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at89s52单片机控制的智能型金属探测器设计大学本科毕业论文.doc
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2023-07-11
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at89s52单片机控制的智能型金属探测器设计大学本科毕业论文.doc
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目录
摘 要..............................................................1
ABSTRACT............................................................2
第一章 绪论.........................................................3
1.1 选题的意义...................................................3
1.2 国内外研究现状及存在问题.....................................3
1.3 设计的基本思路...............................................4
第二章 分析探测金属的理论依据.......................................5
2.1 线圈介质条件的变化...........................................5
2.2 涡流效应 ....................................................6
第三章 硬件电路设计.................................................7
3.1 系统组成.....................................................7
3.2 硬件电路功能描述.............................................8
3.3 整机工作原理描述............................................28
第四章 系统软件设计................................................29
4.1 软件设计思想................................................29
4.2 数字滤波及算法说明..........................................30
4.3 主程序流程图................................................31
4.4 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
平顶山工学院毕业设计(论文)
1
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
平顶山工学院毕业设计(论文)
2
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 single Chip Micyoco 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 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,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 all 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 technology 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
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3
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、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
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4
属物品藏匿的位置,就需要金属探测器具有较高的检测精度。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。
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金属物。
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