【正文】 個中斷或硬件復(fù)位為止。在單芯片上，擁有靈巧的 8位 CPU和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 外圍數(shù)據(jù)處理與顯示模塊的焊接與調(diào)試 1）所需器件 單片機系統(tǒng)與前面焊接的單片機系統(tǒng)一樣，只不過這里的 CPU用的是 AT89S52，另外還需要型號為 SMC1602A，容量為 16 2個字符的液晶顯示器，和用于輸入用戶需求的 2 3按鍵陣列。（ AT89C2051的其他參數(shù)和指標(biāo)限于篇幅，不贅述） 4）出現(xiàn)的問題與解決方法 要讓單片機執(zhí)行程序存儲器內(nèi)的指令，必須使單片機的 EA/Vpp管腳置為高電平。同時， AT89C2051可降至 0HZ的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。這里采用石英晶振，它有 6MHz、 12MHz、 ，用戶可以根據(jù)需要進行選擇，一旦確定，單片機的主頻就確定，機器周期為主頻的 1/12。比如在沒有碰到金屬時發(fā)出警報。簡單的處理就是通過一 TTL門電路， TTL門電路可以將邏輯運算的結(jié)果轉(zhuǎn)換 為 TTL電平 (5V)，這里選用的是 74LS08(與門 )，當(dāng)然史密特出發(fā)器，其它的門電路都可以完成這樣的轉(zhuǎn)換。這樣可以使同向與反向之間要進行差分放大的部分保持相對不變。 1）所需器件 萬用 PCB板同前面的電路共用，另加 LM358(內(nèi)置兩個放大器 )一片、 74LS08(內(nèi)置4個與門 )一片、 10μf鋁電解一個、 5K、 500K電阻各一個。 將 C1()、 C2()的兩個諧振電容進行調(diào)換以后，正弦波的幅值明顯增加，增為 ，頻率不變。在電感測量儀上測量其電感值大約在 500μH 左右，用手使線圈間距邊小，線圈的電感值會相應(yīng)的增大，最后用膠帶紙將線圈纏在一起使它們之間的間距相對固定，這樣電感值保持在 500μH，誤差在 10μH 以內(nèi)。然而這個階段也是最鍛煉人的階段，這一部分的經(jīng)歷最深刻最有意思。 圖 45 陣列鍵盤原理圖 24 2）單片機系 統(tǒng) 單片機使用的是有 8K容量 FLASH的 AT89S52[11]，由于在這個模塊要引進算法對數(shù)據(jù)進行再處理，在加上液晶和鍵盤的驅(qū)動程序，所以需要比較大的程序空間，故沒有使用內(nèi)部存儲器小的 AT89S51。 1）鍵盤輸入 鍵盤采用的是 2 3的按鍵陣列，如圖 45所示。由于本次金屬探測器的設(shè)計，包括 前端金屬探測部分和后臺數(shù)據(jù)處理和顯示兩個部分，因此在前斷只需要一個容量不大的單片機進行振蕩頻率的測量、報警和通信， 2K的 AT89C2051足以滿足需求。 圖 43 波形轉(zhuǎn)換 單片機系統(tǒng) 圖 44就是單片機處理系統(tǒng)，將頻率探測、報警和通訊幾個模塊程序組合起來燒寫進去，它就會按你事先編寫好的步驟進行工作。 將集成運放的輸出端和它的反向輸入端相連就構(gòu)成了電壓跟隨器，由于它的電壓增益為“ 1”所以叫電壓跟隨器，它的特點是輸入阻抗高輸出阻抗低，因此起到隔離的作用，對其后的工作電路如同一個恒壓源，又由于它的輸入阻抗高就相當(dāng)與對前級電路開路，這里引入電壓跟隨 器的目的也是為了使振蕩信號的產(chǎn)生和處理分開，使其互不影響。 放大電路和脈沖變換電路 放大電路和脈沖產(chǎn)生電路 合起來產(chǎn)生一定頻率的脈沖供單片機進行處理。電路中晶體管的放大倍數(shù)比較大且 C1和 C2的比值小于 ，都有利于起振。偶合電容選用兩個 10μf的獨石電容，旁路電容 Cb3選用 47μf的鋁電解電容。這部分的電路圖如圖 41所示。 O N / O F F 按 下 ？S E T 按 下 ？A D D 按 下 ？D E C 按 下 ？O K 按 下 ？C A N C E L 按 下 ？F _ S E T = = 1 ？F _ S E T = = 1 ？F _ S E T = = 1 ？F _ S E T = = 1 ？F _ O K = = 1 ？F _ S E T = ~ F _ S E Tn _ p l u s + +n _ p l u s 發(fā) 送 設(shè) 置 結(jié) 果n _ p l u s = 0返 回F _ S T A R T = ~ F _ S T A R T建 立 連 接F _ S E T = 0n _ p l u s = 0否否否否否否 否否否否否是是是是是是是是是是是 圖 35 鍵盤接受處理程序流程圖 19 S E T = 0F _ O K = = 1 ?延 時F _ O K = 0n _ p l u s 0 ？n _ p l u s 0 ?S E T = 1延 時F _ O K = = 1 ?F _ O K = 0設(shè) 置 成 功返 回設(shè) 置 失 敗在 A D D 口 發(fā) 送n _ p l u s 個 脈 沖在 D E C 口 發(fā) 送 n _ p l u s 個 脈 沖否是否否否是是是 圖 36 設(shè)置數(shù)據(jù)與前端單片機的通訊 圖 20 4 硬件電路設(shè)計 單元電路設(shè)計是在硬件總體設(shè)計的指導(dǎo)下完成一個個小的功能電路的設(shè)計，在將各個部分組合起來實現(xiàn)一個整體的功能，因此每一個功能電路設(shè)計的好壞都將影響系統(tǒng)的整體功能。鍵盤接受模塊的程序流程圖如圖 45所示。 2）鍵盤接收 鍵盤是輸入設(shè)備，用它來實現(xiàn)人機交互，讓機器更好的按人的要求去工作。 15 初 始 化基 準(zhǔn) 頻 率 測 定F _ F R = = 1 ?探 測 當(dāng) 前 頻 率F _ C O M M = = 1 ?調(diào) 用 精 度 設(shè) 置頻 率 比 較F _ C O M P = = 1F _ C O M M = = 1 ?發(fā) 送 頻 率報 警是否是否是否是否 圖 31 前端金屬探測主程序流程圖 16 延 時R 0 = 1 0當(dāng) 前 頻 率 → F獲 得 當(dāng) 前 頻 率 F 1F 1 2 F F 1 + 2F = F 1R 0 1 → R 0R 0 = = 0 ?返 回是否是否 圖 32 基準(zhǔn)頻率測定程序流程圖 3）比較模塊 比較模塊的程序流程圖如圖 43所示 ，比較模塊比 較重要，程序通過它它來判斷是否要 發(fā)出警報和發(fā)出什么樣的警報，可以修改傳入給它的參數(shù)來改變金屬探測的精度。 F_COMM：后臺是否發(fā)送通信請求。 2）獲取基準(zhǔn)頻率 基準(zhǔn)頻率的獲得至 關(guān)重要，因為它一經(jīng)獲得將作為判斷有無金屬的基準(zhǔn)。 前端軟件設(shè)計 前端軟件負責(zé)頻率的測定、頻率的比較、報警以及與外圍模塊的通信，程序流程圖如圖 41所示。 軟件模塊是整個系統(tǒng)的靈魂，軟件 部分設(shè)計的好壞直接影響到系統(tǒng)的精度、可用性、方便性和智能性。其次，引入了另一中金屬探測的模式，那就是不需要一定去在現(xiàn)場進行金屬探測，將這個任務(wù)分給在前端進行金屬探測的探測 小車，探測小車將探測到的信息通過無線模塊即時的反饋給后臺的處理系統(tǒng)，而這時的分析員只需坐在 PC機前就回對前端的情況了如指掌。 12 圖 28 手持?jǐn)?shù)字金屬探測器硬件設(shè)計框圖 。但在設(shè)計之初兩個部分都需經(jīng)過認(rèn)真的分析，確定總體方案后再分階段進行實現(xiàn)。這一部分處理能力的強弱影響這整個系統(tǒng)的性能。 2）放大電路 振蕩電路所產(chǎn)生的正弦波信號的幅值是比較小的，因此需要放大才能進行再處理。首先，兩者在設(shè)計思想上完全不同， 1）高頻振蕩 這一部分是金屬探測的基礎(chǔ)，金屬探測器的原理是：當(dāng)金 屬物體置于變化的磁場當(dāng)中時，金屬內(nèi)部就會產(chǎn)生渦流，而渦流所產(chǎn)生的磁場又會影響原磁場。 正如綜述里所說的數(shù)字金屬探測器的設(shè)計是順應(yīng)時代發(fā)展，本次設(shè)計所要完成的任務(wù)是實現(xiàn)一個基于單片機的手持金屬探測器。此時磁場能量受到損耗 ， 到達 L2的磁通將減弱為Φ′ l， 從而 10 使 L2產(chǎn)生的感應(yīng)電壓 U2下降。 圖 26所示為透射式渦流厚度傳感器結(jié)構(gòu)原理圖。 圖 25 電渦流密度 J與半徑 r的關(guān)系曲線 ③電渦流的最大值在 r=ras ④可以用一個平均半徑為 ras（ ras=（ ri+ra） /2）的短路環(huán)來集中表示分散的電渦流（圖中陰影部分）。當(dāng) x一定時 ， 電渦流密度 J與半徑 r的關(guān)系曲線如圖 25所示。模型中把在被測金屬導(dǎo)體上形成的電渦流等效成一個短路環(huán) ， 即假設(shè)電渦流僅分布在環(huán)體之內(nèi) ， 模型中 h由以下公式求得： 圖 23 電渦流傳感器簡化模型 210 )( fuh r???? （ 22） 式中 :f— 根據(jù)簡化模型 ， 可畫出如圖 24 所示等效電路圖。而電渦流效應(yīng)既與被測體的電阻率ρ、磁導(dǎo)率μ以及幾何形狀有關(guān) ， 又與線圈幾何參數(shù)、線圈中激磁電流頻率有關(guān) ， 還與線圈與導(dǎo)體間的距離 x有關(guān)。 電渦流式傳感器的原理圖如圖 22所示。感應(yīng)電流也產(chǎn)生一個交變磁場并反作用于線圈上，其方向與線圈原磁場方向相反。在此電動勢的作用下，形成了許多旋渦形的電流，這種電流就稱為電渦流。 6 傳感器原理 金屬探測系統(tǒng)采用的是電渦流傳感器渦流傳感器，此類傳感器具有體積小、靈敏度高、頻率響應(yīng)寬等等特點。另一方面，置于該交變磁場中的金屬導(dǎo)體內(nèi)會產(chǎn)生自行閉合的渦電流，渦流要產(chǎn)生附加的磁場 $與外磁場方向相反$會削弱線圈磁場的變化。 5 2 總體設(shè)計 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，對于如圖 21所示的半徑為 R的單匝圓形電感線圈，當(dāng)其中通過交變電流 I= CoswlmI 時，線圈周圍空間會產(chǎn)生交變磁場 D根據(jù)畢奧 薩伐爾定律可計算出線圈中心軸線上一點的磁感應(yīng)強度 B為： wlRx IRRx IRrIRdlrRrIRdBdB mrx c os)(2)(224s i n 2322 202322 23 220 22 ??????? ? ?? ??????? ?（ 21） 其中 r??? 0? ， ? 為介質(zhì)的磁導(dǎo)率， r? 為相對磁導(dǎo)率， 0? 為真空磁導(dǎo)率。 5）系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試與參數(shù)測試 完成硬件和軟件的聯(lián)合調(diào)試，以及參數(shù)測量。初步設(shè)想探測信號的產(chǎn)生采用LC 三點式振蕩產(chǎn)生正弦波，經(jīng)放大，濾波，整形產(chǎn)生所需信號。 ? 脈沖感應(yīng)型 ； ? VLF(very low frequency)連續(xù)波型 ； 主要研究內(nèi)容及成果特色 金屬探測器的工作原理簡單的講就是利用電磁感應(yīng)原理，讓交流電通過電感線圈，產(chǎn)生迅速變化的磁場，該磁場能在被檢測的金屬物體內(nèi)部產(chǎn)生感生渦流 [3]。同時，犯罪的手段也在不斷的變化，為了安全得到保障，也需要金屬探測器。 隨著世界進入和平年代，并且逐步進入工業(yè)時代，礦業(yè)的飛速發(fā)展，金屬探測器的可實用性受到重視。國內(nèi)的這方面還有大量需求，不論是經(jīng)濟還是科研方面都有研究的必要。 oscillation circuit I 目錄 1 緒論 ...................................................................................................................................... 3 研究背景與研究意義 ...................................................................................................... 3 發(fā)展過程 .................................................................................................................... 3 研究意義 ................................................................................................................... 3 主要應(yīng)用場所 ............................................................................................................ 3 研究現(xiàn)狀 ........................................................................................................................... 3 主要研究內(nèi)容及成果特色 .............................................................................................. 4 主要研究內(nèi)容 .......................................................................