2014年全国大学生电子设计竞赛
金属物体探测定位器 B题
【本科组】
2014年8月15日
金属物体探测定位器（B题）
【本科组】
摘要：本设计采用单片机MSP430f5529作为金属探头的检测和控制核心，实现金
属扫描式检测。精准的判断金属并且确定其中心位置等功能。该探测器采用TI公司LDC1000电感/数字转换器评估板（AY-LDC1000）作为金属物体探头，探头上应有定位指针，可以给出明显定位指示。探头可在水平放置的玻璃板上移动。电机控制核心采用MSP430f5529单片机，控制探头来实现基本的探测功能。
关键词：智能控制 金属检测
Abstract:Thisdesign usesasingle chipMSP430f5529coremetalprobedetection and control, to achieveametaldetectorscan.Accuratejudgmentofmetalanddetermineitscentral location, and other functions.Thedetectoruses TI'sLDC1000inductance/DigitalConverter Evaluation Board(AY-LDC1000)as a metalobjectprobe,theprobeshouldbepositioningthe pointer, you cangiveclearpositionindication.Probe can bemoved in ahorizontalglassplate.MotorcontrolMCUcore
usingMSP430f5529controlprobeto achievebasicdetection function.
Keywords: Intelligent Control Metal Detector
1系统方案
本系统主要由系统方案模块、控制模块、检测模块模块、电源模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。
1.1 系统方案模块论证与选择
方案一：使用智能电动车，这个方案，机械结构构成特别方便，只需要制作硬件电路模块。但是在使用时，比赛时间紧急，控制算法比较难于实现，
方案二：使用滑轮导轨作为探测系统框架结构，该系统是实现方便，而且需要的材料也可以从生活找到，易于操作
所以选择方案二作为系统控制器
1.2 控制器的论证与选择
微处理器型号多样，微控制器的选择关系到系统的整体设计，常用的单片机有：
方案一：S52单片机。AT89S52是一般设计中经常使用的一种处理器。AT89S52具有8K的可编程Flash存储器，对不是很复杂的程序设计已经完全够用了。AT89S52有256个字节的RAM，看门狗定时器、全双工串口，以及两个数据指针。AT89S52的中断为二级六向量，以及3个16位的定时器（/计数器）。在其空闲的模式下，CPU停止工作的情况下，允许串口、中断、RAM、定时器/计数器继续工作[4]。AT89S52单片机价格低，使用简单易于操作，但该单片机没有AD模块，I/O口较少，作为8位处理器信息的处理能力相对较低，并非最佳选择[4]。
方案二：M32单片机。STM32F103系列单片机的内核是基于Cortex-M3的，内置12位AD、三路USART通讯口和四个16位定时器等丰富的资源，作为32位处理器系统的时钟频率最高为72MHz。STM32F103RBT6处理器有128KB 的Flash，不同型号的STM有不同大小Flash，选择合适大小的就可以，该处理器可以内嵌20KB的SRAM。STM32F103RBT6型号的芯片有80个外部I/O端口，可以与外界快速进行信息交互，定时器和通讯接口也是相当丰富的。
STM32单片机资源充足，处理能力强，但其丰富的资源也决定了其操作的复杂性，并非处理能力越强越好，合适的资源和处理能力才是设计所需要的。
方案三：MSP430F5529，德州仪器MSP430系列微控制器的体系结构,结合广泛的低功耗模式优化来达到延长电池寿命在便携式测量的应用。设备功能强大的16位RISC CPU、16位寄存器和最大的代码效率。数控振荡器(DCO)允许在3.5μs(典型的)从低功耗模式唤醒到主动模式。单片机配置集成的USB层和物理层支持USB 2.0,四个16位定时器,一个高性能的12位模拟数字转换器(ADC),两个通用串行通信接口(USCI),硬件乘法器、DMA、实时时钟模块与报警功能,和63 I / O口线。
因此选择MSP430F5529作为控制器
1.3检测电路分析
LDC1000是世界首款电感到数字转换器。提供低功耗，小封装，低成本的解决方案，它的SPI接口可以很方便链接MCU。LDC1000只需要外接一个PCB线圈或者自制线圈就可以实现非接触式电感检测。LDC1000的电感检测并不是指向Q表那样测试线圈的电感量，而是可以测试外部金属物体和LDC相连的测试线圈的空间位置关系。
利用LDC1000这个特性配以外部设计的金属物体即可很方便实现：水平或者垂直距离检测；角度检测；唯一监测；运动检测；振动检测；金属成分检测。可以广泛应用在汽车、消费电子、计算机、工业、通信和医疗；领域。 LDC-1000接口 SDO SDF SCLK CSB INT TBCLK F5529LP接口 P4,2/UCB1SOMI P4.1/UCB1SIMO P4.3/UCB1CLK P4.0/UCB1STE P1.2 P1.0/ACLK MCU接口 MISO MISI SCLK GPIO INT/GPO TIMER/Aux CLK 说明 SPI数据输出 SPI数据输入 SPI时钟信号 从设备使能信号 中断接口 频率计数时钟频率 2结构框图 2.1系统框图
声光报警电路 电源电路 MCU 2.2系统分析 设计并制作一个可自主移动的金属物体探测定位器（以下简称探测器），
可探测置于玻璃板下的金属物体并给出定位指示。该探测器需采用TI公司LDC1000电感/数字转换器评估板（AY-LDC1000）作为金属物体探头，探头上应有定位指针，以给出明显定位指示。探头可在水平放置的玻璃板上移动。用直径Φ2（mm）的铁丝围成约50cm×50cm的正方形闭合框作为探测区边界置于玻璃板下，示意图见图1。 探头进入区无色透明普通玻璃板或有机玻璃板 玻璃板下 金属物体 玻璃板下 50cm×50cm 图1 金属物体探测环境示意图 铁丝方框 1. 要求 （1） 在探测区域内某处（距探测边界≥5cm）玻璃下放置一枚直径约19mm
的镀镍钢芯1角硬币（第五套人民币的1角硬币）。探头能从“探头进入区”一侧任意指定位置和方向自行进入探测区（铁丝框包围区域）。通过探测，定位指针应指在硬币边沿之内，探测定位速度越快越好，且探测定位总时间应不超过2分钟。完成定位时给出声-光指示，此后探头不得再移动。（30分）
（2） 将1角硬币更换成直径约25mm的镀镍钢芯1元硬币（第五套人民币1