復合金屬物智能探測定位系統(tǒng)設計

王亞飛

（平頂山學院，信息工程學院，河南 平頂山 467000）

現(xiàn)如今已有的金屬探測系統(tǒng)，通常僅可以完成金屬探測的功能，并且實現(xiàn)性差、定位精準度不高。傳統(tǒng)的檢測系統(tǒng)的硬件設計上，一般是使用模擬電路來對復合式金屬進行檢測，其原理是把模擬信號改變成波頻進行編碼，同時使用IPU對信號波發(fā)出的信號進行解讀轉(zhuǎn)換，通過判斷其臨界值來處理相應的操作。傳統(tǒng)的系統(tǒng)電路不僅有著復雜的電路結(jié)構，而且信號轉(zhuǎn)換傳播節(jié)點較多，容易大幅度的干擾其信號波傳導，導致對復合式金屬的探測精度下降。本次系統(tǒng)設計采用了DY—LDC1000全數(shù)字芯片對系統(tǒng)的探測結(jié)果進行解讀轉(zhuǎn)換，取代了傳統(tǒng)的信號轉(zhuǎn)換節(jié)點，將原來復雜的電路系統(tǒng)簡單化，并將原來的信號載體平臺智能化，使其在進行參數(shù)設置的時候全自動化，這樣便能夠展開全方位智能探測，對復合式金屬的定位也會更加精準。

1 復合金屬物智能探測定位系統(tǒng)軟件設計

1.1 智能讀取程序的算法設計

直接法自動調(diào)整算法：采取前后雙輪編碼器將脈沖信號直接傳導給MSP430F5438A，對接收到的信號自主的進行讀取、轉(zhuǎn)換，若前后兩者的信號頻率是一致的，則對信號直接進行比對[1]。單片機信號控制調(diào)整算法：采取方向讀取算法對單片機轉(zhuǎn)換的信號與系統(tǒng)設置的角度信號展開數(shù)據(jù)對比，測算出單片機的角度對原始方向偏離程度，以度量的方式進行記錄，若其只單一的向一側(cè)轉(zhuǎn)換器傳導PWM信號，則需要對其進行調(diào)整，使得其與原來軌道的角度一致。

轉(zhuǎn)彎方向偏差與單片機調(diào)整控制算法：一旦發(fā)現(xiàn)單片機的信號方向轉(zhuǎn)彎時，系統(tǒng)對MSP430F5438A的數(shù)據(jù)進行調(diào)整，以便于后側(cè)信號能夠及時反轉(zhuǎn)，若角度傳感器檢測到前側(cè)的機片方向轉(zhuǎn)到90度時，單片機對電機控制信號進行轉(zhuǎn)換，控制其前后雙輪都保持向一個方向轉(zhuǎn)動，當方向探測器監(jiān)測出現(xiàn)到輪子的角度轉(zhuǎn)向90度時，單片機對SPI的數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換，使前后雙輪保持相同的方向轉(zhuǎn)動。全部的過程使數(shù)據(jù)信號完成了轉(zhuǎn)彎，并達到相應的輪距差。

1.2 算法程序命令執(zhí)行

第一步需要對DY—LDC1000、SPI、液晶顯示等初始化數(shù)據(jù)下達命令，其次針對不同的目標檢測物，需要設定好具有針對性的明確參考值，程序準備過程中任何一個調(diào)整指令控制器都會檢測到LDC1000傳感器的實時數(shù)據(jù)值，傳感器對檢測到的數(shù)據(jù)經(jīng)過模擬信號控制系統(tǒng)進行破譯，破譯之后的值再與之前的明確參考值進行比對，用以記錄數(shù)據(jù)偏差程度，控制系統(tǒng)信號傳輸與其偏差值相適應的數(shù)據(jù)傳導來轉(zhuǎn)換舵機擺臂的編碼行為。為了保證所記錄數(shù)據(jù)的可靠性，需要使用加權平均的方法來對數(shù)據(jù)進行操作，并將其設定為基準值.控制器在數(shù)據(jù)掃描時，會不斷轉(zhuǎn)換控制器的方向，若有多次操作無效時，程序會對操作下達后退指令，使得其在設定的方向上進行準確探測。

2 復合金屬物智能探測定位系統(tǒng)硬件設計

2.1 MCU選擇

在本系統(tǒng)設計中，根據(jù)復合式金屬的特性，利用MCU對各種各樣的指令進行分辨操作，BO作為總通信系統(tǒng)將所有的數(shù)據(jù)進行保存，由于在進行系統(tǒng)設計的時候指令比較復雜，信號輸出比重加大，同時還有多條數(shù)據(jù)信號指令需要轉(zhuǎn)換，多以在選擇編碼器的時候，采取的是MSP430F5438A。控制系統(tǒng)內(nèi)部具有程序檢測、模擬比較器A、定時器A0、定時器A1、定時器B0、液晶驅(qū)動器、UART、SPI、硬件乘法器、10位/12位ADC、I2C、DMA、I/O端口、初始化定時器、實時時鐘。在微型處理器的選擇上采取MSP430F5438A作為主導芯片。

2.2 方向偏差系統(tǒng)設計

本設計利用轉(zhuǎn)換裝置對檢測的智能控制系統(tǒng)的調(diào)整的角度和方向數(shù)據(jù)變化，使得控制器輸出信號頻率一致的兩方波頻，當信號方向一致時，M相信號超前N相信號，當調(diào)整的方向不一致時，N相信號超前M相信號，波頻作為方向監(jiān)測。此時前側(cè)控制器的M線、N線與MSP430F5438A的P8.0、P8.1端口分別連接，后側(cè)控制器的M、N線與P8.2、P8.3端口分別連接。

3 實驗測試及結(jié)果分析

通過對定位的監(jiān)測成功進行自動報警。實驗時，針對不同尺寸（復合式金屬直徑）金屬均作了100次試驗，實驗前提保證每次探測都能使其發(fā)出報警信號；其次，復合式金屬的位置在探測區(qū)域內(nèi)是隨機擺放的，另外，在這100次實驗過程中，均可以檢測到復合式金屬并發(fā)出聲光信號。系統(tǒng)運行整個流程平均用時約86s。實驗時針對不同尺寸（復合式金屬直徑）金屬作了100次試驗記錄的數(shù)據(jù)如表1所示。

表一 性能參數(shù)

經(jīng)過四中不同尺寸的對比實驗，結(jié)果顯示，本設計不存在誤檢情況，說明系統(tǒng)能夠明確分辨復合式金屬物；其次，復合式金屬的直徑越大，智能探測定位系統(tǒng)的成功率就越高，但是在一定程度上，尺寸較小的復合式金屬探測失敗率也很低，說明本設計的智能探測功能較好。

4 結(jié)束語

本文中復合式金屬智能探測系統(tǒng)設計的系統(tǒng)使用了高功效、低損耗的芯片LDC1000，相較于傳統(tǒng)的探測系統(tǒng)定位功能大大提高，檢測復合式金屬也更加精準。對不同尺寸的復合式金屬進行非接觸式測試，對實驗數(shù)據(jù)比對處理，實驗結(jié)果能夠得出表明本系統(tǒng)確實可以準確的探測出復合式金屬的位置，并且做到?jīng)]有誤差，系統(tǒng)的運行過程中準確度較高，運行速度較快，定位精準。