电子设计竞赛：金属物体探测定位器讲述.doc

B题:金属物体探测定位器 摘要 本设计主要采用STC89C51以及STM32单片机实现了金属物体探测定位器。探测装置由数据采集发送、数据接收处理两大模块构成。其中下位机数据采集装置，以51单片为核心，而上位机—数据接收处理装置的MCU则采用的是STM32单片机。数据采集金属物体探头采用TI公司电感/数字转换器LDC1000，该探头在水平和竖直两组步进电机的驱动下实现在50cm*50cm的水平玻璃板上自动扫描，检测到金属后，给出定位指示和声光报警。 关键词：金属探测；LDC1000；步进电机； 系统方案 系统方案框图如图1-1所示。 图1-1系统方案框图 本设计方案的主体由数据采集发送模块、数据接收处理模块两大部分构成。如图1-1所示，上位机模块，也就是数据接收处理模块控制步进电机移动螺纹杆，而螺纹杆上的下位机，即数据采集模块，就会在50 cm*50 cm的玻璃板上移动，而在移动的同时，数据采集模块在采集数据，同时不断将数据发送给上位机进行处理。 数据采集发送装置的设计：数据采集模块在电机驱动下扫描玻璃板，并通过探头检测金属。探测器采用TI公司的LDC1000电感/数字转换评估板。该器件采用是非接触式的无磁芯技术—电感式感测，它提供了16位的谐振阻抗和24位的电感值，从而在位置感测应用中实现亚微米的分辨率。当LDC1000接近金属时，阻抗数值就会单调变化。发送装置的MCU只负责采集数据，并将数据通过串口发送给上位机进行处理，以判别是否接近金属并检测圆心。 数据接收处理模块的设计：数据接收部分主要采用STM32为核心。该模块主要任务为:接收采集模块发送的数据;对所接收数据进行处理判断；控制步进电机转动，然后步进电机带动螺纹杆，从而控制LDC1000探头移动。根据LDC1000的响应特性，在LDC1000靠近金属时检测数值会变大，这时上位机的MCU会根据数据做出判断，并发送具体的数据给步进电机做出相应的反应。通过算法找到金属圆心，并通过LED和蜂鸣器进行声光报警等。 步进电机驱动方案 方案一：恒电压驱动：单电压驱动是指在电机绕组工作过程中，只用一个方向电压对绕组供电，多个绕组交替提供电压。该方法的优点：电路简单，元件少、控制也简单，实现起来比较简单。但同时它还有很明显的缺点：必须提供足够大的电流的三极管来进行开关处理，步进电机运转速度比较低，电机震动比较大，发热大。 方案二：采用成品的驱动电路驱动器ZD-8731-D,双轴步进电机驱动器，该方法简单，并且可同时驱动两台电机，但它必须有12V的电压以及较大的电流进行驱动，并且因为它是成品，所以花费较大。 综合以上两种方案，利用方案二，采用双轴步进电机驱动器ZD-8731-D，虽然说该方案花费较大，但实验室有完整的ZD-8731-D成品。而且方案一是一种比较老的驱动方式，现在基本不用。因此我们采用第二种方案来实现步进电机的驱动。需要注意的是因为方案二的ZD-8731-D不仅仅需要12V的电压，而且需要较大电流驱动，所以普通的12V电压源无法满足大电流的要求，所以这里采用是成品12V的开关电源—NES-35-12进行驱动。 显示部分设计方案 方案一：采用八位共阴极LED数码管进行显示，利用单片机串行口的移位寄存器工作方式，外接MAX7219串行输入共阴极显示驱动器，每片可驱动8个LED数码管。 方案二：采用点阵字符型LCD5110液晶显示，可以显示多行数字与阿拉伯字母等字符，随着半导体技术的发展，LCD的液晶显示越来越广泛的应用于各种显示场合。 综合以上两种方案，数码管显示驱动简单，但显示信息量少，I/O口使用量大；利用液晶显示可以工作在低电压、低功耗下，显示界面友好、内容丰富，综合考虑，选用LCD5110来实现显示功能。 部分硬件电路设计 扫描及数据采集部分 数据采集部分如图2-1所示，四个电机配合四根螺杆，带动数据采集板在50 cm*50cm的区域里移动，采集板放在3,4号螺杆上。具体的过程如下：电机1与电机2以相同的转速转动，带动螺杆1和螺杆2转动，因为1号螺杆和2号螺杆的转动，架在1,2螺杆上的3,4号螺杆所以也跟随移动，因此，采集板可以沿y轴上下移动。与此同时，随着，3,4号螺杆上电机3号和4号以相同转速转动，带动的采集板沿x轴运动。因此，便可做到采集板在区域内自动移动。 图2-1 扫描及数据采集部分 步进电机驱动电路 下图为步进电机完整驱动电路。ZD-8731-D为双轴步进电机驱动器，其可同时驱动两个电机，但需要12V电压，同时需要大电流。S-25-12为12V开关电源，输出电流可达到3A左右，满足ZD-8731-D驱动的需求。如图2-2所示，只需将步进电机的四线分别接入A+，B+,A-,B-，然后单片机在脉冲端输入脉冲波，在方向端输入1或者0（