1、2014年全國大學生電子設計競賽陜西賽區設計報告作品編號： （由組委會填寫）&&剪切線&& 作品編號： （由組委會填寫）參賽隊編號（參賽學校填寫）學校編號組（隊）編號選題編號3802B說 明1. 為保證本次競賽評選的公平、公正，將對競賽設計報告采用二次編碼；2. 本頁作為競賽設計報告的封面和設計報告一同裝訂；3. “作品編號”由組委會統一編制，參賽學校請勿填寫；4. “參賽隊編號”由參賽學校編寫，其中“學校編號”應按照巡視員提供的組委會印制編號填寫，“組（隊）編號”由參賽學校根據本校參賽隊數按順序編排，“選題編號”由參賽隊員根據所選試題編號填寫，例如：“0105

2、B”或“3367F”。5. 本頁允許各參賽學校復印。1、設計任務.22、系統方案的設計與論證.22.1 系統總體框架.22.2 方案論證與比較.23、系統的硬件設計與實現.33.1 系統的總體設計.33.2理論分析與計算.43.3 軟件設計.54、測試結果與誤差分析.65、 結論、心得體會.76、附錄：原理圖.8摘 要 金屬探測器是專門用來探測金屬的儀器。廣泛應用于工業生產、安檢、娛樂等領域。這里我們設計的是一個基于單片機MSP430F5529自主定位探測器， 利用智能小車橫向扇形掃描，檢測到地面上的金屬元素并對其所在位置給出指示（探頭指針指向該金屬所在位置），如若發現附近有金屬物體存在該探測

3、器回發出聲音警報和LED燈發亮提示，同時LED12864給出明顯指示定位。實現金屬探測器功能。單片機原理的測得值與設定的電壓基準值相比較后，決定是否探測到金屬。定位準確。關鍵詞：金屬探測器，LDC1000，LED12864，MSP430F5529 1、 設計任務2、系統方案的設計與論證2.1 系統總體框架整個系統分為單片機系統模塊、LDC1000探頭模塊、電機驅動模塊、電源模塊、液晶顯示模塊。各模塊的系統框圖如圖1所示電機驅動LDC1000探頭液晶顯示MSP430F5529單片機掃描載體聲光提示電源模塊電機驅動圖1 系統框圖2.2 方案論證與比較(1)控制模塊傳統的51單片機廣為應用，具有使用

4、簡便、價格便宜等優點，但是其運算能力較低，速度較慢，功能相對單一，難以實現較復雜的任務要求。MSP430G2553是最新一代的具有集成 USB 的超低功耗單片機，可以應用于能量收集、無線傳感以及自動抄表等場合，是最低工作功耗的單片機之一。MSP430F5529開發板(MSP-EXP430F5529)是 MSP430F5529 單片機的開發平臺，由電源選擇開關、RF射頻接口、microSD Card 插槽、MSP430F5529芯片及引出引腳、USB接口、JTAG仿真接口、齒輪電位計、電容觸摸按鍵、LED、按鈕、EZ-FET內置仿真器、102x64 點陣 LCD和三坐標軸加速度計組成(2)電機驅

5、動模塊方案。(2)掃描載體方案一：采用導軌進行掃描定位 氣墊導軌是常用的一種實驗儀器，它是利用氣泵使帶孔的導軌與滑塊之間形成氣墊，使滑塊懸浮在導軌上，滑塊在導軌上的運動可視為沒有摩擦。直線導軌又稱線軌、滑軌、線性導軌、線性滑軌，用于直線往復運動場合，擁有比直線軸承更高的額定負載，同時可以承擔一定的扭矩，可在高負載的情況下實現高精度的直線運動.直線運動導軌的作用是用來支撐和引導運動部件，按給定的方向做往復直線運動。方案二：采用智能小車扇形掃描 電機驅動模塊：使用直流電機，加上適當的減速比的減速器。直流電機具有良好的調速性能，控制起來也比較簡單。直流電機只要通上直流電源就可連續不斷的轉動，調節電壓

6、的大笑就可以改變電機的速度。直流電機的驅動電路實際上是一個功率放大器。常用的驅動方式是PWM方式。即脈沖寬度調制方式。此外，只能小車在社會應該擴展性更強?；谏鲜隼碚摵蛯嶋H應用情況，我們選擇方案二。3、系統的硬件設計與實現3.1 系統的總體設計根據前面的分析，設計出本系統的總體架構如圖2所示。圖2. 系統架構框圖3.2理論分析與計算金屬探測LDC1000是根據電磁感應原理制成的，將一金屬置于變化的磁場當中時，根據電磁感應原理就會在金屬內部產生渦流，渦流產生的磁場反過來又影響原磁場，這種變化可以轉換為電壓幅值的變化，供相關電路進行檢測，LDC1000并不是直接檢測串聯的電阻，而是檢測等效并聯電阻

7、。通過改變硬幣和線圈之間的距離得到不同的值，對前端探測到的數據進行再處理和分析，若發現附近有金屬物體存在該探測器回發出聲音警報和發亮提示。(1)LDC1000測試探頭 LDC1000可以同時測量阻抗和頻率。LDC1000是通過調節振蕩器的幅度同時檢測LC的諧振損耗來實現這個測量的。通過檢測注入到LC諧振單元的能量，可以計算出RP。在LDC1000中RP值被轉化為數字量，數值跟RP的值成反比。LDC1000可以檢測到LC的諧振頻率。諧振頻率用于計算LC中的L值。頻率值也有LDC1000轉換為數字量。諧振LC中的C是已知的（電板上焊接），所以根據諧振頻率就能計算出L值。根據衰減振蕩的曲線可以計算出

8、RP。競賽之初我們采用L298N作為電機驅動，但經過的調試以后發現L298N的驅動能力不足且內阻較大，PID調速很不穩定，因而采用了大電流低內阻的電調模塊實現電機驅動，經過調試獲得了良好的速度特性。電機驅動電調實物圖如圖5所示。圖5電機驅動電調實物圖3.3 軟件設計金屬探測器是采用線圈的電磁感應原理來探測金屬的。根據電磁感應原理，當有金屬靠近通電線圈平面附近時，將發生如下現象和效應：線圈介質條件變化。當有金屬物靠近通電線圈平面附近時，無論是介質磁導率的變化還是金屬的渦流效應均能引起磁感強度B的變化。對于非磁性的金屬可認為是導電不導磁的物質，主要產生渦流效應，磁效應忽略不計；對于磁鐵性金屬，可認

9、為既可導電又導磁的物質，主要產生磁效應，同時又有渦流效應。 CCS是TI公司開發的一款具有環境配置、源文件編輯、程序調試、跟蹤和分析等功能的集成開發環境，能夠幫助用戶在軟件環境下完成編輯、編譯、鏈接、調試和數據分析等工作。利用CCS調試工程程序。當配置正確后啟動調試器進行調試。觀察變量變化的值。最后當檢測到金屬物體后得到幅值和等效電阻RP的變化范圍。實現聲光報警以及LED12864的顯示。LED12864顯示未檢測到金屬開始智能小車扇形掃描檢測到金屬指針指示蜂鳴器發音LED發光LED12864顯示檢測到金屬檢測完成結束圖6 正常檢測系統軟件流程4、測試結果與誤差分析表1 五毛硬幣幅值和等效電阻測試值五毛硬幣frequency DATA proximtyDATA 接觸330431117離5mm320619604遠離33365346表2 一元硬幣幅值和等效電阻測試值一元硬幣frequency DATA proximtyDATA 接觸271727766離5mm314110612遠離33335333表3 鐵絲值和等效電阻測試值鐵絲frequen