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1、摘摘 要要 金属探测器是专门用来探测金属的仪器，广泛应用于工业生产、安检、娱乐等领 域。采用新的原理，设计一个基于单片机的手持金属探测器，利用其检测人们随身携 带的金属物品，如小刀、钢笔，甚至可以检测到香烟盒的铝薄。可随身携带，使用方 便。 本文设计的金属探测是根据电磁感应原理制成的，将一金属置于变化的磁场当中 时，根据电磁感应原理就会在金属内部产生涡流，涡流产生的磁场反过来又影响原磁 场，这种变化可以转换为频率和幅值的变化，供相关电路进行检测。 由电容三点式振荡电路产生正弦波，对其放大和整形后，送入单片机，由单片机 探测它频率的变化。当遇见金属时由于电磁感应原理原先建立起来的振荡将受到影响，
2、 频率将发生变化，单片机探测到这种变化后进行报警。 本文的金属探测器设计了接口，可以和外围的系统进行通讯，实现了与AT89S52 管理的液晶显示及键盘组成的外围数据处理与显示模块的通信。对前端探测到的数据 进行再处理和分析，并将结果显示在液晶屏幕上，并可以通过键盘对前端的探测精度 进行设置。 本文完成了系统总体框架的设计，完成了硬件和软件的设计和联合调试。实验证 明原理的应用，探测器的设计和制作是成功的，硬件线路设计和加工完好，软件编制 正确，完成了操作功能。探测器具有稳定可靠的性能，待制作工艺改进后适于野外、 户内和特殊场所的应用，具有应用价值、经济效益和社会效益。 关键词：关键词：金属探测
3、；电磁感应原理；单片机；涡流；振荡电路 ABSTRACT Metal detector is designed to detect metal devices, widely used in industrial production, security, entertainment and other fields. The hand-held metal detector is designed by a new principle, based on MCU. It can detect metal objects carried by people, such as knives, p
4、ens, even the aluminum thin in cigarette box. It is portable and easy to use. The metal detector in this paper is designed and made on the principle of electromagnetic induction. A metal be placed in the variable magnetic field, in accordance with the principle of electromagnetic induction, eddy cur
5、rent will be generated internally in the metal, eddy current generates a magnetic field in turn affects the original magnetic field, which can be converted to the frequency and amplitude changes in the relevant circuit for testing. Three-point oscillator circuit by the capacitor generates a sine wav
6、e, through amplification and shaping, into the MCU. The MCU detects the frequency changes. When a metal object existence, the oscillation originally set up will be affected for electromagnetic induction, the frequency will change, the MCU will alarm after detecting the change. This metal detector is
7、 designed interface, and can communicate with peripheral systems, as well as implements communication of display module and peripheral data processing composed of liquid crystal display and keyboard of AT89S52 management. It can re-process and analysis the data detected on the front end, display the
8、 results on the LCD screen, and can set the progress detected on the front by the keyboard . Based on the design principles and requirements, this article completes the design of the overall framework of the system, completes the six hardware design and general production, completes the software des
9、ign and programming, achieves features of metal detector measurements, of dynamic display of test results and data Output, completes the hardware and software co-debugging and parameter measurement. This article basically achieves the expected goals of design and production, and plans a late develop
10、ment. Keywords: metal detector; electromagnetic induction; MCU; eddy current; oscillation circuit I 目目 录录 1 绪 论.1 1.1 研究背景与研究意义 1 1.1.1 发展过程.1 1.1.2 研究意义2 1.1.3 主要应用场所.2 1.2 研究现状.3 1.3 主要研究内容及成果特色 5 1.3.1 主要研究内容5 1.3.2 成果特色5 1.4 论文结构安排 6 2 总体设计.7 2.1 探测金属的理论依据 7 2.2 传感器原理 8 2.2.1 电涡流式传感器的工作原理8 2.2.2
11、 基本特性9 2.2.3 电涡流形成范围10 2.2.4 低频透射式涡流厚度传感器12 2.3 基本原理 12 2.3.1 差拍式检测电路12 2.3.2 自激感应式检测电路13 2.3.3 耗能式(功率吸收式)检测电路.14 2.4 基于单片机的金属探测器的设计方案 15 2.5 同类产品比较 16 2.5.1 MD898K 金属探测器16 2.5.2 基于霍尔器件的数字金属探测器16 2.6 系统设计 18 2.6.1 硬件电路设计18 2.6.2 软件结构设计19 3 硬件单元电路设计.21 3.1 振荡电路设计 21 3.2 放大电路和脉冲变换电路 22 II 3.3 单片机系统 23
12、 3.4 外围设置与显示系统 24 4 软件模块设计.29 4.1 前端软件设计 29 4.2 外围数据处理与显示模块设计 32 5 实现与性能分析.35 5.1 硬件电路焊接与调试 35 5.1.1 振荡电路的焊接与调试35 5.1.2 放大电路与脉冲转换电路的焊接与调试36 5.1.3 单片机系统的焊接与调试37 5.1.4 外围数据处理与显示模块的焊接与调试38 5.2 软件模块的调试与集成 40 5.2.1 前端金属探测模块的调试与集成40 5.2.2 外围数据处理与显示模块的调试与集成42 5.3 系统性能分析 44 5.3.1 基准频率测定方法的优缺点分析44 5.3.2 金属探测
13、的精度44 5.3.3 金属探测的功能测试45 6 结论与展望.47 6.1 结 论.47 6.2 未来工作展望.48 致 谢.49 参考文献.50 附 录.52 附录一 系统实物图52 附录二 系统总体电路图54 附录三 防抖动键盘处理源程序56 附录四 前端金属探测部分源程序59 附录五 外围金属探测精度设置源程序64 -1- 1 绪绪 论论 1.1 研究背景与研究意义研究背景与研究意义 金属探测器是一中专门用来探测金属的仪器，除了探测有金属外壳或金属部件的 地雷以外，还可以用来探测隐蔽在墙壁内部的电线、埋在地下的水管电缆，甚至能够 地下探宝，发现埋藏在地下的金属物体。目前还广泛用于各种大
14、型会议中心、汇展场 管、体育场管公检法、监狱系统及娱乐场所的安全检查和工厂企业的防偷检查，甚至 用于对高考禁带物品的检查。 1.1.1 发展过程发展过程 早在20世纪40年代二战期间，出于战争的需要，军队就使用了差拍式金属探测器 来排查地雷。作为探雷器由于军事的保密需要，随后的20年金属探测器没有得到大的 技术发展和应用领域的拓展。 世界上第一台工业金属探测器诞生于1960年，步入工业时代的最初的金属探测器 主要用于工矿业，是检查矿产纯度和提高效益的得力助手。 随着社会的发展，犯罪案件的数量也在上升，金属探测器被引入一个新的应用领 域安全检查，也就是今天所使用的金属探测门的雏形，它的出现意味着
15、人类对安 全认识已步入一个新纪元。20世纪70年代随着航空工业的迅速发展，劫机和危险事件 的发生使航空和机场安全逐渐受到重视，于是在机场众多设备中，金属探测门被用来 充当排查违禁物品的重要角色。同时，由于金属探测门在机场安检中崭露头角，大型 运动会、展览会及政府安全保卫工作中开始启用金属探测门。 20世纪80年代，监狱暴力案件呈直线上升趋势，如何及早预防并阻止暴力案件发 生成了监狱管理工作中的重中之重，在依靠警员对囚犯加强管理的同时，金属探测门 再次成为了美国、英国、比利时等发达国家监狱管理机构必备的安检设备；与此同时 西方兴起的“探宝热” ，也使金属探测器取得了长足的发展。 进入20世纪90
16、年代，迅速升温的电子制造业成了这个时代的宠儿，大型的电子公 司为了减少产品的流失、结束员工与公司之间的尴尬局面，陆续采用了金属探测门和 手持金属探测器，作为管理员工行为、减少产品流失的利刃，于是金属探测器又有了 它的新作用产品防盗。 -2- 1.1.2 研究意义研究意义 “9.11”事件发生后反恐成为国际社会的一个重要的议题。爆炸案、恐怖活动的猖 獗使恐怖分子成了各国安全部门重点打击的对象。此时国际社会“安全防范”的认识 也提高到了一个新的高度，受“9.11”事件的影响各行各业加强了保安工作的部署，金 属探测器也成功渗透到公共娱乐场所等行业。 然而此时简单的通道式金属探测门已不能完全满足安检要求，安检人员需要的是 一种能准确判定物品藏匿位置的安检产品。于是多区位金属探测技术孕育而生，它的 诞生是金属探测器历史上又一次变革，由原来单一的磁场分布变成了现在互相叠加而 又相对独立的多个磁场，再根据人体工程学把人体分为多个区段使之与人体相对应， 相应的区段在金属探测门上形成相对的区域，这样金属探测门便拥有了报警定位功能。 高考和各种认证考试是庄严和神圣的，一些犯罪分子采用高科技技术进
