《AT89S52单片机控制的智能型金属探测器—毕业设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《AT89S52单片机控制的智能型金属探测器—毕业设计（47页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、平顶山工学院毕业设计（论文）目录摘 要1ABSTRACT2第一章 绪论31.1选题的意义31.2国内外研究现状及存在问题31.3设计的基本思路4第二章 分析探测金属的理论依据52.1线圈介质条件的变化52.2 涡流效应6第三章 硬件电路设计73.1系统组成73.2硬件电路功能描述83.3整机工作原理描述28第四章 系统软件设计294.1软件设计思想294.2数字滤波及算法说明304.3主程序流程图314.4主要子程序模块设计32第五章 主要技术指标分析42总结43致谢44参考文献45附录46摘 要木文着重介绍了一种基于AT89S52单片机控制的智能型金属探测器的硬件组成、软件设计、工作原理及主
2、要功能。该金属探测器以AT89S52单片机为核心，采用线性霍尔元件UGN3503作为传感器，来感应金属涡流效应引起的通电线圈磁场的变化，并将磁场变化转化为电压的变化，并与设定的电压基准值相比较后，判定是否探测到金属。系统软件采用汇编语言编写。在软件设计中，采用了数字滤波技术消除干扰，提高了探测器的抗干扰能力，确保了系统的准确性。此外，文中还对影响金属探测器的灵敏度与稳定性的因素进行了探讨，仪器的工作频率、检测线圈的尺寸及匝数等是影响灵敏度的主要因素；而应用现场的环境温度、湿度及线圈的制作工艺和供电电源的稳定程度是仪器稳定性的影响因素。关键词：单片机；金属探测器；线性霍尔元件ABSTRACTTh
3、is paper describes the composition of hardware and software,working principles and the functions of an intelligent metal detector which mainly consists of AT89S52 single Chip Micyoco and linear Hall-Effect Sensor. The equipment adopts UGN3503U linear hall-effect sensor as probe to detect the magneti
4、c field change of the centre of a search coil resulted from eddy current effect and turn this magnetic field change into voltage change. The SCM measures the peak value of voltage and compares it with reference voltage. The determine whether detect metal or not. In case of detection of metallic mass
5、,the Metal Detector provides an acoustical and optical alarm. The systems software adopts the assembler language to be written. Inside the software,the digital filter technology is utilized to eliminate the jamming. So the stability of system and the measuring veracity are improved. The effect of al
6、l factors on sensitivity and stability of Metal Detector are discussed in this paper. It is concluded that the operating frequency,the size of the search coil and turns are the main factors effected on the sensitivity of the instrument,the environment temperature and humidity in site,the winding tec
7、hnology of coils and the stability of power supply are the factors effected on stability of instrument.KEYWORDS:SCM (Single Chip Micyoco);metal detector;linear hall-effect sensor第一章 绪论1.1选题的意义金属检测系统作为一种最重要的安全检查设备，己被广泛地应用于社会生活和工业生产的诸多领域。在食品生产过程中对金属混入物的检测或交通部门对旅客的安全检查主要靠金属探测仪。目前，就连考试也开始启用金属探测器来防止考生利用手
8、机等通讯工具进行作弊。食品在生产加工过程中，常因设备的磨损、零件的脱落等造成金属粉末、金属粒子或针状不定形的金属异物混入食品中，给食品安全性带来极大危害，对食品生产企业的信誉造成极大损失。因此，常采用金属探测器对产品进行检测，杜绝金属异物在产品中的存在。为了人们能够吃到安全的食品，设计一种智能金属检测系统来检测对人们身体健康构成危害的金属异物势在必行。1.2国内外研究现状及存在问题1.2.1 国内外研究现状随着科学技术的发展，金属探测器经历了几代探测技术的变革，从最初的信号模拟技术到连续波技术直到今天所使用的数字脉冲技术，金属探测器简单的磁场切割原理被引入多种科学技术成果。无论是灵敏度、分辨率
9、、探测精确度还是工作性能上都有了质的飞跃。应用领域也随着产品质量的提高延伸到了多个行业。金属探测器的一个重大技术进步就是分段限时技术的出现，世界几大著名的金属探测器生产厂商，如EIPaso、Ceia USA、Ranger & Metorex 等，均投入了相当的资金从事这项研究、开发工作。它利用探测器的侧面或另一仪表盘上的灯光来指示或显示出人体中金属物品的近似位置，可以用在诸如法庭以及其他不允许发出声音的地方，虽然关闭了探测器的音量，但它仍能显示并提醒操作人员何时何处有金属物品存在。金属探测器对工业生产及人身安全起着重要的作用。而为了能够准确判定金属物品藏匿的位置，就需要金属探测器具有较高的检测
10、精度。目前，国外虽然已有较为完善的系列产品（如EIPaso、Ceia USA、Ranger & Metoerx等厂商的产品），但价格极其昂贵；国内传统的金属探测器则是利用模拟电路进行检测和控制的，其电路复杂，探测灵敏度低，且整个系统易受外界环境如温度、湿度、电焊等诸因素的干扰。1.2.2存在问题传统的方法是传感器探头由LC正弦波振荡电路组成，当金属物经过探头或将探头在金属物附近移动时，由于磁场变化在金属体内产生涡流，导致LC振荡电路失谐，从而使振荡输出电压发生改变，据此信号系统可探测到附近金属物的存在。这种电路一般采用模拟电路设计，抗干扰能力差，影响整个系统的稳定性，导致波形失真甚至停止振荡。
11、由于模拟电路比较复杂，所用的器件太多，导致在金属接近磁敏探头时，探测的灵敏度低，环境变化或元件老化造成电路工作点漂移。1.3设计的基本思路本文介绍的基于单片机控制的智能型金属探测器，采用灵敏度极高的线性霍尔元件作为传感器，检测由于金属出现引起的探测线圈周围磁场的变化，提高了检测精度；处理部件则采用AT89S52单片机作为检测和控制核心，对检测结果进行分析判断，有效地保证了检测原理的实施；此外，利用软件滤波的方法代替了传统探测器复杂的模拟电路器件，大大提高了系统的可靠性、灵敏度和抗干扰性。适用于固体食品生产过程中对金属混入物的检测，也可用于探测隐藏于墙内、护墙板内侧、空洞和土壤中的上述物品和其他
12、金属物。第二章 分析探测金属的理论依据金属探测器是采用线圈的电磁感应原理来探测金属的。根据电磁感应原理，当有金属物靠近通电线圈平面附近时，将出现涡流效应。2.1线圈介质条件的变化当金属物接近通电线圈时，将使通电线圈周围的磁场发生变化，如图2-1，对于半径为R的单匝与圆形电感线圈，当其中通过交变电流时，线圈周围空间产生交变磁场，根据毕奥一萨伐尔定律可计算出线圈中心轴线上一点的磁感应强度B为： = （2-1）式中 ；介质的磁导率；相对磁导率；真空磁导率。对于紧密缠绕N匝的线圈，线圈中心轴线上一点的磁感应强度则为： （2-2）由公式（2-2）可知，当在线圈有效探测范围内没有金属物存在时， （非金属的
13、相对磁导率），线圈中心磁感应强度B保持不变，当线圈有效探测范围内出现铁磁性金属物时，会变大，B随也会变大。图2-1 圆形电感线圈轴线上磁场的计算2.2 涡流效应根据电磁理论，我们知道，当金属物体被置于变化的磁场中时，金属导体内就会产生自行闭合的感应电流，这就是金属的涡流效应。涡流要产生附加的磁场，与外磁场方向相反，削弱外磁场的变化。据此，将一交流正弦信号接入绕在骨架上的空心线圈，流过线圈的电流会在周围产生交变磁场，当将金属靠近线圈时，金属产生的涡流磁场的去磁作用会削弱线圈磁场的变化。金属的电导率越大，交变电流的频率越大，则涡电流强度越大，对原磁场的抑制作用越强。通过以上分析可知，当有金属物靠近
14、通电线圈平面附近时，无论是介质磁导率的变化，还是金属的涡流效应均能引起磁感应强度B的变化。对于非铁磁性的金属，包括抗磁体（如:金、银、铜、铅、锌等）和顺磁体（如锰、铬、钦等），较大，可以认为是导电不导磁的物质，主要产生涡流效应，磁效应可忽略不计；对于铁磁性金属（如：铁、钻、镍）很大，也较大，可认为是既导电又导磁物质，主要产生磁效应，同时又有涡流效应。本设计正是基于这样的理论，寻找一种适合的传感器检测感应线圈磁场的变化，并把磁场信号的变化转变成电信号的变化，从而实现单片机的控制。正是本着这样一个设计思路来构建系统的硬件电路。第三章 硬件电路设计3.1系统组成如图3-1所示，整个探测系统以8位单片
15、机AT89S52作为控制核心，其硬件电路分为两个部分，一部分为线圈振荡电路，包括：多谐振荡电路、放大电路和探测线圈；另一部分为控制电路，包括：UGN3503型线性霍尔元件、前置放大电路、峰值检波电路、ADC0809模数转换器、AT89S52单片机、LED显示电路、声音报警电路及电源电路等。图3-1系统结构框图具体电路连接见附录所示电路原理图。3.2硬件电路功能描述3.2.1 线圈振荡电路图3-2 线圈振荡电路原理图 工作过程中，由555定时器构成一个多谐振荡器，产生一频率为24KHz、占空比为的脉冲信号。振荡器的频率计算公式为： (3-1)图示参数对应的频率为24KHz。从多谐振荡器输出的正脉冲信号经过电容输入到的基极（为的9013H），使其导通，经放大之后，就形成了频率稳定度高、功率较大的脉冲信号输入
