基于单片机的智能型金属探测器的设计2

摘要本文介绍了一种基于AT89S52单片机控制的智能型金属探测器重点研究了它的硬件组成、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。关键词：单片机金属探测器线性霍尔元件电磁感应.ABSTRACTThispaperdescribesthecompositionofhardwareandsoftware,workingprinciplesandthefunctionsofanintelligentmetaldetectorwhichmainlyconsistsofAT89S52SingleChipMicyocoandlinearHall-EffectSensor.TheequipmentadoptsUGN3503Ulinearhall-effectsensorasprobetodetectthefieldchangeofthecentreofasearchcoilresultedfromeddycurrenteffectandturnthismagneticfieldchangeintovoltagechange.TheSCMmeasuresthepeakvalueofvoltageandcomparesitwithreferencevoltage.Thendeterminewhetherdetectmetalornot.Incaseofdetectionofametallicmass,theMetalDetectorprovidesanacousticalandopticalalarm.Thesystemssoftwareadoptstheassemblerlanguagetobewritten.Insidethesoftware,thedigitalfiltertechnologyisutilizedtoeliminatethejamming.Sothestabilityofsystemandthemeasuringveracityareimproved.KEYWORDS:SCM(SingleChipMicyoco)metaldetector.课程设计论文I目录第一章绪论.................................................................................................................11.1引言..................................................................................................................1第二章系统的总体设计.............................................................................................12.1系统设计的理论依据......................................................................................12.1.1线圈介质条件的变化..............................................................................................12.1.2涡流效应....................................................................................................................22.2系统组成..........................................................................................................22.3系统工作原…………………………………………………………………..3第三章硬件电路设计.................................................................................................43.1系统组成框图..................................................................................................43.2电路具体介绍..................................................................................................43.2.1.线圈振荡电路...........................................................................................................53.2.2系统控制单元...........................................................................................................63.2.3显示告警电路.........................................................................................................113.2.4.电源电路..................................................................................................................11第四章系统软件设计...............................................................................................114.1软件算法........................................................................................................124.2软件流程........................................................................................................124.2.1主程序流程图.........................................................................................................124.2.2数字滤波程序设计................................................................................................12第五章.结论..............................................................................................................13参考文献.....................................................................................................................13课程设计论文1第一章绪论1.1引言金属探测器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。比如在机场、大型运动会(如奥运会)、展览会等都用金属探测器来对过往人员进行安全检测，以排查行李、包裹及人体夹带的刀具、枪支、弹药等伤害性违禁金属物品;工业部门(包括手表、眼镜、金银首饰、电子等生产含有金属产品的工厂)也使用金属探测器对出入人员进行检测，以防止贵重金属材料的丢失;目前，就连考试也开始启用金属探测器来防止考生利用手机等工具进行作弊。由此可见，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灵敏度。目前。国外虽然已有较为完善的系列产品，但价格及其昂贵；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干扰。第二章系统的总体设计2.1系统设计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，当有金属靠近通电线圈平面附近时，将发生如下现象和效应:图2.1线圈介质条件的变化2.1.1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的单匝圆形电感线圈。当其中通过交变电流tωcos=IIm时，线圈周围课程设计论文2空间产生交变磁场，根据毕奥-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：=dlrR∫∫π4Iμ=θsindB=∫Bd=BRμ20r2x=r2RIμ32()R+x23R2222Iμ=()wtcos2R+x23ImR2μrμ022（2-1）.其中，为介质的，μ=μμrμ0磁导率，μr为相对磁导率，μ0为真空磁导率。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：()wtcosR+x2IRμμN=B222/3m2r0（2-2）由公式（2-2）可知，当线圈有效探测范围内无金属物时，1=μr（非金属的相对磁导率），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，μr会变大，B随μr也会变大。2.1.2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，金属产生的祸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，则祸电流强度越大，对原磁场的抑制作用越强。本设计正是基于这样的理论，来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系统组成整个探测系统以8位单片机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。课程设计论文3.2.1系统结构块图2.3系统工作原理在工作过程中，由555定时器构成的多谐振荡器产生一个频率为24KHz的脉冲信号经过缓冲和放大之后，形成频率稳定度高、功率较大的脉冲信号输入到探测线圈中，通电的线圈周围就会产生磁场，此时，固定在线圈L1中心的霍尔元件UGN3503U就会感应到线圈周围的磁场，并将磁场强度信号线性地转变成电压信号。在无金属的情况下，假设霍尔输出电压为μ0，该电压信号μ0很微弱，属mV即信号，μ0经过放大电路放大，再通过峰值检波电路，得到响