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1、基于单片机的金属探测器的设计学生： 指导教师：内容摘要：本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，单片机测得电压值，并与设定的电压基准值相比较后，决定是否探测到金属。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，认为仪器的工作频率、检测线圈的尺寸及
2、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 电磁感应 灵敏度Design for vending machines PLC system Abstract: This paper describes the composition of hardware and software,working principles and the functions of an intelligent metal detector which mainly consists of AT89S52
3、 Single-Chip Microcomputer and linear Hall-Effect Sensor. The equipment adopts UGN3503U linear hall-effect sensor as probe to detect the magnetic field change of the centre of a search coil resulted from eddy current effect and turn this magnetic field change into voltage change.The Single-Chip Micr
4、ocomputer measures the peak value of voltage and compares it with reference voltage.Then determine whether detect metel or not.In case of detection of a metallic mass,the Metal Detector porvides an acoustical and optical alarm.The systems software adopts the assmbler language to be written.Inside th
5、e software,the digital filter technology is utilized to eliminate the jamming.So the stability of system and measuring veracity are improved.The effect of all factors on sensitivity and stability of Metel Detetor are discussed in this paper.It is concluded that the operating frequency,the size of th
6、e search coil and turns are the main factors effected on the sensitivity of the instrument: the environment temperature and humidity in site,the winding technology of coils and the stability of power supply are the factors effected on stability of instrument.KEY WORDS: Single-Chip Microcomputer meta
7、l detector linear hall-effect sensor electric-magnetic induction sensitivity目 录前 言 .11 分析探测金属的理论根据.21.1 理论描述.21.1.1线圈介质条件变化. .21.1.2 涡流效应.32 硬件电路设计.32.1 系统组成.32.2 硬件电路功能描述.42.2.1 线圈振荡电路.42.2.2 数据采集.52.2.3 A/D转换电路.8 2.2.4 系统控制单元.112.2.5 键盘控制电路.122.2.6 显示报警电路132.2.7 电源电路142.3 整机工作原理描述153 系统软件设计163.1 软
8、件设计思想163.2 数字滤波及算法说明163.3 主程序流程图173.3.1 键盘控制程序设计183.3.2 数字滤波程序设计193.3.3 显示与报警程序设计204 主要技术指标分析.214.1 主要技术指标分析214.4.1 工作频率214.4.2 灵敏度分析214.4.3 稳定性分析225 仿真、调试结果及分析.225.1 仿真、调试目的与内容225.2 仿真结果及分析225.3 试验总结246 结 论.24附 录1： 电路原理图.25附 录2： 各模块程序清单26参考文献 .32基于单片机的金属探测器的设计前 言随着社会的发展金属探测器已经成为一种重要的检查设备，广泛地被应用到社会生
9、活和工业生产当中。比如说在机场、运动会、大型展览会进出口等我们都会看到金属探测器被用来对过往人员进行安全检查排查行李、包裹还可以检测到人体是否携带有刀具、枪支、子弹等安全隐患的物品;在工业生产部门(比如汽车、金银首饰、电子产品等工厂)同样也有使用到金属探测器对出入人员进行检查，从而可以防止贵重的金属物品流失;甚至连考试也开始采用金属探测器检测考生是否利用手机等代金属的通信工具进行作弊。由此可见，当今社会金属探测器对社会生活，生产，人身安全已经有了极其重要的作用。但是要准确定位金属物品准确的所在位置，我们就对金属探测器的精度有比较高的要求。国外已经有较成熟的产品(比如EIPaso、CeiaUSA
10、、Ranger&Metoerx厂家都有类似产品)，但是它们的价格通常都非常昂贵;国内也有利用模拟电路来检测和控制的比较传统一点的金属探测器，它的缺点是电路比较复杂，探测灵敏度也不高，而且整个系统不稳定很受环境因素如温度、湿度、电焊等干扰很大。正是基于这样的原因我给大家介绍这样一个基于单片机控制的智能型金属探测器，灵敏度方面它的传感器采用了灵敏度极高的线性霍尔元件，能检测金属出现时探测线圈周围磁场的变化，这样可以大大的提高检测的精度;数据处理方面采用的是AT89S52单片机作为控制单元，用它来处理检测结果，能有效地保证检测效果;我们还采用了软件滤波的方法而不是已往的模拟电路滤波，这很大程度上提高
11、了整套系统的可靠性、灵敏度和稳定性。这样它就可以适用于检测各种邮件、包裹包括人体携带的各种金属物品，尤其适用于海关、机场、车站等公共场所进出口的安全检查。还可以用来探测土壤中的物品（如地雷）。1 金属探测器的理论根据1.1理论概述金属探测器是采用的线圈的电磁感应原理来进行探测金属的。由电磁感应原理：当金属物体靠近通电线圈平面时，线圈介质条件会发生变化并产生涡流效应。11.1.1介质条件变化当有金属物体接近通电线圈的时候，通电线圈周围的磁场会发生变化，如图1.1.1-1， 图1.1.1-1 设圆形电感线圈半径为R，通过的交变电流I=Imcos wt圈时线圈周围空间会产生交变磁场，由毕奥一萨伐尔定
12、律可以计算出线圈中心轴线上任意一点的磁感应强度： (1.1.1-1)上式当中，=0r，代表介质的磁导率，r代表的是相对磁导率，0代表真空磁导率。2对于紧密缠绕的N匝线圈，线圈中心轴线某一点的磁感应强度可以算出： (1.1.1-2)由上式可得知，当线圈有效探测范围内没有金属物出现时，r=1 (非金属相对磁导率)，线圈中心磁感应强度不会发生变化，线圈有效探测范围内如铁磁性金属出现，r会变大，磁感应强度也会随之变大。1.1.2涡流效应再来说说涡流效应，根据电磁理论可以知道，当金属物体出现在变化的磁场当中，金属导体内形成自行闭合的感应电流，既涡流效应。涡流又会产生附加的磁场与外磁场方向相反，这样就会削弱外磁场变化的速度。正是因为这样，把交流的正弦信号输入空心线圈，交变磁场就会在线圈周围产生电流，线圈当中出现金属时，就会出现涡流磁场同时磁作用又会阻碍磁场变化。越大，交变电流频率也就变得越大，涡电流强度变大，阻碍原有磁场变化。这样我们就可以理解，金属接近通电线圈周围，介质磁导率发生变化和涡流效应同时引起磁感应强度发生改变。对于非铁磁性金属、顺磁体r1，较大，它是导电不导磁的，主要作用是产生涡流效应。基于这个理论，只要找到适合的传感器以感应线圈磁场发生变化，然后把磁信号
