CN104483716B - 金属探测器调校装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种金属探测器调校装置，包括有MCU、显示控制电路、DAC控制电路、第一DDS控制电路、第二DDS控制电路、第一低通滤波电路、第二低通滤波电路、第一放大电路和第二放大电路；通过配合利用各个电路，实现了一个信号发生器，数字合成来模拟一些常见金属在金属探测器中的响应信号，在金属探测器的生产过程中，直接将本发明产生的信号输入至金属探测器的探测电路中，就可以进调试和校准，而不必连接探测线圈并通过探测线圈产生真实的物理信号来进行调试，从而摆脱了受环境电磁干扰的限制，降低了生产难度，大大提高了生产效率。

Description

金属探测器调校装置
技术领域
本发明涉及金属探测器领域技术，尤其是指一种金属探测器调校装置。
背景技术
金属探测技术主要是利用电磁感应原理，当前使用最广泛的是VLF连续正弦波技术，通过一个频率较低的连续正弦波驱动发射线圈产生一个交变电磁场，当探测到金属时，接收线圈会接收到一个受金属的涡流感应影响而幅度和相移发生改变的同频率的正弦波。金属探测器就是通过分析信号的幅度和相移，从而区分出金属的种类。
为了保证金属探测器产品金属区分能力的准确性，就要求产品的探测电路的关键参数基本一致。但由于电子元器件的影响，金属探测器产品之间，探测电路的关键参数不可避免的会存在一些差异，从而影响到探测的准确性。为了减小这种误差，在生产过程中就需要将金属探测器连接上探测线圈进行调校。由于金属探测器具有较高的灵敏度，易受到电磁信号的干扰，要求在一个没有电磁干扰的环境中进行。在生产线上，很难达到这种要求，而且当两台以上的金属探测器工作时，相互之间会受到各自产生的电磁场的电磁干扰而导致无法正常工作，这不利于产线的批量生产。
发明内容
有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种金属探测器调校装置，其代替探测线圈中真实的物理信号，从而达到不使用探测线圈，金属探测电路中也能接收到与金属信号相同的信号的目的。
为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：
一种金属探测器调校装置，包括有MCU、显示控制电路、DAC控制电路、第一DDS控制电路、第二DDS控制电路、第一低通滤波电路、第二低通滤波电路、第一放大电路和第二放大电路；
该显示控制电路、DAC控制电路、第一DDS控制电路和第二DDS控制电路均与MCU连接，该显示控制电路通过按键控制选择模拟信号的频率，模拟金属的种类和深度；该第一DDS控制电路和第二DDS控制电路分别产生仿真的发射信号和接收信号；该DAC控制电路控制第二DDS控制电路的满量程控制输入端的电压来实现第二DDS控制电路输出信号的幅度变化；
该DAC控制电路连接第二DDS控制电路，该第一低通滤波电路和第二低通滤波电路分别对应连接第一DDS控制电路和第二DDS控制电路，该第一低通滤波电路和第二低通滤波电路分别滤除第一DDS控制电路和第二DDS控制电路输出的信号中的谐波；该第一放大电路和第二放大电路分别对应连接第一低通滤波电路和第二低通滤波电路，该第一放大电路短接金属探测器的发射线圈而连接金属探测器的探测电路，该第二放大电路短接金属探测器的接收线圈而连接金属探测器的探测电路，该第一放大电路和第二放大电路分别将经过滤波后的输出信号进行倍数的放大。
作为一种优选方案，所述MCU为型号是STM32F030C8T6的控制器，其具有64K FlashRom和8K SRAM，频率达48MHz，并具有2个SPI接口。
作为一种优选方案，所述第一DDS控制电路和第二DDS控制电路均具有型号为AD9834的DDS器件，其输出高性能的正弦波和三角波，并具有相位调制和频率调制功能，输出频率高达37.5MHz，通信接口是三线式SPI接口，AD9834内部有2个28位的频率寄存器和2个12位的相位偏移寄存器；输出信号的频率满足关系式： fOUT = fMCLK / 228 x FREQREG，其中fMCLK是AD9834的时钟频率，FREQREG是频率寄存器中的值；输出信号的相位偏移满足关系式： Phase = 2π/ 4096 x PHASEREG，其中PHASEREG是相位偏移寄存器中的值；MCU通过SPI接口与AD9834连接，以控制第一DDS控制电路和第二DDS控制电路的输出波形及其频率和相移。
作为一种优选方案，所述DAC控制电路具有型号为AD5660的DAC器件，DAC控制电路是通过AD5660控制第二DDS控制电路的满量程控制输入端的电压来实现控制第二DDS控制电路输出信号的幅度的变化，AD9834的满量程调整控制引脚FSADJUST和模拟地AGND之间连接一个电阻RSET，RSET与满量程电流之间的关系如下： IOUT = 18 x FSADJUST / RSET ，FSADJUST = 1.15V，RSET = 6.8KΩ；MCU通过SPI接口与AD5660连接，控制AD5660的输出电压，改变RSET两端的电压差，使AD9834的满量程输出电流幅度发生改变，从而达到软件灵活控制第二DDS控制电路输出信号幅度的目的。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知：
通过配合利用各个电路，实现了一个信号发生器，数字合成来模拟一些常见金属在金属探测器中的响应信号，在金属探测器的生产过程中，直接将本发明产生的信号输入至金属探测器的探测电路中，就可以进行调试和校准，而不必连接探测线圈并通过探测线圈产生真实的物理信号来进行调试，从而摆脱了受环境电磁干扰的限制，降低了生产难度，大大提高了生产效率。而且本装置的信号频率可调，能模拟多种常见金属的响应信号，可以用于辅助不同型号的金属探测器的生产，并且在对金属的导电性和导磁性的研究上也非常具有参考价值。
为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本发明进行详细说明。
附图说明
图1是本发明之较佳实施例的结构示意图；
图2是本发明之较佳实施例中DAC控制电路和第二DDS控制电路的结构示意图；
图3是本发明之较佳实施例中低通滤波电路的结构示意图；
图4是本发明之较佳实施例中放大电路的结构示意图。
附图标识说明：
10、MCU 20、显示控制电路
30、DAC控制电路 40、第一DDS控制电路
50、第二DDS控制电路 60、第一低通滤波电路
70、第二低通滤波电路 80、第一放大电路
90、第二放大电路 100、金属探测器
101、发射线圈 102、探测电路
103、接收线圈。
具体实施方式
请参照图1至图4所示，其显示出了本发明之较佳实施例的具体结构，包括有MCU10、显示控制电路20、DAC控制电路30、第一DDS控制电路40、第二DDS控制电路50、第一低通滤波电路60、第二低通滤波电路70、第一放大电路80和第二放大电路90。
该显示控制电路20通过按键控制选择模拟信号的频率，模拟金属的种类和深度，VLF类型的金属探测器的探测频率较低，一般在5K至25.5K之间，本装置的频率可调范围为5K～30K，调节刻度为0.1K。MCU 10内部存储了NICKEL、ZINC、DIME、QUARTER等几种硬币的模拟金属信号的相关数据，这些数据是经过大量的实验得到的，能高度仿真其在探测线圈中的响应信号，通过按键可以方便选择输出每种金属的仿真信号。
该MCU采用型号为STM32F030C8T6的控制器，这是ST公司的一款基于ARM cortex-M0内核的32位微控制器，其具有64K Flash Rom和8K SRAM，频率达48MHz，并具有2个SPI接口。
该显示控制电路20、DAC控制电路30、第一DDS控制电路40和第二DDS控制电路50均与MCU 10连接，该DAC控制电路30连接第二DDS控制电路50，该第一低通滤波电路60和第二低通滤波电路70分别对应连接第一DDS控制电路40和第二DDS控制电路50，该第一放大电路80和第二放大电路90分别对应连接第一低通滤波电路60和第二低通滤波电路70，该第一放大电路80短接金属探测器100的发射线圈101而连接金属探测器100的探测电路102，该第二放大电路90短接金属探测器100的接收线圈103而连接金属探测器100的探测电路102。
该第一DDS控制电路40和第二DDS控制电路50均具有型号为AD9834的DDS器件，其分别用于产生仿真的发射信号和接收信号，其输出高性能的正弦波和三角波，并具有相位调制和频率调制功能，输出频率高达37.5MHz，通信接口是三线式SPI接口，AD9834内部有2个28位的频率寄存器和2个12位的相位偏移寄存器。
输出信号的频率满足关系式：
fOUT = fMCLK / 228 x FREQREG，其中fMCLK是AD9834的时钟频率，FREQREG是频率寄存器中的值。
输出信号的相位偏移满足关系式：
Phase = 2π/ 4096 x PHASEREG，其中PHASEREG是相位偏移寄存器中的值。
MCU通过SPI接口与AD9834连接，以控制第一DDS控制电路40和第二DDS控制电路50的输出波形及其频率和相移，第一DDS控制电路40输出的信号作为金属探测器的发射信号，在金属探测器调校过程中，其幅度和相移固定。第二DDS控制电路50输出的信号作为金属探测器的接收信号，频率与第一DDS控制电路40相同，幅度和相移不断变化，具体的变化因模拟的金属信号不同而有所不同。相位的变化通过MCU 10控制第二DDS控制电路50相位偏移寄存器的值实现，信号幅度的控制则是通过DAC控制电路30来实现。
在本实施例中，该DAC控制电路30具有型号为AD5660的DAC器件，通过AD5660的DAC器件控制第二DDS控制电路50的满量程控制输入端的电压来实现控制第二DDS控制电路50输出信号的幅度的变化，控制原理示意图如图2所示，通常AD9834的满量程调整控制引脚FSADJUST与AD5660的VOUT之间连接一个电阻RSET，RSET与满量程电流之间的关系如下：
IOUT = 18 x FSADJUST / RSET ， FSADJUST = 1.15V(标称值)，RSET = 6.8KΩ(典型值)。
本装置通过MCU 10的SPI接口与AD5660连接，控制AD5660的输出电压，改变RSET两端的电压差，使AD9834的满量程输出电流幅度发生改变。从而达到软件灵活控制第二DDS控制电路50输出信号幅度的目的。
DAC控制电路30和第二DDS控制电路50中的部分原理如图2所示，AD9834的SCLK、SDATA与STM32F030 C8T6的SPI2_SCK、SPI2_MISO连接，FSYNC与通用IO口连接作为片选控制接口；第一DDS控制电路40中AD9834的SCLK、SDATA同样与STM32F030C8T6的SPI2_SCK、SPI2_MOSI连接，FSYNC与另一个通用IO口连接。通过配置两个片选端口，STM32F030 C8T6通过SPI2可以分别或同时控制第一DDS控制电路40和第二DDS控制电路50的输出信号。AD5660的DIN、SCLK、SYNC脚与STM32F030C8T6的SPI1接采用三线方式连接，AD5660作为从机。DAC控制电路30输出与AD9834的FSADJUST脚之间通过一个电阻连接。FSADJUST脚输出电压为1.15V，为保证AD9834输出信号能正常输出，DAC控制电路30输出电压范围为0V～1.15V，DAC控制电路30输出电压越高，DDS控制电路输出的信号幅值越小，通过DAC控制电路30可以方便地调整第二DDS控制电路50输出信号的大小。
该第一低通滤波电路60和第二低通滤波电路70的主要作用是滤除DDS控制电路输出的信号中的谐波，由于AD9834的输出信号是由数字信号转换而来，必可避免的会引入系统时钟的谐波，这些谐波频率较高，通过低通滤波可以有效的滤除这些谐波，从而得到质量较好的波形。图3所示是低通滤波器的电路，在5K～30K之间有很好的滤波作用。
该第一放大电路80和第二放大电路90的主要作用是将经过滤波后的输出信号进行一定倍数的放大，由于AD9834是输出的信号幅度较小，而探测线圈中的信号，尤其是发射信号，幅度较大，经过放大后得到所要求的模拟信号发射信号和接收信号。
本发明的设计重点在于：通过配合利用各个电路，实现了一个信号发生器，数字合成来模拟一些常见金属在金属探测器中的响应信号，在金属探测器的生产过程中，直接将本发明产生的信号输入至金属探测器的探测电路中，就可以进调试和校准，而不必连接探测线圈并通过探测线圈产生真实的物理信号来进行调试，从而摆脱了受环境电磁干扰的限制，降低了生产难度，大大提高了生产效率。而且本装置的信号频率可调，能模拟多种常见金属的响应信号，可以用于辅助不同型号的金属探测器的生产，并且在对金属的导电性和导磁性的研究上也非常具有参考价值。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种金属探测器调校装置，其特征在于：包括有MCU、显示控制电路、DAC控制电路、第一DDS控制电路、第二DDS控制电路、第一低通滤波电路、第二低通滤波电路、第一放大电路和第二放大电路；
该显示控制电路、DAC控制电路、第一DDS控制电路和第二DDS控制电路均与MCU连接，该显示控制电路通过按键控制选择模拟信号的频率，模拟金属的种类和深度；该第一DDS控制电路和第二DDS控制电路分别产生仿真的发射信号和接收信号；该DAC控制电路控制第二DDS控制电路的满量程控制输入端的电压来实现第二DDS控制电路输出信号的幅度变化；
该DAC控制电路连接第二DDS控制电路，该第一低通滤波电路和第二低通滤波电路分别对应连接第一DDS控制电路和第二DDS控制电路，该第一低通滤波电路和第二低通滤波电路分别滤除第一DDS控制电路和第二DDS控制电路输出的信号中的谐波；该第一放大电路和第二放大电路分别对应连接第一低通滤波电路和第二低通滤波电路，该第一放大电路短接金属探测器的发射线圈而连接金属探测器的探测电路，该第二放大电路短接金属探测器的接收线圈而连接金属探测器的探测电路，该第一放大电路和第二放大电路分别将经过滤波后的输出信号进行倍数的放大。
2.根据权利要求1所述的金属探测器调校装置，其特征在于：所述MCU为型号是STM32F030C8T6的控制器，其具有64K Flash Rom和8K SRAM，频率达48MHz，并具有2个SPI接口。
3.根据权利要求2所述的金属探测器调校装置，其特征在于：所述第一DDS控制电路和第二DDS控制电路均具有型号为AD9834的DDS器件，其输出高性能的正弦波和三角波，并具有相位调制和频率调制功能，输出频率高达37.5MHz，通信接口是三线式SPI接口，AD9834内部有2个28位的频率寄存器和2个12位的相位偏移寄存器；输出信号的频率满足关系式：fOUT = fMCLK / 228 x FREQREG，其中fMCLK是AD9834的时钟频率，FREQREG是频率寄存器中的值；输出信号的相位偏移满足关系式： Phase = 2π/ 4096 x PHASEREG，其中PHASEREG是相位偏移寄存器中的值；MCU通过SPI接口与AD9834连接，以控制第一DDS控制电路和第二DDS控制电路的输出波形及其频率和相移。
4.根据权利要求3所述的金属探测器调校装置，其特征在于：所述DAC控制电路具有型号为AD5660的DAC器件，DAC控制电路是通过AD5660控制第二DDS控制电路的满量程控制输入端的电压来实现控制第二DDS控制电路输出信号的幅度的变化，AD9834的满量程调整控制引脚FSADJUST与AD5660的VOUT之间连接一个电阻RSET，RSET与满量程电流之间的关系如下： IOUT = 18 x FSADJUST / RSET ， FSADJUST = 1.15V，RSET = 6.8KΩ；MCU通过SPI接口与AD5660连接，控制AD5660的输出电压，改变RSET两端的电压差，使AD9834的满量程输出电流幅度发生改变，从而达到软件灵活控制第二DDS控制电路输出信号幅度的目的。
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