【正文】 張毅剛、彭喜元、姜守達等，《新編 MCS51 單片機應(yīng)用設(shè)計》，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社， 2021， 215218 [10] 李全利、遲榮強 ，《單片機原理及接口技術(shù)》，高等教育出版社， 2021，6183 [11] 沙占友、王彥朋、孟志永等 ，《單片機外圍電路設(shè)計》，電子工業(yè)出版社， 8692 [12] 房小翠，《單片機實用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)》，國防工業(yè)出版社， 2021， 142159 [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》，西安電子科技大學(xué)出版社， 2021， 9396 [14] 孫涵芳、徐愛卿等，《 MCS51196 系列單片機原理及應(yīng)用》，北京航空航天大學(xué)出版社， 2021， 172 [15] ATMEL ： 8bit Microcontroller with 8K Bytes inSystem Programmable Flash, AT89S52,2021 [16] 李伯成，基于 MCS51 單片機的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計，北京電子工業(yè)出版社，2021， 1146 致 謝 在整個設(shè)計過程中，從設(shè)計項目的可行性論證、項目的確定、硬件電路的設(shè)計、元器件的選擇、元器件參數(shù)的測 試、硬件電路圖的最終確定，乃至利用PROTEL99 繪制原理圖和 PCB 板，郵購元器件和定制 PCB 板，到利用 KEILC 編程等，我投入了相當(dāng)多的精力，從圖書館和網(wǎng)上查閱了大量的資料，了解了硬件電路設(shè)計中涉及到的每個元器件的參數(shù)，了解了單片機資源的配置，掌握了單片機的各種指令的應(yīng)用 。但是還存在一些問題，如數(shù)碼管顯示器顯示數(shù)字時有些閃爍不定，多諧振蕩電路輸出脈沖的不穩(wěn)定等。本次設(shè)計是在仿真軟件Keil C51 來進行編譯和調(diào)試的。 探測器的靈敏度與探測線圈的尺寸大小有關(guān)，尺寸大即探測面積 大，則線圈中心磁場強度低，在靠近線圈繞組附近磁場強度較高，霍爾元件固定在線圈中心，為了確保通過其磁通量，探測線圈的尺寸就不宜太大，具體尺寸通過實驗確定。存入內(nèi)部 RAM 以 30H 為首址的數(shù)據(jù)存儲器中。由于在采集電壓量時經(jīng)常會碰到各種瞬時干擾，而采用硬件濾波存在硬件電路復(fù)雜等諸多弊端，因此本設(shè)計中采用算術(shù)平均濾波法，即在一次電壓量的采集中，在很短的時間內(nèi)對它進行 6 次采集，將它轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后求和，分析出 6 次輸入中的最大值和最小值，然后減去最大值和最小值，除以 4 得到平均值的方法，完成一次數(shù)據(jù)采集的軟件濾波。采用中斷方式，可大大節(jié)省 CPU 時間。靈敏度由鍵盤控制電路中各鍵輸入，顯示電路部分則顯示各鍵按下后的相應(yīng)數(shù)值，當(dāng)然，△ U 大小的設(shè)定決定著系統(tǒng)精度的高低。 鍵盤控制電路如圖 214 所示， K1 鍵作為功能鍵設(shè)置靈敏度△ U，靈敏度是可調(diào)的， K2 和 K3 分別作為加 1，減 1 鍵來調(diào)節(jié)靈敏度， K4 是確定鍵，當(dāng) K4 鍵按下時，靈敏度值確定。 圖 212 AT89S52 引腳圖 AT89S52片內(nèi)結(jié)構(gòu)如圖 212所示，它具有如下特點： 40個引腳， 8K Bytes Flash 片內(nèi)程序存儲器， 256 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器 RAM ， 32 個外部雙向輸入 /輸出 I/O 口，看門狗定時 WDT 電路， 2 個數(shù)據(jù)指針， 3 個 16 位可編程定時計數(shù)器， 5 個中斷優(yōu)先 級 2 層中斷嵌套中斷， 2 個全雙工串行通信口，片內(nèi)時鐘振蕩器。 ADC0809 片內(nèi)有三態(tài)輸出緩沖器，可直接與單片機的數(shù)據(jù)總線相連接，這里將它的數(shù)據(jù)輸出口直接與單片機的數(shù)據(jù)總線 P0 口相連接，AT89S52 的 P0 口作為 數(shù)據(jù)總線，又作為低 8 位地址總線 ADC0809 的片內(nèi)沒有時鐘，時鐘信號必須由外部提供，這里利用 AT89S52 提供的地址鎖存允許信號 ALE經(jīng)計數(shù)器 74LS163 邏輯功能見表 21，引腳圖見圖 211 構(gòu)成的 4 分頻器分頻獲得。當(dāng)輸入電壓 Vi2 下降時， Vo2 跟隨下降， D3 導(dǎo)通，U2B 也工作在深度負反饋狀態(tài)，深負反饋保證了二極管 D D5 可靠截止， Vc 值得以保持。如圖 24 所示， UGN3503 線性霍爾元件輸出的微弱信號經(jīng)電容禍合到前級運算放大器 U2A 的同相輸入端，運算放大器 U2A 把霍爾元件感應(yīng)到的電壓轉(zhuǎn)換為對地電壓。具有靈敏度高，線性度好；結(jié)構(gòu)牢固，體積小，重量輕，耐震動，功耗小，壽命長，頻率高 可達 IMHz ；輸出噪聲低等特點?；魻栯妷?UH 可用下式表示： UH RHIB/d V （ 22） 式中 RH霍爾常數(shù) m3cˉ 1， ； I電流 A ； B磁感應(yīng)強度 T ； d霍爾元件的厚度 m 令 KH RH/d vAˉ 1wbˉ 1m2 ，則得到 UH KHIB V 23 由上式可知，霍爾電壓的大小正比于控制電流 I 和磁感應(yīng)強度 B。 集電路 圖 23 數(shù)據(jù)采集電路 1． 線性霍爾傳感器 linaer HallEeffct Sensors 在電路設(shè)計中，選用了美國 ALELGRO 公司生產(chǎn)的 UGN3503U 線性霍爾傳感器，來檢測通電線圈 Ll 周圍的磁場變化。 本設(shè)計正是基于這樣的理論，來尋找一種適合的傳感器來感應(yīng)線圈的磁場變化，并把磁場信號的變化轉(zhuǎn)變成電信號 的變化，從而實現(xiàn)單片機的控制。 [2]對于緊密纏繞 N 匝的線圈，線圈中心軸線上一點的磁感應(yīng)強度則為： 12 由公式 12 可知，當(dāng)線圈有效探測范圍內(nèi)無金屬物時，μ r 1 非金屬的相對磁導(dǎo)率 ，線圈中心磁感應(yīng)強 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，μ r 會變大， B 隨之也會變大。 本文介紹的基于單片機控制的智能型金屬探測器，采用靈敏度極高的線性霍爾元件作為傳感器，感應(yīng)由于金屬出現(xiàn)引起的探測線圈周圍磁場的變化，提高了檢測精度 。比如在機場、大型運動會 如奧運會 、展覽會等都用金屬探測器來對過往人員進行安全檢測 ,以排查行李、包裹及人體夾帶的刀具 、槍支、彈藥等傷害性違禁金屬物品 。畢業(yè)設(shè)計（論文）基于單片機的金屬探測器的設(shè)計 摘 要 本文著重介紹了一種基于 AT89S52 單片機控制的智能型金屬探測器的硬件組成、軟件設(shè)計、工作原理及主要功能。工業(yè)部門 包括手表、眼鏡、金銀首飾、電子等生產(chǎn)含有金屬產(chǎn)品的工廠 也使用金屬探測器對出入人員進行檢測，以防止貴重金屬材料的丟失 。處理部件則采用 AT89S52 單片機作為檢測和控制核心，對檢測結(jié)果進行分析判斷，有效地保證了檢測原理的實施 。 應(yīng) 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，金屬導(dǎo)體內(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)。正是本著這樣一個設(shè)計思路來構(gòu)建系統(tǒng)的硬件電路。 UGN3503U 線性霍爾傳感器的主要功能是可將感應(yīng)到的磁場強度信號線性地 轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘枴?KH 稱為霍爾元件的靈敏度，它與元件材料的性質(zhì)與幾何尺寸有關(guān)。用它作探頭可測量， 10ˉ 610T 的交變和恒定磁場。在電路設(shè)計中，運放 LM324 采用 +5V 單電源供電，對于不同強度的信號均可通過調(diào)節(jié)前級放大電路的反饋電位器 Wl 來改變其放大倍數(shù)。當(dāng) Vi2 再次上升使 Vo2 上升并使 D D5 導(dǎo)通， D3 截止，再次對電容C6 充電 Vc 高于前次充電時電壓 ， Vi2 下降時， D D5 又截止， D3 導(dǎo)通， Vc將峰值再次保持。 ALE 引腳的頻率是單片機時鐘頻率的 1/6,單片機時鐘頻率為 12MHZ，則 ALE引腳頻率約為 2MHZ，再經(jīng) 4 分頻后為 500kHZ，所以 ADC0809 能可靠工作。此外， AT89S52 設(shè)計和配置了振蕩頻率可為 0HZ 并可通過軟件設(shè)置省電模式。 圖 214 鍵盤控制電路 警電路 AT89S52 的串行口 RXD 和 TXD 為一全雙工串行通信口，但在工作方式 0下可作同步移位寄存器用，其數(shù)據(jù)由 RXD（ ）） 圖 215 顯示電路 圖 216 報警電路 路 電路如圖 217 所 示，電源供電由 9V 電池和板內(nèi)穩(wěn)壓電源組成。若|UxU0| △ U，就確定為探測到金屬， CUP 輸出口 輸出信號驅(qū)動發(fā)光二極管發(fā)光報警，同時 控制蜂鳴器發(fā)出聲響，進行聲音報警。 [8]軟件編程允許 AT89S52 響應(yīng)外部中斷 1，且設(shè)置其響應(yīng)方式為邊沿觸發(fā)。用軟件代替硬件，從而省去了復(fù)雜的硬件，而且能夠取得好而精確的效果。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)。 2．檢測線圈的匝數(shù)對儀器的靈敏度有影響。 仿真結(jié)果及分析 本次設(shè)計的仿真結(jié)果如下所述： 線性霍爾傳感器調(diào)試結(jié)果及分析 外加磁場的南極靠近器件標志面時 R/mT 300 200 100 輸出電壓（ V）