X軸的傳送皮帶開始進行橫向掃描，如果在掃描過程中檢測到了目標物體即直接停止運行進入檢測響應階段，如果沒有檢測到目標物體則Y軸的傳送皮帶開始運行向前走一小步后，X軸傳送皮帶開始反向運行，再次進行檢測判斷，如果檢測到如果檢測到目標物體則進入檢測響應階段，若沒有檢測到目標物，則Y軸的傳送皮繼續(xù)向前走一小步，X軸的傳送皮帶開始新的掃描，一直到檢測到目標物體或者掃描完整片區(qū)域后停止。

3.2電機驅(qū)動模塊程序設(shè)計

由于機械結(jié)構(gòu)的限制，XY軸滑臺只能在50cm*50cm的范圍內(nèi)滑動。而步進電機在

控制的過程中是記錄脈沖個數(shù)，通過測試記錄完成一個軸的脈沖個數(shù)是32000個脈沖，

步進電機走一步是1600個脈沖故完成一個軸需要20步。由于探測器線圈有2.5CM故

可以將其分為20等分每次步進電機向前走一步即可完成整個區(qū)域的掃描。

3.3金屬探測模塊程序設(shè)計

通過試驗檢測金屬時線圈獲取的脈沖峰值如圖6，設(shè)置金屬判斷閾值，對探測器

檢測到到的探測信號判斷對比。待檢測物體有一角硬幣、一元硬幣和直徑為4cm的鐵

絲圈。一元和一角硬幣是相比鐵絲圈而言是比較容易定位的

對于一元硬幣和一角硬幣，金屬探測模塊的采集到的信號的是一個幅值較高的脈沖信號，并且檢測測線圈經(jīng)過硬幣中心時返回的脈沖幅值最大如圖5.4中第一副為1角硬幣脈沖圖第二幅為一元硬幣的脈沖圖，第三幅是鐵圈的脈沖圖。程序通過判斷檢測到的峰值數(shù)據(jù)與閥值對比即可判斷是否為金屬，進一步通過測試確定不同金屬的閥值即可判斷金屬的區(qū)別。4 金屬探測器測試結(jié)果及分析

4.1時間測試結(jié)果及分析

對于該設(shè)計，需要測試的有兩個方面，金屬探測器的探測時間與精度。首先探測時間是從金屬探測器開始運行到檢測到目標物體所用的時間。要考慮到最極端的情況及目標物體與探測器的起點在對角線的兩個角上，此時用的時間是最長的。測試結(jié)果的完整性對于檢測時間，由于測試的時候考慮的是最惡劣的情況，其實只需要測試探測模塊掃描整個XY軸滑臺的時間，因此可以在玻璃板下放置金屬物體。表1所示的是金屬探測模塊分別從四個角出發(fā)，掃描整個XY軸滑臺所需要的時間。

由于自制機械結(jié)構(gòu)材質(zhì)偏軟無法保證完全垂直，故在掃描過程中兩端不能完全的同步移動導致時間有些許誤差。不同的對角線掃描也存在細微的誤差，但是并不影響對檢測時間的測試。通過對上表數(shù)據(jù)分析，證明系統(tǒng)方案的掃描時間滿足設(shè)計的要求。

4.1精度測試結(jié)果及分析

就檢測精度而言，一元和一角硬幣需要檢測到硬幣的邊沿內(nèi)即可，因此目測就可以

斷定定位的精度是否達到要求。同鐵環(huán)只需要與標記位置對應即可，故同樣的使用目測

即可判斷是否到達要求。如表5.2所示，是不用物體的精度探測結(jié)果。

根據(jù)上述的數(shù)據(jù)分析，系統(tǒng)的檢測時間和探測精度均能滿足設(shè)計的要求。誤差主要來自

于機械結(jié)構(gòu)中的機械摩擦，但系統(tǒng)完成時間都在設(shè)計范圍內(nèi)，數(shù)據(jù)組幾次測試精度也符合設(shè)計要求。因此設(shè)計滿足要求。

5 設(shè)計實物圖及其說明

本文設(shè)計采用電感感測技術(shù)，該技術(shù)是金屬探測技術(shù)中最常用的一種遙控的、短程感測技術(shù)，該技術(shù)使在導體目標在低成本，高分辨率感測，這使得它在惡劣的環(huán)境極為可靠的灰塵，污垢，油脂和濕氣的環(huán)境中。它可以通過使用印刷電路板的感測元件的線圈，以達到超低成本的系統(tǒng)解決方案來創(chuàng)建。電感感測技術(shù)可實現(xiàn)線性/角位置、位移、運動、壓縮、振動、金屬成分以及市面上包括汽車、消費類、計算機、工業(yè)用、醫(yī)療用和通信應用在內(nèi)的很多其它應用的高精度測量。

結(jié)束語

本文從電感感測技術(shù)的現(xiàn)狀、電感數(shù)字轉(zhuǎn)換器、步進電機發(fā)展、步進電機細分原理