高效数字电感转换器金属探测器设计

摘要：本研究以数字电感转换器（LDC）为探测核心，选用ATmega328单片机作为主控制器，深入解析了步进电机的精准控制原理。通过编写程序，结合XY轴机械结构，本设计实现了结构紧凑、成本经济的金属探测器。该探测器具有高灵敏度、高准确度的特点。

引言：随着科技的飞速进步，金属探测器的应用领域不断扩大。金属探测器技术经历了从模拟信号到数字脉冲技术的多次革新，无论是在灵敏度、分辨率还是精确度上，都实现了质的飞跃。本研究基于多普勒效应，设计了一种微波检测型金属探测器，该探测器结构简单、轻便，体积、重量和制造成本与被检测物品体积无直接关联，能够以较低成本制作出便携式金属探测器，具有广泛的应用前景。

1. 金属探测器设计模块

1.1 系统总体模块介绍

系统模块主要包括主控制模块（MCU）、电源模块、金属探测模块、电机驱动模块和电机定位模块。皖南电机通过主从控制结构，利用中断控制实现联动控制，确保数据传输不紊乱。

1.2 主控模块介绍

主控模块以ATmega328单片机为核心，其高效结构使得大部分指令执行时间仅为一个时钟周期，运行速度比普通CISC单片机高出10倍。

1.3 金属探测模皖南电机块介绍

采用基于数字电感转换器（LDC）的金属探测模块，通过分析待测金属物体对电感线圈磁场的影响，实现金属检测，并驱动电机运动，实现被测金属物体的精确定位。

1.4 定位模块介绍

采用简易的XY轴滑台进行定位，金属探测器在X轴皮带带动下完成水平扫描，通过步进电机控制Y轴皮带，实现整个区域的扫描。

2. 步进电机的工作原理及其驱动

2.1 电机驱动的设计

采用A3967SLB微步距驱动二相步进电机专用驱动器，实现PWM恒流控制，具有固定关断时间的电流调节器，减少电流噪音，提高步进精确度。

3. 系统软件程序设计

3.1 金属检测器主程序流程图

系统启动后，X轴皮带进行横向扫描，检测目标物体，否则Y轴皮带向前移动一小步，X轴皮带反向运行，再次检测，直到检测到目标物体或扫描完整区域。

3.2 电机驱动模块程序设计

XY轴滑台在50cm*50cm范围内滑动，步进电机控制脉冲个数，通过测试记录完成一个轴的脉冲个数，步进电机走一步是1600个脉冲，完成一个轴需要20步。安徽皖南电机

3.3 金属探测模块程序设计

通过设置金属判断阈值，对探测器检测到的信号进行判断，判断是否为金属，进一步通过测试确定不同金属的阈值，判断金属的种类。

4. 金属探测器测试结果及分析

4.1 时间测试结果及分析

测试金属探测器的探测时间与精度，通过测试金属探测器扫描整个XY轴滑台的时间，分析数据，证明系统方案的扫描时间满足设计要求。

4.2 精度测试结果及分析

根据测试数据，系统的检测时间和探测精度均能满足设计要求，误差主要来自机械结构中的机械摩擦，但系统完成时间都在设计范围内。

5. 设计实物图及其说明

图7展示了金属探测器的实物图，采用电感感测技术，通过印刷电路板感测元件的线圈，实现低成本、高分辨率、高精度的金属检测。

结束语

本文从电感感测技术、数字电感转换器、步进电机发展、步进电机细分原理以及细分技术应用等方面进行了介绍，并完成了金属探测装置的设计。