【正文】 圖11 對于半徑為R的單匝圓形電感線圈，當(dāng)其中通過交變電流I=Imcos wt圈周圍空間產(chǎn)生交變磁場，根據(jù)畢奧一薩伐爾定律可計算線圈中心軸線上一點的磁感應(yīng) (11)其中，μ=μ0μr，μ為介質(zhì)的磁導(dǎo)率，μr為相對磁導(dǎo)率，μ0為真空磁導(dǎo)率。第1章 分析探測金屬的理論依據(jù)金屬探測器是采用線圈的電磁感應(yīng)原理來探測金屬的。適用于對郵件、行李、包裹及人體夾帶的傷害性金屬物品(如:刀具、槍械、武器部件、彈藥和金屬包裝的炸藥等)的檢測，可用于海關(guān)、機場、車站、碼頭的安全檢查。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。國內(nèi)傳統(tǒng)的金屬探測器則是利用模擬電路進行檢測和控制的，其電路復(fù)雜，探測靈敏度低，且整個系統(tǒng)易受外界環(huán)境如溫度、濕度、電焊等諸因素的干擾。目前，國外雖然已有較為完善的系列產(chǎn)品(如EIPaso、CeiaUSA、Rangeramp。由此可見，金屬探測器對工業(yè)生產(chǎn)及人身安全起著重要的作用。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。關(guān)鍵詞：單片機，金屬探測器，線性霍爾元件，電磁感應(yīng)，靈敏度ABSTRCT This paper describes the position of hardware and software,working principles and the functions of an intelligent metal detector which mainly consists of AT89S52 SingleChip Microputer and linear HallEffect Sensor. The equipment adopts UGN3503U linear halleffect sensor as probe to detect the magnetic field change of the centre of a search coil resulted from eddy current effect and turn this magnetic field change into voltage SingleChip Microputer measures the peak value of voltage and pares it with reference determine whether detect metel or case of detection of a metallic mass,the Metal Detector porvides an acoustical and optical systems software adopts the assmbler language to be the software,the digital filter technology is utilized to eliminate the the stability of system and measuring veracity are effect of all factors on sensitivity and stability of Metel Detetor are discussed in this is concluded that the operating frequency,the size of the search coil and turns are the main factors effected on the sensitivity of the instrument: the environment temperature and humidity in site,the winding technology of coils and the stability of power supply are the factors effected on stability of instrument.KEY WORDS: SingleChip Microputer, metal detector, linear halleffect sensor, electricmagnetic induction, sensitivity目 錄前 言 1第1章 分析探測金屬的理論依據(jù) 3 3 3 4第2章 硬件電路設(shè)計 6 6 6 7 8 A/D轉(zhuǎn)換電路 12 15 16 17 18 19第3章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 20 20 21 21 23 23 25第4章 主要技術(shù)指標(biāo)分析 26 26 26 26 26第5章 仿真、調(diào)試結(jié)果及分析 27 仿真、調(diào)試目的與內(nèi)容 27 仿真結(jié)果及分析 27 試驗總結(jié) 29第6章 結(jié) 論 30參考文獻 31致 謝 32附 錄1 電路原理圖 33附 錄2 各模塊程序清單 34前 言金屬探測器作為一種最重要的安全檢查設(shè)備，己被廣泛地應(yīng)用于社會生活和工業(yè)生產(chǎn)的諸多領(lǐng)域。此外，文中還對影響金屬探測器的靈敏度與穩(wěn)定性的因素進行了探討，認為儀器的工作頻率、檢測線圈的尺寸及匝數(shù)等是影響靈敏度的主要因素。系統(tǒng)軟件采用匯編語言編寫。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。該金屬探測器以AT89S52單片機為核心，采用線性霍爾元件UGN3503作為傳感器，來感應(yīng)金屬渦流效應(yīng)引起的通電線圈磁場的變化，并將磁場變化轉(zhuǎn)化為電壓的變化，單片機測得電壓值，并與設(shè)定的電壓基準值相比較后，決定是否探測到金屬。在軟件設(shè)計中，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)的準確性。而應(yīng)用現(xiàn)場的環(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。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。目前，就連考試也開始啟用金屬探測器來防止考生利用手機等工具進行作弊。而為了能夠準確判定金屬物品藏匿的位置，就需要金屬探測器具有較高的檢測精度。Metoerx等廠商的產(chǎn)品)，但價格極其昂貴。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。此外，利用軟件濾波的方法代替了傳統(tǒng)探測器復(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。也可用于探測隱藏于墻內(nèi)、護墻板內(nèi)側(cè)、空洞和土壤中的上述物品和其他金屬物。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，將發(fā)生線圈介質(zhì)條件的變化和渦流效應(yīng)兩個現(xiàn)象。[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，μr=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，μr會變大，B隨之也會變大。渦流要產(chǎn)生附加的磁場，與外磁場方向相反，削弱外磁場的變化。金屬的電導(dǎo)率σ越大，交變電流的頻率越大，則渦電流強度越大，對原磁場的抑制作用越強。對于非鐵磁性的金屬〔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。 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。第2章 硬件電路設(shè)計如圖21所示，整個探測系統(tǒng)以8位單片機AT89S52作為控制核心，其硬件電路分為兩個部分，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；另一部分為控制電路，包括：UGN3503型線性霍爾元件、前置放大電路、峰值檢波電路ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器、AT89S52單片機、LED顯示電路、聲音報警電路及電源電路等。 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定時器構(gòu)成一個多諧振蕩器，產(chǎn)生一頻率為24KHz、占空比