【正文】 控技術(shù)與儀器 學(xué) 號：5801209015 學(xué)生姓名： 李躍 指導(dǎo)教師：謝建宏 摘 要 地雷作為一種特殊的炸彈，時時刻刻威脅著無數(shù)無辜平民的生命安全。本文所介紹的地雷探測儀是以8位AT89S52單片機為核心，所使用的傳感器是線性霍爾元件UGN3503，將磁場信號變?yōu)殡妷盒盘?。系統(tǒng)軟件采用匯編語言編寫，在軟件設(shè)計中，為了提高探測器的抗干擾能力和系統(tǒng)的穩(wěn)定性，采用了數(shù)字濾波技術(shù)消除干擾。halleffect sensor。日本侵華戰(zhàn)爭中，日本在中國領(lǐng)土內(nèi)埋設(shè)的大量地雷，雖然后來日本失敗退走，可埋下的地雷在以后的日子里不斷造成傷亡。因此，排除這些潛在的威脅刻不容緩，而地雷探測儀就顯得格外重要。所以為了避免傷亡，地雷探測儀就顯得格外重要，地雷探測儀是通過一些技術(shù)對地雷進行探查，并最后排除地雷，可有效減少傷亡。因此，便攜式激光快捷地雷探測儀成為最近發(fā)展起來的高科技激光高敏度的探測方法。采用相關(guān)傳感原理，設(shè)計了地雷探測儀器，實現(xiàn)對金屬地雷的探測。最后對整個系統(tǒng)進行了分析調(diào)試?？刂齐娐分邪ǚ逯禉z波放大電路，A/D轉(zhuǎn)換電路，鍵盤控制電路，顯示報警電路，電源電路。 方案的理論基礎(chǔ)地雷探測器是采用線圈的電磁感應(yīng)原理來探測地雷的。 渦流效應(yīng) 根據(jù)電磁理論，當(dāng)金屬地雷被置于變化的磁場中時，金屬地雷內(nèi)就會產(chǎn)生自行閉合的感應(yīng)電流，這就是金屬的渦流效應(yīng)。 通過以上分析可知，當(dāng)有金屬地雷靠近通電線圈平面附近時，無論是介質(zhì)磁導(dǎo)率的變化，還是金屬地雷的渦流效應(yīng)均能引起磁感應(yīng)強度B的變化。當(dāng)探測線圈靠近地雷時，由于電磁感應(yīng)現(xiàn)象，會使其周圍的磁場發(fā)生變化，霍爾元件感應(yīng)到該變化的磁場，并將其線性地轉(zhuǎn)變成電壓信號ux，該變化的電壓經(jīng)放大電路、峰值檢波電路后，得到相應(yīng)的0V5V的峰值輸出電壓Ux，然后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，輸入到CPU，由CPU完成Ux與基準(zhǔn)電壓U0的比較，二者比較?? Ux—U0??得到一個差值，此差值與預(yù)設(shè)的靈敏度△U再作比較。多諧振蕩器以一定的頻率發(fā)出電流，該電流經(jīng)放大電路放大后輸送到線圈上，規(guī)律變化的電流使線圈產(chǎn)生恒定的磁場。 多諧振蕩器的核心為555定時器，555定時器具有成本低，性能可靠的特點，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。555 定時器的功能主要由兩個比較器決定。如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 2VCC/3，同時 TR 端的電壓大于VCC /3，則 C1 的輸出為 0，C2 的輸出為 1，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出為 0 電平。數(shù)據(jù)采集電路如圖32：圖32 數(shù)據(jù)采集電路圖（1）在設(shè)計中，選用UGN3503U線性霍爾傳感器來檢測通電線圈周圍的磁場變化。洛侖茲力與霍爾電場產(chǎn)生的電場力相反，電場力阻礙載流子繼續(xù)堆積，直到霍爾電場力和洛侖茲力相等。當(dāng)外加電壓一定，通過恒定的電流，輸出電壓只與磁場B的大小成正比，即： UH=KB (V) （32）由式32知，霍爾輸出電壓將隨磁場強度的變化而變化。用它作探頭可測量，10ˉ610T的交變和恒定磁場。[4]（2）放大與峰值檢波電路 UGN35O3U線性霍爾元件輸出的電壓信號是一個毫伏級的信號，十分微弱，所以，在對其進行處理前，首先要進行放大。經(jīng)前級運算放大器放大的信號經(jīng)耦合電容C7輸入到后級峰值檢測電路中。通過該電路，將采集到的微弱電壓信號放大至0V5V，以滿足A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809所要求的輸入電壓變換范圍，然后A/D轉(zhuǎn)換電路對檢測到的峰值進行轉(zhuǎn)化。LM324元器件的引腳圖如圖35： 圖35 LM324的引腳圖 A/D轉(zhuǎn)換電路 A/D轉(zhuǎn)換器將采集來的電壓信號進行A/D轉(zhuǎn)換，把模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再在單片機的控制下輸送給單片機處理控制。ADC0809是8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，可對八路模擬電壓量進行分時轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換速度為100μs。下面說明各引腳功能：　　IN0～IN7：8路模擬量輸入端。　　EOC： A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當(dāng)A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。要求時鐘頻率不高于640KHZ。 （2）采用的單片機為AT89C52型，AT89C52是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，其具有如下特點：40個引腳，256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器，8K Bytes Flash片內(nèi)程序存儲器，2個數(shù)據(jù)指針，32個外部雙向輸入/輸出(I/O)口，看門狗定時電路，3個16位可編程定時計數(shù)器，5個中斷優(yōu)先級，2個全雙工串行通信口，2層中斷嵌套中斷，片內(nèi)時鐘振蕩器。AT89C52單片機的引腳圖如圖38： 圖38 AT89C52引腳圖AT89C52單片機有40條引腳，采用雙列直插式封裝，如上圖所示。XTALI:單芯片系統(tǒng)時鐘的反相放大器輸入端。 P1():端口1也是具有內(nèi)部提升電路的雙向1/O端口。放大后的電壓信號經(jīng)過通道IN0送入ADC0809進行A/D轉(zhuǎn)換。操作人員可以通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令，實現(xiàn)簡單的人機通信。當(dāng)有任一鍵按下時，與之相連的輸入數(shù)據(jù)線為“0”，否則置“1”。AT89C52工作在0模式下，收發(fā)信息均通過RXD完成，TXD則作為同步時鐘輸出，在同步時鐘作用下，利用串行口加外圍芯片74HC164構(gòu)成的并行輸入/輸出口，實現(xiàn)由串行到并行的數(shù)據(jù)通信，用于顯示器數(shù)碼管驅(qū)動。數(shù)據(jù)通過兩個輸入端（DSA 或 DSB）之一串行輸入；任一輸入端可以用作高電平使能端，控制另一輸入端的數(shù)據(jù)輸入。元器件74HC164的引腳圖如圖311，引腳的功能表如表312：圖311 74HC164引腳圖圖311 74HC164引腳功能表 報警電路的設(shè)計(1) 蜂鳴器報警電路的設(shè)計 蜂鳴器報警電路包括一個三極管、一個蜂鳴器、一個續(xù)流二極管和一個電源濾波電容。所以本次設(shè)計的電源電路需要該項要求。LM7805三端正穩(wěn)壓器具有內(nèi)部過流、熱過載和輸出晶體管安全區(qū)保護功能，可將9V的輸入電壓轉(zhuǎn)換為+5V電壓，保證板內(nèi)555定時器、UGN3503U、AT89S5ADC0809等芯片和元件可靠地工作。 主程序初始化以后置位AT89C52的中斷控制位EA，使CPU開放中斷。經(jīng)過數(shù)據(jù)軟件濾波之后將其存放在單片機RAM 中，作為基準(zhǔn)電壓U0。 數(shù)字濾波及其算法探測器的主要設(shè)計指標(biāo)是噪聲的抑制能力。[10] 系統(tǒng)主程序設(shè)計(1) 程序流程圖如圖41：(2) 程序參考附錄2[13]。其中，R2寄存器存放最大值，R3寄存器存放最小值，R4寄存器存放累加和，R0存放連續(xù)采樣次數(shù)。需要反復(fù)調(diào)試，直到能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期結(jié)果為止。而理論上輸出脈沖的頻率是24KHZ，從讀出的結(jié)果可以看出與理論值有一定的誤差，這是由于調(diào)試過程中如環(huán)境、儀器設(shè)備等因素造成的，雖然結(jié)果有誤差，但基本上是正確的，說明多諧振蕩器部分電路是正確的。蜂鳴器正常報警，結(jié)果正常。 主要技術(shù)指標(biāo) 工作頻率、靈敏度和穩(wěn)定性是地雷探測儀的主要技術(shù)指標(biāo)。 探測儀穩(wěn)定性（1）環(huán)境溫度的變化，儀器元件參數(shù)也會改變，影響儀器工作的穩(wěn)定。通過這些電路將磁場強度信號變?yōu)殡妷盒盘?，根?jù)電壓信號做出判斷。本次設(shè)計的地雷探測儀是最簡易的地雷探測儀，只能對淺層地雷進行探測，因為該探測儀受外界環(huán)境因素影響大，環(huán)境溫度，土壤濕度以及土壤中其他雜物都會對影響該探測儀的靈敏度。 參考文獻 參考文獻[1] 周省三.《電磁場基本教程》[J].高等教育出版社 ，2003.[2] 程守洙、江之水.《普通物理學(xué)2》[J].高等教育出版社，2001.[3] 3503 RATIOMETRIC LINEAR HALLEFFECT ，2002 Allegro Mieorsystems，InC[4] 涂有瑞.《霍爾傳感元器件及其應(yīng)用》 《電子元器件應(yīng)用》[J].高等教育 出版社，2002 .[5] 減春華.《電子線路設(shè)計與應(yīng)用》[J].高等教育出版社，2004.[6] 蔡明生.《電子設(shè)計》[J].高等教育出版社，2003.[7] 何立民.《單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計》[J].北京航空航天大學(xué)出版社，2004.[8] 吳金戌、沈慶陽、郭庭吉 .《8051單片機實踐與應(yīng)用》[J].清華大學(xué)出版社，2004.[9] 張毅剛、彭喜元、姜守達.《新編MCS51單片機應(yīng)用設(shè)計》[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2001.[10] 李全利、遲榮強 .《單片機原理及接口技術(shù)》[J].高等教育出版社，2003.[11] 沙占友、王彥朋、孟志永等.《單片機外圍電路設(shè)計》[J].電子工業(yè)出版社,2006.[12] 房小翠.《單片機實用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)》[J].國防工業(yè)出版社，2006.[13] 楊振江、杜鐵軍、李群.《流行單片機實用子程序及應(yīng)用實例》[J].西安電子科技大學(xué)出版社，2004.[14] 孫涵芳、徐愛卿等.《MCS51196系列單片機原理及應(yīng)用》[J].北京航空航天大學(xué)出版社，2005.[15] ATMEL：8bit Microcontroller with 8K Bytes inSystem Programmable Flash, AT89S52,2001.[16] 李伯成.《基于MCS51單片機的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計》[J].北京電子工業(yè)出版社，2004.[17] 程德福、林君.《智能儀器》[J].機械工業(yè)出版社，2005.[18] 康華光.《電子技術(shù)基礎(chǔ)》[J].高等教育出版社，2006.[19] 閻石.《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》[J].高等教育出版社,2006.[20] 唐文彥.《傳感器》[J].機械工業(yè)出版社，2000. 致謝致謝本次設(shè)計，先對項目進行了可行性論證，然后確定項目，之后便開始整個設(shè)計。四年的本科學(xué)習(xí)生活即將結(jié)束，在論文完成之際，我衷心地感謝在這四年的學(xué)習(xí)和生活中培養(yǎng)過我、幫助過我以及在論文寫作期間給予指導(dǎo)和支持的所有老師和同學(xué)。剛開始設(shè)計時，由于對設(shè)計的項目了解的不多，我參考了大量的教材及中英文專業(yè)資料，期間得到了謝老師的熱心指導(dǎo)和同學(xué)們的幫助，在此我對給予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W(xué)表示衷心地感謝?；鶞?zhǔn)電壓存放在21HU EQU 22H 。INT1中斷服務(wù)程序入口LJMP INT1 。放入靈敏度值(設(shè)靈敏度值為N)MOV R7，F(xiàn)FH 。22H單元清零MOV Rl， 3OH 。允許外中斷1中斷MOV DPTR, ADPORT ；數(shù)據(jù)指針指向通道IN0通道MOV A 00H ；MOV R5，A ；MOVX DPTR，A ；啟動A/D轉(zhuǎn)換