【正文】 article basically achieves the expected goals of design and production, and plans a late development. Keywords: metal detector。 實(shí)驗(yàn)證明原理的應(yīng) 用，探測(cè)器的設(shè)計(jì)和制作是成功的，硬件線路設(shè)計(jì)和加工完好，軟件編制正確，完成了操作功能。對(duì)前端探測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行再處理和分析，并將結(jié)果顯示在液晶屏幕上，并可以通過(guò)鍵盤對(duì)前端的探測(cè)精度進(jìn)行設(shè)置。當(dāng)遇見(jiàn)金屬時(shí)由于電磁感應(yīng)原理原先建立起來(lái)的振蕩將受到影響，頻率將發(fā)生變化，單片機(jī)探測(cè)到這種變化后進(jìn)行報(bào)警。 本文設(shè)計(jì)的金屬探測(cè)是根據(jù)電磁感應(yīng)原理制成的，將一金屬置于變化的磁場(chǎng)當(dāng)中時(shí)，根據(jù)電磁感應(yīng)原理就會(huì)在金屬內(nèi)部產(chǎn)生渦流，渦流產(chǎn)生的磁場(chǎng)反過(guò)來(lái)又影響原磁場(chǎng)，這種變化可以轉(zhuǎn)換為頻率和幅值的變化，供相關(guān)電路進(jìn)行檢測(cè)。采用新的原理，設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的手持金屬探測(cè)器，利用其檢測(cè)人們隨身攜帶的金屬物品，如小刀、鋼筆，甚至可以檢測(cè)到香煙盒的鋁薄。 20xx 年 12 月 23日 至 20xx 年 01 月 05 日 修改論文，打印裝訂，準(zhǔn)備答辯資料。 20xx 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。 20xx 年 11月 04 至 12月 01 日 1. 采購(gòu)元器件，完成硬件電路焊接。 20xx 年 10月 21 至 11月 03 日 1. 學(xué)習(xí)單片機(jī)原理與應(yīng)用、 C51 軟件，復(fù)習(xí)如 PROTEUS 等電路圖繪制軟件。 4．主要參考文獻(xiàn)： 根據(jù)搜索和查找資料，具體填寫?。。? ? 要求按國(guó)標(biāo) GB 7714— 87《文后參考文獻(xiàn)著錄規(guī)則》書(shū)寫，例如： 1 劉國(guó)鈞，陳紹業(yè)，王鳳翥 .圖書(shū)館目錄 .第 1版 .北京：高等教育出版社， 1957 2 傅承義，陳運(yùn)泰，祁貴中 .地球物理學(xué)基礎(chǔ) .北京：科學(xué)出版社， 1985， 447 3 華羅庚，王元 .論一致分布與近似分析 .中國(guó)科學(xué)， 1973（ 4）： 339~357 4 張筑生 .微分半動(dòng)力系統(tǒng)的不變集研究： [學(xué)位論文 ]，北京：數(shù)學(xué)系統(tǒng)學(xué)研究所，1983 5 Borko H， Bernier C L． Indexing concepts and methods .New York:Academic Pr,1978 ???? 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書(shū) 5．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題工作進(jìn)度計(jì)劃： 起 迄 日 期 工 作 內(nèi) 容 20xx 年 10月 07 至 10月 20 日 ，采樣應(yīng)用考察或者網(wǎng)絡(luò)搜索等方式進(jìn)行調(diào)研，同時(shí)積累資料。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書(shū) 3．對(duì)本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題成果的要求〔包括畢業(yè)設(shè)計(jì)、論文、圖表、實(shí)物樣品等〕： （ 1）提供一套比較完整的成品 模型 ； 和其相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)軟件。 2．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題任務(wù)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）： 技術(shù)要求： （ 1） 采用電池供電，所 完成 裝置應(yīng)盡可能小體積 ； （ 2） 裝置要保證 5厘米之內(nèi)，正確探測(cè)出有色金屬和黑金屬的軌跡 ； （ 3）探測(cè)靈敏度可調(diào)。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書(shū) 1．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題應(yīng)達(dá)到的目的： 單片機(jī) 管線探測(cè)器設(shè)計(jì)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(shè)立的。學(xué)生的“學(xué)號(hào)”要寫全號(hào)，不能只寫最后 2 位或 1 位數(shù)字； 5． 任務(wù)書(shū)內(nèi)“主要參考文獻(xiàn)”的填寫，應(yīng)按照國(guó)標(biāo) GB 7714— 87《文后參考文獻(xiàn)著錄規(guī)則》的要求書(shū)寫，不能有隨意性； 6． 有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國(guó)標(biāo) GB/T 7408— 94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時(shí)間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書(shū)寫。 西安科技大學(xué)高新學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) 系 別 ： 機(jī)電信息學(xué)院 專 業(yè) ： 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 學(xué) 生 姓 名 ： Xxxxx 學(xué) 號(hào)： 設(shè)計(jì) (論文 )題目 ： 單片機(jī)管線探測(cè)器設(shè)計(jì)與制作 起 迄 日 期 : 20xx 年 7 月 9 日 20xx 年 1 月 12 日 設(shè)計(jì) (論文 )地點(diǎn) : xxxxxx 指 導(dǎo) 教 師 : xxxx 專業(yè)教研室負(fù)責(zé)人 : xxx 發(fā)任務(wù)書(shū)日期 : 20xx 年 7 月 09 日 任務(wù)書(shū)填寫要求 1．畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)由指導(dǎo)教師根據(jù)各課題的具體情況指導(dǎo)學(xué)生填寫。此任務(wù)書(shū)應(yīng)在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)始前一周內(nèi)填好并發(fā)給學(xué)生； 2． 任務(wù)書(shū)內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書(shū)寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁(yè)上下載）打印，不得隨便涂改或潦草書(shū)寫，禁止打印在其它紙上后剪貼； 3． 任務(wù)書(shū)內(nèi)填寫的內(nèi)容，必須和學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）完成的情況相一致，若有變更，應(yīng)當(dāng)經(jīng)過(guò)所在專業(yè)主管領(lǐng)導(dǎo)審批后方可重新填寫； 4． 任務(wù)書(shū)內(nèi)有關(guān)“系別”、“專業(yè)”等名稱的填寫，應(yīng)寫中文全稱，不能寫數(shù)字代碼。如“ 20xx 年 3月 15 日”或“ 20xx0315”。題目 要求熟悉和掌握單片機(jī) 的原理、三點(diǎn)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(jī)進(jìn)行硬件和軟件設(shè)計(jì)，完成單片機(jī) 管線探測(cè)器 的 電路設(shè)計(jì)、主要線路制造和聯(lián)機(jī)調(diào)試，達(dá)到實(shí)用目的。 工作要求： （ 1）完成對(duì)單片機(jī)及 電磁探測(cè) 原理的調(diào)研和設(shè)計(jì)； （ 2）利用 PROTEUS 等 工具軟件完成 管線探測(cè)器 的 硬 件 電路圖 設(shè)計(jì)； （ 3）利用 C51 等 工具軟件完成 管線探測(cè)器 的軟件設(shè)計(jì)； （ 4）將整個(gè)程序下載到設(shè)計(jì) 和制作 好的硬件設(shè)備上； （ 5） 完成組裝與測(cè)試。 （ 2）論文：按照計(jì)算機(jī)工程的要求和論文寫作規(guī)范，完成論文 。 。 2. 完成電路圖設(shè)計(jì)。 2. 設(shè)計(jì)和加工（或采購(gòu)）機(jī)械部分，完成組裝 3. 完成軟件框圖、流程圖設(shè)計(jì)，完成控制程序編制。 2. 整理資料，撰寫論文。 教研室審查意見(jiàn)： 教研室主任（簽名）： 年 月 日 單片機(jī)管線探測(cè)器設(shè)計(jì)與制作 摘 要 金屬探測(cè)器是專門用來(lái)探測(cè)金屬的儀器，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、安檢、娛樂(lè)等領(lǐng)域。可隨身攜帶，使用方便。 由電容三點(diǎn)式振蕩電路產(chǎn)生正弦波，對(duì)其放大和整形后，送入單片機(jī)，由單片機(jī)探測(cè)它頻率的變化。 本文的金屬探測(cè)器設(shè)計(jì)了接口，可以和外圍的系統(tǒng)進(jìn)行通訊，實(shí)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(shè)計(jì)， 完成了硬件和軟件的設(shè)計(jì)和聯(lián)合調(diào)試。探測(cè)器具有穩(wěn)定可靠的性能，待制作工藝改進(jìn)后適于野外、戶內(nèi)和特殊場(chǎng)所的應(yīng)用，具有應(yīng)用價(jià)值、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 electromagic induction。 eddy current。 致謝 ............................................................................................................錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。在各種企業(yè)，機(jī)場(chǎng)會(huì)展中心，重要場(chǎng)合的安保，軍工產(chǎn)業(yè)都需要用到金屬探測(cè)器。 發(fā)展過(guò)程 跟許多其他的科技一樣，金屬探測(cè)器也是誕生于軍事。但是當(dāng)時(shí)并沒(méi)有廣泛的用于工業(yè)方面。第一臺(tái)工業(yè)用金屬探測(cè)器在上世紀(jì) 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(cè)是至關(guān)重要的。而重要的高考和各類國(guó)家級(jí)別考試，為了保證 成績(jī)的真實(shí)性，金屬探測(cè)器的功能需要得到進(jìn)一步的改進(jìn)。 金屬探測(cè)器是基于電磁感應(yīng)原理工作的，依工作方式主要有 ： ? LC振蕩型三類。渦流反過(guò)來(lái)有影響原來(lái)的磁場(chǎng)，引發(fā)探測(cè)器報(bào)警。 2）完 成系統(tǒng)設(shè)計(jì) 根據(jù)調(diào)研結(jié)果和可行性分析設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體框架。使得系統(tǒng)的探測(cè)信號(hào)有良好的抗干擾性。 4）軟件方案的設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)要求完成：測(cè)量功能、動(dòng)態(tài)顯示檢測(cè)結(jié)果、數(shù)據(jù)輸出功能。 成果特色 該課題的關(guān)鍵技術(shù)在于信號(hào)的檢測(cè)、傳輸和軟件的識(shí)別，以及實(shí)現(xiàn)方法的討論。 本文所完成的設(shè)計(jì)將要努力實(shí)現(xiàn)以下特點(diǎn)： ① 必須具有足夠高的靈敏度，能檢測(cè)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(hù)方便； ② 快速完成檢測(cè)數(shù)據(jù)采集、處理、顯示、存儲(chǔ)和標(biāo)記等任務(wù) ； ④ 有良好的人機(jī)對(duì)話界面，可以靈活的修改參數(shù)，有記憶功能 ； ⑤易于擴(kuò)展，有較好的靈活性。 圖 21 環(huán)形載流導(dǎo)線的磁場(chǎng) 由公式（ 21）可知，當(dāng)線圈有效探測(cè)范圍內(nèi)無(wú)金屬物時(shí)， 1?r? （非金屬的相對(duì)磁導(dǎo)率），線圈中心磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 保持不變。 當(dāng)線圈有效探測(cè)范圍內(nèi)出現(xiàn)非鐵磁性金屬物時(shí)，因?yàn)榉氰F磁性金屬的相對(duì)磁導(dǎo)率1r?? ，所以，磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 也會(huì)隨 r? 的減小而減小。金屬的電導(dǎo)率 ? 越大，線圈中通過(guò)的交變電流的頻率 ? 越大，則渦電流強(qiáng)度就越大，對(duì)原磁場(chǎng)的抑制作用越強(qiáng)。 本設(shè)計(jì)正是基于上述理論，尋找一種適合的傳感器來(lái)感應(yīng)金屬的出現(xiàn)而引起的線圈磁場(chǎng)變化 $并把磁場(chǎng)信號(hào)的變化轉(zhuǎn)變成電信號(hào)的變化，從而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的控制。 電渦流傳感器是基于電磁感應(yīng)原理而工作的，但完全不同于電磁感應(yīng)，并且在實(shí)際測(cè)量中要避免電磁感應(yīng)對(duì)其的干擾。當(dāng)給線圈通入交變的電流時(shí)，由于通過(guò)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(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生。電渦流傳感器的工作原理如圖 22所示 。在交變磁場(chǎng)的作用下金屬表面產(chǎn)生了感應(yīng)電流 Ie，即為渦流。這兩個(gè)磁場(chǎng)相互疊加，就改變了原來(lái)線圈的阻抗 Z， Z 的變化僅與金屬導(dǎo)體的電阻率 ρ、導(dǎo)磁率 u、激勵(lì)電磁強(qiáng)度 i、頻率 f、線圈的幾何形狀 r 以及線圈與金屬導(dǎo)體之間的距離有關(guān)。當(dāng)被測(cè)對(duì)象的材料一定時(shí)， 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(cè)導(dǎo)體組成線圈 — 7 根據(jù)法拉第定律 ， 當(dāng)傳感器線圈通以正弦交變電流 I1 時(shí) ， 線圈周圍空間必然產(chǎn)生正弦交變磁場(chǎng) H1， 使置于此磁場(chǎng)中的金屬導(dǎo)體中感應(yīng)電渦流 I2， I2 又產(chǎn)生新的交變磁場(chǎng) H2。 由上可知 ， 線圈阻抗的變化完全取決于被測(cè)金屬導(dǎo)體的電渦流效應(yīng)。因此 ， 傳感器線圈受電渦流影響時(shí)的等效阻抗 Z的函數(shù)關(guān)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(gè)參數(shù) ， 傳感器線圈阻抗 Z 就僅僅是這個(gè)參數(shù)的單值函數(shù)。 基本特性 電渦流傳感器簡(jiǎn)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(dá)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： R1 1?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(dǎo)體系統(tǒng)產(chǎn)生的電渦流密度既是線圈與導(dǎo)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(dǎo)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(shí)驗(yàn)都已證明 ， 當(dāng) x 改變時(shí) ， 電渦流密度發(fā)生變化 ， 即電渦流強(qiáng)度隨距離 x的變化而變化。 分析表明 : ①電渦強(qiáng)度與距離 x 呈非線性關(guān)系 ， 且隨著 x/ras ②當(dāng)利用電渦流式傳感器測(cè)量位移時(shí) ， 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(cè)金屬的上方設(shè)有發(fā)射傳感器線圈 L1， 在被測(cè)金屬板下方設(shè)有接收傳感器線圈 L2。如果將被測(cè)金屬板放入兩線圈之間 ， 則 L1 線圈產(chǎn)生的磁通將導(dǎo)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(jié)構(gòu)原理圖 基于單片機(jī)的金屬探測(cè)器的設(shè)計(jì)方案 金屬探測(cè)器的設(shè)計(jì)方案根據(jù)它的應(yīng)用的不同而不同，這里引入兩種與本次設(shè)計(jì)應(yīng)用相進(jìn)的金屬探測(cè)設(shè)計(jì)方案，拿它們與我們的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行對(duì)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(jié)構(gòu)上和本次設(shè)計(jì)的金屬探測(cè)器很相近，實(shí)際上它們存在本質(zhì)的差別。高頻振蕩部分的任務(wù) 首先就是產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，它往往由一 LC