基于单片机的地下金属探测器

PAGE2PAGE1论文（设计）题目基于单片机的地下金属探测器学科分类（二级）510.99题目来源（a.教师拟题；b.学生自拟；c.教师科研课题；d.其他）b本选题的根据：1）说明本选题的研究意义和应用价值2）简述本选题的研究现状和自己的见解本选题的研究意义和应用价值随着科技的不断进步和电子技术的不断发展，金属探测技术也取得了快速的发展,探测器的探测精度和灵敏度有了质的飞跃，系统稳定性显著提高,金属探测器也正在朝数字化、智能化的方向演进。当前大部分金属探测器都采用了数字电子技术，将一些原来由模拟器件处理的部分用数字信号处理技术来代替，从而降低系统的功耗,提高系统的抗干扰能力。虽然金属探测技术已经取得了巨大的进步，但自动化智能化水平仍然较低，尤其是国内自主研发的金属探测器,在探测精度、准确率和稳定性方面差距仍然明显，也存在环境适应能力不足、人机交互界面不友好导致操作困难等问题。另外，国外金属探测器在国内市场一直处于主导地位,且价格昂贵，国内金属探测器要想在国内市场分一杯羹，必须提高自己产品的性能，所以在原先的基础上继续研究改进，使其在探测精度、探测深度，抗干扰能力等方面赶上甚至超越国外同行，具有重大的现实意义。本选题的研究状况和自己的见解研究状况全球第一台金属探测器诞生于1960年，步入工业时代最初的金属探测器也主要应用于工矿业，是检查矿产纯度、提高效益的得力帮手。五十年过去了，金属探测器经历了几代探测技术的改革，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。至今，它已经作为一个成熟的产品进入我们的生产生活。超越今天的金属探测器是难以完成的任务，因此本设计致力于学习和研究探测器的基本原理，以进一步提高自身的水平。自己的见解传统的金属探测器的方法是传感器探头由正弦波振荡电路组成，若金属物经过探头或把探头在金属物附近移动，由于磁场变化会在金属体内产生涡流，导致振荡电路震荡失谐，从而使振荡电路的输出电压发生变化，根据此信号系统探测到附近是否有金属物存在。这种电路一般采用模拟电路进行设计，抗干扰能力较差，环境的变化或元件的老化都会造成电路工作点的漂移，影响系统的稳定性，结果会导致波形失真甚至停止震荡。因此，必须采用较为复杂的反馈补偿电路才能提高系统的稳定性。在我的实际的设计过程中,通过对DS18B20数字温度传感器和TN9这两种红外温度传感器进行仔细的学习了解，并对相关要求进行了合理的分析与论证，最终，选取最合适的红外温度传感器为设计所用。本文介绍的金属探测仪，选用高灵敏度的霍尔元件涡流传感器作为磁敏探头;选用性能优良的AT89CS52单片机做为主控部件，电路设计由模拟化转为数字化，充分利用了单片机强大的函数运算和数据处理能力，从而大大提高了系统的抗干扰性能、稳定性及实时检测能力和智能化程度。研究的主要内容：本论文介绍的基于单片机的地下金属探测器，以AT89S52单片机为核心，采用线性霍尔元件作为传感器，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，单片机测得的电压值，并与设定的电压基准值相比较后，决定是否探测到金属，如果探测到金属，基于单片机的红外温度测量系统，采用红外温度探测技术实现对测量目标的非接触温度实时测量，测出金属被埋藏的大概深度以及周围环境的温度。金属探测器的理论依据：采用线圈的电磁感应原理来探测金属。根据电磁感应原理，当有金属物靠近通电线圈平面附近时，将发生线圈介质条件的变化和涡流效应两个现象。基于单片机的红外温度测量系统，采用红外温度探测技术实现对测量目标的非接触温度实时测量。完成测量系统的硬件设计和主要的测量软件设计。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，利用毕奥-萨伐尔定律计算线圈中心轴线上一点的磁感应强度。涡流效应：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，这就是涡流效应。该设计包括：线性霍尔传感器模块，放大和峰值检测波电路模块，A/D转换电路模块，AT89S52单片机模块，蜂鸣器模块，显示屏模块，探测深度模块和电路模块。探测深度原理：金属探测器根据目标物产生的磁场的强度，能近似地判断目标物埋藏的深度。目标物埋藏得越浅，接收线圈收集到的磁场强度就越大，产生的电流也就越大，目标物埋藏得越深，磁场就越弱。如果超过了一定的深度，目标物磁场在地表的强度过于微弱，就不能被接收线圈感应到。探测温度原理：基于单片机控制技术实现红外温度的测量，系统采用具有SPI（串行外围接口）接口的TN系列红外温度传感器来测量温度信号，可同时测量目标温度和环境温度，并将测量的数据送给AT89S52单片机处理，之后送数码管显示。在工作过程中，有555定时器构成一个多谐振荡器产生一个脉冲信号，此信号经缓冲放大后，形成频率稳定度高、功率大的脉冲信号输入到探测线圈中，通电线圈周围就会产生磁场；利用线性霍尔传感器来检测通电线圈周围的磁场变化，将感应到的磁场强度信号线性地转变为电压信号；由于线性的霍尔传感器输出的电压信号十分微弱，只有毫伏级，因此必须将此信号进行放大；通过峰值和后级缓冲放大电路，将采集到的微弱电压信号放大至A/D转换器所要求的输入电压变换范围的直流电平；利用A/D转换电路将采集到的峰值，转换成能够被单片机直接处理的数字量；将数字量送到AT89S52单片机中，通过编程判断该电压是不是探测到金属时的电压，如果是，蜂鸣器响铃报警，探测到金属物体；如果探测到金属物体，就测出该金属物体被埋藏的大概深度。根据著名的斯蒂芬-玻耳兹曼定律物体的温度越高，在相同的辐射率情况下，其辐射度越高，也就是说表面辐射出来的能量就越多，以单片机为控制核心，设计完成基于单片机的红外温度测量系统，采用红外温度探测技术实现对金属附近环境的温度实时测量。主要研究方法：文献研究法：通过查阅文献和书籍资料，学习本次设计中将运用到的技术和方法，了解同类技术的发展趋势、不同技术方法的优势、应用范围和特点。实证研究法：将收集到的数据材料结合自己的设计方案进行加工、运用电路仿真软件监测设计电路的可实施性。经验总结法：通过设计，运用各类方法来完成自己的设计，总结出最简便最合适的设计方法。功能分析法：功能分析法是社会科学用来分析社会现象的一种方法，是社会调查常用的分析方法之一。它通过说明社会现象怎样满足一个社会系统的需要来解释社会现象。研究进度计划：2018年6月08日——6月30日：进行资料的搜集与整理。2018年7月1日——7月15日：查询购买相关硬件、元件设备。2018年8月15日——9月15日：根据相关硬件设计总体电路。2018年9月16日——10月16日：根据总体电路进行程序的设计。2018年10月17日——11月17日：进行金属探测器的整体制作。2018年11月18日——12月10日：进行金属探测器的功能调试和整改以及论文的修改。2018年12月15日——12月30日：完成论文答辩。主要参考资料：[1]谢宏亮.基于线性霍尔元件的准无位置传感亲伺服系统设计（2015年第43卷第5期）[M].湘潭大学,2015.[2]贺桂芳.一种新型智能金属探测仪的设计（2006年第1期）[M].山东交通学院信息工程系,2006.[3]李玉俊，黄琪.基于单片机高精度的AD转换器（2011年9月）[M].电子设计工程,2011.[4]肖茂森.PIC单片机芯片在点涡流传感器温度补偿中的应用（2015年3月）[M].西安：西安建筑科技大学,2015.[5]杨拓.新型电涡流传感器开发（2011年4月）[M].电子科技大学,2011.[6]曾娅娟.基于霍尔传感器磁场检测的低流速测量研究（2015年1月）[M].湘南师范大学,2015.[7]杨俊秀，李霖，赵文来.电磁感应定律及其应用（2013年12月）[M].电气电子教学学报,2013.[8]黄勇.金属探测器的研究与设计（2010年5月）[M].华南理工大学,2010.[9]张文彬.电磁金属探测器的设计（2013年1月）[M].天津理工大学,2013.[10]刘慧娟，张奕黄.一种数字式金属探测器的设计（2004年12月）[M].仪器仪表学报,2004.[11]姚学军.红外测温原理与测温技术.中国仪器仪表,2015.[12]常太华.红外辐射测量在检测技术中的应用.山西电力技术2014[13]郑子伟.红外测温仪概述.计量与测试技术，2013指导教师意见（含选题的科学性、可行性、应用价值、结合本专业知识的情况以及具体指导意见等）：论文主要内容或特色（学生填写）该基于单片机的金属探测器，以AT89S52单片机为核心，采用线性霍尔元件作为传感器，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，单片机测得的电压值，并与设定的电压基准值相比较后，决定是否探测到金属并在显示屏上显示所探测到的金属物的属性。基于单片机控制技术实现红外温度的测量，系统采用具有SPI（串行外围接口）接口的TN系列红外温度传感器来测量温度信号，测量金属周围环境温度，并将测量的数据送给AT89S52单片机处理，之后送数码管显示。论文工作量□饱满|□基本达到要求|□略有不足应用性□较好|□良好|□有一定应用性开题答辩□同意参加□不同意参加指导教师（签名）：开题会议纪要时间地点开题小组成员姓名职称姓名