智能金属探测仪的设计与实现.doc

编号本科毕业设计智能金属检测仪的设计与实现智能metal detector的设计和实施学习学生声明转业学号指向讲师学院2009年6月摘褥子本文重点介绍了基于AT89S52单片机的智能金属探测器的硬件配置、软件设计、工作原理和主要功能。金属探测器以AT89S52微控制器为核心，使用线性霍尔元件UGN3503作为传感器，检测金属涡流效应引起的电气线圈磁场的变化，将磁场变化转换为电压的变化，在微控制器上测量电压值，与设定的电压基准值进行比较，然后确定金属是否检测。系统软件用汇编语言编写。软件设计使用数字滤波技术消除干扰，改进检测器的抗干扰能力，确保系统的正确性。此外，本文还讨论了影响设备工作频率、检测线圈大小和灯数影响灵敏度的主要因素金属探测器灵敏度和稳定性的因素。现场环境温度、湿度和线圈制作工艺及电源的稳定性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Abstractthis paper describes the compositions of hardware and software，Working principles and the functions of an intelligent metal detector which mamasthe equipment adopts ugn 3503 u linear hall-effect sensor as probe to detect the magnetic field change of the centre of a search coil resulted from e Ddyin case of detection of a metallic mass，The metal detector provides an acoustical and optical alarm。The systems software drops The assembler language to be written . inside The software，The digital filter technology is utilized to eliminate Theso the stability of system and the measureing 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 affected on The sensitivity of The instrumethe environment temperature and humidity in site，the winding technology of coils and the stability of power supply are the factors effected on ssiteKeywords:单芯片mic yoco(SCM)metal detector linear hall-effect sensor电子管理功能列表摘我AbstractII第一章金属探测的理论基础分析11.1金属探测器的研究重要性11.2金属探测器的发展现状和发展趋势11.3金属探测器理论基础21.4主要性能分析3第二章硬件电路设计52.1系统配置52.2电路线路图52.3硬件电路功能说明62.3.1线性霍尔传感器72.3.2放大和峰值检测电路92.3.3 a/d转换电路102.4系统控制单元132.5显示警告电路152.6电源电路152.7解释整个机器工作原理16第三章系统软件设计173.1软件设计思路173.2数字过滤和算法说明173.3主要计划流程图193.4主要子程序模块设计193.4.1初始化子例程193.4.2服务中断流程203.4.3数字滤波器编程213.4.4发光和警报模块23第四章结论和展望254.1结论254.2展望25参考文献27审计28第一章金属探测的理论基础分析1.1金属探测器研究的意义金属探测器是最重要的安全检查设备之一，自己广泛应用于社会生活和工业生产的各个领域。在机场、奥运会等大规模比赛中，或在展览会等活动中，使用金属探测器检查过去人员的安全，检查行李、包裹和人体包装用工具、枪支、弹药等禁止伤害的金属物品。工业部门(生产金属产品的工厂，包括手表、眼镜、金银珠宝、电子)也使用金属探测器检测出入口，防止贵金属材料的丢失；连考试都在启动金属探测器，防止考生使用手机等工具作弊。可见金属探测器对工业生产及人身安全有重要作用。据悉，金属探测器为了准确掌握金属物品隐藏的位置，需要很高的探测准确度。目前，海外有更完善的产品系列，如El paso、ElPaso、CeiaUSA和RangerMetorex，但价格非常昂贵。国内现有的金属探测器利用模拟电路进行检测和控制，电路复杂，检测灵敏度低，整个系统容易受到温度、湿度、焊接等外部环境的干扰。本文介绍了基于单片机控制的智能金属探测器，并以高灵敏度线性霍尔元件作为传感器，检测金属出现引起的感应线圈周围磁场的变化，提高检测精度；使用AT89S52微控制器作为测试和控制核心，分析和判断测试结果，有效保证测试原理的实现。此外，通过利用软件过滤方法代替现有检测器中复杂的模拟电路设备，系统的可靠性、灵敏度和抗干扰能力得到了显着提高。对邮政、行李、包裹和人体包装(如工具、枪支、武器部件、弹药和金属包装的爆炸物等)的检查可以用于海关、机场、车站和码头的安全检查。也可以用于检测隐藏在墙内、墙嵌板内、空洞和土壤中的上述项目和其他金属2。1.2金属探测器的发展现状和发展趋势世界上第一台金属探测器于1960年首次应用于工业光事业，该探测器主要是鉴定矿物纯度和提高效率的得力助手。随后，随着1970年社会的发展，金属探测器成为民航、公安、打击走私、边防领域广泛使用的新应用领域，也就是说，作为我们今天使用的金属探测器的原型，人类对安全的认识进入了一个新时代。随着一个产品的出现和一个行业的发展，这个陌生而熟悉的行业的安全检查开始进入市场。随着国内安全保护产业蓬勃发展，安全搜索领域出现了多个金属探测器制造商，但从国内市场份额来看，外国品牌占市场份额的80%，民航市场也是国内金属探测器的限制区。大部分是因为产品的质量已关闭，没有相关的质量证书。实际上，国内金属探测器产品的研发、生产和推广近年来取得了很大的发展。但是，像其他电子产品一样，金属探测器也出现了电路复制、相同的性能、不同的功能和华丽的现象。这种低投资和研发周期短的业务行为(称为生产企业)必然导致产品的一致性和低可靠性，以及安全检查产品的社会可靠性降低，设备无法从根本上保证安全要求。20世纪70年代，航空业迅速发展，发生了飞机劫持和危险事件，航空和机场的安全日益受到重视，在机场的很多设备上，对禁止金属探测门的物品进行了调查，起到了重要作用。同样，20世纪70年代，在机场安检处，金属探测门崭露头角，在大型比赛(如奥运会)展览会及政府重要部门的安保工作中，金属探测门也开始作为必要的安保设备运行。进入80年代后，早期有效预防和阻止监狱暴力事件的方法成为监狱管理工作的首要任务，依赖警察加强囚犯管理，同时金属探测门在美国、英国、比利时等发达国家监狱管理机关重新配备了必要的安保设备，平均每300人使用一个金属探测门。与此同时，西方兴起的“寻宝热”大大发展了便携式金属探测器。进入90年代，迅速加热的电子制造业成为时代的宠儿，大型电子企业为了减少产品丢失，结束员工和公司之间的尴尬局面，纷纷采用金属探测门和便携式金属探测器作为员工行为管理，减少产品丢失的锋利刀片，金属探测器又有了新的作用防止产品失窃。40多年后的今天，金属探测器经历了几代检测技术的变化，从早期信号模拟技术到连续波技术，到今天使用的数字脉冲技术。金属探测器的简单磁场切割原理被引入到各种科学技术成果中。在灵敏度、分辨率、探测精度或工作性能方面进行了质的飞跃。随着产品质量的提高，应用领域也在扩大到多个产业。1.3金属探测器理论基础金属探测器利用线圈的电磁感应原理检测金属。根据电磁感应原理，金属物质接近电气线圈的平面时，会发生以下现象和效果3；图1-1电源线圈操作图(1)线圈介质条件的变化：金属接近电气线圈时，供电线圈周围的磁场会发生变化。对于半径为r的单匝环形电感线圈，如图1-1所示，通过交流电流I=imcospar在线圈周围空间产生交变磁场，根据biozhal的规律，线圈中心轴上的一点的磁感应强度b为4。(1-1)其中=0r，是介质的渗透率，r是相对渗透率，0是真空渗透率。对于n转线圈，螺旋中心轴线上某点的磁感应强度为5: (1-2)公式(1-2)表明，当线圈的有效检测范围中没有金属时，r=1(非金属的相对磁导率)，线圈中心磁感应强度b保持不变，当线圈的有效检测范围中有铁磁金属时，r增大，b随r增大。(2)涡流效应6:根据电磁理论，我们知道金属物体被放置在变化的磁场中时，金属导体会产生自封闭感应电流，这就是金属的涡流效应。涡流产生额外的磁场，与外部磁场相反，减弱外部磁场的变化。因此，将一个交流正弦信号连接到围绕骨架的空心线圈上，通过线圈的电流会在周围产生交变磁场，当金属接近线圈时，金属产生的涡流磁场的脱磁作用会减弱线圈磁场的变化。金属的电导率越大，交流电流的频率越大，涡流强度越大，对原始磁场的抑制作用越强。上述分析表明，金属在电气线圈平面附近时，介质的磁导率变化或金属的涡流效应会引起磁感应强度b的变化。非铁磁性金属(例如金、银、铜、铅、锌等)和顺磁性(例如锰、铬、亲等)r K1、大金属可以视为主要产生涡流效应的导电不磁性材料，磁性效果不可忽视。铁磁金属(例如铁、钻头、镍)r大，大，是导电材料，主要产生磁效应，同时也可以认为具有涡流效应7。该设计基于检测线圈磁场变化、找出适合将磁场信号变化转换为电信号变化的传感器、实现单片机控制的理论。就是用这种设计理念制作系统的硬件电路。1.4主要性能分析金属探测器的工作频率、灵敏度和稳定性是仪器的主要技术指标。1.作业频率为24KHz选择24KHz的超长波频率是为了减弱土壤对电磁波的影响。2.敏感度分析公式(1-2)如下：(1)检测线圈的大小影响仪器的灵敏度。探测器的灵敏度大，即如果检测区域与大检测线圈的大小有关，线圈中心磁场强度低，线圈线圈线圈附近磁场强度高，霍尔元件固定在线圈中心，为了通过其磁通量，检测线圈的大小不应过大，具体大小通过实验确定。(2)线圈的转数检测影响仪器的灵敏度。线圈大小固定时，灯的数量越少，灵敏度越高。但是，为了确保通过霍尔元件的线速度，灯的数量减少也是有限的，最佳灯数89必须通过实验来确定。3.稳定性分析I .线圈的杂散电容和人体感应电容都可以引起频率变化，产生伪信号。.