基于單片機(jī)的智能型金屬探測(cè)器的設(shè)計(jì)2畢業(yè)論文-文庫(kù)吧
2025-06-03 18:25 本頁(yè)面
【正文】 1） . 其中，磁導(dǎo)率，為相對(duì)磁導(dǎo)率，為真空磁導(dǎo)率。對(duì)于緊密纏繞N匝的線圈，線圈中心軸線上一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度則為： （22）由公式（22）可知，當(dāng)線圈有效探測(cè)范圍內(nèi)無金屬物時(shí)，（非金屬的相對(duì)磁導(dǎo)率），線圈中心磁感應(yīng)強(qiáng)度B保持不變，當(dāng)線圈有效探測(cè)范圍內(nèi)出現(xiàn)鐵磁性金屬物時(shí)，會(huì)變大，B隨也會(huì)變大。根據(jù)電磁理論，我們知道，當(dāng)金屬物體被置于變化的磁場(chǎng)中時(shí)，金屬導(dǎo)體內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生自行閉合的感應(yīng)電流，這就是金屬的渦流效應(yīng)。渦流要產(chǎn)生附加的磁場(chǎng)，與外磁場(chǎng)方向相反，削弱外磁場(chǎng)的變化。據(jù)此，將一交流正弦信號(hào)接入繞在骨架上的空心線圈上，流過線圈的電流會(huì)在周圍產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，當(dāng)將金屬靠近線圈時(shí)，金屬產(chǎn)生的禍流磁場(chǎng)的去磁作用會(huì)削弱線圈磁場(chǎng)的變化。金屬的電導(dǎo)率越大，交變電流的頻率越大，則禍電流強(qiáng)度越大，對(duì)原磁場(chǎng)的抑制作用越強(qiáng)。 本設(shè)計(jì)正是基于這樣的理論，來尋找一種適合的傳感器來感應(yīng)線圈的磁場(chǎng)變化，并把磁場(chǎng)信號(hào)的變化轉(zhuǎn)變成電信號(hào)的變化，從而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的控制。正是本著這樣一個(gè)設(shè)計(jì)思路來構(gòu)建系統(tǒng)的硬件電路。整個(gè)探測(cè)系統(tǒng)以8位單片機(jī)AT89S52作為控制核心,其硬件電路分為兩個(gè)部分,一部分為線圈振蕩電路,包括:多諧振蕩電路、放大電路和探測(cè)線圈。另一部分為控制電路。. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)塊圖在工作過程中，由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生一個(gè)頻率為24KHz的脈沖信號(hào)經(jīng)過緩沖和放大之后，形成頻率穩(wěn)定度高、功率較大的脈沖信號(hào)輸入到探測(cè)線圈中，通電的線圈周圍就會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，此時(shí)，固定在線圈中心的霍爾元件UGN3503U就會(huì)感應(yīng)到線圈周圍的磁場(chǎng)，并將磁場(chǎng)強(qiáng)度信號(hào)線性地轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)。在無金屬的情況下，假設(shè)霍爾輸出電壓為，該電壓信號(hào)很微弱，屬mV即信號(hào)，經(jīng)過放大電路放大，再通過峰值檢波電路，得到響應(yīng)的0V~5V的峰值輸出電壓，以滿足ADC0809的量程，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，將的數(shù)字量輸入到單片機(jī)儲(chǔ)存起來。此后，以該電壓信號(hào)作為基準(zhǔn)電壓，與A/D轉(zhuǎn)換器采集到的電壓信號(hào)進(jìn)行比較判斷。當(dāng)探測(cè)線圈靠近金屬物體時(shí)，由于電磁感應(yīng)現(xiàn)象，會(huì)使探測(cè)電感值發(fā)生變化，從而使其周圍的磁場(chǎng)發(fā)生變化，霍爾元件感應(yīng)到該變化的磁場(chǎng)，并將其線性地轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)，該變化的電壓經(jīng)過放大電路、峰值檢波電路后，得到響應(yīng)的0V~5V的峰值輸出電壓，然后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，輸入到CPU，由CPU 完成與基準(zhǔn)電壓的比較，二者比較||得到一個(gè)差值，此差值與預(yù)設(shè)的靈敏度再做比較。當(dāng)然，大小的設(shè)定決定著系統(tǒng)精度的高低。若||，就確定為探測(cè)金屬，，進(jìn)行聲音報(bào)警。 第三章 硬件電路設(shè)計(jì)硬件控制電路包括兩個(gè)部分，一部分線圈振蕩電路,包括:多諧振蕩電路、放大電路和探測(cè)線圈。另一部分控制電路包括:U,GN3503型線性霍爾元件、可編程放大電路、峰值檢波電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、AT89S52單片機(jī)、LED顯示電路、聲音報(bào)警電路及電源電路等。 系統(tǒng)組成框圖 電路原理圖 線圈振蕩電路原理圖工作過程中，由555定時(shí)器構(gòu)成一個(gè)多諧振蕩器，產(chǎn)生一個(gè)頻率為24KHZ、占空比為2/3的脈沖信號(hào)。振蕩器的頻率計(jì)算公式為： （31）圖示參數(shù)對(duì)應(yīng)的頻率為24KHZ，選擇24KHZ的超長(zhǎng)波頻率是為了減弱土壤對(duì)電磁波的影響。從多諧振蕩器輸出的正脈沖信號(hào)經(jīng)過電容輸入到的基極（為125的9013H),使其導(dǎo)通，經(jīng)放大之后，就形成了頻率穩(wěn)定度高、功率較大的脈沖信號(hào)輸入到人、探測(cè)線圈中，在線圈內(nèi)產(chǎn)生瞬間較強(qiáng)的電流，從而使線圈周圍產(chǎn)生恒定的交變磁場(chǎng)。由于在脈沖信號(hào)作用下，處于開關(guān)工作狀態(tài)，而導(dǎo)通時(shí)間又非常短，所以非常省電，可以利用 數(shù)據(jù)采集電路原理圖（1）線性霍爾傳感器（linear HallEffect Sensors）在電路設(shè)計(jì)中，選用了美國(guó)公司生產(chǎn)的UGN3503U線性霍爾傳感器，來檢測(cè)通電線圈周圍的磁場(chǎng)變化。UGN3503U線性霍爾傳感器的主要功能是可將感應(yīng)到的磁場(chǎng)強(qiáng)度信號(hào)線性地轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)。. UGN3503的功能框圖 UGN3503U的磁電轉(zhuǎn)換特性曲線霍爾元件是依據(jù)霍爾效應(yīng)制成的器件。 據(jù)此，將霍爾元件做成各種形式的探頭，固定在工作系統(tǒng)的適當(dāng)位置，用它去檢測(cè)工作磁場(chǎng)，再根據(jù)霍爾輸出電壓的變化提取別檢信息，這就是線性霍爾元件的基
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