【正文】 13]圖31 主程序流程圖1．程序流程圖如圖32所示。[12]所以為了計(jì)算方便，我選擇取6個(gè)數(shù)，最后在算除法的時(shí)候，只需要用單片機(jī)自帶的右移位命令移2次就行了。[10]在一個(gè)采樣周期內(nèi)，對信號X的N次測量值進(jìn)行算術(shù)平均，作為時(shí)刻K的輸出x(k)，即 （31）其中N為采樣次數(shù)，xi為第i次的采樣值。由于在采集電壓量時(shí)經(jīng)常會碰到各種瞬時(shí)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(jì)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(shí)間內(nèi)對它進(jìn)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。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。[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。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換完畢后，ADC0809的EOC端向AT89S52的INT1的返向端送入一個(gè)中斷申請信號，AT89S52接此信號后響應(yīng)中斷請求，調(diào)用中斷服務(wù)子程序INTl，中斷服務(wù)程序進(jìn)行壓棧，保護(hù)現(xiàn)場，讀取來自ADC0809數(shù)據(jù)輸出口的8位數(shù)字量，并將數(shù)字量儲存到單片機(jī)RAM中，然后啟動(dòng)ADC0809的下一次轉(zhuǎn)換。采用中斷方式，可大大節(jié)省CPU時(shí)間。然后通過檢測RAM中21H中數(shù)值的值來判斷是否采集基準(zhǔn)電壓U0，如果未采集過U0，則啟動(dòng)ADC0809對NIO通道的模擬輸入量進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。軟件采用匯編語言編寫，并采用模塊化設(shè)計(jì)，使程序結(jié)構(gòu)清晰，便于今后進(jìn)一步擴(kuò)展系統(tǒng)的功能。第3章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)軟件是本系統(tǒng)的靈魂，在設(shè)計(jì)軟件中，本文從系統(tǒng)的實(shí)用性、可靠性及方便靈活等幾個(gè)方面出發(fā)，使程序滿足設(shè)計(jì)的功能要求。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。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。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產(chǎn)生磁場，此時(shí)，固定在線圈L1中心的霍爾元件UGN3503U就會感應(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。電路板內(nèi)采用三端穩(wěn)壓集成電路塊LM7805為板內(nèi)元器件供電。一旦發(fā)現(xiàn)金屬出現(xiàn)，則被測物理量超限由單片機(jī)I/，進(jìn)行必要的定位搜身檢查，報(bào)警電路如圖216所示。單片機(jī)中通常使用7段LED構(gòu)成字型“8”，另外，還有一個(gè)小數(shù)點(diǎn)發(fā)光二極管，以顯示數(shù)字、符號及小數(shù)點(diǎn)。圖214 鍵盤控制電路 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（）端輸出或輸入；而同步移位時(shí)鐘由TXD（）端串行輸出，在同步時(shí)鐘作用下，實(shí)現(xiàn)由串行到并行的數(shù)據(jù)通信。常態(tài)時(shí)，按鍵的兩個(gè)觸點(diǎn)處于斷開狀態(tài)，按下鍵時(shí)他們才閉合。操作人員可以通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令，實(shí)現(xiàn)簡單的人機(jī)通信。其工作電壓為5V，晶振頻率采用12MHZ。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。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1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度,非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)(引腳圖如圖211所示)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元。AT89S52的讀信號端發(fā)出一個(gè)輸出允許命令輸入到ADC0809的ENABLE(即OE)端，ENABLE(OE)端呈高電位，用以打開三態(tài)輸出鎖存器，AT89S52從ADC0809讀取相應(yīng)電壓數(shù)字量，然后存入數(shù)據(jù)緩沖器中。如圖210所示，放大后的電壓信號送入ADC0809的模擬輸入通道IN0進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。ALE引腳的頻率是單片機(jī)時(shí)鐘頻率的1/6,單片機(jī)時(shí)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。本設(shè)計(jì)中只使用通道NI0，所以，地址譯碼器ABC直接接地為000，采用線選法尋址。 圖 28 ADC0809芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 29 ADC0809的工作時(shí)序 ADC0809是8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，片內(nèi)有八路模擬開關(guān)，可對八路模擬電壓量實(shí)現(xiàn)分時(shí)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換速度為100μs(即10千次/秒)。[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。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。當(dāng)輸入電壓Vi2上升時(shí)，Vo2跟隨上升，使二極管DD5導(dǎo)通，D3截止，運(yùn)放U2B工作在深度負(fù)反饋狀態(tài)，給電容C6充電，Vc上升。第二級運(yùn)放U2C組成緩沖放大器，將輸出與電容隔離開來。采用阻容耦合的方法可以使前后級電路的靜態(tài)工作點(diǎn)保持獨(dú)立，隔離各級靜態(tài)之間的相互影響，使得電路總溫漂不會太大。在電路設(shè)計(jì)中，運(yùn)放LM324采用+5V單電源供電，對于不同強(qiáng)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)。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用，四組運(yùn)放相互獨(dú)立。在設(shè)計(jì)中，信號放大電路采用輸入阻抗高、漂移較小、共模抑制比高的集成運(yùn)算放大器LM324。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。用它作探頭可測量，10ˉ610T的交變和恒定磁場。miniSIP封撞。本設(shè)計(jì)中采用的線性霍爾傳感器UGN3503U就是將霍爾元件、高增益線性差分放大器和射極跟隨器集成在同一半導(dǎo)體基片上，為用戶提供了一個(gè)由外電壓源驅(qū)動(dòng)、使用方便的磁敏傳感器。因此，任何引起磁場強(qiáng)度變化的物理量都將引起霍爾輸出電壓的變化。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)。m178。)； I電流 (A)； B磁感應(yīng)強(qiáng)度 (T)； d霍爾元件的厚度 (m)令KH=RH/d(vAˉ185。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。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。[3] 圖24 UGN3503的功能框圖圖25 UGN350的磁電轉(zhuǎn)換特性曲線霍爾元件是依據(jù)霍爾效應(yīng)制成的器件。UGN3503U線性霍爾傳感器的主要功能是可將感應(yīng)到的磁場強(qiáng)度信號線性地轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?。由于在脈沖信號作用下，Q1處于開關(guān)工作狀態(tài)，而導(dǎo)通時(shí)間又非常短，所以非常省電。振蕩器的頻率計(jì)算公式為： (21)圖示參數(shù)對應(yīng)的頻率為24KHz，選擇24KHz的超長波頻率是為了減弱土壤對電磁波的影響。具體電路原理圖參看附錄1。正是本著這樣一個(gè)設(shè)計(jì)思路來構(gòu)建系統(tǒng)的硬件電路。對于鐵磁性金屬(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)。 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。據(jù)此，將一交流正弦信號接入繞在骨架上的空心線圈上，流過線圈的電流會在周圍產(chǎn)生交變磁場，當(dāng)將金屬靠近線圈時(shí)，金屬產(chǎn)生的渦流磁場的去磁作用會削弱線圈磁場的變化。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(shí)，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)。[1]當(dāng)金屬物接近通電線圈時(shí)，將使通電線周圍的磁場發(fā)生變化，如圖11，