电感传感器金属探测定位系统设计

控制器以及其他模块供电。

(2)传感器的选择

本文选择了OMROM反射式红外光电开关，感应距离为1～50 cm(可调)，感应方式为漫反射(非透明物)，工作电压为DC 4.5～5.5 V，工作电流为50 mA，输出方式为NPN常开，响应时间为2ms。用来检测直线电机伸出的长度，这样可以随意设置直线电机运动的位置范围，以达到快速定位的目的。

(3)电机的选择

通过比较各种电机的性能，选用了两种电机：一种是57步进电机，另一种是38直流电机。57步进电机具有高耐压性，可达到500 V，同时径向跳动最大0.02 mm(450g负载)，轴向跳动最大0.08 mm(450g负载)，步距精度可达5%。38直流电机出轴直径为5 mm，电机直径为38mm，电机长度为67 mm，转速可高达4 000转。因此，将它们结合使用既可以满足速度要求，又可以满足精度要求。

由于LDC1000与K60控制器之间的通信是通过SPI通信协议进行传输的，因此需要将LDC1000上与SPI通信相关的4个端口SCLK、CS、 SDI、SDO与K60微控制器上的四个端口D0、D1、D2、D3相连接。D0口输出一定频率的高低电平来模拟时钟信号，D1口输出高电平，使能 LDC1000的SPI通信模块，SDI、SDO与D2、D3进行数据交换，完成数据通信，使得K60控制器能够进行后续的数据处理。

系统需要有较好的人机交互功能，因此在外围电路中采用4×4矩阵按键和Nokia5110LCD液晶显示屏与K60微控制器的通用I/O口相连接，采用 4×4矩阵按键可以只通过8个I/O口达到对16个按键进行识别，相对于普通按键，节省了一半的I/O口资源。在液晶屏的选择上，由于系统需要显示的字符并不多，Nokia5110 LCD液晶屏完全能够满足系统的要求，同时具有价格便宜的优势。

在系统中，金属探测仪需要实现一定范围内的自动探测功能，因此选择在X轴上通过步进电机来进行横向的移动，以达到精确度高这一要求。在达到高精确度要求的同时需要具有较快的速度，因此在Y轴上选用直线电机来进行纵向移动，两者相结合可以进行一定范围内的面扫描。

对于步进电机的控制，K60微控制器通过C1口以及E1口与步进电机驱动模块相连接，E1口输出高低电平控制步进电机移动的方向，C1口输出PWM波控制步进电机移动的速度与距离，最终步进电机驱动模块通过A、B双相输出相应的电压驱动步进电机移动。

对于直线电机的控制，K60微控制器通过B0、B1、B2三个端口与电机驱动模块相连接，该电机驱动模块选择的是简单的H桥驱动，可以通过改变PWM来实现直线电机的转速大小与方向。同时为了能够精确地检测以及控制直线电机移动的距离，系统通过红外传感器模块进行检测，同时信号通过A16端口输入到K60 微控制器中去。

K60微控制器的E0、E2口连接LED以及语音报警系统，在检测到金属时，K60微控制器通过在E0和E2口输出高电平，驱动LED发光的同时语音报警系统发出提示音。

3 金属探测定位系统的软件设计

软件流程图如图5所示。

软件设计的关键是控制X轴步进电机的步进长度和Y轴直线电机的移动范围，以及控制LCD液晶显示屏显示当前探测到的金属位置和距离。软件的初始化包括系统时钟初始化、传感器LDC1000初始化、液晶显示屏LCD初始化以及PWM波初始化。主程序开始时，先要通过键盘输入一个阈值，该阈值与要检测的金属性质有关，检测不同金属会输入不同的阈值。当输入完阈值后，控制器会读取LDC1000传来的数据，比较该数据和阈值的关系。

如果该数据小于阈值的1/4，则步进长度控制为3cm;如果该数据大于阈值的1/4，则步进长度控制为1 cm。对于直线电机的移动范围控制是通过反射式红外光电开关来实现的，在直线电机上会有初始位置、终止位置两个黑色标记。若红外光电开关照射到这两个黑色标记，则会输出高电平到I/O口，当控制器的I/O口判断当前的电平为高电平时，就会改变直线机电驱动电压的极性，从而实现电机的反向、正向来回运行。 LDC1000传来的数据在0.9～1.1阈值范围内时，表示当前LDC1000传感器已经探测到金属了，步进电机和直线电机将停止运行。液晶显示屏将显示当前金属的位置和距离。同时，I/O口E0输出高电平信号，驱动语音模块进行声音报警，I/O口E2输出高电平信号驱动发光二极管发光报警。

4 实验结果与数据

为了检验系统对于检测不同材质和大小的金属物体的精确度，实验选取了1角硬币(直径19 mm，材质为镀镍钢芯)、1元硬币(直径25 mm，材质为镀镍钢芯)和自制铁丝环(直径4 cm，材质为铁)3种金属作为被检测金属物体，放置在50 cm×50 cm范围内任意一处。然后运行金属定位探测系统，对金属物体进行检测以及定位，最后测量系统定位点与金属中心点