本文以LDC1000传感器和Freescale KineTIs系列微控制器K60为核心，组成一个具有定位功能的金属探测系统。通过金属的涡流效应，可以探测到金属物体，并在一定范围内快速定位金属物体的精确位置。实验表明，距离物体中心的定位误差小于4 mm，可以检测最小尺寸为2 cm2的金属物体。测量数据在单片机中进行处理，软件中采用数字滤波，进一步减少了误差干扰信号，提高了系统的稳定性和准确性。该系统可以通过LCD显示当前金属物体的具体位置，使用按键实现人机交互。
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金属探测器作为一种非接触式检测设备，广泛应用于工业领域和日常安检中。对于金属检测，金属检测机往往需要有很高的精度和很快的响应速度。本文采用飞思卡尔KineTIs微控制器K60作为控制核心，利用LDC1000电感式传感器检测金属物体的位置。LDC1000传感器利用电磁感应的原理来检测与金属物体的距离，对于不同的金属材料，其感应强度是不同的。LDC1000电感传感器的数据传输到微控制器，经过软件处理后最终确定金属位置。直线电机和滑轨用于控制LDC1000传感器探头的移动和检测。由于水平扫描的精度要求很高，所以采用步进电机进行扫描，而垂直扫描要求速度很高，所以采用直线电机进行扫描。
同时，系统可以通过dip开关选择被检测金属物体的类型，检测时间和被检测金属物体的位置可以通过LCD显示，具有良好的人机界面。
该系统设计结构简单，制造成本低，控制精度高，可广泛用于机场、车站、码头等场所的安检。它不仅可以检测旅客包裹中的危险管制刀具，还可以检测隐藏在人眼看不到的地方的金属。
1 LDC 1000工作原理介绍
LDC1000是一种非接触、短距离感应的电感检测传感器芯片，可以将模拟电感值转换为数值，同时具有低成本、高分辨率遥感的导电性。其内置的处理芯片具有SPI通信接口，可以方便地与单片机进行通信。LDC1000只需连接一个PCB线圈或自制线圈即可实现非接触式电感检测，测试外部金属物体与LDC连接的测试线圈之间的空间位置关系。通过使用该特征和外部设计的金属物体，可以方便地实现水平或垂直距离检测、角度检测、位移检测、运动检测、振动检测和金属成分检测。
LDC1000的电感检测采用电磁感应原理。如图1所示，传感器内部会产生交变电流，施加在PCB线圈或自制线圈上，线圈周围会产生交变电磁场。这时，如果有金属物体进入这个电磁场，金属物体表面就会产生涡流(感应电流)。因为涡电流与线圈电流相反，所以涡电流产生的感应电磁场与线圈电磁场相反。涡流是金属物体的距离、大小和成分的函数。涡流产生的反向磁场与线圈耦合，就像还有一个次级线圈一样。LDC1000的线圈用作初级线圈，涡流效应用作次级线圈，从而形成变压器。由于变压器的互感，可以在初级线圈的这一侧检测次级线圈的参数。
在图1中，Ls是初级线圈的电感值，Rs是初级线圈的寄生电阻；L(d)是互感值，R(d)是互感的寄生电阻，括号中的D表示L(d)和R(d)是距离的函数；当交流电只作用于电感(初级线圈)时，就会产生交变磁场，消耗大量能量。此时，当电容器与电感器并联时，能量损耗将为gr
在LDC1000中，等效并联电阻Rp转换为数字量，该值的大小与Rp成反比。从观察公式(2)可以看出，Rp与Rs成反比，同时由于Rs与LC谐振损耗成正比，可以得出数字值与LC谐振损耗成正比，涡流越大损耗越大。
金属探测定位系统的硬件设计
本文以LDC1000电感传感器和飞思卡尔KineTIs系列微控制器K60为核心，由直线电机驱动模块、步进电机驱动模块、直线电机、步进电机、液晶屏、矩阵按键、电源模块电路、语音声光模块电路、红外模块等组成。具体的硬件连接图如图4所示。
为了快速检测和定位指定尺寸区域内不同材质的目标金属，系统采用步进电机和直线电机，并采用X轴和Y轴连续扫描方式。
(1)电源的选择
因为系统需要驱动步进电机、DC电机等。供电稳定可靠，直接选用数控稳压电源供电。给直线电机和步进电机提供12 V~-12 V的DC电压，然后进入降压电路将电压降至5 V和3.3 V，给K60单片机等模块供电。
(2)传感器的选择
本文选用OMROM反射式红外光电开关，传感距离1 ~ 50 cm(可调)，传感方式为漫反射(不透明)，工作电压为DC 4.5~5.5 V，工作电流为50 mA，输出方式为NPN常开，响应时间为2 ms，用于检测直线电机的伸出长度，使直线电机的运动范围可以任意设定，达到快速定位的目的。
(3)电机的选择
通过比较各种电机的性能，选择了两种电机：一种是57步进电机，另一种是38 DC电机。7步进电机耐压高，可达500 V，同时最大径向跳动0.02 mm(450g负载)，最大轴向跳动0.08 mm(450g负载)，步进精度可达5%。38 DC电机输出轴直径5毫米，电机直径38毫米，电机长度67毫米，转速可高达4 000转。因此，它们的组合既能满足速度要求，又能满足精度要求。
