基于电感数字转换器的金属探测小车设计与应用

姚登银

（兰州城市学院培黎石油工程学院，甘肃 兰州 730000）

金属探测器是利用金属传感器来实现探测的，金属探测能够在一定范围内探测到是否有金属物体，并且能对金属物体进行定位。越来越多的金属探测器被广泛应用，如煤炭工业、食品加工、考古探测、流水线生产等领域中，传统的金属探测装置，探测灵敏度低、功耗高，体积庞大价格昂贵，市场上现有的金属探测操作难度高、价格昂贵且不易携带，并且电路复杂，探测灵敏度也相对较低，系统也容易受到外界干扰。因此，设计了一种基于电感数字转换器的金属探测小车设计，能够利用电感数字转换器进行数字化处理[1]，对小范围内的金属物体进行非接触式探测。

此次设计的金属探测小车主要利用数字式电感传感器中的线圈进行探测，以弧形扫描的方式对探测区进行探测。当小车处于静止状态时会自动对目标校准位置，并获取相应的信号值；当金属探测小车探测到带有金属物体时，产生涡流效应，使电感数字转换器的电感和组均发出改变，当金属探测小车探测到的数据超出设定值时，显示检测到的数值，并报警提醒[2]。

1 金属探测小车结构设计

此次设计的金属探测小车以MVOSN单片机为主控芯片，芯片内包括16位中央处理单元，包括串行通信接口、串行外设接口和定时器模块等等。在小车工作时，小车通过模块进行通讯功能，将传感器采集到的数据读取到单片器中，然后对数据进行分析。分析后对下一地点进行探测，当小车探测到最小角度或者最大角度时，控制小车向前运动一小段距离，如此往复，直到探测到金属物体，蜂鸣器发出提示音为止。对于小车结构的设计，考虑到探测装置、电路和转轴等的因素，将小车设计成如图1所示：

图1 金属探测小车设计图

金属探测小车主要在小车第一放置板底部的一侧安装转轴箱，在转轴箱内部的中间位置处安装转动轴，转动轴能够穿过转轴箱[3]，延伸到转轴箱的外部，此转动轴两端的外侧皆安装有轴承，轴承的边缘位置处安装三角轮架。在三角轮架的一段安装滚轮，在第一放置板的两端设置第一插孔，在第一放置板的内部设置第二放置板，第二放置板的内部设置与第一放置板相互配合，设置与第一插口相匹配的第二插口。小车中（10）为金属探测模块，（15）为路面检测模块，（11）为控制器模块、（23）为电机驱动模块、（4）为路程测量模块、A为报警显示模块、（9）电源模块组成等。小车内安装电机驱动模块，能够提高调速性，加强调整范围，实现频繁的无极快速启动，无需外加电路；金属探测模块属于一种有开关量输出的位置传感器，金属物体在接近时能够产生电磁场的震动感应，使物体内部产生涡流，使内部电路发生参数变化，由此来识别出金属物体；路面检测模块能够使小车根据轨道行驶，具有良好的传光性能，损耗性小，可进行高速测量、灵敏度和线性度好、体积小、重量轻，能在恶劣环境下进行非接触式、非破坏性以及远距离测量[4]。

通过对金属探测小车的结构设计，能够加强金属探测的准确度与速度，且此款设计的金属探测小车便于携带、不易受外界干扰。

2 软件实现

图2 小车主程序流程图

使用LVN对金属探测小车的软件部分进行处理，系统软件部分包括主程序、数据采集子程序、电机控制子程序、报警显示子程序等若干个子程序，来实现金属探测小车的金属探测。

并且能够控制小车的转速各个方向，利用求平均值的方法确保采集数据的可靠性，设定标准参考值，在小车进行移动监测时，不断调整小车的位置，当多次扫描无果时，执行自主后退操作[5]，确保小车在设定的轨道上进行正常检测，如果检测到金属，将报警显示出金属的位置与总个数，小车的功能实现主要通过调用具体的主程序。主程序流程图如图所示：

通过软件设计，金属探测小车会根据如图所示过程进行对金属探测，这种探测方式能够加强对探测数据的处理，探测金属精准度更高。

3 实例应用

为验证本文设计的金属探测小车的有效性，进行了如下仿真实验。将传统探测器与本文设计的金属探测小车进行对比，将两个金属探测装置放在一片空地中，放入20个金属片，在进行探测前，将两组参数设置成相同参数，设定好时间，进行对金属片的探测，以下是两个金属探测装置的探测结果：

表1 探测对比图

表1主要对两种探测装置的时间、误差和数量上进行了对比，通过对比表可以看出，本文的探测装置在探测金属时探测时间短、误差较低，并且在短时间内探测到的金属片数量更多，而传统探测装置，探测的时间过长，并且误差较大，探测的数量也较低。对比证明，通过对金属探测小车的结束结构与软件设计，提高了探测的速度和精度，一定程度上具有推动作用。

4 结语

在经济发展、社会进步的背景下，对金属探测装置也提出了新的要求，所以本文设计了一个基于电感数字转换器的金属探测小车，此款小车用途广泛，并且稳定可靠。

通过多次的测试与改进，最终完成了设计的要求，准确度较高，运行速度也较快，最后通过实验对比了传统金属探测装置与本文设计的金属探测装置，结果证明了本文金属探测小车的有效性，希望此次设计能够对金属探测行业做出贡献。