金属物体探测定位器.docx

1、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

2、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： The design is based on MSP430G2553 and LDC1000 chip of TI company as the probe positioner of a metal object core design. Using MSP430G2553 sin glechip as the system con trol processor 丄DC1000in ductor / digital conv erter

3、evaluati on board as metal objects on the coinsand ring detect ion probe. Whe n detect ing the coins or ring whe nthe singlechipr through the feedback information to control the car does not move and position. At the same time, the use of PWM DC motor speed con trol tech no logy,complete con trol of

4、 the car speed and directi on ofmotion, and sound and light whether the detected coins or ring buzzer and light-emitting diodes. The use of single supply at the same time, the electricalpart, the chip part and a display part for power supply.Key Words: MSP430、LDC1000、car、Metal detector一、 系统功能简介和总体方案

5、设计 41.1、 功能简介 41.2、 系统总体方案设计 4二、 方案论证及比较 52.1、 电源模块方案分析与比较 52.2、 主控制模块方案分析与比较 52.3、 电机模块方案分析与比较 52.4、 电机驱动芯片的选择与比较 62.5、 车体方案论证与选择 62.6、 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） 73.1 RpMIN 和 RpMAXS设定 73.2、 Rp的计算公式 73.3、 电感计算公式 73.4 输出数据速率 8四、 电路与程序设计 94.1、 硬件部分设计 94.1.2、 电机驱动模块 114.1.3、 LDC100（检测模块 134.1.4、 声

6、光显示模块 154.2软件部分设计 16五、 测试方案与测试结果 175.1、 测试仪器、仪表 175.2.1、 测试过程 175.2.2、 测试参数记录表 175.2.3、 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

7、.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

8、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

9、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

10、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

11、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

12、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

13、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）3.1 RpMIN 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）

14、 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+RpMI

15、N）/（RpMIN X （1-Y）+RpMAX X Y）,in ?15其中：Y=Proximity Data/ 2Proximity Data是LDC的输出，寄存器地址是 0x21和0x223.3、 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。Sen sor Freque ntfsensor=（ 1/3）* （ Fext/Fcount）*（Response Time）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Freque ncy Coun ter Data LSB0x23R0ODR LSBFreque ncy Coun ter Data Mid_Byte0x24R0ODR Mid ByteFreque ncy Coun ter Data MSB0x25R0ODR MSBResponse Time是寄存器设定的一个值(0x04)LDC0x04R/W0x1BReservedAmplitutdResponsecon figurati on(000)Time