【正文】 電壓為5V)，第二腳接地，第三腳接高輸入阻抗(10kΩ)的電壓表，通電后，將電路放入被測(cè)磁場(chǎng)中，因霍爾器件只對(duì)垂直于霍爾片表面的磁感應(yīng)強(qiáng)度敏感，因而必須讓磁力線垂直于電路表面，當(dāng)沒(méi)有磁場(chǎng)B=0G時(shí)，靜態(tài)輸出電壓是電源電壓的一半，當(dāng)外加磁場(chǎng)的南極靠近器件標(biāo)志面時(shí)，會(huì)使輸出電壓高于靜態(tài)輸出電壓。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Ll的中心，即可感應(yīng)線圈Ll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)電路拾取和放大。置于磁場(chǎng)中的靜止載流導(dǎo)體，當(dāng)它的電流方向與磁場(chǎng)方向不一致時(shí)，載流導(dǎo)體上 垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱霍爾效應(yīng)?；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?；魻栯妷篣H，可用下式表示： (52)其中RH 是霍爾常數(shù)(m3c1)，I是電流(A)，B是磁感應(yīng)強(qiáng)度(T)。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)。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(cè)工作磁場(chǎng)，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。如圖55所示，UGN3503線性霍爾元件輸出的微弱信號(hào)（圖中用小電壓源模擬）經(jīng)C1R7組成的高通濾波電路無(wú)損耗到前級(jí)運(yùn)算放大器U1A的同相輸入端，運(yùn)算放大器U1A把霍爾元件感應(yīng)到的電壓轉(zhuǎn)換為對(duì)地電壓。經(jīng)放大器放大后的輸出電壓: (55)該信號(hào)經(jīng)耦合電容C2輸入到后級(jí)峰值檢波電路中。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C3上，并保持下來(lái)。在設(shè)計(jì)中，為了獲得優(yōu)良的保持性能和傳輸性能，同樣采用了輸入阻抗高、響應(yīng)速度較快、跟隨精度較好的運(yùn)算放大器LM324，這樣可有效地利用LM324的資源，減少使用元器件的數(shù)量，降低了成本。當(dāng)輸入電壓Vi下降時(shí)，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DD2可靠截止，峰值得以保持。輸出Vo反映的大小，通過(guò)峰值檢波和后級(jí)緩沖放大電路，將采集到的微弱電壓信號(hào)放大至0V一5V的直流電平，以滿足轉(zhuǎn)換器ADC0809所要求的輸入電壓變換范圍，然后通過(guò)轉(zhuǎn)換電路將檢測(cè)到的峰值轉(zhuǎn)化成數(shù)字量。如圖56，圖中顯示部分為方便調(diào)試電路所用，START和ALE互連可使ADC0809在接收模擬量路數(shù)地址時(shí)啟動(dòng)工作。顯示部分P0腳接數(shù)碼管位選，P2腳接數(shù)碼管的段選。各引腳功能：　　IN0～I(xiàn)N7：8路模擬量輸入端?！　DDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路　　ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效?！　OC： A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng)A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。當(dāng)A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開(kāi)輸出三態(tài)門(mén)，輸出數(shù)字量。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ?！　cc：電源，單一＋5V。 ADC0809是8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，片內(nèi)有八路模擬開(kāi)關(guān)，可對(duì)八路模擬電壓量實(shí)現(xiàn)分時(shí)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換速度為100ps(即，0千次/秒)。本設(shè)計(jì)中只使用通道IN0，所以，地址譯碼器ABC直接接地為000，采用線選法尋址。ADC0809的片內(nèi)沒(méi)有時(shí)鐘，時(shí)鐘信號(hào)必須由外部提供，這里利用AT89S52內(nèi)部的T0定時(shí)器提供，T0直接與ADC0809的CLOCK連接，省去了分頻電路，充分利用單片機(jī)的功能。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完 全兼容。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 　　P0 口：P0口是一個(gè)8位漏極開(kāi)路的雙向I/O口。對(duì)P0端口寫(xiě)“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。在這種模式下， P0具有內(nèi)部上拉電阻。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。對(duì)P1 端口寫(xiě)“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入 口使用。 此外，（）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2 的觸發(fā)輸入（）， 在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址字節(jié)。對(duì)P2 端口寫(xiě)“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入 口使用。 在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX DPTR） 時(shí)，P2 口送出高八位地址。在使用 8位地址（如MOVX RI）訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。 　　P3 口：P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè) TTL 邏輯電平。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。 　　在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P3口也接收一些控制信號(hào)。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將是單片機(jī)復(fù)位。一般情況下，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。對(duì)FLASH存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。EA/VPP——外部訪問(wèn)允許，欲使CPU僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000HFFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的指令。圖59 單片機(jī)內(nèi)部框圖本設(shè)計(jì)中用AT89S52作為控制芯片，經(jīng)ADC0809轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量送到該芯片中，通過(guò)編程判斷該電壓是不是有探測(cè)到金屬時(shí)的電壓，若是，則進(jìn)行聲音報(bào)警，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器工作，達(dá)到金屬探測(cè)的功能。使得發(fā)光二極管發(fā)光，從而達(dá)到提示可以探測(cè)金屬的目的。 顯示部分為了便于調(diào)試和了解電路的運(yùn)行情況，在單片機(jī)AT89S52的基礎(chǔ)上加了四位的數(shù)碼管顯示電路。 電源部分 圖510 變壓電路圖 圖511 LM7805引腳圖由于該金屬探測(cè)器是屬于便攜式，需要在移動(dòng)的情況下工作，所以電源必須由電池來(lái)提供。根據(jù)以前接觸過(guò)的穩(wěn)壓芯片，選用LM7805，將9V的電池電壓變壓為設(shè)計(jì)所需的5V電壓。6 工作原理簡(jiǎn)述工作過(guò)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(hào)。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?chē)拇艌?chǎng)，并將磁場(chǎng)強(qiáng)度信號(hào)線性地轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)。繼續(xù)采集，當(dāng)采集到的數(shù)據(jù)有六個(gè)時(shí)，單片機(jī)通過(guò)算出算術(shù)平均根的方式得到此時(shí)的平均值U0作為基準(zhǔn)電壓，以提示探測(cè)者采集完基準(zhǔn)電壓，可以進(jìn)行金屬探測(cè)。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?chē)拇艌?chǎng)發(fā)生變化，霍爾元件感應(yīng)到該變化的磁場(chǎng)，并將其線性地轉(zhuǎn)變成電壓信號(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0V5V的峰值輸出電壓，然后經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后，輸入到單片機(jī)，繼續(xù)采集。的比較，二者比較得到一個(gè)差值，此差值與預(yù)設(shè)的靈敏度△U再作比較。若(Ux一U0)△U，就確定為探測(cè)到金屬，進(jìn)行聲音報(bào)警。7 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)YYNNYNYY開(kāi)始系統(tǒng)初始化是否已采集U0采集的數(shù)據(jù)采集到的數(shù)據(jù)=6算術(shù)平均值濾波基準(zhǔn)電壓采集結(jié)束采集數(shù)據(jù)采集到的數(shù)據(jù)=6算術(shù)平均值濾波并保存Ux|UxU0|△U蜂鳴器報(bào)警N圖71 程序原理框圖軟件是本系統(tǒng)最重要的部分，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。詳細(xì)程序見(jiàn)附錄二。由于在采集電壓量時(shí)經(jīng)常會(huì)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(duì)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