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智能金屬探測(cè)儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)-閱讀頁(yè)

2024-09-18 13:12本頁(yè)面
  

【正文】 器中。 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(chǔ)器,器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造,兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及 80 C51 引腳結(jié)構(gòu)(引腳圖如圖 213 所示),芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲(chǔ)單元 [18][19]。此外, AT89S52 設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為 0Hz 并可通過(guò)軟件設(shè)置省電模式。其工作電壓為 5V,晶振頻率采用 12MHz。 2. 6 電源電路 電路如圖 215 所示,電源供電由 9V 電池和板內(nèi)穩(wěn)壓電源組成。 LM7805 三端正穩(wěn)壓器具有內(nèi)部過(guò)流,熱過(guò)載和輸出晶體管安全區(qū)保護(hù)功能,可將 9VDC 的輸入電壓轉(zhuǎn)換為 +5V 電壓,最大輸出電流 A,保證板內(nèi) 555 定時(shí)器、 UGN3503U、 AT89S5ADC0809 等芯片和元件可靠地工作。 在無(wú)金屬的情況下,假設(shè)霍爾輸出電壓為 U0,該電壓信號(hào) U0 很微弱,屬mv 級(jí)信號(hào), U0 經(jīng)過(guò)放大電路放大,在經(jīng)過(guò)峰值檢波電路,得到相應(yīng)的 0V~5V的峰值輸出電壓 U0,以滿足 ADC0809 的量程,經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后,將 U0的數(shù)字量輸入到單片機(jī)儲(chǔ)存起來(lái)。 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,從而使其周圍的磁場(chǎng)發(fā)生變化,霍爾元件感應(yīng)到該變化的磁場(chǎng),并使其線性地轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?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 0V~5V 的峰值輸出電壓 UX,然后經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后,輸入到 CPU,由 CPU 完成 UX 與基準(zhǔn)電壓 UO 的比較,二者比較 |UXUO|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|UXUO|△ U,就確定為探測(cè)到金屬, CPU 輸出口 輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管發(fā)光警報(bào),同時(shí) ,進(jìn)行聲音報(bào)警。整個(gè)系統(tǒng)的軟件包括主程序、一個(gè)外部中斷服務(wù)程序、數(shù)字濾波程序、比較判斷子程序及發(fā)光報(bào)警等若干個(gè)子程序。 主程序初始化以后置位 AT89S52 的中斷控制位 EA,使 CPU 開放中斷。在電路設(shè)計(jì)中,ADC0809 與 AT89S52 是采用中斷方式連接的,所以系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集處理功能是在中斷服務(wù)程序中完成的,從原理圖 22 看出, ADC0809 的 EOC 端通過(guò)反相器接 AT89S52 的 INT1端,作為中斷申請(qǐng)。軟件編程允許 AT89S52 響應(yīng)外部中斷 1,且設(shè)置其響應(yīng)方式為邊沿觸發(fā)。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)軟件濾波之后將其存放在單片機(jī) RAM 21H 中,作為基準(zhǔn)電壓 Uo。在檢測(cè)過(guò)程中,將 A/D 轉(zhuǎn)換器采集到的電壓信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)軟件濾波后存入內(nèi)部 RAM 以 30H 為首址的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中,然后將此數(shù)據(jù) UX和基準(zhǔn) 電壓 U0進(jìn)行比較,二者差值 U 存放在單片機(jī) RAM 地址為 22H 的存儲(chǔ)器中。 3. 2 數(shù)字濾波及算法說(shuō)明 金屬探測(cè)器的噪聲抑制能力是金屬探測(cè)器的主要設(shè)計(jì)指標(biāo)。用軟件代替硬件,從而省去了復(fù)雜的硬件,而且能夠取得好而精確的效果。 顯然 N 越大,信號(hào)平滑度越高,靈敏度就會(huì)降低,但是本設(shè)計(jì)中需要較高的靈敏度,所以 N 取值不易過(guò)大,這里我選擇了 N=6,選擇取 6 個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)算的原因, 就是因?yàn)樵趨R編中做計(jì)算是非常麻煩的,取 6 個(gè)數(shù),減去最大值和最小值后,取平均值是除 4,計(jì)算機(jī)的內(nèi)部計(jì)算都是二進(jìn)制,而二進(jìn)制每除一個(gè) 2,實(shí)際上是向右移一次。 長(zhǎng)春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 3. 3 主程序流程圖 圖 31 主程序流程圖 3. 4 主要子程序模塊設(shè)計(jì) 3. 4. 1 初始化子程序 ADPORT EQU 7FF8H。靈敏度存放在 20H U0 EQU 21H。差值存放在 22H ORG 0000H。轉(zhuǎn)主程序 ORG 0013H。轉(zhuǎn) INT1 中斷服務(wù)程序 ORG 0020H MAIN:MOV SP,60。R7=11111111,初始化讀數(shù)標(biāo)志 MOV 21H,00H。22H 單元清零 MOV R1,30H,R,為緩沖區(qū)數(shù)據(jù)地址指針,送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)首址 RET。當(dāng) ADC0809 的 EOC 輸出電平上跳沿觸發(fā)中斷 1 SETB EA: 打開總中斷開關(guān) (片內(nèi)中斷允許寄存器 =EA) SETB EXl 。數(shù)據(jù)指針指向通道 IN0 通道 MOV A 00H。 MOVX DPTR, A。 CJNE R7,00H,$。 ORG 2100H。 PUSH DPH。數(shù)據(jù)指針指向通道 IN0 MOVX A, DPTR。 將 A/D 結(jié)果存入 R5 LCALL FILTER。 MOVX DPTR, A。置讀數(shù)標(biāo)志 長(zhǎng)春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 POP PDH。 POP A。 RET1。存入內(nèi)部 RAM 以 30H 為首址的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中。 ( 1)程序框圖 長(zhǎng)春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 圖 32 數(shù)字濾波程序框圖 ( 2)程序清單 FILTER:CLR A。 MOV R4, A。 置最小值初態(tài) Y 長(zhǎng)春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 MOV R1,30H。 置連續(xù)采樣次數(shù) N=6 DAV1:ADD A,R4。累加和放入 R4 CLR C。取最大值 SBBB A,R5。輸入值〉( R2) ? MOV A,R5。更新最大值 DAV2:CLR C MOV A, R5。與最小值比較 JNC DAV3。判斷 N1=0?(若輸入 CLR C 介于最大,最小值之間,且 R0 1≠0 時(shí)轉(zhuǎn)至 DA V1) MOV A, R4。 SBBB A, R3。 RRC A。 MOVX R1, A。 D1:MOV R6,FFH D2:DJNZ R6,D2 DJNZ R5,D1 REN END 長(zhǎng)春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 第四章 結(jié)論與展望 4. 1 結(jié) 論 數(shù)字式金屬探測(cè)器利用微控制器靈活的檢測(cè)方法和較強(qiáng)數(shù)據(jù)處理能力,為各種金屬檢測(cè)應(yīng)用提供了比較完整的解決方案。 本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有金屬探測(cè)器技術(shù)給出了本課題研究的基于單片機(jī)控制的智能型金屬探測(cè)器設(shè)計(jì)的總體方案,通過(guò)對(duì)霍爾傳感器的工作原理研究,給出了檢測(cè)裝置金屬探測(cè)頭的工作原理及其模型 ; 通過(guò)對(duì)控制裝置的系統(tǒng)分析,給出了控制裝置的硬件和軟件的實(shí)現(xiàn)方法和一些實(shí)例。 (4)具有記憶功能,可存儲(chǔ) 20 種產(chǎn)品的檢測(cè)參數(shù) ; (5)能夠進(jìn)行靈敏度調(diào)節(jié),操作方便,運(yùn)行可靠,檢測(cè)靈敏度可達(dá)到的指標(biāo)為 不銹鋼 SUS 達(dá)到 、鐵 FE 達(dá)到 ; (6)能夠進(jìn)行相位調(diào)節(jié),手動(dòng)設(shè)置檢測(cè)參數(shù) ; (7)具有報(bào)警顯示功能 , 方便用戶識(shí)別不合格產(chǎn)品并及時(shí)排除 ; (8)符合 HACCP 認(rèn)證,采用不銹鋼殼體及專門的固化技術(shù),設(shè)備穩(wěn)定性好,對(duì)環(huán)境及人體無(wú)影響 [23]。 “平衡線圈 ” ,技術(shù)自 19 世紀(jì)被首次注冊(cè)專利以來(lái),金屬探測(cè)器己出現(xiàn)了相當(dāng)大的發(fā)展。它們提供了更強(qiáng)的性能、更高的靈敏度與處理能力,現(xiàn)在即使在極為苛求應(yīng)用當(dāng)中,金屬探測(cè)器依然可按客戶需求進(jìn)行開發(fā)并很好地使用。進(jìn)入九十年代以來(lái),據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),有巧個(gè)省、市、自治區(qū)在制定 “ 九五 ”, 國(guó)民經(jīng)濟(jì)規(guī)劃時(shí),把食品工業(yè)列為支柱產(chǎn)業(yè)或重要產(chǎn)業(yè)。除了在生產(chǎn)的每個(gè)工序進(jìn)行嚴(yán)格的管理之外,產(chǎn)品的檢驗(yàn)亦是不可或缺的步驟。 長(zhǎng)春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 參考文獻(xiàn) [1] 張宇 , 姜玲玲 . 基于單片機(jī)的手持式金屬探測(cè)器的研制開發(fā) [J]. 公安部第一研究所,2020 年 03 期 [2] 陳娟 . 數(shù)字式金屬探測(cè)器的研究 [D].2020,6 [3] 盧光華 ,劉曙光 . 磁補(bǔ)償霍爾傳感器在電力電子方面的應(yīng)用研究 [J]. 儀表技術(shù) , 2020年 05 期 [4] 陳棣湘,潘孟春 .High accuracy magic field measurement methods based on Hall sensor[J]. 傳感器技術(shù) , 2020 年 02 期 [5] 元增民 .Three Typical Connections Between AT89S51 Single Chip Computer and ADC0809 Analog to Digital Converter[J].長(zhǎng)沙大學(xué)學(xué)報(bào), 2020 年 05 期 [6] 3503RATIOMETRIC LINEAR HALLEFFECT SENSORS. 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