基于電感數(shù)字轉(zhuǎn)換器的金屬探測(cè)小車設(shè)計(jì)與應(yīng)用

姚登銀

（蘭州城市學(xué)院培黎石油工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730000）

金屬探測(cè)器是利用金屬傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)探測(cè)的，金屬探測(cè)能夠在一定范圍內(nèi)探測(cè)到是否有金屬物體，并且能對(duì)金屬物體進(jìn)行定位。越來(lái)越多的金屬探測(cè)器被廣泛應(yīng)用，如煤炭工業(yè)、食品加工、考古探測(cè)、流水線生產(chǎn)等領(lǐng)域中，傳統(tǒng)的金屬探測(cè)裝置，探測(cè)靈敏度低、功耗高，體積龐大價(jià)格昂貴，市場(chǎng)上現(xiàn)有的金屬探測(cè)操作難度高、價(jià)格昂貴且不易攜帶，并且電路復(fù)雜，探測(cè)靈敏度也相對(duì)較低，系統(tǒng)也容易受到外界干擾。因此，設(shè)計(jì)了一種基于電感數(shù)字轉(zhuǎn)換器的金屬探測(cè)小車設(shè)計(jì)，能夠利用電感數(shù)字轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)字化處理[1]，對(duì)小范圍內(nèi)的金屬物體進(jìn)行非接觸式探測(cè)。

此次設(shè)計(jì)的金屬探測(cè)小車主要利用數(shù)字式電感傳感器中的線圈進(jìn)行探測(cè)，以弧形掃描的方式對(duì)探測(cè)區(qū)進(jìn)行探測(cè)。當(dāng)小車處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)會(huì)自動(dòng)對(duì)目標(biāo)校準(zhǔn)位置，并獲取相應(yīng)的信號(hào)值；當(dāng)金屬探測(cè)小車探測(cè)到帶有金屬物體時(shí)，產(chǎn)生渦流效應(yīng)，使電感數(shù)字轉(zhuǎn)換器的電感和組均發(fā)出改變，當(dāng)金屬探測(cè)小車探測(cè)到的數(shù)據(jù)超出設(shè)定值時(shí)，顯示檢測(cè)到的數(shù)值，并報(bào)警提醒[2]。

1 金屬探測(cè)小車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

此次設(shè)計(jì)的金屬探測(cè)小車以MVOSN單片機(jī)為主控芯片，芯片內(nèi)包括16位中央處理單元，包括串行通信接口、串行外設(shè)接口和定時(shí)器模塊等等。在小車工作時(shí)，小車通過(guò)模塊進(jìn)行通訊功能，將傳感器采集到的數(shù)據(jù)讀取到單片器中，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。分析后對(duì)下一地點(diǎn)進(jìn)行探測(cè)，當(dāng)小車探測(cè)到最小角度或者最大角度時(shí)，控制小車向前運(yùn)動(dòng)一小段距離，如此往復(fù)，直到探測(cè)到金屬物體，蜂鳴器發(fā)出提示音為止。對(duì)于小車結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，考慮到探測(cè)裝置、電路和轉(zhuǎn)軸等的因素，將小車設(shè)計(jì)成如圖1所示：

圖1 金屬探測(cè)小車設(shè)計(jì)圖

金屬探測(cè)小車主要在小車第一放置板底部的一側(cè)安裝轉(zhuǎn)軸箱，在轉(zhuǎn)軸箱內(nèi)部的中間位置處安裝轉(zhuǎn)動(dòng)軸，轉(zhuǎn)動(dòng)軸能夠穿過(guò)轉(zhuǎn)軸箱[3]，延伸到轉(zhuǎn)軸箱的外部，此轉(zhuǎn)動(dòng)軸兩端的外側(cè)皆安裝有軸承，軸承的邊緣位置處安裝三角輪架。在三角輪架的一段安裝滾輪，在第一放置板的兩端設(shè)置第一插孔，在第一放置板的內(nèi)部設(shè)置第二放置板，第二放置板的內(nèi)部設(shè)置與第一放置板相互配合，設(shè)置與第一插口相匹配的第二插口。小車中（10）為金屬探測(cè)模塊，（15）為路面檢測(cè)模塊，（11）為控制器模塊、（23）為電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、（4）為路程測(cè)量模塊、A為報(bào)警顯示模塊、（9）電源模塊組成等。小車內(nèi)安裝電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，能夠提高調(diào)速性，加強(qiáng)調(diào)整范圍，實(shí)現(xiàn)頻繁的無(wú)極快速啟動(dòng)，無(wú)需外加電路；金屬探測(cè)模塊屬于一種有開(kāi)關(guān)量輸出的位置傳感器，金屬物體在接近時(shí)能夠產(chǎn)生電磁場(chǎng)的震動(dòng)感應(yīng)，使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流，使內(nèi)部電路發(fā)生參數(shù)變化，由此來(lái)識(shí)別出金屬物體；路面檢測(cè)模塊能夠使小車根據(jù)軌道行駛，具有良好的傳光性能，損耗性小，可進(jìn)行高速測(cè)量、靈敏度和線性度好、體積小、重量輕，能在惡劣環(huán)境下進(jìn)行非接觸式、非破壞性以及遠(yuǎn)距離測(cè)量[4]。

通過(guò)對(duì)金屬探測(cè)小車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠加強(qiáng)金屬探測(cè)的準(zhǔn)確度與速度，且此款設(shè)計(jì)的金屬探測(cè)小車便于攜帶、不易受外界干擾。

2 軟件實(shí)現(xiàn)

圖2 小車主程序流程圖

使用LVN對(duì)金屬探測(cè)小車的軟件部分進(jìn)行處理，系統(tǒng)軟件部分包括主程序、數(shù)據(jù)采集子程序、電機(jī)控制子程序、報(bào)警顯示子程序等若干個(gè)子程序，來(lái)實(shí)現(xiàn)金屬探測(cè)小車的金屬探測(cè)。

并且能夠控制小車的轉(zhuǎn)速各個(gè)方向，利用求平均值的方法確保采集數(shù)據(jù)的可靠性，設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)參考值，在小車進(jìn)行移動(dòng)監(jiān)測(cè)時(shí)，不斷調(diào)整小車的位置，當(dāng)多次掃描無(wú)果時(shí)，執(zhí)行自主后退操作[5]，確保小車在設(shè)定的軌道上進(jìn)行正常檢測(cè)，如果檢測(cè)到金屬，將報(bào)警顯示出金屬的位置與總個(gè)數(shù)，小車的功能實(shí)現(xiàn)主要通過(guò)調(diào)用具體的主程序。主程序流程圖如圖所示：

通過(guò)軟件設(shè)計(jì)，金屬探測(cè)小車會(huì)根據(jù)如圖所示過(guò)程進(jìn)行對(duì)金屬探測(cè)，這種探測(cè)方式能夠加強(qiáng)對(duì)探測(cè)數(shù)據(jù)的處理，探測(cè)金屬精準(zhǔn)度更高。

3 實(shí)例應(yīng)用

為驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的金屬探測(cè)小車的有效性，進(jìn)行了如下仿真實(shí)驗(yàn)。將傳統(tǒng)探測(cè)器與本文設(shè)計(jì)的金屬探測(cè)小車進(jìn)行對(duì)比，將兩個(gè)金屬探測(cè)裝置放在一片空地中，放入20個(gè)金屬片，在進(jìn)行探測(cè)前，將兩組參數(shù)設(shè)置成相同參數(shù)，設(shè)定好時(shí)間，進(jìn)行對(duì)金屬片的探測(cè)，以下是兩個(gè)金屬探測(cè)裝置的探測(cè)結(jié)果：

表1 探測(cè)對(duì)比圖

表1主要對(duì)兩種探測(cè)裝置的時(shí)間、誤差和數(shù)量上進(jìn)行了對(duì)比，通過(guò)對(duì)比表可以看出，本文的探測(cè)裝置在探測(cè)金屬時(shí)探測(cè)時(shí)間短、誤差較低，并且在短時(shí)間內(nèi)探測(cè)到的金屬片數(shù)量更多，而傳統(tǒng)探測(cè)裝置，探測(cè)的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，并且誤差較大，探測(cè)的數(shù)量也較低。對(duì)比證明，通過(guò)對(duì)金屬探測(cè)小車的結(jié)束結(jié)構(gòu)與軟件設(shè)計(jì)，提高了探測(cè)的速度和精度，一定程度上具有推動(dòng)作用。

4 結(jié)語(yǔ)

在經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步的背景下，對(duì)金屬探測(cè)裝置也提出了新的要求，所以本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于電感數(shù)字轉(zhuǎn)換器的金屬探測(cè)小車，此款小車用途廣泛，并且穩(wěn)定可靠。

通過(guò)多次的測(cè)試與改進(jìn)，最終完成了設(shè)計(jì)的要求，準(zhǔn)確度較高，運(yùn)行速度也較快，最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比了傳統(tǒng)金屬探測(cè)裝置與本文設(shè)計(jì)的金屬探測(cè)裝置，結(jié)果證明了本文金屬探測(cè)小車的有效性，希望此次設(shè)計(jì)能夠?qū)饘偬綔y(cè)行業(yè)做出貢獻(xiàn)。