毕业设计(论文)-基于单片机的金属探测器的设计

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自动售货机可编程控制器系统的设计本文介绍了一种以AT89S52单片机和线性霍尔效应传感器为主的智能金属探测器的软硬件组成、工作原理和功能。该设备采用UGN3503U线性霍尔效应传感器作为探头，检测涡流效应引起的搜索线圈中心磁场变化，并将磁场变化转化为电压变化。单片机测量电压的峰值，并与参考电压进行比较。然后确定是否检测到金属。如果检测到金属块，金属检测机会发出声音和光学警报。系统软件采用汇编语言编写。软件内部利用数字滤波技术消除干扰。提高了系统的稳定性和测量的准确性。本文讨论了各种因素对测斜仪灵敏度和稳定性的影响。结果表明，工作频率、搜索线圈的大小和匝数是影响仪器灵敏度的主要因素，现场环境温度和湿度、线圈的绕制工艺和电源的稳定性是影响仪器稳定性的主要因素。关键词：单片机金属探测器线性霍尔效应传感器电磁感应灵敏度目录前言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自动驾驶仪转换电路.82.2.4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软件设计思想163.2数字滤波和算法描述163.3主程序流程图173.3.1键盘控制编程183.3.2数字滤波器编程193.3.3显示和报警编程204主要技术指标分析214.1主要技术指标分析21工作频率灵敏度分析稳定性分析5模拟、调试结果和分析225.1模拟和调试的目的和内容225.2模拟结果和分析225.3试验总结24结论24附录1:电路原理图25附录2:每个模块的程序列表26参考文献32基于单片机的金属探测器设计先前的评论随着社会的发展，金属探测器已经成为一种重要的检测设备，并广泛应用于社会生活和工业生产中。例如，在机场、体育赛事、大型展览等进出口中，我们可以看到金属探测器用于对过往人员进行安全检查，检查行李和包裹，还可以检测人体是否携带有安全隐患的物品，如刀、枪、子弹等。金属探测器也用于工业生产部门(如汽车工厂、金银珠宝、电子产品等)。)检查进出工厂的人员，从而防止贵重金属物品的丢失。就连考试也开始使用金属探测器来检测考生是否通过使用手机和其他通讯工具而不是金属来作弊。因此，在当今社会，金属探测器在社会生活、生产和人身安全方面发挥了极其重要的作用。然而，为了准确定位金属物体的准确位置，我们对金属探测器的精度有更高的要求。国外已经有了成熟的产品(例如，欧洲电力系统公司、中欧电力系统公司和朗格美通公司的类似产品)，但它们的价格通常非常昂贵。在中国，也有更多的传统金属检测机使用模拟电路进行检测和控制。其缺点是电路比较复杂，检测灵敏度不高，整个系统的不稳定性受到温度、湿度、电焊等环境因素的极大干扰。正是因为这个原因，我向大家介绍这样一种基于单片机控制的智能金属探测器。在灵敏度方面，其传感器采用灵敏度极高的线性霍尔元件，可以检测金属出现时检测线圈周围磁场的变化，从而大大提高检测精度。在数据处理中，采用AT89S52单片机作为控制单元，通过对检测结果的处理，可以有效保证检测效果。我们还采用了软件滤波的方法来代替以前的模拟电路滤波方法，大大提高了整个系统的可靠性、灵敏度和稳定性。这样，它可以应用于检测各种邮件和包裹，包括人体携带的各种金属物品，特别是用于海关、机场、车站等公共场所的进出口安全检查。它也可以用来探测土壤中的物体(如地雷)。1金属探测器的理论基础1.1理论概述金属探测器利用线圈的电磁感应原理来探测金属。根据电磁感应原理，当金属物体接近通电线圈的平面时，线圈介质的状态会发生变化，并产生涡流效应。11.1.1中等条件变化当金属物体接近通电线圈时，通电线圈周围的磁场会发生变化，如图1.1.1-1所示。图1.1.1-1如果圆形电感线圈的半径为r，并且交流电流I=Imcos wt匝，则在线圈周围的空间中将产生交变磁场。线圈中心轴上任何一点的磁感应强度可以用毕奥-萨伐尔定律计算：(1.1.1-1)在上式中，=0r，代表介质的渗透率，r代表相对渗透率，0代表真空的渗透率。2对于紧密缠绕的N匝线圈，线圈中心轴上一点的磁感应强度可计算如下：(1.1.1-2)从以上公式可以看出，当线圈的有效检测范围内没有金属时，r=1(非金属的相对磁导率)，线圈中心的磁感应强度不会改变。如果铁磁金属出现在线圈的有效探测范围内，r将增加，磁感应强度也会相应增加。1.1.2涡流效应让我们来谈谈涡流效应。根据电磁理论，当金属物体出现在变化的磁场中时，在金属导体中形成自闭合感应电流，即涡流效应。涡流将产生与外部磁场方向相反的附加磁场，这将削弱外部磁场的变化速度。正因为如此，当交变正弦信号输入空心线圈时，交变磁场将在线圈周围产生电流。当线圈中出现金属时，会出现涡流磁场，磁作用会阻碍磁场的变化。越大，交流频率越大，涡流强度越大，阻碍了原始磁场的变化。这样，我们可以理解，当金属靠近通电线圈的周围时，介质的磁导率发生变化，同时涡流效应导致磁感应强度发生变化。对于非铁磁金属和顺磁性r1，较大，它是导电的和非磁性的，其主要功能是产生涡流效应。根据这一理论，只需找到合适的传感器来感应线圈的磁场变化，然后将磁信号转换成电信号变化信号，进而实现单片机控制。构建了系统的硬件电路。2硬件电路2.1系统的组成如图2.1-1所示，检测系统采用AT89S528单片机为控制核心，硬件电路包括线圈振荡电路(多谐波振荡电路、放大电路、检测线圈、控制电路)等。详细电路原理图见附录1。多谐波振荡器图2.1-1系统结构框图2.2硬件电路功能2.2.1线圈振荡电路图图2.2.1-1线圈振荡电路示意图在操作过程中，555定时器用作多谐振荡器，产生频率为24千赫兹、占空比为2/3的脉冲信号。以下是振荡器频率的计算公式：(2.2.1-1)如图所示，参数的频率为24千赫，24千赫的超长波频率可以减弱土壤对电磁波的影响。多谐振荡器输出的正脉冲信号被输入到Q1的基极(Q1是125的9013H)，以便它能被接通。Q1放大后，具有高频稳定性和功率的脉冲信号将在线圈L1中产生较大的瞬时电流，从而在线圈周围产生恒定的交变磁场。在脉冲信号的作用下，Q1处于开关状态，因为导通时间很短，所以实际上非常节能。2.2.2数据采集分析a)线性霍尔传感器选择线性霍尔传感器来检测通电线圈L1周围的磁场是否变化。UGN3503U的主要功能是将磁场强度信号线性转换成电压信号。功能框图的输出特性如图2.2.2-1和图2.2.2-2所示。3图2 . 2 . 2-1 ugn 3503功能框图图2 . 2 . 2-2 ugn 350磁电转换特性图霍尔元件是根据霍尔效应制成的。如图2.2.2-3:所示图2.2.2-3霍尔效应原理电流I施加到半导体晶片的两端，并且施加垂直于半导体晶片表