【正文】 ng, achievesfeatures of metal detector measurements, of dynamic display of test results and data Output, pletes the hardware and software codebuggingand parameter measurement. This article basically achieves the expected goals of design and production, and plans a late development. Keywords: metal detector。 實驗證明原理的應用，探測器的設計和制作是成功的，硬件線路設計和加工完好，軟件編制正確，完成了操作功能。對前端探測到的數(shù)據(jù)進行再處理和分析，并將結果顯示在液晶屏幕上，并 可以通過鍵盤對前端的探測精度進行設置。當遇見金屬時由于電磁感應原理原先建立起來的振蕩將受到影響，頻率將發(fā)生變化，單片機探測到這種變化后進行報警。 本文設計的金屬探測是根據(jù)電磁感應原理制成的，將一金屬置于變化的磁場當中時，根據(jù)電磁感應 原理就會在金屬內(nèi)部產(chǎn)生渦流，渦流產(chǎn)生的磁場反過來又影響原磁場，這種變化可以轉(zhuǎn)換為頻率和幅值的變化，供相關電路進行檢測。采用新的原理，設計一個基于單片機的手持金屬探測器，利用其檢測人們隨身攜帶的金屬物品，如小刀、鋼筆，甚至可以檢測到香煙盒的鋁薄。 2022年 12月 23日 至 2022年 01月 05 日 修改論文，打印裝訂，準備答辯資料。 2022年 12月 02至 12月 22 日 1. 完成軟件調(diào)試、硬件調(diào)試和聯(lián)合調(diào)試。 2022年 11月 04至 12月 01 日 1. 采購元器件，完成硬件電路焊接。 2022年 10月 21至 11月 03 日 1. 學習單片機原理與應用 、 C51軟件，復習如 PROTEUS 等電路圖繪制軟件。 4．主要參考文獻： 根據(jù)搜索和查找資料，具體填寫！??！ ? 要求按國標 GB 7714— 87《文后參考文獻著錄規(guī)則》書寫，例如： 1 劉國鈞，陳紹業(yè)，王鳳翥 .圖書館目錄 .第 1版 .北京：高等教育出版社， 1957 2 傅承義，陳運泰，祁貴中 .地球物理學基礎 .北京：科學出版社， 1985， 447 3 華羅庚，王元 .論一致分布與近似分析 .中國科學， 1973（ 4）： 339~357 4 張筑生 .微分半動力系統(tǒng)的不變集研究： [學位論文 ]，北京：數(shù)學系統(tǒng)學研究所，1983 5 Borko H， Bernier C L． Indexing concepts and methods .New York:Academic Pr,1978 ???? 畢 業(yè) 設 計（論 文）任 務 書 5．本畢業(yè)設計（論文）課題工作進度計劃： 起 迄 日 期 工 作 內(nèi) 容 2022年 10月 07至 10月 20 日 ，采樣應用考察或者網(wǎng)絡搜索等方式進行調(diào)研，同時積累資料。 畢 業(yè) 設 計（論 文）任 務 書 3．對本畢業(yè)設計（論文）課題成果的要求〔包括畢業(yè)設計、論文、圖表、實物樣品等〕： （ 1）提供一套比較完整的成品 模型 ； 和其相應的驅(qū)動軟件。 2．本畢業(yè)設計（論文）課題任務的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術要求、工作要求等）： 技術要求： （ 1） 采用電池供電，所 完成 裝置應盡可能小體積 ； （ 2） 裝置要保證 5 厘米之內(nèi)，正確探測出有色金屬和黑金屬 的軌跡 ； （ 3）探測靈敏度可調(diào)。 西安科技大學高新學院 畢業(yè)設計 系 別 ： 機電信息學院 專 業(yè) ： 計算機科學與技術 學 生 姓 名 ： Xxxxx 學 號： 設計 (論文 )題目 ： 單片機管線探測器設計與制作 起 迄 日 期 : 2022年 7 月 9 日 2022 年 1 月 12日 設計 (論文 )地點 : xxxxxx 指 導 教 師 : xxxx 專業(yè)教研室負責人 : xxx 發(fā)任務書日期 : 2022 年 7 月 09 日 畢 業(yè) 設 計（論 文）任 務 書 1．本畢業(yè)設計（ 論文）課題應達到的目的： 單片機 管線探測器設計與制作 題目，是為現(xiàn)代家居裝修改水改電做原線路參考而設立的。題目 要求熟悉和掌握單片機 的原理、三點振蕩器原理和 LCD1602液晶顯示器 功能，利用合適的 51（或 52）系列單片機進行硬件和軟件設計，完成單片機 管線探測器 的 電路設計、主要線路制造和聯(lián)機調(diào)試，達到實用目的。 工作要求： （ 1）完成對單片機及 電磁探測 原理的調(diào)研和設計； （ 2）利用 PROTEUS 等 工具軟件完成 管線探測器 的 硬 件 電路圖 設計； （ 3）利用 C51等 工具軟件完成 管線探測器 的軟件設計； （ 4）將整個程序下載到設計 和制作 好的硬件設備上； （ 5） 完成組裝與測試。 （ 2）論文：按照計算機工程的要求和論文寫 作規(guī)范，完成論文 。 。 2. 完成電路圖設計。 2. 設計和加工（或采購）機械部分，完成組裝 3. 完成軟件框圖、流程圖設計，完成控制程序編制。 2. 整理資料，撰寫論文。 教研室審查意見： 教研室主任（簽名）： 年 月 日 單片機管線探測器設計與制作 摘 要 金屬探測器是專門用來探測金屬的儀器，廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)、安檢、娛樂等領域?？呻S身攜帶，使用方便。 由電容三點式振蕩電路產(chǎn)生正弦波，對其放大和整形后，送入單片機，由單片機探測它頻率的變化。 本文的金屬探測器設計了接口，可以和外圍的系統(tǒng)進行通訊，實現(xiàn)了與 AT89S52管理的 液晶顯示及鍵盤組成的外圍數(shù)據(jù)處理與顯示模塊的通信。 本文完成 了系統(tǒng)總體框架的 設計， 完成了硬件和軟件的設計和聯(lián)合調(diào)試。探測器具有穩(wěn)定可靠的性能，待制作工藝改進后適于野外、戶內(nèi)和特殊場所的應用，具有應用價值、經(jīng)濟效益和社會效益。 electromagic induction。 eddy current。 致謝 ............................................................................................................ 錯誤 !未定義書簽。在各種企業(yè)，機場會展中心，重要場合的安保，軍工產(chǎn)業(yè)都需要用到金屬探測器。 發(fā)展過程 跟許多其他的科技一樣，金屬探測器也是誕生于軍事。但是當時并沒有廣泛的用于工業(yè)方面。第一臺工業(yè)用金屬探測器在上 世紀 60年代誕生。 研究意義 為了避免“ ”的慘劇再次發(fā)生，高精度的金屬探測是至關重要的。而重要的高考和各類國家級別考試，為了保證 成績的真實性，金屬探測器的功能需要得到進一步的改進。 金屬探測器是基于電磁感應原理工作的，依工作方式主要有 ： ? LC振蕩型三類。渦流反過來有 影響原來的磁場，引發(fā)探測器報警。 2）完成系統(tǒng)設計 根據(jù)調(diào)研結果和可行性分析設計系統(tǒng)總體框架。使得系統(tǒng)的探測信號有良好的抗干擾性。 4）軟件方案的設計 軟件設計 要求完成：測量功能、動態(tài)顯示檢測結果、數(shù)據(jù)輸出功能。 成果特色 該課題的關鍵技術在于信號的檢測、傳輸和軟件的識別，以及實現(xiàn)方法的討論。 本文所完成的設計將要努力實現(xiàn)以下特點： ① 必須具有足夠高的靈敏度，能檢測出滿足精度要求的金屬雜質(zhì) ； ② 必須具有足夠高的穩(wěn)定度，能抵抗各種外界環(huán)境的干擾，維護方便； ② 快速完成檢測數(shù)據(jù)采集、處理、顯示、存儲和標記等任務 ； ④ 有良好的人機對話界面，可以靈活的修改參數(shù)，有記憶功能 ； ⑤易于擴展，有較好的靈活性。 圖 21 環(huán)形載流導線的磁場 由公式（ 21）可知，當線圈有效探測范圍內(nèi)無金屬物時， 1?r? （非金屬的相對磁導率），線圈中心磁感應強度 B保持不變。 當線圈有效探測范圍內(nèi)出現(xiàn)非鐵磁性金屬物時，因為非鐵磁性金屬的相對磁導率1r?? ，所以，磁感應強度 B 也會隨 r? 的減小而減小。金屬的電導率 ? 越大，線圈中通過的交變電流的頻率 ? 越大，則渦電流強度就越大，對原磁場的抑制作用越強。 本設計正是基于上述理論，尋找一種適合的傳感器來感應金屬的出現(xiàn)而引起的線圈磁場變化 $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。 電渦流傳感器是基于電磁感應原理而工作的，但完全不同于電磁感應，并且在實際測量中要避免電磁感應對其的干擾。當給線圈通入交變的電流時，由于通過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電動勢產(chǎn)生。電渦流傳感器的工作原理如圖 22所示 。在交變磁場的作用下金屬表面產(chǎn)生了感應電流 Ie，即為渦流。這兩個磁場相互疊加，就改變了原來線圈的阻抗 Z， Z 的變化僅與金屬導體的電阻率 ρ、導磁率 u、激勵電磁強度 i、頻率 f、線圈的幾何形狀 r 以及線圈與金屬導體之間的距離有關。當被測對象的材料一定時， ρ、 u 為常數(shù)，儀表中的 i、 f、 d 也為定值，于是 Z 就成為距 離 d 的單值函數(shù) 。 圖 22 傳感器 的原理圖 該圖由傳感器線圈和被測導體組成線圈 — 7 根據(jù)法拉第定律 ， 當傳感器線圈通以正弦交變電流 I1 時 ， 線圈周圍空間必然產(chǎn)生正弦交變磁場 H1， 使置于此磁場中的金屬導體中感應電渦流 I2， I2 又產(chǎn)生新的交變磁場 H2。 由上可知 ， 線圈阻抗的變化完全取決于被測金屬導體的電渦流效應。因此 ， 傳感器線圈受電 渦流影響時的等效阻抗 Z的函數(shù)關系式為： Z=F（ρ ， μ ， r， f， x） 式中 :r—— 如果保持上式中其它參數(shù)不變 ， 而只改變其中一個參數(shù) ， 傳感器線圈阻抗 Z就僅僅是這個參數(shù)的單值函數(shù)。 基本特性 電渦流傳感器簡化模型如圖 23所示。圖中 R2 為電渦流短路環(huán)等效電阻 ， 其表達式為： 8 inrrhR ln22 ??? （ 23） 圖 24 電渦流傳感器等效電路 根據(jù)基爾霍夫第二定律 ， 可列出如下方程： R11?I +jω L11?I jω L2 2?I = 1?U 式中 :ω —— 線圈激磁電流角頻率 ； R L1—— 線圈電阻和電感 ； L2—— 短路環(huán)等效電感 ； R2—— 短路環(huán)等效電阻。 電渦流形成范圍 1 線圈 — 導體系統(tǒng)產(chǎn)生的電渦流密度既是線圈與導體間距離 x的函數(shù) ， 又是沿線圈半徑方向 r的函數(shù)。 由圖可知金屬導體表面電渦流密度，即電渦流密度最大值。 ①電渦流徑向形成的范圍大約在傳感器線圈外徑 ras的 ～ 倍范圍內(nèi) ， 且分 9 ②電渦流密度在短路環(huán)半徑 r=0處為零。 2 理論分析和實驗都已證明 ， 當 x改變時 ， 電渦流密度發(fā)生變化 ， 即電渦流強度隨距離 x的變化而變化。 分析表明 : ①電渦強度與距離 x呈非線性關系 ， 且隨著 x/ras ②當利用電渦流式傳感器測量位移時 ， 只有在 x/ras1(一般取 ～ )的范圍才能得到較好的線性和較高的靈敏度。在被測金屬的上方設有發(fā)射傳感器線圈 L1， 在被測金屬板下方設有接收傳感器線圈 L2。如果將被測金屬板放入兩線圈之間 ， 則 L1 線圈產(chǎn)生的磁通將導致在金屬板中產(chǎn)生電渦流。金屬板越厚 ， 渦流損失就越大 ， U2電壓就越小。 圖 26 透射式渦流厚度傳感器結構原理圖 基于單片機的金屬探測器的設計方案 金屬探測器的設計方案根據(jù)它的應用的不同而不同，這 里引入兩種與本次設計應用相進的金屬探測設計方案，拿它們與我們的設計方案進行對比，以突顯出彼此的優(yōu)缺。其模型如圖 27所示。 初看上去在結構上和本次設計的金屬探測器很相近，實際上它們存在本質(zhì)的差別。高頻振蕩部分的任務首先就是產(chǎn)生變化的磁場，它往往由一 LC振蕩電路組成。這種改變經(jīng)轉(zhuǎn)換后送入單片機，單片機中有相應的程序?qū)ζ溥M行分析判斷。 3）脈沖轉(zhuǎn)換電路 這是本套設計方案所獨有的，它是實現(xiàn)本次金屬探測數(shù)字化的橋梁，單片機只能處理數(shù)字脈 沖信號，因此振蕩電路所產(chǎn)生的信號經(jīng)放大不能直接送入單片機，這一部 11 分只需要一個 TTL門電路對放大電路輸出的波形進行轉(zhuǎn)換就行，簡單但很重要。作為整個電路的大腦，它對整個電路所產(chǎn)生的信號做最終的處理，并根據(jù)處理的結果決定是否存在金屬，是否要發(fā)出警報。作為與外部進行溝通的橋梁，它可以將金屬探測的信息發(fā)送給外圍模塊供他們進行進一步的處理，它同時也接收外圍 模塊傳送過來的控制信號，如對金屬探測的精度或其他方面進行設置。由于硬件系統(tǒng)是基礎，是軟件系統(tǒng)得