【正文】 文中的不足之處，敬請(qǐng)各位老師指正。 大學(xué)的學(xué)習(xí)生活即將結(jié)束，在論文完成之際，我衷心地感謝在大學(xué)的學(xué)習(xí)和生活中培養(yǎng)過(guò)我、幫助過(guò)我以及在論文寫(xiě)作期間給予指導(dǎo)和支持的所有老師和同學(xué)。除了在生產(chǎn)的每個(gè)工序進(jìn)行嚴(yán)格的管理之外，產(chǎn)品的檢驗(yàn)亦是不可或缺的步驟。它們提供了更強(qiáng)的性能、更高的靈敏度與處理能力，現(xiàn)在即使在極為苛求應(yīng)用當(dāng)中，金屬探測(cè)器依然可按客戶需求進(jìn)行開(kāi)發(fā)并很好地使用。 (4)具有記憶功能，可存儲(chǔ) 20 種產(chǎn)品的檢測(cè)參數(shù) ； (5)能夠進(jìn)行靈敏度調(diào)節(jié)，操作方便，運(yùn)行可靠，檢測(cè)靈敏度可達(dá)到的指標(biāo)為 不銹鋼 SUS 達(dá)到 、鐵 FE 達(dá)到 ； (6)能夠進(jìn)行相位調(diào)節(jié)，手動(dòng)設(shè)置檢測(cè)參數(shù) ； (7)具有報(bào)警顯示功能 ， 方便用戶識(shí)別不合格產(chǎn)品并及時(shí)排除 ； (8)符合 HACCP 認(rèn)證，采用不銹鋼殼體及專門(mén)的固化技術(shù)，設(shè)備穩(wěn)定性好，對(duì)環(huán)境及人體無(wú)影響 [23]。 D1:MOV R6,FFH D2:DJNZ R6,D2 DJNZ R5,D1 REN END 長(zhǎng)春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 第四章 結(jié)論與展望 4． 1 結(jié) 論 數(shù)字式金屬探測(cè)器利用微控制器靈活的檢測(cè)方法和較強(qiáng)數(shù)據(jù)處理能力，為各種金屬檢測(cè)應(yīng)用提供了比較完整的解決方案。 RRC A。判斷 N1=0?(若輸入 CLR C 介于最大，最小值之間，且 R0 1≠0 時(shí)轉(zhuǎn)至 DA V1) MOV A, R4。更新最大值 DAV2:CLR C MOV A, R5。取最大值 SBBB A,R5。 置連續(xù)采樣次數(shù) N=6 DAV1:ADD A,R4。 MOV R4, A。存入內(nèi)部 RAM 以 30H 為首址的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中。 POP A。 MOVX DPTR， A。數(shù)據(jù)指針指向通道 IN0 MOVX A， DPTR。 ORG 2100H。 MOVX DPTR， A。當(dāng) ADC0809 的 EOC 輸出電平上跳沿觸發(fā)中斷 1 SETB EA: 打開(kāi)總中斷開(kāi)關(guān) (片內(nèi)中斷允許寄存器 =EA) SETB EXl 。R7=11111111，初始化讀數(shù)標(biāo)志 MOV 21H,00H。轉(zhuǎn)主程序 ORG 0013H。靈敏度存放在 20H U0 EQU 21H。 顯然 N 越大，信號(hào)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(guò)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。 3． 2 數(shù)字濾波及算法說(shuō)明 金屬探測(cè)器的噪聲抑制能力是金屬探測(cè)器的主要設(shè)計(jì)指標(biāo)。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)軟件濾波之后將其存放在單片機(jī) RAM 21H 中，作為基準(zhǔn)電壓 Uo。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(guò)反相器接 AT89S52 的 INT1端，作為中斷申請(qǐng)。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。 當(dāng)探測(cè)線圈 L1 靠近金屬物體時(shí)，由于電磁感應(yīng)現(xiàn)象，會(huì)使探測(cè)電感值發(fā)生變化，從而使其周圍的磁場(chǎng)發(fā)生變化，霍爾元件感應(yīng)到該變化的磁場(chǎng)，并使其線性地轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào) UX，該變化的電壓經(jīng)放大電路、峰值檢波電路后，得到相應(yīng)的 0V~5V 的峰值輸出電壓 UX，然后經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后，輸入到 CPU，由 CPU 完成 UX 與基準(zhǔn)電壓 UO 的比較，二者比較 |UXUO|得到一個(gè)差值，此差值與預(yù)設(shè)的靈敏度 △ U 再作比較。 LM7805 三端正穩(wěn)壓器具有內(nèi)部過(guò)流，熱過(guò)載和輸出晶體管安全區(qū)保護(hù)功能，可將 9VDC 的輸入電壓轉(zhuǎn)換為 +5V 電壓，最大輸出電流 A，保證板內(nèi) 555 定時(shí)器、 UGN3503U、 AT89S5ADC0809 等芯片和元件可靠地工作。其工作電壓為 5V，晶振頻率采用 12MHz。 AT89S52 是一個(gè)低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8K Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫(xiě) 1000 次的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及 80 C51 引腳結(jié)構(gòu)（引腳圖如圖 213 所示），芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲(chǔ)單元 [18][19]。 如圖 212 所示，放大后的電壓信號(hào)送入 ADC0809 的模擬輸入通道 IN0進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換。 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 芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作時(shí)序于圖 210 和圖 211。當(dāng)輸入電壓 Vi2下降時(shí)， VO2跟隨下降， D3導(dǎo)通，U2B 也工作在深度負(fù)反饋狀態(tài)，深負(fù)反饋保證了二極管 D D5可靠截止， VC值得以保持。 長(zhǎng)春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 321411U 2 AL M 3 2 4w150kR14 7 0 kR410kR210kR310kC12 2 μ FVCCV C CC51 0 μ F321411U 2 B AL M 3 2 4V C CD4I N 9 1 4D5I N 9 1 4D3I N 9 1 4R820KR95 0 0 K321411U 2 C AL M 3 2 4V C CC6 1 0 0 0 P FW25KV03GND2VCC1U13 5 0 3 圖 29 數(shù)據(jù)采集電路原理圖 峰值檢測(cè)電路由兩級(jí)運(yùn)算放大器組成，第一級(jí)運(yùn)放 U2B 將輸入信號(hào)的峰值傳遞到電容 C6上，并保持下來(lái)。 圖 27 LM324 引腳圖 圖 28 LM324 外觀圖 如圖 29 所示， UGN3503U 線性霍爾元件輸出的微弱信號(hào)經(jīng)電容耦合到前級(jí)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(duì)地電壓。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(cè)線圈 L1的中心，即可感應(yīng)線圈 L1的磁場(chǎng)變化，并將磁場(chǎng)的變化信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)的變化而被后級(jí)電路時(shí)區(qū)和放大[15]。它的靈敏度典型值為，靜態(tài)輸出電壓為 ，輸出電阻為 ， miniSIP 封裝。因此，任何引起磁場(chǎng)強(qiáng)度變化的物理量都將引起霍爾輸出電壓的變化?；魻栯妶?chǎng)產(chǎn)生的電場(chǎng)力和洛侖茲力相反，它阻礙載流子繼續(xù)堆積，直到霍爾電場(chǎng)力和洛侖茲力相等 [11]。他的功能框圖和輸出特性示于圖 24 和圖 25。從多諧振蕩器輸出的正脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)電容 C8輸入到 Q1的基極（ Q1為 β≥125的 9013H） ， 使其導(dǎo)通，經(jīng) Q1放大之后，就形成了頻率穩(wěn)定度高、功率較大的脈沖信號(hào)輸入到探測(cè)線圈 L1 中，再線圈內(nèi)產(chǎn)生瞬間較強(qiáng)的電流，從而使線圈周圍產(chǎn)生恒定的交變磁場(chǎng)。 Ⅲ .應(yīng)盡量減少線圈與電路之間引線的長(zhǎng)度，以減少分布電容，采用屏蔽線減少外界對(duì)其干擾。 當(dāng)檢測(cè)線圈尺寸一定時(shí)，則匝數(shù)越少其靈敏度越高。 1．工作頻率 為 24KHz，選擇 24KHz 的超長(zhǎng)波頻率是為了減弱土壤對(duì)電磁波的影響。對(duì)于非鐵磁性的金屬 ， 包括抗磁體 (如 ： 金、銀、銅、鉛、鋅等 )和順磁體 (如錳、鉻、欽等 ) μr ≈ 1， σ 較大，可以認(rèn)為是導(dǎo)電不導(dǎo)磁的物質(zhì)，主要產(chǎn)生渦流效應(yīng)，磁效應(yīng)可忽略不計(jì) ； 對(duì)于鐵磁性金屬 (如 ： 鐵、鉆、鎳 ) μr 很大， σ 也較大，可認(rèn)為是既導(dǎo)電又導(dǎo) 磁物質(zhì)，主要產(chǎn)生磁效應(yīng)，同時(shí)又有渦流效應(yīng) [7]。渦流要產(chǎn)生附加的磁場(chǎng)，與外磁場(chǎng)方向相反，削弱外磁場(chǎng)的變化。 1． 3 金屬探測(cè)器理論依據(jù) 金屬探測(cè)器是采用線圈的電磁感應(yīng)原理來(lái)探測(cè)金屬的。 進(jìn)入 90 年代，迅速升溫的電子制造業(yè)成了這個(gè)時(shí)代的寵兒，大型的電子公司為了減少產(chǎn)品流失、結(jié)束員工與公司之間的尷尬局面，陸續(xù)采用金屬探測(cè)門(mén)和手持式金屬探測(cè)器作為管理員工行為、減少產(chǎn)品流失的利刃 ， 于是金屬探測(cè)器又有了它新的角色 — 產(chǎn)品防盜。 在 70 年代，隨著航空業(yè)迅速發(fā)展，劫機(jī)和危險(xiǎn)事件的發(fā)生使航空及機(jī)場(chǎng)安全逐漸受到重視，于是在機(jī)場(chǎng)眾多設(shè)備中金屬探測(cè)門(mén)扮演著排查違禁物品的重要角色。究其原因，大部分是因?yàn)楫a(chǎn)品質(zhì)量不過(guò)關(guān)導(dǎo)致相關(guān)質(zhì)量認(rèn)證書(shū)拿不到。 1． 2 金屬探測(cè)器的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 全球第一臺(tái)金屬探測(cè)器誕生于 1960 年，最初的金屬探測(cè)器主要應(yīng)用于工礦企業(yè)，其為檢查礦產(chǎn)純度和提高效益的得力幫手。Metorex 等廠商的產(chǎn)品 )，但價(jià)格極其昂貴；國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的金屬探測(cè)器則是利用模擬電路進(jìn)行檢測(cè)和 控制的，其電路復(fù)雜，探測(cè)靈敏度低，且整個(gè)系統(tǒng)易受外界環(huán)境如溫度、濕度、電焊等諸因素的干擾。比如在機(jī)場(chǎng)、大型運(yùn)動(dòng)會(huì) (如奧運(yùn)會(huì) )、展覽會(huì)等都用金屬探測(cè)器來(lái)對(duì)過(guò)往人員進(jìn)行安全檢測(cè)，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 ；工業(yè)部門(mén) (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(cè)器對(duì)出入人員進(jìn)行檢測(cè)，以防止貴重金屬材料的丟失；目前，就連考試也開(kāi)始啟用金屬探測(cè)器來(lái)防止考生利用手機(jī)等工具進(jìn)行作弊 [1]。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(cè)器的抗 干 擾能力，確保了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。編號(hào) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 智能金屬探測(cè)儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) Design and implementation of intelligent metal detector 學(xué) 生 姓 名 專 業(yè) 學(xué) 號(hào) 指 導(dǎo) 教 師 學(xué) 院 2020 年 6 月長(zhǎng)春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 摘 要 本文著重介紹了一種基于 AT89S52 單片機(jī)控制的智能金屬探測(cè) 儀 的硬件組成、軟件設(shè)計(jì)、工作原理及主要功能。此外，文中還對(duì)影響金屬探測(cè) 儀 的靈敏度與穩(wěn)定性的因素進(jìn)行了探討，認(rèn)為儀器的工作頻率、檢測(cè)線圈的尺寸及匝數(shù)等是影響靈敏度的主要因素 ；而應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境溫度、濕度及線圈的制作工藝和供電電源的穩(wěn)定程度是儀器穩(wěn)定性的影響因素。 由此可見(jiàn)，金屬探測(cè)器對(duì)工業(yè)生產(chǎn)及人身安全起著重要的作用。 本文介紹的基于單片機(jī)控制的智能型金屬探測(cè)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(cè)線圈周圍磁場(chǎng)的變化，提高了檢測(cè)精度 ； 處理部件則采用 AT89S52 單片機(jī)作為檢測(cè)和控制核心，對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析判斷，有效地保證了檢測(cè)原理的實(shí)施 ； 此外，利用軟件濾波的方法代替了傳統(tǒng)探測(cè)器復(fù)雜的模擬電路器件，大大提高了系統(tǒng)的可靠性、靈敏度和抗干擾性。 隨后于 1970 年，隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，金屬探測(cè)器被引入一個(gè)新的應(yīng)用領(lǐng)域 — 安全檢查，其廣泛運(yùn)用于民航、公安、緝私和邊防等領(lǐng)域，也就是今天我們所使用的金屬探測(cè)器的雛形，它的出現(xiàn)意味著人類對(duì)安全的認(rèn)知 已步入了一個(gè)新的時(shí)代。其實(shí)，國(guó)內(nèi)金屬探測(cè)器產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)和推廣，近幾年已獲得較大進(jìn)步。同樣在 70 年代，由于金屬探測(cè)門(mén)在機(jī)場(chǎng)安檢中的嶄露頭角，大型運(yùn)動(dòng)會(huì) (如奧運(yùn)會(huì) )展覽會(huì)及政府重要部門(mén)的安全保衛(wèi)工作中開(kāi)始啟用金屬探測(cè)門(mén)作為必不可少的安檢儀器。 40 多年過(guò)去了， 金屬探測(cè)器經(jīng)歷了幾代探測(cè)技術(shù)的變革，從最初的信號(hào)模擬技術(shù)到連續(xù)波技術(shù)直到今天所使用的數(shù)字脈沖技術(shù)，金屬探測(cè)器簡(jiǎn)單的磁場(chǎng)切割原理被引入多種科學(xué)技術(shù)成果。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，當(dāng)有金屬物靠近通電線圈平面附近時(shí)，將發(fā)生如下現(xiàn)象和效應(yīng) [3]； 長(zhǎng)春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 圖 11 通電線圈工作示意圖 （ 1）線圈介質(zhì)條件的變化 ： 當(dāng)金屬物接近通電線圈時(shí)，將使通電線 圈周圍的磁場(chǎng)發(fā)生變化，如圖 11，對(duì)于半徑為 R 的單匝圓形電感線圈，當(dāng)其中通過(guò)交變電流 I=Imcosω 時(shí)，線圈周圍空間產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，根據(jù)畢奧一薩伐爾定律可計(jì)算出線圈中心軸線上一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 為 [4]： tRx IRR