【正文】 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?，因?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。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。 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)。 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。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。電壓跟隨器和差分運(yùn)放均選用 LM358。 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。 F基準(zhǔn)頻率。以下是各功能模塊的軟件設(shè)計(jì)。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)。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。 基本特性 電渦流傳感器簡(jiǎn)化模型如圖 23 所示。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。 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。但是當(dāng)時(shí)并沒(méi)有廣泛的用于工業(yè)方面。 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。 （ 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．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)。 本文設(shè)計(jì)的金屬探測(cè)是根據(jù)電磁感應(yīng)原理制成的，將一金屬置于變化的磁場(chǎng)當(dāng)中時(shí)，根據(jù)電磁感應(yīng)原理就會(huì)在金屬內(nèi)部產(chǎn)生渦流，渦流產(chǎn)生的磁場(chǎng)反過(guò)來(lái)又影響原磁場(chǎng)，這種變化可以轉(zhuǎn)換為頻率和幅值的變化，供相關(guān)電路進(jìn)行檢測(cè)。國(guó)內(nèi)的這方面還有大量需求，不論是經(jīng)濟(jì)還是科研方面都有研究的必要。初步設(shè)想探測(cè)信號(hào)的產(chǎn)生采用LC 三點(diǎn)式振蕩產(chǎn)生正弦波，經(jīng)放大，濾波，整形產(chǎn)生所需信號(hào)。 6 傳感器原理 金屬探測(cè)系統(tǒng)采用的是電渦流傳感器渦流傳感器，此類(lèi)傳感器具有體積小、靈敏度高、頻率響應(yīng)寬等等特點(diǎn)。而電渦流效應(yīng)既與被測(cè)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)。 圖 26所示為透射式渦流厚度傳感器結(jié)構(gòu)原理圖。 2）放大電路 振蕩電路所產(chǎn)生的正弦波信號(hào)的幅值是比較小的，因此需要放大才能進(jìn)行再處理。其次，引入了另一中金屬探測(cè)的模式，那就是不需要一定去在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行金屬探測(cè)，將這個(gè)任務(wù)分給在前端進(jìn)行金屬探測(cè)的探測(cè)小車(chē)，探測(cè)小車(chē)將探測(cè)到的信息通過(guò)無(wú)線模塊即時(shí)的反饋給后臺(tái)的處理系統(tǒng)，而這時(shí)的分析員只需坐在 PC機(jī)前就回對(duì)前端的情況了如指掌。 F_COMM：后臺(tái)是否發(fā)送通信請(qǐng)求。 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(pán)接受處理程序流程圖 19 S E T = 0F _ O K = = 1 ?延 時(shí)F _ O K = 0n _ p l u s 0 ？n _ p l u s 0 ?S E T = 1延 時(shí)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(gè) 脈 沖在 D E C 口 發(fā) 送 n _ p l u s 個(gè) 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(jī)的通訊圖 20 4 硬件電路設(shè)計(jì) 單元電路設(shè)計(jì)是在硬件總體設(shè)計(jì)的指導(dǎo)下完成一個(gè)個(gè)小的功能電路的設(shè)計(jì)，在將各個(gè)部分組合起來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)整體的功能，因此每一個(gè)功能電路設(shè)計(jì)的好壞都將影響系統(tǒng)的整體功能。 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(lái)產(chǎn)生一定頻率的脈沖供單片機(jī)進(jìn)行處理。 1）鍵盤(pán)輸入 鍵盤(pán)采用的是 2 3的按鍵陣列，如圖 45所示。 將 C1()、 C2()的兩個(gè)諧振電容進(jìn)行調(diào)換以后，正弦波的幅值明顯增加，增為 ，頻率不變。比如在沒(méi)有碰到金屬時(shí)發(fā)出警報(bào)。 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(jī)系統(tǒng)與前面焊接的單片機(jī)系統(tǒng)一樣，只不過(guò)這里的 CPU用的是 AT89S52，另外還需要型號(hào)為 SMC1602A，容量為 16 2個(gè)字符的液晶顯示器，和用于輸入用戶(hù)需求的 2 3按鍵陣列。一遇到鍵盤(pán)都會(huì)涉及到鍵盤(pán)的防抖動(dòng)問(wèn)題，鍵盤(pán)的防抖動(dòng)有兩種方法：一種是硬件方法，那就是在硬件電路里加延時(shí)來(lái)去掉抖動(dòng)。檢查電路后發(fā)現(xiàn)，原來(lái)是將 P0_9接為 P0_10，由于 P0_10是管腳 EA/VPP它是接電源的，也就是說(shuō)給液晶顯示器第 8位數(shù)據(jù)管腳的電平時(shí)刻為高，這樣在你將要顯示的字符送給液晶顯示器時(shí)，這個(gè)字符很可能就不是 ASCII字符，所以無(wú)法顯示出現(xiàn)黑屏。另外， AT89S52可降 28 至 0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持 2種軟件可選擇節(jié)電模式。單片機(jī)系統(tǒng)的測(cè)試與其它電路的測(cè)試不同，需寫(xiě)一段小的測(cè)試程序，編譯后燒寫(xiě)到單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器中，看其運(yùn)行情況，這里做了一個(gè)小小的燈光閃爍程序。由于上面出現(xiàn)的電壓不穩(wěn)定問(wèn)題，因此這里的放大電路只對(duì)信號(hào)的交流分量進(jìn)行無(wú)窮放大。 首先需要準(zhǔn)備器件，一次是絕對(duì)不會(huì)準(zhǔn)備好所有的器件的，因?yàn)樵谡{(diào)試時(shí)時(shí)常會(huì)發(fā)生與預(yù)想的結(jié)果不一致的情況，或許在這個(gè)階段還要進(jìn)行方案的局部修改。 門(mén)電路選用的是 74LS08(與門(mén) )，用史密特觸發(fā)器替換也可以，它對(duì)輸入的梯形波進(jìn)行邏輯運(yùn)算在以 TTL電平出運(yùn)算結(jié)果，因此可以將梯形波轉(zhuǎn)換成適合于單片機(jī)進(jìn)行處理的脈沖波。因此諧振回路中電容 CC2和電感 L的取值分別為 、 、 500μh。 17 ( 4 0 , 4 1 H ) + P R I S E H → ( 4 4 , 4 5 H )( 4 2 , 4 3 H ) + P R I S E L → ( 4 6 , 4 7 H )( 4 4 , 4 5 H ) ( 4 2 , 4 3 H ) ?( 4 4 , 4 5 H ) ( 4 6 , 4 7 H ) ?F _ C O M P = 0返 回F _ C O M P = 1否是否是 圖 33 頻率比較程序流程圖（有起始框，不規(guī)范） S E T = = 0 ?A D D = = 0 ?D E C = = 0 ?返 回P R I S E N + 4 → P R I S E HP R I S E L + 1 → P R I S E LP R I S E N + 4 → P R I S E HP R I S E L + 1 → P R I S E LA D D = = 0 ?D E C = = 0 ?否否否否是是是是是 圖 34 精度設(shè)置程序流程圖 外圍數(shù)據(jù)處理與顯示模塊設(shè)計(jì) 1）液晶顯示 液晶顯示模塊是嚴(yán)格按照產(chǎn)品操作的時(shí)序圖編寫(xiě)的驅(qū)動(dòng)函數(shù)，共分為兩大類(lèi)函數(shù)，指令的讀寫(xiě)和數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)，只要將操作位和數(shù)據(jù)位按照時(shí)序嚴(yán)格的結(jié)合在一起就可以完成數(shù)據(jù)的顯示。金屬探測(cè)器中的程序分為兩個(gè)部分，前端軟件模塊和外圍數(shù)據(jù)處理與顯示模塊，前端軟件完成的是一些比較基礎(chǔ)的工作，如振蕩頻率的檢測(cè)，比較，報(bào)警等，它與底層的硬件關(guān)系比較密切所以采用匯編語(yǔ)言進(jìn)行編寫(xiě)，而外圍數(shù)據(jù)處理與顯示模塊是進(jìn)行數(shù)據(jù)的再處理的，是更高一層的分析與判斷，它直接處理由前端模塊傳過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行處理顯示。 高 頻 振 蕩 信 號(hào) 放 大 脈 沖 轉(zhuǎn) 換信 號(hào) 處 理 與 報(bào)警電 源 圖 27 手持?jǐn)?shù)字金屬探測(cè)器原理 框圖 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì)將影響整個(gè)項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)，對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)起著指導(dǎo)性的作用，因此總體設(shè)計(jì)的好壞影響深遠(yuǎn)，這里的軟硬件方案都是經(jīng)過(guò)再三的比較與分析才確定的，硬件和軟件兩個(gè)互相影響，協(xié)同工作實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的基本功能。因此 ，可根據(jù) U2 電壓的大小得知被測(cè)金屬板的厚度 ， 透射式渦流厚度傳感器檢測(cè)范圍可達(dá)1～ 100mm， 分辨率為 m， 線性度為 1%。 等效阻抗 Z的表達(dá)式為： ])([)( 222222212222221112 LwLRMwLjwRwLR MwRIUZ ?????????eqeq jwLR ?? （ 24） Req—— 線圈受電渦流影響后的等效電阻 ； Leq—— 線圈的等效品質(zhì)因數(shù) Q 值為 Q=eqeqRwL 綜上所述 ， 根據(jù)電渦流式傳感器的簡(jiǎn)化模型和等效電路 ， 運(yùn)用電路分析的基本方法得到的方程式 ， 即為電渦流基本特性。 當(dāng)線圈中通過(guò)高頻電流 i時(shí)，線圈周?chē)a(chǎn)生高頻磁場(chǎng)，該磁場(chǎng) 作用于金屬體，但由于趨膚效應(yīng)，不能透過(guò)具有一定厚度的金屬體，而僅作用于金屬表面的薄層內(nèi)。該課題涉及傳感器技術(shù)、通訊技術(shù)、單片機(jī)和 C語(yǔ)言編程等，具有一定的綜合性和復(fù)雜性。 航空業(yè)，航海業(yè)在 7080年代的興起，以及 80年代末電子時(shí)代的來(lái)臨，金屬探測(cè)器也開(kāi)始大展身手。 實(shí)驗(yàn)證明原理的應(yīng) 用，探測(cè)器的設(shè)計(jì)和制作是成功的，硬件線路設(shè)計(jì)和加工完好，軟件編制正確，完成了操作功能。 20xx 年 10月 21 至 11月 03 日 1. 學(xué)習(xí)單片機(jī)原理與應(yīng)用、 C51 軟件，復(fù)習(xí)如 PROTEUS 等電路圖繪制軟件。如“ 20xx 年 3月 15 日”或“ 20xx0315”。 教研室審查意見(jiàn)： 教研室主任（簽名）： 年 月 日 單片機(jī)管線探測(cè)器設(shè)計(jì)與制作 摘 要 金屬探測(cè)器是專(zhuān)門(mén)用來(lái)探測(cè)金屬的儀器，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、安檢、娛樂(lè)等領(lǐng)域。 致謝 ............................................................................................................錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。渦流反過(guò)來(lái)有影響原來(lái)的磁場(chǎng)，引發(fā)探測(cè)器報(bào)警。金屬的電導(dǎo)率 ? 越大，線圈中通過(guò)的交變電流的頻率 ? 越大，則渦電流強(qiáng)度就越大，對(duì)原磁場(chǎng)的抑制作用越強(qiáng)。 圖 22 傳感器的原理圖 該圖由傳感器線圈和被測(cè)導(dǎo)體組成線圈 — 7 根據(jù)法拉第定律 ， 當(dāng)傳感器線圈通以正弦交變電流 I1 時(shí) ， 線圈周?chē)臻g必然產(chǎn)生正弦交變磁場(chǎng) H1， 使置于此磁場(chǎng)中的金屬導(dǎo)體中感應(yīng)電渦流 I2， I2 又產(chǎn)生新的交變磁場(chǎng) H2。 2 理論分析和實(shí)驗(yàn)都已證明 ， 當(dāng) x 改變時(shí) ， 電渦流密度發(fā)生變化 ， 即電渦流強(qiáng)度隨距離 x的變化而變化。高頻振蕩部分的任務(wù) 首先就是產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，它往往由一 LC振蕩電路組成。 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1）前端程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 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(cè)定、聲光報(bào)警和通訊。其值的可靠性將影響整個(gè)程序的健壯性。 3）鍵盤(pán)處理模塊 鍵盤(pán)處理模塊在判斷是哪個(gè)鍵按下后，就立即引發(fā)相關(guān)的操作來(lái)滿足用戶(hù)的需求。由于反饋電壓是從電容兩端去出的對(duì)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。 2051的“ 1”號(hào)記數(shù)器記錄由 LS08發(fā)送過(guò)來(lái)的脈沖信號(hào)，聯(lián)合“ 0”號(hào)計(jì)數(shù)器來(lái)檢測(cè)振蕩電路的頻率。 3）調(diào)試 所有的器件準(zhǔn)備好并焊接在萬(wàn)用 PCB 板上，按照電路圖檢查各器件件的連接情況無(wú)誤后，進(jìn)行上