【正文】 聲　　明本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）是本人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。其中除加以標(biāo)注和致謝的地方，以及法律規(guī)定允許的之外，不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫完成并以某種方式公開過的研究成果，也不包含為獲得其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而作的材料。其他同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在文中作了明確的說明并表示謝意。本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成果是本人在江西師范大學(xué)讀書期間在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下取得的，成果歸江西師范大學(xué)所有。特此聲明。聲明人（畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）作者）學(xué)號(hào)：聲明人（畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）作者）簽名：簽名日期：　　　　年　　月　　日 摘 要本文介紹了一種基于AT89S52單片機(jī)控制的智能型金屬探測器的硬件組成、軟件設(shè)計(jì)、工作原理及主要功能。該金屬探測器以AT89S52單片機(jī)為核心，采用線性霍爾元件UGN 3503U作為傳感器來感應(yīng)金屬渦流效應(yīng)引起的通電線圈周圍磁場的變化，并將磁場變化轉(zhuǎn)化為電壓的變化，單片機(jī)將測得的電壓值與試驗(yàn)測定的基準(zhǔn)電壓值相比較，以確定是否探測到金屬。該系統(tǒng)軟件采用C語言來寫，在軟件設(shè)計(jì)中，采用了算術(shù)平均值濾波消除干擾，提高了探測器的抗干擾能力，確保了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。關(guān)鍵詞：單片機(jī)，金屬探測器，線性霍爾元件，電磁感應(yīng)，渦流Abstract This paper describes the position of hardware and software，working principles and the functions of an intelligent metal detector which mainly consists of AT89S52 Single Chip Micyoco and linear HallEffect Sensor. The equipment adopts UGN3503U linear halleffect sensor as probe to detect the magnetic field change of the centre of a search coil resulted from eddy current effect and turn this magnetic field change into voltage change. The SCM measures the peak value of voltage and pares it with reference voltage. Then determine whether detect metal or not. In case of detection of a metallic mass, the Metal Detector provides an acoustical and optical alarm. The systems software adopts the C language to be written. Inside the software, the Arithmetic mean filter technology is utilized to eliminate the jamming. So the stability of system and the measuring veracity are improved. Keywords: SCM(Single Chip Micyoco)，metal detector, linear halleffect sensor, electricmagnetic induction, eddy current.25目錄摘 要 IAbstract II1引言 12 設(shè)計(jì)要求 13 探測金屬的理論依據(jù) 14 方案論證 3 方案一 3 方案二 35 硬件部分的設(shè)計(jì) 4 線圈振蕩電路： 4 控制電路： 5 線性霍爾傳感器 5 放大和峰值檢波電路 7 AD及單片機(jī)報(bào)警部分 8 ADC0809 9 AT89S52 10 基準(zhǔn)電壓采集結(jié)束部分 13 報(bào)警部分 13 顯示部分 13 電源部分 136 工作原理簡述 147 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 158 設(shè)計(jì)部分仿真 169 主要技術(shù)指標(biāo)分析 18 金屬探測器的工作頻率 18 靈敏度分析 18 穩(wěn)定性分析 19參考文獻(xiàn) 20附錄一 電路原理圖 21附錄二 源程序 221引言全球第一臺(tái)金屬探測器誕生于1960年，五十年過去了，金屬探測器經(jīng)歷了幾代探測技術(shù)的變革，從最初的信號(hào)模擬技術(shù)到連續(xù)波技術(shù)直到今天所使用的數(shù)字脈沖技術(shù)，金屬探測器簡單的磁場切割原理被引入多種科學(xué)技術(shù)成果。無論是靈敏度、分辨率、探測精確度還是工作性能上都有了質(zhì)的飛躍，應(yīng)用領(lǐng)域也隨著產(chǎn)品質(zhì)量的提高延伸到了多個(gè)行業(yè)。至今，它已經(jīng)作為一個(gè)成熟的產(chǎn)品進(jìn)入我們的生產(chǎn)生活。超越今天的金屬探測器是難以完成的任務(wù)，因此本設(shè)計(jì)致力于學(xué)習(xí)和研究探測器的基本原理，以進(jìn)一步提高自身的水平。2 設(shè)計(jì)要求 ，用它探測大塊金屬時(shí)，探頭距金屬物體20cm揚(yáng)聲器就會(huì)發(fā)出聲音，小到曲別針，甚至一枚大頭針都能檢測到。2．可以透過非金屬物體，比如紙張、木材、塑料、磚石、土壤、甚至水層，探測到被遮蓋的金屬物體。3 探測金屬的理論依據(jù)金屬探測器是采用線圈的電磁感應(yīng)原理來探測金屬的。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，當(dāng)有金屬物靠近通電線圈平面附近時(shí)，將發(fā)生如下現(xiàn)象和效應(yīng)： ：當(dāng)金屬物接近通電線圈時(shí)，將使通電線圈周圍的磁場發(fā)生變化：如圖1，對(duì)于半徑為R的單匝圓形電感中，通過交變電流I = Imcos t時(shí)，線圈周圍空間產(chǎn)生交變磁場，根據(jù)畢奧一薩伐爾定律可計(jì)算出線圈中心軸線上一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B為： 圖31 磁感應(yīng)強(qiáng)度 （31） 其中，= 0 r , 為介質(zhì)的磁導(dǎo)率，r為相對(duì)磁導(dǎo)率， 0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： （32）由公式(12)可知，當(dāng)線圈有效探測范圍內(nèi)無金屬物時(shí)，r=1(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)線圈有效探測范圍內(nèi)出現(xiàn)鐵磁性金屬物時(shí)，r會(huì)變大，B隨r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，與外磁場方向相反，削弱外磁場的變化。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，當(dāng)將金屬靠近線圈時(shí)，金屬產(chǎn)生的渦流磁場的去磁作用會(huì)削弱線圈磁場的變化。金屬的電導(dǎo)率越大，交變電流的頻率越大，則渦電流強(qiáng)度越大，對(duì)原磁場的抑制作用越強(qiáng)。 通過以上分析可知，當(dāng)有金屬物靠近通電線圈平面附近時(shí)，無論是介質(zhì)磁導(dǎo)率的變化，還是金屬的渦流效應(yīng)均能引起磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變化。對(duì)于非鐵磁性的金屬〔包括抗磁體(如:金、銀、銅、鉛、鋅等)和順磁體(如錳、鉻、欽等)] r1，較大，可以認(rèn)為是導(dǎo)電不導(dǎo)磁的物質(zhì)，主要產(chǎn)生渦流效應(yīng)，磁效應(yīng)可忽略不計(jì)。對(duì)于鐵磁性金屬(如:鐵、鉆、鎳) r 很大，也較大，可認(rèn)為是既導(dǎo)電又導(dǎo)磁物質(zhì)，主要產(chǎn)生磁效應(yīng)，同時(shí)又有渦流效應(yīng)。本設(shè)計(jì)正是基于這樣的理論，來尋找一種方法來體現(xiàn)這種變化。4 方案論證 方案一高頻振蕩器功率放大器聲控報(bào)警裝置探測線圈音頻振蕩器振蕩檢測器圖41 方案一系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框圖如圖41，本方案金屬探測器由高頻振蕩器、振蕩檢測器、音頻振蕩器和功率放大器等組成.利用探測金屬的原理，使得振蕩器處于臨界振蕩，金屬導(dǎo)體中產(chǎn)生的渦電流使得振蕩回路中的能量損耗增大，甚至無法維持振蕩所需的最