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根据LDC1000和Kinetis微控制器的金属探测系统规划

本文以LDC1000传感器以及飞思卡尔Kinetis系列微控制器K60为核心,组成具有定位功能的金属探测系统。通过金属的涡流效应对金属物体进行检测,能够在一定范围内迅速定位出金属物体的精确位置。经

  本文以LDC1000传感器以及飞思卡尔Kinetis系列微操控器K60为中心,组成具有定位功用的金属勘探体系。经过金属的涡流效应对金属物体进行检测,能够在必定规模内敏捷定位出金属物体的准确方位。经试验标明,间隔物体中心定位差错不超越4 mm,最小能够检测出2 cm2巨细的金属物体。丈量数据在单片机中进行处理,软件上选用了数字滤波,进一步减少了差错搅扰信号,提高了体系的安稳性与准确性。该体系可经过LCD液晶显现屏显现当时金属物体地点详细方位,并运用按键完成人机交互。

  导言

  金属勘探仪作为一种非触摸式检测设备,在工业范畴以及日常安检中有着非常广泛的运用,关于金属的检测,金属勘探仪往往需求有较高的准确度以及较快的反应速度。本文以飞思卡尔Kinetis系列微操控器K60为操控中心,经过LDC1000电感传感器来勘探金属物体的方位。LDC1000传感器是运用电磁感应的原理来勘探与金属物体的间隔,而且关于不同的金属原料,其感应的强度也不同。将LDC1000电感传感器的数据传输至微操控器中,经过软件处理后终究确认金属的方位。经过直线电机和滑轨来操控LDC1000传感器探头的运动与勘探。因为横向扫描的精度要求高,所以选用步进电机的方法来扫描,而纵向扫描要求速度快,所以选用直线电机来扫描。

  一起,体系能够经过拨码开关来挑选勘探的金属物体类型,且勘探的时刻和勘探到的金属物体的方位可由液晶显现,具有较好的人机界面。

  体系规划结构简略,制造成本低,操控精度高,能够广泛地用于机场、车站、码头等当地的安检,既可检测旅客包裹中带有的风险控制刀具等,也能够检测藏在人眼所调查不到的当地的金属。

  1 LDC1000作业原理简介

  LDC1000是一款非触摸式、短程传感的电感检测传感器芯片,能够将模仿电感值转换为数值量,一起具有低成本、高分辨率遥感的导电性。它的内置处理芯片具有SPI通讯接口,能够很方便地与单片机进行通讯。LDC1000只需求外接一个PCB线圈或许克己线圈就能够完成非触摸电感检测,测验外部金属物体和 LDC相连的测验线圈的空间方位联系。运用这个特性配以外部规划的金属物体,即可很方便地完成水平或垂直间隔检测、视点检测、位移检测、运动检测、振荡检测和金属成分检测。

  LDC1000的电感检测运用的是电磁感应原理。如图1所示,传感器内部会发生一个交变电流,加在PCB线圈或许克己线圈上,线圈周围会发生交变电磁场,这时如果有金属物体进入这个电磁场,则会在金属物体外表发生涡流(感应电流)。因为涡流电流跟线圈电流方向相反,因而涡流发生的感应电磁场跟线圈的电磁场方向相反。涡流是金属物体的间隔,巨细、成分的函数。涡流发生的反向磁场与线圈耦合在一起,就像是有另一个次级线圈存在相同。LDC1000的线圈作为初级线圈,涡流效应作为次级线圈,这样就形成了一个变压器。因为变压器的互感效果,在初级线圈这一侧就能够检测到次级线圈的参数。

    LDC1000传感器

  图1中,Ls是初级线圈电感值,Rs是初级线圈的寄生电阻;L(d)是互感值,R(d)是互感的寄生电阻,括号中的d表明L(d)和R(d)是间隔的函数;交变电流只加在电感上(初级线圈),则在发生交变磁场的一起也会耗费很多的能量。这时将一个%&&&&&%并联在电感上,因为LC的并联谐振效果能量损耗大大减小,只会损耗在Rs和R(d)上。如图2所示,能够看出,检测到R(d)的损耗就能够间接地检测到d。

LDC1000传感器

  在LDC1000中,等效并联电阻Rp被转换为数字量,这个数值的巨细与Rp成反比。调查式(2)可知,Rp与Rs成反比,一起因为Rs巨细与LC谐振损耗成正比,由此可得数字量数值巨细与LC谐振损耗成正比,涡流越大,损耗越大。

  2 金属勘探定位体系的硬件规划

  本文以LDC1000电感传感器以及飞思卡尔Kinetis系列微操控器K60为中心,而且由直线电机驱动模块、步进电机驱动模块、直线电机、步进电机、LCD液晶显现屏、矩阵按键、电源模块电路、语音声光模块电路、红外线模块等组成,详细硬件衔接图如图4所示。

LDC1000传感器

  为了在某个指定巨细的区域内快速检测并定位不同原料的方针金属,体系选用步进电机以及直线电机,运用X轴和Y轴接连扫描作业形式。

  (1)电源的挑选

  因为体系需求驱动步进电机、直流电机等,一起要求供电电源安稳牢靠,所以直接挑选数控稳压源进行供电。给直线电机与步进电机供给+12 V~-12 V的直流电压,然后进入降压电路,将电压降低到5 V以及3.3 V,给K60微操控器以及其他模块供电。

  (2)传感器的挑选

  本文挑选了OMROM反射式红外光电开关,感应间隔为1~50 cm(可调),感应方法为漫反射(非通明物),作业电压为DC 4.5~5.5 V,作业电流为50 mA,输出方法为NPN常开,呼应时刻为2ms。用来检测直线电机伸出的长度,这样能够随意设置直线电机运动的方位规模,以到达快速定位的意图。

  (3)电机的挑选

  经过比较各种电机的功能,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,可到达500 V,一起径向跳动最大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。因而,将它们结合运用既能够满意速度要求,又能够满意精度要求。

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