基于单片机的金属探测器设计

《基于单片机的金属探测器设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机的金属探测器设计（61页珍藏版）》请在文档大全上搜索。

1、 题 目： 基于单片机的金属探测器设计 所 属 系： 班 级： 学 生 姓 名： 学 号： 同 组 成 员： 指 导 教 师： 摘要 介绍了一种基于AT89S52单片机控制的金属探测器-安检门的硬件组成、软件设计、工作原理及主要功能，该安检门以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周围磁场的变化，并将磁场变化转为电压的变化，单片机将测得电压值与试验测定的基准电压值相比较，以确定是否探测到金属。在软件设计中，采用了数字滤波技术消除干扰，提高了安检门的抗干扰能力，确保了系统的准确性。关键词 单片机 金属探测器 线性霍尔元件 电磁感应 涡

2、流目录0 引言11 总体设计方案11.1设计要求11.2设计目标11.3课题分析11.4概念设计21.5系统设计的理论依据21.5.1线圈介质条件的变化31.5.2涡流效应31.5.3 系统的组成41.5.4系统工作原理52单元设计52.1线圈振荡模块52.1.1线圈振荡硬件电路设计52.2数据采集模块62.2.1传感器选择方案62.2.2放大电路选择方案72.2.3数据采集硬件电路设计82.2.4数字滤波程序设计92.3 A/D转换模块112.3.1转换器的选择方案112.3.2 A/D转换硬件电路设计112.4系统控制单元122.4.1单片机选择方案122.4.2 AT89S52介绍142

3、.4.3最小系统硬件电路设计143 其它单元模块143.1键盘模块143.1.1按键选择方案143.1.2键盘控制硬件电路设计153.1.3键盘控制程序设计153.2显示报警模块163.2.1显示的选择方案163.2.2报警的选择方案163.2.3显示报警硬件电路设计173.2.4显示与报警程序设计173.3电源电路设计183.3.1电源硬件电路设计183.4晶体振荡电路183.5复位电路194电路整合204.1总原理图204.2主程序204.3元器件清单224.4 PCB设计225工艺设计235.1工艺文件235.1.1 编制工艺规程的依据及原则245.1.2 编制要领245.1.3 编制步

4、骤及方法256结论26致谢27参考文献28附录1：AT89S52的介绍29附录2：电路原理图35附录3：元器件清单及封装形式36附录4：各模块程序清单40附录5：生产工艺文件45390 引言金属探测器是一种专门用来探测金属的仪器，用于探测地雷，隐蔽的电缆、水管，甚至能够地下探宝，发现埋藏在底下的金属物体。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

5、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

6、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 总体设计方案1.1

7、设计要求利用磁电效应原理设计金属探测器，并将感应的信号（经过预处理）进行AD转换、误差修正处理，在液晶或者LED上形成显示。1.2设计目标提高安检门的检测精度，提高系统的可靠性，提高灵敏度和抗干扰性，减少占用人力资源，保护法官的人身安全，维护法院的审判秩序。1.3课题分析近年来，全国各地法院发生多起当事人携带危险物品冲进法院并造成伤害的恶性突发事件，威胁到法官的人身安全，扰乱了法院的审判秩序，损害了法院形象乃至司法权威。基层法院安检设施比较简单，已不能胜任日益繁重的案件任务。来访人员服饰上金属物件较多，通过现有的安检门时大多会发出声响，安检效果不明显，需再进行人工安检，造成重复安检、任务量翻倍

8、，占用大量人力资源。来访人员携带的包裹不便于直接打开翻看，给审判安全留下隐患。目前,在国内这个领域,国外产品占了很大一部分。国内产品与国外产品相比还有一定的技术差距，主要体现在漏报和误报。而国外产品在这方面却有很大的优势,因此很大一部分政府机关、企业、大型活动组织者都倾向于购买国外产品。衡量一个安检门的优势除了误报和漏报两个重要指标外,还有其它一些技术性能,也是衡量一个门质量好坏的重要参数。漏报是因为灵敏度达不到,误报是因为抗干扰能力较差。为了保护法官的人身安全，维护法院的审判秩序，我们得解决安检门存在的问题：1.提高检测精度；2.提高系统的可靠性；3.提高灵敏度和抗干扰性。1.4概念设计基于

9、单片机的金属探测器主要有检测和控制功能组件构成，每个功能组件又细分为一些具体功能元。图1 概念设计图1.5系统设计的理论依据 金属探测器是采用线圈的电磁感应原理来探测金属的.根据电磁感应原理，当有金属靠近通电线圈平面附近时，将发生如下现象和效应:图 21.5.1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如图2，对于半径为R的单匝圆形电感线圈。当其中通过交变电流 时，线圈周围空间产生交变磁场，根据毕奥-萨伐尔定律可计算出线圈中心轴线上一点的磁感应强度B为：= . （1.5.1-1） 其中，磁导率，为相对磁导率，为真空磁导率。对于紧密缠绕N匝的线圈，线圈中心轴线上一点

10、的磁感应强度则为： （1.5.1-2） 由公式（1.5.1-2）可知，当线圈有效探测范围内无金属物时，（非金属的相对磁导率），线圈中心磁感应强度B保持不变，当线圈有效探测范围内出现铁磁性金属物时，会变大，B随也会变大。1.5.2涡流效应根据电磁理论，我们知道，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，这就是金属的涡 流效应。涡流要产生附加的磁场，与外磁场方向相反，削弱外磁场的变化。据此，将一交流正弦信号接入绕在骨架上的空心线圈上，流过线圈的电流会在周围产生交变磁场，当将金属靠近线圈时，金属产生的祸流磁场的去磁作用会削弱线圈磁场的变化。金属的电导率越大，交变电流的频率

11、越大，则祸电流强度越大，对原磁场的抑制作用越强。通过以上分析可知，当有金属物靠近通电线圈平面附近时，无论是介质磁导率的变化，还是金属的涡流效应均能引起磁感应强度B的变化。对于非铁磁性的金属包括抗磁体(如:金、银、铜、铅、锌等)和顺磁体(如锰、铬、钦等) ，较大，可以认为是导电不导磁的物质，主要产生涡流效应，磁效应可忽略不计；对于铁磁性金属（如：铁、钴、镍）很大，也较大，可认为是既可导电又导磁的物质，主要产生磁效应，同时又有涡流效应。本设计正是基于这样的理论，来寻找一种适合的传感器来感应线圈的磁场变化，并把磁场信号的变化转变成电信号的变化，从而实现单片机的控制。正是本着这样一个设计思路来构建系统