【正文】 圖 31。 這個問題是在信號放大部分采用隔直流 方法解決的。 振蕩電路的焊接與調(diào)試 1）所需器件 面包板一個、三極管 (CS9014)一個、 10μf 耦合電容兩個、 47μf 旁路電容一個、諧振電容 和 各一個、自繞電感線圈一只、 33K、 20K、 、 2K 電阻各一個。例如給 P1的低 5位的電平信號為 11000，假如現(xiàn)在第 2個按鈕按下則此時的管腳電平信號為 01000，所以判斷為第一行。 2）蜂鳴器 在給蜂鳴器的正極和負極分別通上高電平和低電平時蜂鳴器就會發(fā)聲，因此你可以通過給蜂鳴器不同頻率的電平來使它發(fā)出不同的聲音。從振蕩回路傳過來的正弦波信號經(jīng)過電壓跟隨器傳送到差分放大電路針對其交流信號進行放大，放大后產(chǎn)生的電壓信號送給 TTL門電路對其進行整形以產(chǎn)生規(guī)則的脈沖波送入單片機。組裝調(diào)試后振蕩電路的實際頻率為 33KHz滿足我們的要求 。這一部分的設計直接與實現(xiàn)緊密聯(lián)系，器件參數(shù)的確定，電路板的焊接與調(diào)試，以及到最后的性能分析，都要用到這一部分的設計結(jié)果，因此這一部分的設計最有實際價值。由于鍵盤普遍存在抖動現(xiàn)象，如果抖動現(xiàn)象處理不好，會發(fā)生意想不到的結(jié)果。 F1：新獲取的頻率。程序中所使用的頻率不論是基準頻率還是新探測的頻率，都是 50ms內(nèi)所獲得的脈沖數(shù)。 圖 210 外圍數(shù)據(jù)處理與顯示軟件結(jié)構(gòu)圖 外圍數(shù)據(jù)處理與顯示 液 晶 顯 示 鍵 盤 接 收 按 鍵 處 理 通 訊 精度設 置 建立連 接 14 3 軟件設計 硬件電路要完成的任務是，產(chǎn)生振蕩，并將波形變換為能夠被單片機處理的方波，接下來進行頻率測定、報警、通訊等都要用程序?qū)崿F(xiàn)最后燒入單片機。它設計的好壞決定著系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可擴展性。 4）信號處理與報警 這一部分是整個電路的大腦，所有的電路都是為它服務，這一部分也是整個探測器實現(xiàn)網(wǎng)絡化或其他功能的橋梁?？梢钥闯鏊伤牟糠纸M成：高頻振蕩、信號放大、脈沖轉(zhuǎn)換和信號的處理與報警，下面簡單論述以下各個模塊的功能。當在 L1上加低頻電壓 U1 時 ，則 L1上產(chǎn)生交變磁通Φ 1， 若兩線圈間無金屬板 ， 則交變磁場直接耦合至 L2中 ， L2產(chǎn)生感應電壓 U2。 Jr 為半徑 r 處的金屬導體表面電渦流密度。通過與傳感器配用的測量電路測出阻抗 Z的變化量 ， 即可實現(xiàn)對該參數(shù)的測量。線圈的阻抗可以用如下的函數(shù)式表示： Z=F（ ρ、 u、 i、 f、 d）。電渦流的形成：現(xiàn)假設有一線圈中的鐵心是由整塊鐵磁材料制成的，此鐵心可以看成是由許多與磁通相垂直的閉合細絲所組成，因而形成了許多閉合的回路。 當線圈有效探測范圍內(nèi)出現(xiàn)鐵磁性金屬物時，由于鐵磁性金屬的相對磁導率1?r? ，所以，磁感應強度 B 也會隨 r? 的增大而增大。 3）完成硬件方案的設計制作 硬件設計包括： LC 振蕩器、放大器、濾波器、中斷計時、單片機電路、輸出電路（報警或顯示）六部分組成。 主要應用場所 金屬探測器 基本 分為四種類型： 1） 生活型金屬探測器 2） 軍用型金屬探測器 3） 工業(yè)型金屬探測器 4） 安全型金屬探測器 研究現(xiàn)狀 金屬探測器按其功能和市場應用的不同可分為以下幾種： ? 通道式金屬探測器； ? 手持式金屬探測器； ? 便攜式金屬探測器； ? 臺式金屬探測器； ? 工業(yè)用金屬探測器； 4 ? 水下金屬探測器。二戰(zhàn)期間，為了避免地雷對部隊的打擊，科學家就已經(jīng)有研制出金屬探測器的雛形 —— 差拍式金屬探測器 。 MCU。當遇見金屬時由于電磁感應原理原先建立起來的振蕩將受到影響，頻率將發(fā)生變化，單片機探測到這種變化后進行報警。 20xx 年 12月 02 至 12月 22 日 1. 完成軟件調(diào)試、硬件調(diào)試和聯(lián)合調(diào)試。 畢 業(yè) 設 計（論 文）任 務 書 3．對本畢業(yè)設計（論文）課題成果的要求〔包括畢業(yè)設計、論文、圖表、實物樣品等〕： （ 1）提供一套比較完整的成品 模型 ； 和其相應的驅(qū)動軟件。 西安科技大學高新學院 畢業(yè)設計（論文）任務書 系 別 ： 機電信息學院 專 業(yè) ： 計算機科學與技術(shù) 學 生 姓 名 ： Xxxxx 學 號： 設計 (論文 )題目 ： 單片機管線探測器設計與制作 起 迄 日 期 : 20xx 年 7 月 9 日 20xx 年 1 月 12 日 設計 (論文 )地點 : xxxxxx 指 導 教 師 : xxxx 專業(yè)教研室負責人 : xxx 發(fā)任務書日期 : 20xx 年 7 月 09 日 任務書填寫要求 1．畢業(yè)設計（論文）任務書由指導教師根據(jù)各課題的具體情況指導學生填寫。 工作要求： （ 1）完成對單片機及 電磁探測 原理的調(diào)研和設計； （ 2）利用 PROTEUS 等 工具軟件完成 管線探測器 的 硬 件 電路圖 設計； （ 3）利用 C51 等 工具軟件完成 管線探測器 的軟件設計； （ 4）將整個程序下載到設計 和制作 好的硬件設備上； （ 5） 完成組裝與測試。 2. 設計和加工（或采購）機械部分，完成組裝 3. 完成軟件框圖、流程圖設計，完成控制程序編制。 由電容三點式振蕩電路產(chǎn)生正弦波，對其放大和整形后，送入單片機，由單片機探測它頻率的變化。 electromagic induction。 發(fā)展過程 跟許多其他的科技一樣，金屬探測器也是誕生于軍事。而重要的高考和各類國家級別考試，為了保證 成績的真實性，金屬探測器的功能需要得到進一步的改進。使得系統(tǒng)的探測信號有良好的抗干擾性。 圖 21 環(huán)形載流導線的磁場 由公式（ 21）可知，當線圈有效探測范圍內(nèi)無金屬物時， 1?r? （非金屬的相對磁導率），線圈中心磁感應強度 B 保持不變。 電渦流傳感器是基于電磁感應原理而工作的，但完全不同于電磁感應，并且在實際測量中要避免電磁感應對其的干擾。這兩個磁場相互疊加，就改變了原來線圈的阻抗 Z， Z 的變化僅與金屬導體的電阻率 ρ、導磁率 u、激勵電磁強度 i、頻率 f、線圈的幾何形狀 r 以及線圈與金屬導體之間的距離有關(guān)。因此 ， 傳感器線圈受電渦流影響時的等效阻抗 Z的函數(shù)關(guān)系式為： Z=F（ρ ， μ ， r， f， x） 式中 :r—— 如果保持上式中其它參數(shù)不變 ， 而只改變其中一個參數(shù) ， 傳感器線圈阻抗 Z 就僅僅是這個參數(shù)的單值函數(shù)。 由圖可知金屬導體表面電渦流密度，即電渦流密度最大值。在被測金屬的上方設有發(fā)射傳感器線圈 L1， 在被測金屬板下方設有接收傳感器線圈 L2。其模型如圖 27所示。 3）脈沖轉(zhuǎn)換電路 這是本套設計方案所獨有的，它是實現(xiàn)本次金屬探測數(shù)字化的橋梁，單片機只能處理數(shù)字脈沖信號，因此振蕩電路所產(chǎn)生的信號經(jīng)放大不能直接送入單片機，這一部 11 分只需要一個 TTL門電路對放大電路輸出 的波形進行轉(zhuǎn)換就行，簡單但很重要。 硬件電路設計 硬件電路設計是進行軟件設計的基礎，是整個金屬探測器中最位重要的部分。外圍數(shù)據(jù)處理與顯示模塊的軟件結(jié)構(gòu)圖如圖 210所示。 1）頻率獲得 獲得頻率是通過定時器 T0和計數(shù)器 T1兩個協(xié)同工作而完成的。F_OK：標志通訊已建立。這里 18 引入鍵盤的目的是， 1進行金屬探測精度的設置； 2在進行數(shù)據(jù)通訊時進行控制。完成每一個功能電路的設計后，設計階段才告以段落。共射極反饋放大電路中的晶體管選用放大倍數(shù)超過 50倍的 CS9014。電路原理圖如圖 42所示。 圖 44 前端金屬探測部分單片機系統(tǒng) 1）復位電路 REST引腳一但變成兩個周期以上高電平所有的 I/O口都將復位到 “1”狀態(tài)，編程地址計數(shù)器復位到 000H，針對這一特點在按鈕兩端并聯(lián)一 10μf的電解電容，正極接電源，這樣在按鈕按下又釋放后由于電容的充電可以在電阻兩端維持至少兩個時鐘周期以上的高電平。該陣列鍵盤的工作原理是，將兩條行線和 3條列線接入 AT89S52的一組 I/O雙向接口 (比如： P1的低 5為 )，在程序中通過給行線和列線先后輸入，高電平低電平、低電平和高電平來判斷是哪個按鈕按下。（這段可以寫在總結(jié)部分） 硬件電路焊接與調(diào)試 硬件電路的調(diào)試我分為四個階段：振蕩電路的焊接與調(diào)試、脈沖轉(zhuǎn)換電路的焊接與調(diào)試、單片機處理系統(tǒng)的焊接與調(diào)試和外圍單片機系統(tǒng)的焊接與調(diào)試。 ② 信號的直流分量不是一個固定的值而是在 ～ ，先從 ，再變?yōu)?。在加上在同向端并聯(lián)一 10μf的旁路電容，它可以短路交流信號，因此同向端可以保持一個固定的直流分量，而交流分量通過差分放大器進行無窮倍（實際 40萬倍左右）的放大。 單片機系統(tǒng)的焊接與調(diào)試 單片機系統(tǒng)的焊接與調(diào)試往往是放在最后一個環(huán)節(jié)，這是由于單片機系統(tǒng)的作用是進行控制和數(shù)據(jù)的處理，因此在對它進行調(diào)試之前，被控制的功能電路必須已經(jīng)調(diào)試完畢，并能將信號發(fā)送給單片機供單片機進行分析判斷，最后將控制信號從 I/O口輸出。空閑方式停止 CPU的工作，但允許 RAM，定時 /計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。 2） AT89S52介紹 AT89S52是一種低功耗、高性能 CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash存儲器。 3）調(diào)試 液晶和鍵盤的調(diào)試都是建立在單片機系統(tǒng)的基礎之上的，也就是說它們需要單片機執(zhí)行程序來進行控制。另一種方法是軟件方法，就是在對鍵盤掃描采用一定的方法和延時來防止抖動。另一個是保證向液晶傳入數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)端口無誤。 ② 也是液晶問題，出現(xiàn)黑屏以后，發(fā)現(xiàn)無論送給液晶什么數(shù)據(jù)它都是黑屏，沒顯示任何字符串，最終決定讓它只顯示一個字符，但是還是黑屏。其次，液晶顯示器在沒有給它輸入正確的數(shù)據(jù)的時候，屏幕的一半是黑屏，這不能說液晶顯示器壞了，恰恰相反，它說明了液晶顯示器是好的你需要檢查你的程序。 AT89S52具有以下標準功能： 8K字節(jié) Flash，256字節(jié) RAM， 32位 I/O口線，看門狗定時器， 2個數(shù)據(jù)指針，三個 16位定時器 /計數(shù)器，一個 6向量 2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。開始沒有注意這 一點，直接將閃爍程序燒入單片機，發(fā)現(xiàn)燈一直亮但不閃爍 (復位后個管腳將置 4為高電平 )，開始還以為是延時的問題，但到后來延時已設的很長還是沒有閃爍。這里用到的無論是前端探測的單片機系統(tǒng)還是外圍數(shù)據(jù)處理與顯示的單片機系統(tǒng)都選用 12MHz的石英晶振。將與門的一端接入 5V電源另一端接放大電路的輸出端。 2）調(diào)試 振蕩電路產(chǎn)生的正弦波不能直接進行脈沖波的變換，因為它的幅值太小，所以必須經(jīng)過放大電路的放大。 3）調(diào)試 所有的器件準備好并焊接在萬用 PCB 板上，按照電路圖檢查各器件件的連接情況無誤后，進行上電調(diào)試。 圖 46 液晶顯示器接線圖 25 5 實現(xiàn)與性能分析 前面所有的準備都是為這一階段做準備，這一部分的內(nèi)容也將是最重要，最煩瑣，最能考驗人意志的。 2051的“ 1”號記數(shù)器記錄由 LS08發(fā)送過來的脈沖信號，聯(lián)合“ 0”號計數(shù)器來檢測振蕩電路的頻率。 圖 42 放大與脈沖轉(zhuǎn)換電路 放大部分的作用是對正弦交流信號進行無窮放大， LM358的反向端接受電壓跟隨器穿過來的電 壓信號，同向端和反向端接一 5K的分壓電阻，給與同向端并聯(lián)的電阻并聯(lián)一個 10μf的電解電容的目的是為了使同向端保持一個穩(wěn)定的直流分壓，這樣送往集成運放的差分電壓信號就只是交流信號，在交流信號進行無窮倍的放大，最終產(chǎn)生的是頻率與正弦波頻率相同的梯形波。由于反饋電壓是從電容兩端去出的對高次諧波的阻抗小，因此可將高次諧波濾除，所以輸出的波形好。 圖 41 三點式震蕩電路 電路元器件參數(shù)是在滿足主旨的情況下進行選取的。 3）鍵盤處理模塊 鍵盤處理模塊在判斷是哪個鍵按下后，就立即引發(fā)相關(guān)的操作來滿足用戶的需求。 4）精度設置模塊 精度設置模塊的程序流程圖如圖 44所示，精度設置是通過改變傳入給比較模塊的△ PRISEH，△ PRISEL的值來改變精度的，如果△ PRISEH，△ PRISEL的值設置的都比較大則對微小的頻率變化系統(tǒng)不會發(fā)出警報。其值的可靠性將影響整個程序的健壯性。好的軟件上在實現(xiàn)系統(tǒng)功能的前提下盡可能的友好，方便用戶的使用。 軟件結(jié)構(gòu)設計 1）前端程序結(jié)構(gòu)設計 圖 29就是前端軟件的結(jié)構(gòu)圖，從圖中可以看出前端軟件的主要作用是，頻率測定、聲光報警和通訊。作為與外部進行溝通的橋梁，它可以將金屬探測的信息發(fā)送給外圍模塊供他們進行進一步的處理，它同時也接收外圍模塊傳送過來的控制信號，如對金屬探測的精度或其他方面進行設置。高頻振蕩部分的任務 首先就是產(chǎn)生變化的磁場，它往往由一 LC振蕩電路組成。金屬板越厚 ， 渦流損失就越大 ， U2電壓就越小。 2 理論分析和實驗都已證明 ， 當 x 改變時 ， 電渦流密度發(fā)生變化 ， 即電渦流強度隨距離 x的變化而變化。圖中 R2為電渦流短路環(huán)等效電