【正文】 11月 04 至 12月 01 日 1. 采購(gòu)元器件，完成硬件電路焊接。 4．主要參考文獻(xiàn)： 根據(jù)搜索和查找資料，具體填寫(xiě)?。。? ? 要求按國(guó)標(biāo) GB 7714— 87《文后參考文獻(xiàn)著錄規(guī)則》書(shū)寫(xiě)，例如： 1 劉國(guó)鈞，陳紹業(yè)，王鳳翥 .圖書(shū)館目錄 .第 1版 .北京：高等教育出版社， 1957 2 傅承義，陳運(yùn)泰，祁貴中 .地球物理學(xué)基礎(chǔ) .北京：科學(xué)出版社， 1985， 447 3 華羅庚，王元 .論一致分布與近似分析 .中國(guó)科學(xué)， 1973（ 4）： 339~357 4 張筑生 .微分半動(dòng)力系統(tǒng)的不變集研究： [學(xué)位論文 ]，北京：數(shù)學(xué)系統(tǒng)學(xué)研究所，1983 5 Borko H， Bernier C L． Indexing concepts and methods .New York:Academic Pr,1978 ???? 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書(shū) 5．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題工作進(jìn)度計(jì)劃： 起 迄 日 期 工 作 內(nèi) 容 20xx 年 10月 07 至 10月 20 日 ，采樣應(yīng)用考察或者網(wǎng)絡(luò)搜索等方式進(jìn)行調(diào)研，同時(shí)積累資料。 2．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題任務(wù)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）： 技術(shù)要求： （ 1） 采用電池供電，所 完成 裝置應(yīng)盡可能小體積 ； （ 2） 裝置要保證 5厘米之內(nèi)，正確探測(cè)出有色金屬和黑金屬的軌跡 ； （ 3）探測(cè)靈敏度可調(diào)。學(xué)生的“學(xué)號(hào)”要寫(xiě)全號(hào)，不能只寫(xiě)最后 2 位或 1 位數(shù)字； 5． 任務(wù)書(shū)內(nèi)“主要參考文獻(xiàn)”的填寫(xiě)，應(yīng)按照國(guó)標(biāo) GB 7714— 87《文后參考文獻(xiàn)著錄規(guī)則》的要求書(shū)寫(xiě)，不能有隨意性； 6． 有關(guān)年月日等日期的填寫(xiě)，應(yīng)當(dāng)按照國(guó)標(biāo) GB/T 7408— 94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時(shí)間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書(shū)寫(xiě)。此任務(wù)書(shū)應(yīng)在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)始前一周內(nèi)填好并發(fā)給學(xué)生； 2． 任務(wù)書(shū)內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書(shū)寫(xiě)或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁(yè)上下載）打印，不得隨便涂改或潦草書(shū)寫(xiě)，禁止打印在其它紙上后剪貼； 3． 任務(wù)書(shū)內(nèi)填寫(xiě)的內(nèi)容，必須和學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）完成的情況相一致，若有變更，應(yīng)當(dāng)經(jīng)過(guò)所在專業(yè)主管領(lǐng)導(dǎo)審批后方可重新填寫(xiě)； 4． 任務(wù)書(shū)內(nèi)有關(guān)“系別”、“專業(yè)”等名稱的填寫(xiě)，應(yīng)寫(xiě)中文全稱，不能寫(xiě)數(shù)字代碼。題目 要求熟悉和掌握單片機(jī) 的原理、三點(diǎn)振蕩器原理和 LCD1602 液晶顯示器 功能，利用合適的 51（或 52）系列單片機(jī)進(jìn)行硬件和軟件設(shè)計(jì)，完成單片機(jī) 管線探測(cè)器 的 電路設(shè)計(jì)、主要線路制造和聯(lián)機(jī)調(diào)試，達(dá)到實(shí)用目的。 （ 2）論文：按照計(jì)算機(jī)工程的要求和論文寫(xiě)作規(guī)范，完成論文 。 2. 完成電路圖設(shè)計(jì)。 2. 整理資料，撰寫(xiě)論文?？呻S身攜帶，使用方便。 本文的金屬探測(cè)器設(shè)計(jì)了接口，可以和外圍的系統(tǒng)進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)了與 AT89S52管理的 液晶顯示及鍵盤(pán)組成的外圍數(shù)據(jù)處理與顯示模塊的通信。探測(cè)器具有穩(wěn)定可靠的性能，待制作工藝改進(jìn)后適于野外、戶內(nèi)和特殊場(chǎng)所的應(yīng)用，具有應(yīng)用價(jià)值、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 eddy current。在各種企業(yè)，機(jī)場(chǎng)會(huì)展中心，重要場(chǎng)合的安保，軍工產(chǎn)業(yè)都需要用到金屬探測(cè)器。但是當(dāng)時(shí)并沒(méi)有廣泛的用于工業(yè)方面。 研究意義 為了避免“ ”的慘劇再次發(fā)生，高精度的金屬探測(cè)是至關(guān)重要的。 金屬探測(cè)器是基于電磁感應(yīng)原理工作的，依工作方式主要有 ： ? LC振蕩型三類。 2）完 成系統(tǒng)設(shè)計(jì) 根據(jù)調(diào)研結(jié)果和可行性分析設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體框架。 4）軟件方案的設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)要求完成：測(cè)量功能、動(dòng)態(tài)顯示檢測(cè)結(jié)果、數(shù)據(jù)輸出功能。 本文所完成的設(shè)計(jì)將要努力實(shí)現(xiàn)以下特點(diǎn)： ① 必須具有足夠高的靈敏度，能檢測(cè)出滿足精度要求的金屬雜質(zhì) ； ② 必須具有足夠高的穩(wěn)定度，能抵抗各種外界環(huán)境的干擾，維護(hù)方便； ② 快速完成檢測(cè)數(shù)據(jù)采集、處理、顯示、存儲(chǔ)和標(biāo)記等任務(wù) ； ④ 有良好的人機(jī)對(duì)話界面，可以靈活的修改參數(shù)，有記憶功能 ； ⑤易于擴(kuò)展，有較好的靈活性。 當(dāng)線圈有效探測(cè)范圍內(nèi)出現(xiàn)非鐵磁性金屬物時(shí)，因?yàn)榉氰F磁性金屬的相對(duì)磁導(dǎo)率1r?? ，所以，磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 也會(huì)隨 r? 的減小而減小。 本設(shè)計(jì)正是基于上述理論，尋找一種適合的傳感器來(lái)感應(yīng)金屬的出現(xiàn)而引起的線圈磁場(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。當(dāng)給線圈通入交變的電流時(shí)，由于通過(guò)鐵心的磁通是隨著電流做周期性變化的，所以在這些閉合回路中必有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生。在交變磁場(chǎng)的作用下金屬表面產(chǎn)生了感應(yīng)電流 Ie，即為渦流。當(dāng)被測(cè)對(duì)象的材料一定時(shí)， ρ、 u 為常數(shù)，儀表中的 i、 f、 d 也為定值，于是 Z 就成為距 離 d 的單值函數(shù) 。 由上可知 ， 線圈阻抗的變化完全取決于被測(cè)金屬導(dǎo)體的電渦流效應(yīng)。 基本特性 電渦流傳感器簡(jiǎn)化模型如圖 23 所示。 電渦流形成范圍 1 線圈 — 導(dǎo)體系統(tǒng)產(chǎn)生的電渦流密度既是線圈與導(dǎo)體間距離 x的函數(shù) ， 又是沿線圈半徑方向 r的函數(shù)。 ①電渦流徑向形成的范圍大約在傳感器線圈外徑 ras的 ～ 倍范圍內(nèi) ， 且分 9 ②電渦流密度在短路環(huán)半徑 r=0 處為零。 分析表明 : ①電渦強(qiáng)度與距離 x 呈非線性關(guān)系 ， 且隨著 x/ras ②當(dāng)利用電渦流式傳感器測(cè)量位移時(shí) ， 只有在 x/ras1(一般取 ～ )的范圍才能得到較好的線性和較高的靈敏度。如果將被測(cè)金屬板放入兩線圈之間 ， 則 L1 線圈產(chǎn)生的磁通將導(dǎo)致在金屬板中產(chǎn)生電渦流。 圖 26 透射式渦流厚度傳感器結(jié)構(gòu)原理圖 基于單片機(jī)的金屬探測(cè)器的設(shè)計(jì)方案 金屬探測(cè)器的設(shè)計(jì)方案根據(jù)它的應(yīng)用的不同而不同，這里引入兩種與本次設(shè)計(jì)應(yīng)用相進(jìn)的金屬探測(cè)設(shè)計(jì)方案，拿它們與我們的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行對(duì)比，以突顯出彼此的優(yōu)缺。 初看上去在結(jié)構(gòu)上和本次設(shè)計(jì)的金屬探測(cè)器很相近，實(shí)際上它們存在本質(zhì)的差別。這種改變經(jīng)轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)，單片機(jī)中有相應(yīng)的程序?qū)ζ溥M(jìn)行分析判斷。作為整個(gè)電路的大腦，它對(duì)整個(gè)電路所產(chǎn)生的信號(hào)做最終的處理，并根據(jù)處理的結(jié)果決定是否存在金屬，是否要發(fā)出警報(bào)。由于硬件系統(tǒng)是基礎(chǔ)，是軟件系統(tǒng)得以運(yùn)行的平臺(tái)，因此將它放在前面，先依據(jù)硬件的總體設(shè)計(jì)方案，完成各個(gè)單元電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，接下來(lái)再根據(jù)軟件模塊的總體方案設(shè)計(jì)程序流程，在硬件電路的基礎(chǔ)之上進(jìn)行調(diào)試。本次設(shè)計(jì)的金屬探測(cè)器的框圖如圖 28所示，包括五大部分：線圈振蕩、信號(hào)放大、脈沖產(chǎn)生、中央處理和外圍設(shè)置顯示模塊。 圖 29 前端軟件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖 前端軟件 基準(zhǔn)頻率測(cè)定 精度設(shè)置頻率檢 測(cè) 頻率比較 聲 光 報(bào) 警 通 訊 頻率測(cè) 定 比 較 線圈振蕩電路 放 大 電 路 脈沖變換電路 CPU AT89C2051 CPU AT89S52 報(bào)警 液晶顯示 鍵盤(pán) 13 2）外圍數(shù)據(jù)處理與顯示程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 引入外圍模塊的目的是借助于 PC機(jī)的強(qiáng)大資源或內(nèi)置有大容量編程存儲(chǔ)器的單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與處理，從而加強(qiáng)和拓展金屬探測(cè)器的功能。以下是各功能模塊的軟件設(shè)計(jì)。它的程序量比較大，包括鍵盤(pán)的驅(qū)動(dòng)和液晶的驅(qū)動(dòng)，所 以選擇模塊性比較強(qiáng)的 c語(yǔ)言進(jìn)行編寫(xiě)，兩個(gè)模塊結(jié)合起來(lái)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)更加方便、智能的數(shù)字金屬探測(cè)器。這對(duì)此次設(shè)計(jì)的手持式金屬探測(cè)器已經(jīng)足夠了，要想提高精度，一是延長(zhǎng)獲得脈沖的時(shí)間，二是減小△ PRISE(它是頻率波動(dòng)的范圍，如果超出此范圍則報(bào)警 )。 F_COMM：標(biāo)志是否進(jìn)行通訊； F_COMP：標(biāo)志比較的結(jié)果； F_FR：標(biāo)志基準(zhǔn)頻率是否 成功獲得 F_FR：標(biāo)志是否已經(jīng)順利獲得基準(zhǔn)頻率。 F基準(zhǔn)頻率。用戶只需要調(diào)用封裝好的顯示函數(shù)： DisplayOneChar(顯示單個(gè)字符 )、 DisplayListChar(顯示一個(gè)字符串 )、 Displayarray(顯示一字符數(shù)組 )。為了防止抖動(dòng)，在程序設(shè)計(jì)中采用了，一次鍵位判斷，兩次鍵位檢測(cè)的方法，每一步驟間隔 5ms，每次鍵位確定需要 15ms，在檢測(cè)與接受過(guò)程中每一步驟出現(xiàn)錯(cuò)誤都將從新開(kāi)始驗(yàn)證，因此保證了對(duì)用戶輸入的無(wú)誤接受。精度設(shè)置部分程序流程圖如圖 46所 示。 振蕩電路設(shè)計(jì) 振蕩電路部分采用的是電容三點(diǎn)式振蕩電路，設(shè)計(jì)的主旨是在保證產(chǎn)生穩(wěn)定振蕩的前提下，使頻率低于 300KHz，這樣的目的是為了金屬探測(cè)器在進(jìn)行工作時(shí)不受廣播頻段的影響。其中電感值只是理論計(jì)算的理想值，實(shí)際中是用半徑 20圈直徑為 6cm的線圈而構(gòu)成的，電感值接近 500uf但有一定范圍的偏差。 電容三點(diǎn)式振蕩電路的工作原理分析，假設(shè)將反饋回路斷開(kāi)，同時(shí)假如晶體管的基極以 (+)極性信號(hào)，則 BJT的集電極為 ()極性 (共射極放大電路的反向放大特性 )，由于諧振回路的兩個(gè)電容的一端同時(shí)接地，另一端串一電感所以兩個(gè)電容的極性相反，即反饋端的為 (+)極性，因此滿足相位平衡條件。電路的諧振頻率同時(shí)也影響著檢測(cè)金屬的精度，當(dāng)諧振頻率高時(shí)線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)的變化率也就越高，根據(jù)電磁感應(yīng)原理在金屬內(nèi)部產(chǎn)生的渦流就越大，同是渦流產(chǎn)生磁場(chǎng)對(duì)原磁場(chǎng)的影響也就越大。電壓跟隨器和差分運(yùn)放均選用 LM358。 22 0 0 整形波形 振蕩波形 使用 LS08進(jìn)行波形變換的原理圖如圖 42所示，正弦波經(jīng)過(guò)圖 42的放大模塊后變?yōu)樘菪尾ǎ?梯形波經(jīng)過(guò) 74LS08（與門(mén)），最后變換為標(biāo)準(zhǔn)的方波，如圖 43所示。 3）單片機(jī) 23 單片機(jī)選用的是 AT89C2051高性能 CMOSE8位單片機(jī)，內(nèi)含 2K的可反復(fù)檫寫(xiě)的FLASH只讀存儲(chǔ)器和 128B的隨機(jī)存儲(chǔ)器。 外圍設(shè)置與顯示系統(tǒng) 圖 45和圖 46是外圍設(shè)置與顯示系統(tǒng)，它有三部分構(gòu)成：鍵盤(pán)輸入、液晶顯示和單片機(jī)系統(tǒng) 。再將 P1的低 5位置為 00111，由于第 2個(gè)按鈕被按下，則此時(shí)的管腳電壓為 00101，所以可以判斷是第 2列，到此就可以判斷是第 1行第 2列的按鈕被按下了。 其次，調(diào)試工作考驗(yàn)人的細(xì)心與耐心，稍有不慎就可能燒毀器件，比如將單片機(jī)接反、電解電容接反、電源線接反、器件管腳焊接不對(duì)、電路板短路等等一系列由于不細(xì)心造成的后果。 2）電感繞制 選用半徑為 ，繞成半徑為 3cm的線圈，繞制 20 圈。 4）出現(xiàn)的問(wèn)題與解決方法 ① 可以產(chǎn)生穩(wěn)定的正弦波，頻率符合，但是幅值偏小。 26 放大電路與脈沖轉(zhuǎn)換電路的焊接與調(diào)試 這一部分多為集成電路只需按照放大電路的要求進(jìn)行連接連接就可以。信號(hào)經(jīng)電壓跟隨器進(jìn)入 LM358的反向端，同向端與反向端之間接一 5K的電阻，而同向端則通過(guò)分壓器分得與反向端成固定比例的電壓。轉(zhuǎn)換為幅值為，在將其轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可以處理的脈沖波就相對(duì)容易了。 3）出現(xiàn)的問(wèn)題與解決方案 如果放大電路不是采用上面的接法，而是將同向端接一電阻接地或是從電源經(jīng)一分壓器得一固定的分壓，那么也可以產(chǎn)生梯形波不過(guò)它是不穩(wěn)定的，表現(xiàn)為波峰和波谷之間進(jìn)行周期性的轉(zhuǎn)換，比如開(kāi)始波峰占 2/3周期波谷占 1/3周期，過(guò)一會(huì)波峰占 1/3波谷占 2/3，最后到波峰消失，而后又回到初始狀態(tài)，這種現(xiàn)象對(duì)脈沖變換和最后的頻率檢測(cè)都是不利的，更可怕的是會(huì)由于波形的不穩(wěn)定而造成意想不到的結(jié)果。 2）調(diào)試 27 要使單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行工作，必須要有振蕩電路，以提供時(shí)鐘信號(hào)給單片機(jī)。 3） AT89C2051介紹 AT89C2051是 ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高 CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含有 2KB的可反復(fù)察寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器和 128BYTES的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM)， 15個(gè) I/O口線，兩個(gè) 16位定時(shí)計(jì)數(shù)器，一個(gè) 5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，內(nèi)置一個(gè)精密比較器，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容 MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8位中央處理器和 flash存儲(chǔ)單元。該管腳要是接地的話執(zhí)行的是片外的程序。片上 Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器?？臻e模式下， CPU停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。液晶顯示器的調(diào)試主要在于編寫(xiě)的液晶驅(qū)動(dòng)程序 ，因?yàn)椴煌囊壕э@示器它的控制時(shí)序和控制字是不同的，因此必須針對(duì)不同型號(hào)的液晶顯示器采用與之匹配的驅(qū)動(dòng)程序。 鍵盤(pán)采用的是 2 3的按鍵陣列，鍵盤(pán)的調(diào)試，是在液晶調(diào)試完畢后，這樣可以借助于液晶來(lái)判斷鍵盤(pán)按下是否會(huì)有響應(yīng)。 4）出現(xiàn)的問(wèn)題和解決方法 ① 在一開(kāi)始調(diào)試液晶時(shí)發(fā)現(xiàn)液晶屏幕上即沒(méi)有顯示的字符，也沒(méi)有出現(xiàn)半邊黑屏的現(xiàn)象，以為是接法不當(dāng)將液晶顯示器給燒了，其實(shí)事實(shí)不是這樣，每個(gè) 1602的使用電路 中都會(huì)要求配一個(gè)電位器，它是用來(lái)調(diào)整液晶的偏壓的，最后的結(jié)果是可以提高或降低液晶的對(duì)比度，必須選擇適當(dāng)?shù)钠珘海驗(yàn)槠珘哼^(guò)大就會(huì)出現(xiàn)剛才所說(shuō)的現(xiàn)象，偏壓過(guò)小就會(huì)出現(xiàn)“鬼影現(xiàn)象”，兩個(gè)都不是我們所期望的。因此總結(jié)出調(diào)試液晶時(shí)應(yīng)該注意的問(wèn)題，首先，若在在調(diào)試時(shí)液晶出現(xiàn)黑屏，那說(shuō)明液晶顯示器是好的，你應(yīng)檢查你的程序和電路，如果沒(méi)有出現(xiàn)黑屏，你應(yīng)該調(diào)節(jié)電位器使偏壓減小以至有所顯