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1、飞机场安检系统设计目录第一章前言一1 一1.1背景一1 一1.2设计内容一1 一121金属检测部分一1 一122身份识别一1 一第二章 金属检测一3 一21金属检测机概述一3 一22金属探测器工作原理一4 一221传感器原理一4 一2.2.2基本检测电路及其原理-5 -2.3金属探测器的系统构成一8 一第三章旅客身份认证- 11 -3.1身份识别技术概述 一 11 一32非接触式IC卡技术一 13 一3.2.1 IC卡技术简介 13 322 Mifare 1 S70 卡一 16 一3.3 体化指纹IC卡设备的设计方法 - 20 -第四章 系统硬件设计 一 23 一41LPC2210ARM 微处
2、理器 24 411 LPC2210ARM微处理器简介-24 -412 LPC2210ARM微处理器内部结构概述 -26 -42系统电源-26 -43系统复位一29 一4.4天线电路设计一31 一45FLASH 模块33 46串行通信模块34 47调试端口（JTAG）模块37 第五章 系统软件设计38 51金属探测模块软件设计38 5.2指纹识别模块软件设计 39 53非接触式IC卡读卡器主程序设计41 54指纹识别模块接口程序设计 45 5.5 LCD接口程序设计 48 第六章结束语52 参考资料53 致谢54 第一章前言1.1背景最近几年国内外民航的安全管理水平上了一个很大的台阶。但随着美国
3、 911恐怖事件的发生，国际恐怖活动日益活跃，尤其对国内外民航的安全保 障机制形成了新的挑战。在这种大环境下，如何加强对民航旅客安全检查和 监控的重要性日益突出。为此国内外民航企业纷纷采取各种措施以更好地应 接挑战。机场作为民航旅客出入的唯一门户，近年来对其安全保障亦随之愈 加重视。除加强各种管理手段之外更陆续开始加强机场安全检查系统，将旅 客在地面登上飞行器之前的所有安全相关信息采集整理存储起来，以便在事 中及时发现制止各类安全隐患。遍历911事件之后的国内外各大机场，包括美国肯尼迪机场、英国希思 罗机场、德国法兰克福机场、新加坡机场等国外大型机场，我国广州白云机 场、北京首都机场等都已建成
4、初具规模的机场安全检查系统。1.2 设计内容本设计拟实现一个简易的飞机场安检系统，能够实现飞机场安检系统的 主要功能，对旅客行李中是否带有金属物品进行检测及对旅客身份的认证。 整个系统由两部分组成，一部分完成金属物品的检测，另一部分实现对旅客 身份的识别和认证。1.2.1 金属检测部分设计一个简易的金属检测机，采用单片机控制，能够对行李中的金属物 品进行检测和报警。1.2.2 身份识别设计一个身份识别装置，采用指纹识别和密码识别相结合的方式，将指广西大学本科毕业设计 飞机场安检系统 纹信息和个人ID （身份证号码）存入射频式IC卡中，对旅客进行检测时先 采集到旅客的指纹信息，然后通过读卡器读出
5、旅客卡中的指纹信息，将两者 进行比对，相同则通过，不同则报警。第二章 金属检测2.1 金属检测机概述全球第一台金属探测器诞生于1960年，最初的金属探测器主要应用于工 矿企业，其为检查矿产纯度和提高效益的得力帮手。随后于1970年，随着社 会的不断发展，金属探测器被引入一个新的应用领域安全检查，其广泛运 用于民航、公安、缉私和边防等领域，也就是今天我们所使用的金属探测器 的雏形，它的出现意味着人类对安全的认知已步入了一个新的时代。在70 年代，随着航空业迅速发展，劫机和危险事件的发生使航空及机场安全逐渐 受到重视，于是在机场众多设备中金属探测门扮演着排查违禁物品的重要角 色。金属检测机的具体产
6、品类型包括检针机、安检门、各型金属检测机等， 虽然名称各异，但均基于电磁感应原理工作，我们可以将其统称为金属检测 机。在食品加工业、化工医药业、纺织服装业、木材加工业、机场或其它安 检场所等金属检测机均有着广泛而重要的应用：在食品加工业，原材料与成 品均需通过金属检测机的严格检验；在纺织服装业，成衣必须通过金属检测 机的严格检验，此时金属检测机通常以检针机的形式出现；在木材加工业， 通过金属检测机检验后的原木材料可有效减少加工锯齿的损坏及防止工伤 事故的产生：在机场、重要会议等安检场所，旅客、与会人员等通常要求接 受相应的安全检查，此时金属检测机则以安检门的形式出现。金属检测机作为一种广泛应用
7、于食品加工业、纺织服装业、木材加工业、 机场或其它安检场所的机电设备，其性能指标主要体现在检测精度和操控性 两个方面，其中操控性决定于检测机的控制系统实现。金属检测机通常提供 一定数量与精度的电磁感应探头，各探头并行排列形成检测通道。其基本的 工作原理与过程可简要描述如下：被检测物品在传送带的输送下以一定的速 度通过检测区域（各检测通道），当被测物不含有金属时正常通过，当电磁感 应探头探测到金属（通常为断针等）存在时，检测机即通过一定的方式（声光 报警、停机等）提示工作人员。生产规模的不断扩大对金属检测机自动化水平与管理维护效率提出了广西大学本科毕业设计 飞机场安检系统 更高的要求。当前金属检
8、测机控制系统除实现基本的监控功能外，对工作人 员的操控方式、工作参数的调整与设置、故障与工况的记录与查询、检测精 度的设定、检测结果的定位、网络监控等功能也有了更多的需求。2.2 金属探测器工作原理2.2.1 传感器原理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，将发生如下现象和效应：(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，对于半径为R的单匝圆形电感线圈，当其中人通过交变 电流I二I COS W t 时，线圈周围空间产生交变磁场，根据毕奥萨伐尔定律 m可计算出线圈中心轴线上一点的磁感应强度B
9、为：B = dB =J dB sin 9=f刃=上竺xo 4兀 r2 r2r3pIR2卩卩 R21= 0_rm COS Wt2 x 2 + R 2加 2 x 2 + R 2加(2-1)其中，p = pp p为介质的磁导率，p为相对磁导率，卩为真空磁导率。0 rr0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：COsWtNp p R2IB =o_l2 x 2 + R 2 丿(2-2)由公式(2-2)可知，当线圈有效探测范围内无金属物时， p =1 (非金属 r的相对磁导率)，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，p会变大，B随p也会变大。rr- 4
10、-（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上，流属靠近线圈时，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a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
11、、 钦等）卩1，a较大，可以认为是导电不导磁的物质，主要产生涡流效r应，磁效应可忽略不计；对于铁磁性金属（如：铁、钻、镍）卩很大，a也r 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。正是基于这样的理论，可以寻找一种适合的传感器来感应线圈的磁场变 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。2.2.2基本检测电路及其原理目前，国内感应式金属探测器根据基木原理和检测线路的不同，大致可 分为差拍式、自激感应式。而在国外的探测设备中采用更多的是平衡式，而 且平衡式的结构更稳定可靠，性能更佳，能更好的结合现有的先进
12、的控制技 术。（1）差拍式检测电路图2-1差拍式检测框图检测电路如图2-1所示，其中它包括了两个振荡器频率，经过混频器对频率进行处理后，得到(f+f)和(f - f),再经过高频滤波器滤波得到需要1 2 2 1 的差频信号，经放大器放大直接送给输出电路。探测振荡器的振荡频率f: f11 2/lC从上式看出，当振荡电路的参数确定以后，振荡频率f与电感量L和不1变的电容C有关，电感量的增减与被测物体的性质和大小有关。当被探测物 体是铁磁性材料时，由于导磁率高，使探测线圈的总电感量增加,变成L + AL1 当被检测物体是非磁性材料的金属，由于金属物体的涡流损耗，使探测线圈 的电感量减少，变成L-AL
13、，通常AL丰AL，它们的大小取决于被探测物体2 1 2的性质和形状。参考振荡器的振荡频率 f 略大于 f ， f 与 f 在混频器中混2 1 1 2频，可得到两种频率，即(f + f )和(f - f)。再通过滤波器选取需要的差频1 2 2 1信号(后者)送入放大器，经放大后输出，推动灯光显示或者报警。(2)自激感应式检测电路自激振荡式金属探测器多数采用LC振荡器作为金属物体的探测电路，工 厂或矿山应用较多。其检测电路框图如图2-2所示。图2-2自激振荡式框图探测线圈安装在输送矿石或其它物料的传送带，作为振荡器振荡回路的 电感。由于在冶金矿山中应用较多，所以要求此振荡器对磁性矿石的影响有 一定
14、的抑制作用，对于弱磁性的锰钢件具有一定的探测灵敏度。振荡器在正 常情况下输出等幅的交流电压，检波后为不变的直流电压，因而输出微分信 号为零。当金属物体经过线圈时，振荡器的振幅降低后又恢复，检波后的直 流电压产生一个降低的波动，经微分电路微分后，将有脉冲信号输出。此脉 冲信号经放大器放大后，推动继电器动作，输出接点信号控制金属物体取出 装置，并进行显示或报警。(3) 平衡式检测电路 图2-3所示为本次设计中我们所采用的检测电路。从图中可以清晰地了 解平衡式金属探测器的基本原理。根据电磁场理论，发射线圈产生的交变磁 场在两个差动连接的接收线圈中分别产生一个同频、反相、等幅的感应电动 势，两者相消即
15、形成接收平衡。当含有金属杂质的物品通过传感器时，线圈 周围的磁场由于物品的进入发生变化，在接收线圈处检测出这个磁场变化引 起的电压差，通过滤波电路滤除高频于扰信号，放大所需的低频电压信号， 送给相应的显示、报警电路信号引起动作。平衡式探测器的另一个特点在于 它的传感器部分比其他形式的传感器多采用了一个平衡补偿线圈。根据以往 的设计经验可知，电子元件有一定的使用寿命和工作范围，当工作环境复杂 时，很容易受到外界的干扰，不能按正常特性工作。当传感器的接收信号山 于外界干扰产生较大变化时，检波信号必然要受到影响。根据自动控制理论 中的闭环负反馈控制原理，要保证输出信号受外界干扰减小的话，需要增加 对自身输入信号的补偿，所以需增加一个补偿线圈。功率放大电路图2-3平衡式检测电路框图发射通过以上的分析可知，平衡式检测电路工作特性更稳定，并能有效的去 除外界带来的电磁干扰或由于震动、冲撞引起的磁场变化带来的干扰。2.3 金属探测器的系统构成如图2-4所示为本次
