【正文】 無金屬物時(shí)，μr=1 (非金屬的相對磁導(dǎo)率)，線圈中心磁感應(yīng)強(qiáng)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(shí)，μr會(huì)變大，B隨之也會(huì)變大。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(jì)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。據(jù)此，將霍爾元件做成各種形式的探頭，固定在工作系統(tǒng)的適當(dāng)位置，用它去檢測工作磁場，再根據(jù)霍爾輸出電壓的變化提取被檢信息，這就是線性霍爾元件的基本物理依據(jù)和作用。[5]峰值檢測電路由兩級運(yùn)算放大器組成，第一級運(yùn)放U2B將輸入信號的峰值傳遞到電容C6上，并保持下來。(地址總線的A15)作為片選信號，當(dāng)ADC0809的START啟動(dòng)信號輸入端為高電平時(shí)A/D開始轉(zhuǎn)換，在時(shí)鐘的控制下，一位一位地逼近，比較器一次次進(jìn)行比較，轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，送出轉(zhuǎn)換結(jié)束信號EOC(低到高)，并將8位數(shù)字量D7D0鎖存到輸出緩存器。當(dāng)鍵盤控制部分各鍵按下時(shí)，LED顯示相對應(yīng)靈敏度數(shù)值，顯示電路如圖215。[7]在電路設(shè)計(jì)中，ADC0809與AT89S52是采用中斷方式連接的，所以系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集處理功能是在中斷服務(wù)程序中完成的，從原理圖22看出，ADC0809的EOC端通過反相器接AT89S52的NIT1端，作為中斷申請。2．程序清單參看附錄2(鍵盤掃描控制程序) [14]圖32 鍵盤控制流程圖設(shè)一個(gè)采樣周期，對通道0連續(xù)采樣6次，然后去掉最大和最小值，把剩余的累加和求算術(shù)平均值作為本周期采樣值。需要反復(fù)調(diào)試，直到能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期結(jié)果為止。最后分析了設(shè)計(jì)中的主要技術(shù)指標(biāo)，包括金屬探測器的工作頻率（12KHZ），靈敏度（包括：檢測線圈的尺寸對儀器靈敏度的影響和匝數(shù)對靈敏度的影響）以及穩(wěn)定性等技術(shù)指標(biāo)。INT1中斷服務(wù)程序入口。啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換。 CPL A ANL A,0FHKEY1: JNZ KEY1 LCACC D10ms MOV A,B JB ,PKEY1 JB ,PKEY2 JB ,PKEY3 JB ,PKEY4EKEY: RETPKEY1:LCALL K1 RET。按鍵未釋放,等待。將算術(shù)平均值存入以30H為首址的RAM緩沖單元中。更新最大值。 JZ KEY SETB A RETD10ms:MOV R7,10HDS1: MOV R6,0FFH。再判別是否有鍵按下。置讀數(shù)標(biāo)志。允許外中斷1中斷?；鶞?zhǔn)電壓存放在21H。硬件電路的設(shè)計(jì)分為兩個(gè)部分，一部分為線圈振蕩電路，包括：多諧振蕩電路、放大電路和探測線圈。但為了確保通過霍爾元件的磁通量，匝數(shù)的減少也是有限的，需要通過試驗(yàn)來確定最佳匝數(shù)。顯然N越大，信號平滑度越高，靈敏度就會(huì)降低，但是本設(shè)計(jì)中需要較高的靈敏度，所以N取值不易過大，這里我選擇了N=6，選擇取6個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)算的原因，就是因?yàn)樵趨R編中做計(jì)算是非常麻煩的，取6個(gè)數(shù)，減去最大值和最小值后，取平均值是除4，計(jì)算機(jī)的內(nèi)部計(jì)算都是二進(jìn)制，而二進(jìn)制每除一個(gè)2，實(shí)際上是向右移一次。整個(gè)系統(tǒng)的軟件包括主程序、一個(gè)外部中斷服務(wù)程序、數(shù)字濾波程序、比較判斷子程序及發(fā)光報(bào)警等若干個(gè)子程序。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(shí)，靈敏度值確定。ADC0809片內(nèi)有三態(tài)輸出緩沖器，可直接與單片機(jī)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(jī)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(shí)鐘，時(shí)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(jì)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。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(yùn)算放大器U2A的同相輸入端，運(yùn)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。)，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(qiáng)度B。 圖21 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 圖22 線圈振蕩電路原理圖 工作過程中，由555定時(shí)器構(gòu)成一個(gè)多諧振蕩器，產(chǎn)生一頻率為24KHz、占空比為2/3的脈沖信號。也可用于探測隱藏于墻內(nèi)、護(hù)墻板內(nèi)側(cè)、空洞和土壤中的上述物品和其他金屬物。在軟件設(shè)計(jì)中，采用了數(shù)字濾波技術(shù)消除干擾，提高了探測器的抗干擾能力，確保了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。目前，國外雖然已有較為完善的系列產(chǎn)品(如EIPaso、CeiaUSA、Rangeramp。 通過以上分析可知，當(dāng)有金屬物靠近通電線圈平面附近時(shí)，無論是介質(zhì)磁導(dǎo)率的變化，還是金屬的渦流效應(yīng)均能引起磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變化。這種現(xiàn)象的產(chǎn)生，是因?yàn)橥姲雽?dǎo)體片中的載流子在磁場產(chǎn)生的洛侖茲力的作用下，分別向片子橫向兩側(cè)偏轉(zhuǎn)和積聚，因而形成一個(gè)電場，稱作霍爾電場。用它作探頭可測量，10ˉ610T的交變和恒定磁場。當(dāng)Vi2再次上升使Vo2上升并使DD5導(dǎo)通，D3截止，再次對電容C6充電(Vc高于前次充電時(shí)電壓)，Vi2下降時(shí)，DD5又截止，D3導(dǎo)通，Vc將峰值再次保持。此外，AT89S52設(shè)計(jì)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217 電源電路在工作過程中，由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生一個(gè)頻率為24KHz的脈沖信號，此脈沖信號經(jīng)過緩沖和放大之后，形成頻率穩(wěn)定度高、功率較大的脈沖信號輸入到探測線圈中，通電的線圈周圍就會(huì)產(chǎn)生磁場，此時(shí)，固定在線圈L1中心的霍爾元件UGN3503U就會(huì)感應(yīng)到線圈周圍的磁場，并將磁場強(qiáng)度信號線性地轉(zhuǎn)變成電壓信號。[9]經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)測得的靈敏度△U的值被存放在單片機(jī)RAM地址為20H的存儲器中。2．程序參看附錄2(顯示報(bào)警程序)[16]。3. 顯示部分仿真結(jié)果及分析顯示部分顯示的數(shù)據(jù)是設(shè)定的靈敏度值，當(dāng)按下各鍵盤部分各個(gè)鍵時(shí)，在顯示電路部分顯示相對應(yīng)的數(shù)據(jù)，顯示結(jié)果如圖52所示。衷心感謝我的導(dǎo)師王延年老師。初始化讀數(shù)標(biāo)志。P1口為輸入,各位應(yīng)先置位為高電平。 MOV A,P1。累加輸入值。CLR CRRC AMOVX R1，ANIC R1RET5．顯示與報(bào)警程序DISPLAY:SETB MOV A,P3JB ,DIS1JB ,DIS2JB ,DIS3JB ,DIS4LCALL DELAYCLR AJAMP DISPLAYDIS1: MOV P3,A。 RETDIS2: MOV P3,A。清進(jìn)位標(biāo)志。 MOV A,P1。取正邏輯,高電平表示有鍵按下。把該通道的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果讀到累加器A中。22H單元清零。設(shè)計(jì)之初，參考了大量的教材及中英文專業(yè)資料，得到了王老師的熱心指導(dǎo)和同學(xué)們的幫助，在此我對給予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W(xué)表示衷心地感謝。4. 蜂鳴器顯示結(jié)果及分析，由于電路搭接的不理想，蜂鳴器的叫聲不是很理想，但結(jié)果基本上是正確的。為24KHz，選擇24KHz的超長波頻率是為了減弱土壤對電磁波的影響。而后再通過判據(jù)算法將此差值U與靈敏度△U（靈敏度可調(diào)）進(jìn)行比較，以確定是否報(bào)警鍵盤控制電路各鍵控制靈敏度的值，并在顯示電路部分顯示按鍵后的對應(yīng)數(shù)值。此后，以該電壓信號作為基準(zhǔn)電壓，與A/D轉(zhuǎn)換器采集到的電壓信號進(jìn)行比較判斷。其工作電壓為5V，晶振頻率采用12MHZ。[6] LM324外形圖 LM324引腳排列圖圖27 A/D轉(zhuǎn)換電路由于采集到的信息是連續(xù)變化的模擬量，不能被單片機(jī)直接處理，所以，必須把這些模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后才能夠輸入到單片機(jī)中進(jìn)行處理，這里選用了經(jīng)濟(jì)實(shí)用的ADC0809型A/D轉(zhuǎn)換器來完成模數(shù)轉(zhuǎn)換。利用線性霍爾傳感器UGN3503U的上述特性，將其接在數(shù)據(jù)采集電路的前端，并固定在探測線圈Ll的中心，即可感應(yīng)線圈Ll的磁場變化，并將磁場的變化信號轉(zhuǎn)化為電壓信號的變化而被后級電路拾取和放大。這時(shí)，片子兩側(cè)建立起一個(gè)穩(wěn)定的電壓，這就是霍爾電壓UH。對于