CN205720712U - 一种基于tm4c123gh6pm微处理器的金属微颗粒探测系统 - Google Patents
一种基于tm4c123gh6pm微处理器的金属微颗粒探测系统 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型一种基于TM4C123GH6PM微处理器的金属微颗粒探测系统，属于金属微颗粒探测技术领域；该装置包括信号发生与接收单元、平衡线圈单元、主控制器单元、电源单元，所述的信号发生与接收单元包括信号发生模块、功率放大模块、低噪声放大模块、有源滤波模块、正半周截取与降压模块，所述的平衡线圈单元包括发射线圈、接收线圈、支架，所述的主控制器单元包括数字信号处理模块、人机交互单元，其中人机交互单元包括液晶屏、矩阵键盘、蜂鸣器；本实用新型通过在支架的某些位置上放置相应数量的硅钢片来调节磁场平衡，降低了平衡线圈的制作难度，实现了高精度的金属微颗粒探测。
Description
技术领域
本实用新型属于金属微颗粒探测技术领域，具体涉及一种基于TM4C123GH6PM微处理器的金属微颗粒探测系统。
背景技术
金属探测器从最初应用在探雷和探测地下金属开始发展到现在的安保、食品、制药等方面的检测，应用越来越广泛，作用也来越显著，在各个领域功能上的提高和完善也受到广泛的关注。现有的金属探测器产品的平衡线圈制作困难，容易受外界因素干扰导致探测精度的降低。
实用新型内容
针对现有技术的缺点，本实用新型提出一种基于TM4C123GH6PM微处理器的金属微颗粒探测系统，其平衡线圈制作方便，探测灵敏度高，可估测金属微颗粒尺寸。
一种基于TM4C123GH6PM微处理器的金属微颗粒探测系统，包括信号发生与接收单元、平衡线圈单元、主控制器单元、电源单元。
信号发生与接收单元包括信号发生模块、功率放大模块、低噪声放大模块、有源滤波模块、正半周截取与降压模块。
平衡线圈单元包括由一个矩形线圈构成的发射线圈、由两个矩形线圈构成的接收线圈、支架，接收线圈是由两个大小相同、匝数相等且在同一平面但绕向相反的线圈组成，发射线圈与接收线圈平行放置，发射线圈所在平面与接收线圈所在平面之间装有用于固定线圈以及硅钢片的非金属材料支架。
在发射线圈所在平面与接收线圈所在平面之间的空间通过待检测物体，理想情况下，若待检测物体中不含有金属微颗粒，接收线圈输出端感应电压应为0，若待检测物体中含有金属微颗粒，接收线圈输出端会有一个非0的感应电压；而在制作平衡线圈时，由于两个接收线圈不可能做得除缠绕方向外完全相同，会出现非理想情况即待检测物体中不含有金属微颗粒，而在接收线圈的输出端仍会有一个非0的感应电压输出并且此电压信号会经过后级放大电路的放大至接近于电源轨，从而限制放大倍数的进一步提高，影响检测精度。
发射线圈所在平面与接收线圈所在平面之间装有用于固定线圈以及硅钢片的非金属材料支架，通过在支架的某些位置放置相应数量的5mm×5mm大小的硅钢片，用于抵消由于线圈安装不平衡或线圈不对称的加工误差导致的磁场不平衡，进而使待检测物体中不含有金属微颗粒时，接收线圈的输出端电压无限接近于0，从而提高系统的放大倍数，提高检测精度，同时也降低了平衡线圈的制作难度。
主控制器单元包括数字信号处理模块、人机交互单元，其中人机交互单元包括液晶屏、矩阵键盘、蜂鸣器。
电源单元包括多组供电电路，分别连接信号发生与接收单元和主控制器单元以提供电源。
数字信号处理模块的一个输出端连接信号发生模块的输入端，信号发生模块的输出端连接功率放大模块的输入端，功率放大模块的输出端连接平衡线圈单元的输入端，平衡线圈单元的输出端连接低噪声放大模块的输入端，低噪声放大模块的输出端连接有源滤波模块的输入端，有源滤波模块的输出端连接正半周截取与降压模块的输入端，正半周截取与降压模块的输出端连接数字信号处理模块的输入端，数字信号处理模块的另一个输出端连接人机交互单元的输入端。
本实用新型的有益效果：
本实用新型一种基于TM4C123GH6PM微处理器的金属微颗粒探测系统，通过在发射线圈所在平面与接收线圈所在平面之间的某些位置放置硅钢片来调节磁场平衡，降低了平衡线圈的制作难度，实现了高精度的金属微颗粒探测。
附图说明
图1为本实用新型一种实施例的金属微颗粒探测系统的结构示意图；
图2为本实用新型一种实施例的功率放大模块的电路原理图；
图3为本实用新型一种实施例的平衡线圈单元结构示意图；
图4为本实用新型一种实施例的低噪声放大模块的电路原理图；
图5为本实用新型一种实施例的有源滤波模块的电路原理图；
图6为本实用新型一种实施例的正半周截取与降压模块的电路原理图；
图7为本实用新型一种实施例的金属微颗粒探测系统的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型一种实施例做进一步说明。
本实施例的基于TM4C123GH6PM微处理器的金属微颗粒探测系统，如图1所示包括：信号发生与接收单元、平衡线圈单元、主控制器单元、电源单元；信号发生与接收单元包括信号发生模块、功率放大模块、低噪声放大模块、有源滤波模块、正半周截取与降压模块；平衡线圈单元包括发射线圈、接收线圈、支架；主控制器单元包括数字信号处理模块、人机交互单元；其中人机交互单元包括液晶屏、矩阵键盘、蜂鸣器；电源单元包括多组供电电路，分别连接信号发生与接收部分、主控制器部分用于提供电源。
本实施例中，数字信号处理模块采用TM4C123GH6PM微处理器，信号发生模块采用AD9833芯片，功率放大模块采用LM3886芯片，低噪声功率放大模块采用NE5532芯片，有源滤波模块采用OPA2134芯片，正半周截取与降压模块采用快恢复二极管FR207和电阻电路。
本实施例中，电源单元为多组供电电路，采用78系列和79系列电源芯片对线性电源进行降压，以分配给系统各个单元；数字信号处理模块供电电压为+5V，信号发生模块供电电压为+5V，功率放大模块供电电压为±15V，低噪声功率放大模块供电电压为±12V，有源滤波模块供电电压为±15V，人机交互单元供电电压为+5V。
平衡线圈单元包括由一个矩形线圈构成的发射线圈、由两个矩形线圈构成的接收线圈、支架，接收线圈是由两个大小相同、匝数相等且在同一平面但绕向相反的线圈组成，发射线圈与接收线圈平行放置，发射线圈所在平面与接收线圈所在平面之间装有用于固定线圈以及硅钢片的非金属材料支架，通过在支架的某些位置放置相应数量的5mm×5mm大小的硅钢片，用于抵消由于线圈安装不平衡或线圈不对称的加工误差导致的磁场不平衡。
数字信号处理模块的一个输出端连接信号发生模块的输入端，信号发生模块的输出端连接功率放大模块的输入端，功率放大模块的输出端连接平衡线圈单元的输入端，平衡线圈单元的输出端连接低噪声放大模块的输入端，低噪声放大模块的输出端连接有源滤波模块的输入端，有源滤波模块的输出端连接正半周截取与降压模块的输入端，正半周截取与降压模块的输出端连接数字信号处理模块的输入端，数字信号处理模块的另一个输出端连接人机交互单元的输入端。
本实施方式的基于TM4C123GH6PM微处理器的金属微颗粒探测系统，如图7所示，实现金属微颗粒探测的过程如下：
(1)数字信号处理模块通过SPI通信对信号发生模块发出控制指令，使其产生频率为16.6KHz的正弦信号；
(2)功率放大模块对正弦信号进行功率放大，功率放大模块电路原理图如图2所示；
(3)经功率放大后的正弦信号驱动发射线圈，在其周围产生交变磁场，此时两个接收线圈处于该交变磁场中；
(4)发射线圈与接收线圈平行放置，在发射线圈所在平面与接收线圈所在平面之间的空间通过待检测物体，平衡线圈单元结构示意图如图3所示；
(5)接收线圈输出正弦电压信号并将此信号输入低噪声放大模块对信号进行幅值放大，低噪声放大模块电路原理图如图4所示；
(6)有源滤波模块对放大信号进行滤波，提高信号的信噪比，有源滤波模块电路原理图如图5所示；
(7)正半周截取与降压模块对信号进行斩波、降幅，正半周截取与降压模块电路原理图如图6所示；
经有源滤波模块输出的信号幅值较大，且含有负电压，超过了数字信号处理模块内部12位ADC的检测范围，通过由快恢复二极管FR207和电阻电路构成的正半周截取与降压模块来对信号进行斩波、降幅，以保证信号可以被数字信号处理模块正确读取；
(8)将信号送入数字信号处理模块，进行信号处理并判定所检测物体是否存在金属微颗粒，并判断金属微颗粒的尺寸；
信号送入数字信号处理模块的12-bit ADC读取端口，以100kHz的采样速率对信号进行采集，对连续模拟信号量化和编码，得到离散的数字信号；
在平衡线圈间未通过待检测物体的情况下，对每采集到的2000个信号通过“冒泡法”求出一个最大值，重复此操作，共得出16个最大值，计算出16个最大值的平均值作为系统判定无金属微颗粒的基准值M_basic，通过调节支架上硅钢片的位置和数量，使得基准值M_basic趋近于0；
通过矩阵键盘人为设定检测精度值M_set，在发射线圈所在平面与接收线圈所在平面之间通过待检测物体，采集2000个点，用“冒泡法”求出一个最大值，重复此操作，共得出16个最大值，计算出16个最大值的平均值作为采样平均值M_get，并根据算式DIFF＝M_get－(M_basic+M_set)计算出差值DIFF的大小；
若DIFF小于或等于0，表示在当前设定的精度下，没有金属微颗粒通过，此时蜂鸣器不报警，液晶屏上显示金属颗粒尺寸估计值为0；若DIFF大于0，表示在当前设定的精度下，有金属微颗粒通过，此时蜂鸣器会发出警报，同时处理器根据DIFF的大小划分等级，此等级对应金属微颗粒的尺寸，液晶屏上显示金属微颗粒的尺寸估计值；其中等级对应关系与金属材质、发射线圈的频率有关，需要通过反复实验求得经验值。
Claims (4)
1.一种基于TM4C123GH6PM微处理器的金属微颗粒探测系统，其特征在于：包括信号发生与接收单元、平衡线圈单元、主控制器单元、电源单元；
所述的信号发生与接收单元，其特征在于：包括信号发生模块、功率放大模块、低噪声放大模块、有源滤波模块、正半周截取与降压模块；
所述的平衡线圈单元，其特征在于：包括发射线圈、接收线圈、支架，其中发射线圈为平衡线圈单元的输入端，接收线圈为平衡线圈单元的输出端，发射线圈所在平面与接收线圈所在平面之间装有用于固定线圈以及硅钢片的支架；
所述的主控制器单元，其特征在于：包括数字信号处理模块、人机交互单元；
所述的电源单元包括多组供电电路，其特征在于：分别连接信号发生与接收部分、主控制器部分用于提供电源；
所述的数字信号处理模块的一个输出端连接信号发生模块的输入端，信号发生模块的输出端连接功率放大模块的输入端，功率放大模块的输出端连接平衡线圈单元的输入端，平衡线圈单元的输出端连接低噪声放大模块的输入端，低噪声放大模块的输出端连接有源滤波模块的输入端，有源滤波模块的输出端连接正半周截取与降压模块的输入端，正半周截取与降压模块的输出端连接数字信号处理模块的输入端，数字信号处理模块的另一个输出端连接人机交互单元的输入端。
2.根据权利要求1所述的一种基于TM4C123GH6PM微处理器的金属微颗粒探测系统，其特征在于：所述的接收线圈是由两个大小相同、匝数相等且在同一平面但绕向相反的线圈组成，发射线圈与接收线圈平行放置。
3.根据权利要求1所述的一种基于TM4C123GH6PM微处理器的金属微颗粒探测系统，其特征在于：支架的某些位置放置相应数量的硅钢片。
4.根据权利要求1所述的一种基于TM4C123GH6PM微处理器的金属微颗粒探测系统，其特征在于：所述的人机交互单元包括液晶屏、矩阵键盘、蜂鸣器。
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| CN108680960A (zh) * | 2018-07-14 | 2018-10-19 | 漳州市玉山电子制造有限公司 | 一种差分输出驱动方式的金属探测器 |
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