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基于单片机的金属探测器的设计.doc
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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
2
Design for vending machine's 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 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 Microcomputer 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 the 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 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.
KEY WORDS: Single-Chip Microcomputer metal detector linear hall-effect sensor
electric-magnetic induction sensitivity
3
目 录
前 言 …………………………………………………………………………………….1
1 分析探测金属的理论根据………………………………………………………………...2
1.1 理论描述………………………………………………………………….…………..2
1.1.1 线圈介质条件变化.............................. ...................................................................2
1.1.2 涡流效应..…………………………………………………….……….………….3
2 硬件电路设计………………………………………..…………………………………….3
2.1 系统组成.......................................................................................................................3
2.2 硬件电路功能描述………………………………………….……………….….……4
2.2.1 线圈振荡电路..…………………………………………….……………....……..4
2.2.2 数据采集..…………………………………………………………..…….………5
2.2.3 A/D 转换电路..…………………………………………………..…………...…..8
2.2.4 系统控制单元.....................................................................................................11
2.2.5 键盘控制电路..………………………….……………………….…………...…12
2.2.6 显示报警电路.......................................................................................................13
2.2.7 电源电路...............................................................................................................14
2.3 整机工作原理描述......................................................................................................15
3 系统软件设计…………………………………………………………………………....16
3.1 软件设计思想..............................................................................................................16
3.2 数字滤波及算法说明..................................................................................................16
3.3 主程序流程图..............................................................................................................17
3.3.1 键盘控制程序设计 ................................................................................................18
3.3.2 数字滤波程序设计 ................................................................................................19
3.3.3 显示与报警程序设计 ............................................................................................20
4 主要技术指标分析………………………………………………………………..……..21
4.1 主要技术指标分析......................................................................................................21
4.4.1 工作频率 ................................................................................................................21
4.4.2 灵敏度分析 ............................................................................................................21
4.4.3 稳定性分析 ............................................................................................................22
5 仿真、调试结果及分析……………………………………………………………...….22
4
5.1 仿真、调试目的与内容............................................................................................22
5.2 仿真结果及分析........................................................................................................22
5.3 试验总结....................................................................................................................24
6 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
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、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
5
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。
[1]
1.1.1 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=I
m
cos wt 圈时线圈周围空间会产生交
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