金属物体探测定位器.docx
《金属物体探测定位器.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《金属物体探测定位器.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
金属物体探测定位器
金属物体探测定位器
实习报告
队员：
张旭升、201105020122、电信1101
李鹏高、201105020115电信1101
赵丽娜、201105020226电信1102
摘要：
本设计是以TI公司的MSP430G2553和LDC1000芯片为核心设计的一个金属物体探测定位器。
采用MSP430G2553单片机作为系统控制处理器，
LDC1000电感/数字转换器评估板作为金属物体探头对硬币及铁环进行探测，当
检测到硬币或铁环时单片机通过反馈信息控制小车不动而实现定位。
同时，运用
PWMT流电机调速技术，完成对小车运动速度和运动方向的控制，并用蜂鸣器和发光二极管进行声-光显示是否探测到硬币或铁环。
整机使用单电源同时对电机部分、芯片部分、显示部分进行供电。
关键字：
MSP430、LDC1000、小车、金属探测器
Abstract：
ThedesignisbasedonMSP430G2553andLDC1000chipofTIcompanyastheprobepositionerofametalobjectcoredesign.UsingMSP430G2553singlechipasthesystemcontrolprocessor丄DC1000
inductor/digitalconverterevaluationboardasmetalobjectsonthecoins
andringdetectionprobe.Whendetectingthecoinsorringwhen
thesinglechiprthroughthefeedbackinformationtocontrolthecardoesnotmoveandposition.Atthesametime,theuseofPWMDCmotorspeedcontroltechnology,completecontrolofthecarspeedanddirectionof
motion,andsoundandlightwhetherthedetectedcoinsorringbuzzerandlight-emittingdiodes.Theuseofsinglesupplyatthesametime,theelectrical
part,thechippartandadisplaypartforpowersupply.
KeyWords:
MSP430、LDC1000、car、Metaldetector
一、系统功能简介和总体方案设计4
1.1、功能简介4
1.2、系统总体方案设计4
二、方案论证及比较5
2.1、电源模块方案分析与比较5
2.2、主控制模块方案分析与比较5
2.3、电机模块方案分析与比较5
2.4、电机驱动芯片的选择与比较6
2.5、车体方案论证与选择6
2.6、定位指示的选择与论证6
三、理论分析与计算（寄存器的设置）7
3.1RpMIN和RpMAXS设定7
3.2、Rp的计算公式7
3.3、电感计算公式7
3.4输出数据速率8
四、电路与程序设计9
4.1、硬件部分设计9
4.1.2、电机驱动模块11
4.1.3、LDC100（检测模块13
4.1.4、声光显示模块15
4.2软件部分设计16
五、测试方案与测试结果17
5.1、测试仪器、仪表17
5.2.1、测试过程17
5.2.2、测试参数记录表17
5.2.3、系统功能测试说明18
六、设计总结18
七、参考文献
一、系统功能简介和总体方案设计
1.1、功能简介
本产品的设计目标是一部价格低廉、灵敏度高、具有智能数据处理功能的金属物体探测定位器。
以相对低廉的成本实现对金属位置的测量，并能根据探测器反馈的信息在短时间内对其准确定位。
主控制模块控制驱动模块使小车前行遇到硬币盒边框铁丝能够向单片机反馈不同信息，遇到硬币则停止运动，遇到铁丝则后退、转弯继续前行直到找到硬币。
1.2、系统总体方案设计
该金属物体探测定位器能实现对不同硬币和铁环的探测，以及对边框和被
探测物体的识别。
该装置由一个控制模块、驱动模块和探测终端组成。
控制模块主要采用MSP430单片机对驱动模块和测试终端进行控制，而驱动模块主要由一个L298N驱动芯片同时对小车的前后两个电动机驱动，前电动机负责转向，后电动机负责前行和后退。
测试模块主要是利用LDC1000进行探测。
小车在运动过程中若检测到铁丝则单片机通过反馈信息控制小车后退并拐弯，继续探测被测
金属，直到检测到被测金属停止运行并定位。
系统框图如图1所示：
电机驱动模块
电源模块
单片机
声光显示模块
LDC1000检测模块
图1系统框图
二、方案论证及比较
2.1、电源模块方案分析与比较
方案一：
采用双电源供电，通过两个独立的电源分别对单片机和直流电机进行供电，此方案的优点是，减少波动，稳定性比较好，可以让小车更好的运作起来，缺点是会增加小车的重量，成本较高，不能做到节能减排。
方案二：
采用单电源对整机进行供电，通过单电源同时对单片机和直流电机进行供电，此方案的优点是，减少机身的重量，操作简单，成本低，利于学生的研究。
经验证比较，为了使小车轻便、操作简单，故采用方案二。
2.2、主控制模块方案与分析
方案一：
直接用电压比较器作为核心，通过比较检测器探测到不同物体的变化从而输出高低电平控制电机驱动模块，达到探测金属并定位的效果。
但对于校车的行走时前进还是后退、是左转还是右转单靠电压比较器是不能实现的。
方案二：
选用一片CPLD作为系统的核心部件，实现控制与处理的功能。
CPLD具有速度快、编程容易、资源丰富、开发周期短等优点，可利用VHDL
语言进行编程开发。
但CPLD在控制上较单片机有较大的劣势。
同时CPLD的处理速度非常快，而小车的速度不能太快，那么对系统处理信息的要求就太高，在这一点上，MCU就能够胜任了。
方案三：
采用单片机作为控制的核心，用其控制小车的行进和探测。
充分分析我们的系统，其关键在于实现小车的自动控制，而在这一点上，单片机就显示出它的优势一一控制简单、快捷、方便。
这样一来，单片机就能发挥其资源丰富、有较为强大的控制功能及可位寻址操作功能、价格低廉等优点。
故通过比较选择方案三。
2.3、电机模块方案分析与比较
方案一：
采用步进电机，优点在于步进电机可以实现精确的转脚输出，只要施加合适的脉冲序列，电机可以按照人们的预定的速度或方向进行连续的转动，便于控速；缺点在于软件程序的编写较直流电机稍显复杂，不利于短时间内编程。
方案二：
采用直流电机，优点在于
（1）硬件电路的设计简单。
当外加额定直流电压时，转速几乎相等。
（2）调速特性好，具有调速方便、平滑，调速范围广；（3）能承受频繁冲击负载，过载能力强；（4）能实现频繁快速、制动及逆向旋转。
经验证比较，为了硬件设计和程序设计的简单以及小车的调速、平滑因素，故采用方案二。
2.4、电机驱动芯片的选择与比较
方案一：
自己搭建桥式电机驱动，电机加速以及正反转的典型电路是H
桥驱动电路，可用功率三极管或者COM管来搭建，这样有助与提高我们的动手能力和知识融会贯通的能力，但是要想得到两个理想的独立驱动，必须选用参数尽量完全一致才行，而这些元件的制造工艺智能保障在一定范围内一致，这样给
调试打来不少的麻烦，此方式抗外界干扰能力差，复杂化了电路设计。
方案二：
采用L293D驱动芯片，L293D是16引脚的DIP封装，其内部采用双极性H-桥电路，这种双极型脉冲调宽方式具有电流连续的优点，电机可四角限运行。
电机停止时有微震电流，可以起到“动力润滑”作用，消除正反向时的静摩擦死区，低速平稳性好等。
方案三：
采用L298N驱动芯片，属于H桥集成电路，与L293D的差别是其输出电流增大、功率增强。
其最高电流4A,最高电压是50V,可以驱动感性负载入直流电机、步进电机、电阀等。
特别是其输入端可以与单片机直接相连，从而很方便的受单片机控制。
经验证比较，从控制简单方便方面考虑，故采用方案三。
2.5、车体方案论证与选择
方案一：
自己动手制作电动车，一方面材料少，另一方面制作过程要花费大量的时间，由于手艺可能不好，制作出来的小车还可能机械性能不好。
方案二：
购买小车进行改装，购买的小车具有完整的车架车轮、电机及其驱动电路。
易改装、好控制，机械性能有保障。
故综合考虑，选择方案二。
2.6、定位指示的选择与论证
方案一：
采用指针进行定位，指针虽然容易找到且价格较贵，但由于小车底盘要求比较低，装指针就比较麻烦，太低易触玻璃板，太高定位不准。
方案二：
采用红外灯进行定位，红外灯也是比较容易得到的，且其装的高低并不影响定位，定位也比较准确。
故综合考虑，选择方案二。
三、理论分析与计算（寄存器的设置）
3.1RpMIN和RpMAX值设定
为保证Rp的实际值落在采样区间内，同时又保证足够的精度需要合理的设置RpMIN和RpMA）寄存器的值。
可以通过实际测量的方法在两个极限条件下测出Rp等效的最小值和最大值。
（1）首先通过表格选取两个合适的RpMIN和RpMA）值写入寄存器中；
（2）将金属物体放在距离线圈最近的位置（最近位置是指用户设备结构设计
的最近位置），此时涡流损耗最大，将Rp_Min的值逐渐增大，当code值接近
25000时选择此时的Rp_Mh（选择25000是为了给32768最大值留有余量）；
（3）将金属物体放在距离线圈最远的位置（最远位置是指用户设备结构设计
的最远位置），此时涡流损耗最小，将Rp_Max的值逐渐减小，当code值接近
3000时选择此时的Rp_Max（继续减小Rp_MaX可以看到code被钳位到0）。
3.2、Rp的计算公式
计算公式如下：
Rp=（RpMAX+RpMIN）/（RpMINX（1-Y）+RpMAXXY）,in?
15
其中：
Y=ProximityData/2
ProximityData是LDC的输出，寄存器地址是0x21和0x22
3.3、电感计算公式
LDC1000测量电感频率是用测试LC谐振频率的方法。
LDC1000有外部的基准时钟，也是使用计数方法来做频率计。
SensorFrequent
fsensor=（1/3）*（Fext/Fcount）*（ResponseTime）
Fsensor是LC谐振频率，fext是外部基准时钟频率，Fcount是LDC1000内
部数器值
FrequencyCounterDataLSB
0x23
R0
ODRLSB
FrequencyCounterDataMid_Byte
0x24
R0
ODRMidByte
FrequencyCounterDataMSB
0x25
R0
ODRMSB
ResponseTime是寄存器设定的一个值（0x04）
LDC
0x04
R/W
0x1B
Reserved
Amplitutd
Response
configuration
（000）
Time
升级会员 