基于单片机的金属探测器的设计
摘要
本文着重介绍了一种基于AT89S52单片机控制的智能型金属探测器的硬件组成软件设计工作原理及主要功能该金属探测器以AT89S52单片机为核心采用线性霍尔元件UGN3503作为传感器来感应金属涡流效应引起的通电线圈磁场的变化并将磁场变化转化为电压的变化单片机测得电压值并与设定的电压基准值相比较后决定是否探测到金属系统软件采用汇编语言编写在软件设计中采用了数字滤波技术消除干扰提高了探测器的抗干扰能力确保了系统的准确性此外文中还对影响金属探测器的灵敏度与稳定性的因素进行了探讨认为仪器的工作频率检测线圈的尺寸及匝数等是影响灵敏度的主要因素而应用现场的环境温度湿度及线圈的制作工艺和供电电源的稳定程度是仪器稳定性的影响因素关键词单片机金属探测器线性霍尔元件电磁感应灵敏度
ABSTRCT
This paper describes the composition of hardware and softwareworking principles and the functions of an intelligent metal detector which mainly consists of AT89S52 Single-Chip Microcomputer and linear Hall-Effect Sensor The equipment adopts UGN3503U linear hall-effect 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 changeThe Single-Chip Microcomputer
measures the peak value of voltage and compares it with reference voltageThen determine whether detect metel or notIn case of detection of a metallic massthe Metal Detector porvides an acoustical and optical alarmThe systems software adopts the assmbler language to be writtenInside the softwarethe digital filter technology is utilized to eliminate the jammingSo the stability of system and measuring veracity are improvedThe effect of all factors on sensitivity and stability of Metel Detetor are discussed in this paperIt is concluded that the operating frequencythe size of the search coil and turns are the main factors effected on the sensitivity of the instrument the environment temperature and humidity in sitethe winding technology of coils and the stability of power supply are the factors effected on stability of instrument
KEY WORDS Single-Chip Microcomputer metal detector linear hall-effect sensor electric-magnetic induction sensitivity 目录
前言 1
第1章分析探测金属的理论依据 3
11理论描述 3
111线圈介质条件的变化 3
112涡流效应 4
第2章硬件电路设计 6
21系统组成 6
22硬件电路功能描述 6
221线圈振荡电路7
222数据采集电路8
223 AD转换电路12
224系统控制单元15
225键盘控制电路16
226显示报警电路17
227电源电路18
23整机工作原理描述19
第3章系统软件设计20
31软件设计思想20
32数字滤波及算法说明21 33主程序流程图21
331键盘控制程序设计 23 332数字滤波程序设计 23 333显示与报警程序设计25 第4章主要技术指标分析 26 41主要技术指标分析26 441工作频率26
442灵敏度分析26
443稳定性分析26
第5章仿真调试结果及分析27
51 仿真调试目的与内容27
52 仿真结果及分析27
53 试验总结29
第6章结论30
参考文献31
致谢32
附录1 电路原理图33
附录2 各模块程序清单34
前言
金属探测器作为一种最重要的安全检查设备己被广泛地应用于社会生活和工业生产的诸多领域比如在机场大型运动会如奥运会展览会等都用金属探测器来对过往人员进行安全检测以排查行李包裹及人体夹带的刀具枪支弹药等伤害性违禁金属物品工业部门包括手表眼镜金银首饰电子等生产含有金属产品的工厂也使用金属探测器对出入人员进行检测以防止贵重金属材料的丢失目前就连考试也开始启用金属探测器来防止考生利用手机等工具进行作弊由此可见金属探测器对工业生产及人身安全起着重要的作用而为了能够准确判定金属物品藏匿的位置就需要金属探测器具有较高的检测精度目前国外虽然已有较为完善的系列产品如EIPasoCeiaUSARangerMetoerx等厂商的产品但价格极其昂贵国内传统的金属探测器则是利用模拟电路进行检测和控制的其电路复杂探测灵敏度低且整个系统易受外界环境如温度湿度电焊等诸因素的干扰本文介绍的基于单片机控制的智能型金属探测器采用灵敏度极高的线性霍尔元件作为传感器感应由于金属出现引起的探测线圈周围磁场的变化提高了检测精度处理部件则采用AT89S52单片机作为检测和控制核心对检测结果进行分析判断有效地保证了检测原理的实施此外利用软件滤波的方法代替了传统探测器复杂的模拟电路器件大大提高了系统的可靠性灵敏度和抗干扰性适用于对邮件行李包裹及人体夹带的伤害性金属物品如刀具枪械武器部件弹药和金属包装的炸药等的检测可用于海关机场车站码头的安全检查也可用于探测隐藏于墙内护墙板内侧空洞和土壤中的上述物品和其他金属物
第1章分析探测金属的理论依据
11理论描述
金属探测器是采用线圈的电磁感应原理来探测金属的根据电磁感应原理当有金属物靠近通电线圈平面附近时将发生线圈介质条件的变化和涡流效应两个现象[1]
111线圈介质条件的变化
当金属物接近通电线圈时将使通电线周围的磁场发生变化如图1-1
图1-1
对于半径为R的单匝圆形电感线圈当其中通过交变电流I Imcos wt圈周围空间产生交变磁场根据毕奥一萨伐尔定律可计算线圈中心轴线上一点的磁感应
1-1
其中μμ0μrμ为介质的磁导率μr为相对磁导率μ0为真空磁导率[2]对于紧密缠绕N匝的线圈线圈中心轴线上一点的磁感应强度则为
1-2
由公式 1-2 可知当线圈有效探测范围内无金属物时μr 1 非金属的相对磁导率线圈中心磁感应强度B保持不变当线圈有效探测范围内出现铁磁性金属物时μr会变大B随之也会变大
112涡流效应
根据电磁理论我们知道当金属物体被置于变化的磁场中时金属导体内就会产生自行闭合的感应电流这就是金属的涡流效应涡流要产生附加的磁场与外磁
场方向相反削弱外磁场的变化据此将一交流正弦信号接入绕在骨架上的空心线圈上流过线圈的电流会在周围产生交变磁场当将金属靠近线圈时金属产生的涡流磁场的去磁作用会削弱线圈磁场的变化金属的电导率σ越大交变电流的频率越大则涡电流强度越大对原磁场的抑制作用越强
通过以上分析可知当有金属物靠近通电线圈平面附近时无论是介质磁导率的变化还是金属的涡流效应均能引起磁感应强度B的变化对于非铁磁性的金属〔包括抗磁体如金银铜铅锌等和顺磁体如锰铬钦等〕μr≈1σ较大可以认为是导电不导磁的物质主要产生涡流效应磁效应可忽略不计对于铁磁性金属如铁钻镍μr很大σ也较大可认为是既导电又导磁物质主要产生磁效应同时又有涡流效应
本设计正是基于这样的理论来寻找一种适合的传感器来感应线圈的磁场变化并把磁场信号的变化转变成电信号的变化从而实现单片机的控制正是本着这样一个设计思路来构建系统的硬件电路
第2章硬件电路设计
21系统组成
如图2-1所示整个探测系统以8位单片机AT89S52作为控制核心其硬件电路分为两个部分一部分为线圈振荡电路包括多谐振荡电路放大电路和探测线圈另一部分为控制电路包括UGN3503型线性霍尔元件前置放大电路峰值检波电路ADC0809模数转换器AT89S52单片机LED显示电路声音报警电路及电源电路等具体电路原理图参看附录1
图2-1 系统结构框图
22硬件电路功能描述
221线圈振荡电路
图2-2 线圈振荡电路原理图
工作过程中由555定时器构成一个多谐振荡器产生一频率为24KHz占空比为23的脉冲信号振荡器的频率计算公式为
2-1
图示参数对应的频率为24KHz选择24KHz的超长波频率是为了减弱土壤对电磁波的影响从多谐振荡器输出的正脉冲信号经过电容C8输入到Q1的基极 Q1为β≥125的9013H 使其导通经Q1放大之后就形成了频率稳定度高功率较大的脉冲信号输入到探测线圈L1中在线圈内产生瞬间较强的电流从而使线圈周围产生恒定的交变磁场由于在脉冲信号作用下Q1处于开关工作状态而导通时间又非常短所以非常省电
222数据采集电路
图2-3 数据采集电路
1．线性霍尔传感器 linaer Hall-Eeffct Sensors
在电路设计中选用了美国ALELGRO公司生产的UGN3503U线性霍尔传感器来检测通电线圈Ll周围的磁场变化UGN3503U线性霍尔传感器的主要功能是可将感应到的磁场强度信号线性地转变为电压信号它的功能框图和输出特性示于图2-4和图2-5[3]
图2-4 UGN3503的功能框图
图2-5 UGN350的磁电转换特性曲线
霍尔元件是依据霍尔效应制成的器件如图2-6所示
图2-6 霍尔效应原理图
在一块半导体薄片上两端通以电流I并加上和片子表面垂直的磁场B 在薄片的横向两侧会出现一个电压如图2-7中的UH 这种现象就是霍尔效应这种现象的产生是因为通电半导体片中的载流子在磁场产生的洛仑兹力的作用下分别向片子横向两侧偏转和积聚因而形成一个电场称作霍尔电场霍尔电场产生的电场力和洛仑兹力相反它阻碍载流子继续堆积直到霍尔电场力和洛仑兹力相等这时片子两侧建立起一个稳定的电压这就是霍尔电压UH霍尔电压UH可用下式表示
UH RHIBd V 2-2
式中RH---霍尔常数 m3cˉ1 I---电流 A B---磁感应强度 T d---霍尔元件的厚度 m
令KH RHd vAˉ1wbˉ1m2 则得到
UH KHIB V 2-3
由上式可知霍尔电压的大小正比于控制电流I和磁感应强度BKH称为霍尔元件的灵敏度它与元件材料的性质与几何尺寸有关因此当外加电压源电压一定时通过的电流I为一恒值此时输出电压只与加在霍尔元件上的磁场B的大小成正比即
UH KB V 2-4
此时K KHI为常数因此任何引起磁场强度变化的物理量都将引起霍尔输出电压的变化据此将霍尔元件做成各种形式的探头固定在工作系统的适当位置用它去检测工作磁场再根据霍尔输出电压的变化提取被检信息这就是线性霍尔元件的基本物理依据和作用
本设计中采用的线性霍尔传感器UGN3503U就是将霍尔元件高增益线性差分
放大器和射极跟随器集成在同一半导体基片上为用户提供了一个由外电压源驱动使用方便的磁敏传感器该器件的磁电转换特性曲线如图2-6所示其输出电压和加在霍尔元件上的磁感强度B成比例它的灵敏度典型值为135mVmT静态输出电压为25V输出电阻为005KΩmini-SIP封撞具有灵敏度高线性度好结构牢固体积小重量轻耐震动功耗小寿命长频率高可达IMHz 输出噪声低等特点用它作探头可测量10ˉ6-10T的交变和恒定磁场在测量磁场时将元件的第一脚面对标志面从左到右数接电源工作电压为5V 第二脚接地第三脚接高输入阻抗 10KΩ电压表通电后将电路放入被测磁场中因霍尔器件只对垂直于霍尔片表面的磁感应强度敏感因而必须让磁力线垂直于电路表面当没有磁场 B 0G 时静态输出电压是电源电压的一半即VCC2 当外加磁场的南极靠近器件标志面时会使输出电压高于静态输出电压当外加磁场的北极靠近器件标志面时会使输出电压低于静态输出电压但仍然是正值利用线性霍尔传感器UGN3503U的上述特性将其接在数据采集电路的前端并固定在探测线圈Ll的中心即可感应线圈Ll的磁场变化并将磁场的变化信号转化为电压信号的变化而被后级电路拾取和放大[4] 2．放大和峰值检波电路
由于UGN35O3U线性霍尔元件采集到的电压信号是一个毫伏级的信号信号十分微弱所以在对其进行处理前首先要进行放大在设计中信号放大电路采用输入阻抗高漂移较小共模抑制比高的集成运算放大器LM324LM324是四运放集成电路它采用14脚双列直插塑料封装外形和引脚排列如下图所示它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器除电源共用四组运放相互独立如图2-4所示UGN3503线性霍尔元件输出的微弱信号经电容祸合到前级运算放大器U2A的同相输入端运算放大器U2A把霍尔元件感应到的电压转换为对地电压在电路设计中
运放LM324采用5V单电源供电对于不同强度的信号均可通过调节前级放大电路的反馈电位器Wl来改变其放大倍数经前级运算放大器放大的信号经耦合电容C2输入到后级峰值检测电路中采用阻容耦合的方法可以使前后级电路的静态工作点保持独立隔离各级静态之间的相互影响使得电路总温漂不会太大[5] 峰值检测电路由两级运算放大器组成第一级运放U2B将输入信号的峰值传递到电容C6上并保持下来第二级运放U2C组成缓冲放大器将输出与电容隔离开来在设计中为了获得优良的保持性能和传输性能同样采用了输入阻抗高响应速度较快跟随精度较好的运算放大器LM324这样可有效地利用LM324的资源减少使用元器件的数量降低了成本当输入电压Vi2上升时Vo2跟随上升使二极管D4D5导通D3截止运放U2B工作在深度负反馈状态给电容C6充电Vc上升当输入电压Vi2下降时Vo2跟随下降D3导通U2B也工作在深度负反馈状态深负反馈保证了二极管D4D5可靠截止Vc值得以保持当Vi2再次上升使Vo2上升并使D4D5导通D3截止再次对电容C6充电 Vc高于前次充电时电压 Vi2下降时D4D5又截止D3导通Vc将峰值再次保持输出Vo反映Vc的大小通过峰值检波和后级缓冲放大电路将采集到的微弱电压信号放大至0V-5V的直流电平以满足AD转换器ADC0809所要求的输入电压变换范围然后通过AD转换电路将检测到的峰值转化成数字量[6]
LM324外形图 LM324引脚排列图
图2-7
223 AD转换电路
由于采集到的信息是连续变化的模拟量不能被单片机直接处理所以必须把这些模拟量转换成数字量后才能够输入到单片机中进行处理这里选用了经济实
用的ADC0809型AD转换器来完成模数转换ADC0809芯片内部结构和工作时序示于图2-8和图2-9
图 2-8 ADC0809芯片的内部结构
图 2-9 ADC0809的工作时序
ADC0809是8位逐次逼近型AD转换器片内有八路模拟开关可对八路模拟电压量实现分时转换转换速度为100μs 即10千次秒当地址锁存允许信号ALE 1时3位地址信号ABC送入地址锁存器选择8路模拟量中的一路实现AD变换本设计中只使用通道NI0所以地址译码器ABC直接接地为000采用线选法寻址ADC0809片内有三态输出缓冲器可直接与单片机的数据总线相连接这里将它的数据输出口直接与单片机的数据总线P0口相连接AT89S52的P0口作为数据总线又作为低8位地址总线ADC0809的片内没有时钟时钟信号必须由外部提供这里利用AT89S52提供的地址锁存允许信号ALE经计数器74LS163 逻辑功能见表2-1引脚图见图2-11 构成的4分频器分频获得ALE引脚的频率是单片机时钟频率的16单片机时钟频率为12MHZ则ALE引脚频率约为2MHZ再经4分频后为500kHZ 所以ADC0809能可靠工作ADC0809的模拟输入范围单极性05V设计中采用5V单电源供电
如图2-10所示放大后的电压信号送入ADC0809的模拟输入通道IN0进行AD 转换将P27 地址总线的A15 作为片选信号由AT89S52的写信号和P27控制ADC0809的地址锁存ALE和转换启动START当ADC0809的START启动信号输入端为高电平时AD开始转换在时钟的控制下一位一位地逼近比较器一次次进行比较转换结束时送出转换结束信号EOC 低到高并将8位数字量D7-D0锁存到输出缓存器AT89S52的读信号端发出一个输出允许命令输入到ADC0809的ENABLE 即OE
端ENABLE OE 端呈高电位用以打开三态输出锁存器AT89S52从ADC0809读取相应电压数字量然后存入数据缓冲器中
图2-10 AD转换电路
表 2-1 74LS163的逻辑功能表
图2-11 74LS163引脚图
224系统控制单元
采用AT89S52单片机AT89S52是一个低功耗高性能CMOS 8位单片机片内含8K Bytes ISP In-system programmable 的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器器件采用ATMEL公司的高密度非易失性存储技术制造兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构引脚图如图2-11所示芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元
图 2-12 AT89S52引脚图
AT89S52片内结构如图2-12所示它具有如下特点40个引脚8K Bytes Flash片内程序存储器256 bytes的随机存取数据存储器 RAM 32个外部双向输入输出 IO 口看门狗定时 WDT 电路2个数据指针3个16位可编程定时计数器5个中断优先级2层中断嵌套中断2个全双工串行通信口片内时钟振荡器此外AT89S52设计和配置了振荡频率可为0HZ并可通过软件设置省电模式空闲模式下CPU暂停工作而RAM定时计数器串行口及外中断系统可继续工作掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位其工作电压为5V晶振频率采用12MHZ
图2-13 AT89S52片内结构
225键盘控制电路
键盘是一组按键的集合它是最常用的单片机输入设备操作人员可以通过键盘输入数据或命令实现简单的人-机通信按键是一种常开型按钮开关常态时按键的两个触点处于断开状态按下键时他们才闭合
键盘控制电路如图2-14所示K1键作为功能键设置灵敏度△U灵敏度是可调的K2和K3分别作为加1减1键来调节灵敏度K4是确定键当K4键按下时灵敏度值确定
图2-14 键盘控制电路
226显示报警电路
AT89S52的串行口RXD和TXD为一全双工串行通信口但在工作方式0下可作同步移位寄存器用其数据由RXDP30
图2-15 显示电路
图2-16 报警电路
227电源电路
电路如图2-17所示电源供电由9V电池和板内稳压电源组成电路板内采用三端稳压集成电路块LM7805为板内元器件供电LM7805三端正稳压器具有内部过流热过载和输出晶体管安全区保护功能可将9VDC的输入电压转换为5V电压最大输出电流05A保证板内555定时器UGN3503UAT89S52ADC0809等芯片和元件可靠地工作
图2-17 电源电路
23整机工作原理描述
在工作过程中由555定时器构成的多谐振荡器产生一个频率为24KHz的脉冲信号此脉冲信号经过缓冲和放大之后形成频率稳定度高功率较大的脉冲信号输
入到探测线圈中通电的线圈周围就会产生磁场此时固定在线圈L1中心的霍尔元件UGN3503U就会感应到线圈周围的磁场并将磁场强度信号线性地转变成电压信号
在无金属的情况下假设霍尔输出电压为u0该电压信号u0很微弱属mV级信号u0经过放大电路放大再通过峰值检波电路得到相应的0V5V的峰值输出电压U0以满足ADC0809的量程经AD转换后将U0的数字量输入到单片机储存起来此后以该电压信号作为基准电压与AD转换器采集到的电压信号进行比较判断当探测线圈L1靠近金属物体时由于电磁感应现象会使探测电感值发生变化从而使其周围的磁场发生变化霍尔元件感应到该变化的磁场并将其线性地转变成电压信号ux该变化的电压经放大电路峰值检波电路后得到相应的0V-5V的峰值输出电压Ux然后经AD转换后输入到CPU由CPU完成Ux与基准电压U0的比较二者比较 UxU0得到一个差值此差值与预设的灵敏度△U再作比较灵敏度由键盘控制电路中各键输入显示电路部分则显示各键按下后的相应数值当然△U大小的设定决定着系统精度的高低若Ux-U0 △U就确定为探测到金属CUP输出口P10输出信号驱动发光二极管发光报警同时P16控制蜂鸣器发出声响进行声音报警第3章系统软件设计
31软件设计思想
软件是本系统的灵魂在设计软件中本文从系统的实用性可靠性及方便灵活等几个方面出发使程序满足设计的功能要求整个系统的软件包括主程序一个外部中断服务程序数字滤波程序比较判断子程序及发光报警等若干个子程序软件采用汇编语言编写并采用模块化设计使程序结构清晰便于今后进一步扩展系统的功能
主程序初始化以后置位AT89S52的中断控制位EA使CPU开放中断然后通过检测RAM中21H中数值的值来判断是否采集基准电压U0如果未采集过U0则启动ADC0809对NIO通道的模拟输入量进行AD转换[7]在电路设计中ADC0809与AT89S52是采用中断方式连接的所以系统的数据采集处理功能是在中断服务程序中完成的从原理图2-2看出ADC0809的EOC端通过反相器接AT89S52的NIT1端作为中断申请采用中断方式可大大节省CPU时间[8]软件编程允许AT89S52响应外部中断1且设置其响应方式为边沿触发当AD转换完毕后ADC0809的EOC端向AT89S52的INT1的返向端送入一个中断申请信号AT89S52接此信号后响应中断请求调用中断服务子程序INTl中断服务程序进行压栈保护现场读取来自ADC0809数据输出口的8位数字量并将数字量储存到单片机RAM中然后启动ADC0809的下一次转换经过数据软件滤波之后将其存放在单片机RAM 21H中作为基准电压U0[9]
经反复实验测得的灵敏度△U的值被存放在单片机RAM地址为20H的存储器中在检测过程中将AD转换器采集到的电压信号经数据软件滤波后存入内部RAM 以30H为首址的数据存储器中然后将此数据Ux二和基准电压U0进行比较二者差值U存放在单片机ARM地址为22H的存储器中而后再通过判据算法将此差值U 与灵敏度△U灵敏度可调进行比较以确定是否报警键盘控制电路各键控制灵敏度的值并在显示电路部分显示按键后的对应数值
32数字滤波及算法说明
金属探测器的噪声抑制能力是金属探测器的主要设计指标由于在采集电压量时经常会碰到各种瞬时干扰而采用硬件滤波存在硬件电路复杂等诸多弊端因此本设计中采用算术平均滤波法即在一次电压量的采集中在很短的时间内对它
进行6次采集将它转换为数字量后求和分析出6次输入中的最大值和最小值然后减去最大值和最小值除以4得到平均值的方法完成一次数据采集的软件滤波用软件代替硬件从而省去了复杂的硬件而且能够取得好而精确的效果[10] 在一个采样周期内对信号X的N次测量值进行算术平均作为时刻K的输出x k 即 3-1
其中N为采样次数xi为第i次的采样值
显然N越大信号平滑度越高灵敏度就会降低但是本设计中需要较高的灵敏度所以N取值不易过大这里我选择了N 6选择取6个数进行计算的原因就是因为在汇编中做计算是非常麻烦的取6个数减去最大值和最小值后取平均值是除4计算机的内部计算都是二进制而二进制每除一个2实际上是向右移一次[12]所以为了计算方便我选择取6个数最后在算除法的时候只需要用单片机自带的右移位命令移2次就行了
33主程序流程图
1．程序流程图见下页图3-1所示
2．程序参看附录2 初始化子程序和中断服务 [13]
图3-1 主程序流程图
331键盘控制程序设计
1．程序流程图如图3-2所示
2．程序清单参看附录2 键盘扫描控制程序 [14]
图3-2 键盘控制流程图
332数字滤波程序设计
设一个采样周期对通道0连续采样6次然后去掉最大和最小值把剩余的累加
和求算术平均值作为本周期采样值存入内部RAM以30H为首址的数据存储器中其中R2寄存器存放最大值R3寄存器存放最小值R4寄存器存放累加和R0存放连续采样次数
1程序流程图如图3-3所示
2程序清单参看附录2 数字滤波程序 [15]
图3-3 数字滤波流程图
333显示与报警程序设计
1．程序流程图如图3-4所示
2．程序参看附录2 显示报警程序 [16]
图3-4 显示报警流程图
第4章主要技术指标分析
41主要技术指标分析
金属探测器的工作频率灵敏度和稳定性是仪器的主要技术指标
441工作频率
为24KHz选择24KHz的超长波频率是为了减弱土壤对电磁波的影响
442灵敏度分析
由公式 l-2 即可知
1．检测线圈的尺寸对仪器的灵敏度有影响
探测器的灵敏度与探测线圈的尺寸大小有关尺寸大即探测面积大则线圈中心磁场强度低在靠近线圈绕组附近磁场强度较高霍尔元件固定在线圈中心为了确保通过其磁通量探测线圈的尺寸就不宜太大具体尺寸通过实验确定2．检测线圈的匝数对仪器的灵敏度有影响
当检测线圈尺寸一定时则匝数越少其灵敏度越高但为了确保通过霍尔元件的磁通量匝数的减少也是有限的需要通过试验来确定最佳匝数
443稳定性分析
1．环境温度的变化仪器元件参数也会改变影响仪器工作的稳定
2．应尽量减少线圈与电路之间引线的长度以减少分布电容采用屏蔽线减少外界对其干扰
第5章仿真调试结果及分析
51 仿真调试目的与内容
仿真调试的内容是要把程序修改正确使编译能够通过而且还要用Proteus 仿真软件中的一些功能来查看程序所实现的功能是否能够和预期的功能相符合需要反复调试直到能够实现预期结果为止本次设计是在仿真软件Keil C51来进行编译和调试的
52 仿真结果及分析
本次设计的仿真结果如下所述
线性霍尔传感器调试结果及分析
外加磁场的南极靠近器件标志面时
RmT 300 200 100
输出电压V 21 23 28
外加磁场的北极靠近器件标志面时
RmT 100 200 300
输出电压V 43 48 51
线性霍尔传感器部分的调试结果基本是真确的但由于外部环境的影响及硬
件设备的不良等因素调试过程中遇到了一些问题模拟出的结果存在一定的误差经过多次采样我尽量使结果与理论值得差值缩小达到了预期的结果振荡电路调试结果及分析
振荡电路输出的是一方波可以读出占空比和输出脉冲的频率其仿真结果如图5-1所示
图5-1 多谐输出
从调试的结果中可以读出T1的值为0028msT2的值为0014ms输出频率等于23573KHZ而理论上输出脉冲的频率是24KHZ从读出的结果可以看出与理论值有一定的误差这是由于调试过程中如环境仪器设备等因素造成的虽然结果有误差但基本上是正确的说明多谐振荡器部分电路是正确的
显示部分仿真结果及分析
显示部分显示的数据是设定的灵敏度值当按下各键盘部分各个键时在显示电路部分显示相对应的数据显示结果如图5-2所示
初始状态加1显示值
加15显示值减11显示值图5-2 显示值
经过多次试验和从显示的值可以看出仿真结果基本正确由于绘制电路中出现了一些问题仿真过程中出现了显示模糊不稳定等一些问题但最终还是得到了比较理想的显示数据
4 蜂鸣器显示结果及分析
从P16口接出来的蜂鸣器电路用来发出探测到金属时的报警信号由于电路搭接的不理想蜂鸣器的叫声不是很理想但结果基本上是正确的
Computer Knowledge and Technology 电脑知识 与技术第6卷第3期(2010年1月)数显金属探测器的设计 胡飞，王文渊，卢超 （陕西理工学院物理系，陕西汉中723000） 摘要：以AT89S52单片机为核心，采用线性霍尔元件UGN3503作为传感器，来感应金属涡流效应引起的通电线圈磁场的变化，并将磁场变化转化为电压的变化，单片机测得电压值，并与设定的电压基准值相比较后，决定是否探测到金属。软件采用了数字滤波技术消除干扰，提高了探测器的抗干扰能力，确保了系统的准确性。 关键词：金属探测器，线性霍尔元件，电磁感应 中图分类号：TP338文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2010)03-728-02 The Design of Digital Metal Detector HU Fei,WANG Wen-yuan,LU Chao (Department of Physics,Shaanxi University of Technology,Hanzhong 723000,China) Abstract:This paper describes the composition of hardware and software,working principles and the functions of an intelligent metal de -tector which mainly consists of AT89S52and linear Hall-Effect Sensor.The equipment adopts UGN3503U linear hall-effect 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 change.The MCU measures the peak alue of voltage and compares it with reference voltage.Then determine whether detect metal or not.In case of detection of a metallic mass,the Metal Detector provides an acoustical and optical alarm. Key words:metal detector;linear hall-effect sensor;electric-magnetic induction 金属探测器作为一种最重要的安全检查设备，广泛地应用于社会生活和工业生产的诸多领域。为了能够准确判定金属物品藏匿的位置，就需要金属探测器具有较高的检测精度。采用灵敏度极高的线性霍尔元件作为传感器，感应由于金属出现引起的探测线圈周围磁场的变化，提高了检测精度，处理部件采用AT89S52单片机作为控制核心，对检测结果进行分析判断，适用于对邮件、行李、包裹及人体夹带的伤害性金属物品（刀具、枪械、武器部件、弹药和金属包装的炸药等）的检测，可用于海关、机场、车站、码头的安全检查，也可用于探测隐藏于墙内、护墙板内侧、空洞和土壤中的上述物品和其他金属物。 1系统设计 根据电磁理论，当金属物体被置于变化的磁场中时，金属导体内就会产生自行闭合的感应电流，这就是金属的涡流效应。涡流要产生附加的磁场，与外磁场方向相反，削弱外磁场的变化。据此，将一交流正弦信号接入绕在骨架上的空心线圈上，流过线圈的电流会在周围产生交变磁场，当将金属靠近线圈时，金属产生的涡流 磁场的去磁作用会削弱线圈磁场的变化。金属的电导率越大，交变 电流的频率越大，则涡电流强度越大，对原磁场的抑制作用越强。故 当有金属物靠近通电线圈平面附近时，无论是介质磁导率的变化， 还是金属的涡流效应均能引起磁感应强度B 的变化。整个探测系 统以AT89S52作为控制核心，其硬件电路分为两个部分，一部分作 为线圈振荡电路，包括：多谐振荡电路，放大电路和探测线圈；另一 部分为控制电路，包括：UGN3503型现行霍尔传感器，前置放大电 路，峰值检波电路，ADC0809模数转换器，AT89S52单片机，LED 显示电路，声音报 警电路及电源电路等。系统框图如图1所示。2主要模块硬件电路设计 2.1线圈震荡电路 由555构成一个多谐振荡器，产生一频率为24KHz 脉冲信号，电路如图2所 示。选择24KHz 的超长波频率是为了减弱土壤对电磁波的影响。从多谐振荡器输出 的正脉冲信号经过电容C8输出到Q1的基极，使其导通，经Q1放大后，就形成了频 率稳定度高、功率较大的脉冲信号输入到探测线圈L1中，在线圈内产生瞬时较强的收稿日期：2009-12-09 基金项目：陕西理工学院科研项目（SLG0816） 作者简介：胡飞（1986-），男，陕西商洛人，陕西理工学院物理系，研究方向：电子信息科学技术；王文渊（1986-），男，陕西汉中人，陕 西理工学院物理系，研究方向：电子信息科学技术；卢超（1979-），男，陕西汉中人，陕西理工学院讲师，硕士，从事电子技 术，测控技术方面的研究。 图1系统原理框图 图2线圈震荡电路 ISSN 1009-3044Computer Knowledge and Technology 电脑知识与技术Vol.6,No.3,January 2010,pp.728-729，735E-mail:kfyj@https://www.doczj.com/doc/1e18549835.html, https://www.doczj.com/doc/1e18549835.html, Tel:+86-551-56909635690964
徐州工程学院 毕业设计（论文）开题报告 课题名称：基于单片机的住宅小区煤气 泄露实时报警器设计 学生姓名：学号： 指导教师：职称： 所在学院： 专业名称： 徐州工程学院 20 年月3日
说明 1．根据《徐州工程学院毕业设计(论文)管理规定》，学生必须撰写《毕业设计（论文）开题报告》，由指导教师签署意见、教研室审查，学院教学院长批准后实施。 2．开题报告是毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。学生应当在毕业设计（论文）工作前期内完成，开题报告不合格者不得参加答辩。 3．毕业设计开题报告各项内容要实事求是，逐条认真填写。其中的文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词，须注出全称。 4．本报告中，由学生本人撰写的对课题和研究工作的分析及描述，没有经过整理归纳，缺乏个人见解仅仅从网上下载材料拼凑而成的开题报告按不合格论。 5. 课题类型填：工程设计类；理论研究类；应用（实验）研究类；软件设计类；其它。 6、课题来源填：教师科研；社会生产实践；教学；其它
课题 名称 基于单片机的住宅小区煤气泄露实时报警器设计 课题 来源 社会生产实践课题类型工程设计类 选题的背景及意义 近年来随着人民生活水平的提高，管道煤气和罐装煤气已深入到寻常百姓家。但由于使用不当或设备老化等原因导致的煤气泄漏极大地威胁着人们的生命财产安全。煤气泄漏而大量产生的一氧化碳是煤气中毒事件的根源，如采用煤气泄漏报警器就能得到及时的警示。单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛，为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施。为了防止中毒事件再次发生，提出利用单片机系统进行有效的预防对策。为此设计出家用煤气泄漏报警控制器。 煤气泄漏的危害 一氧化碳的浓度与健康成年人中毒的可能症状 50ppm 健康成年人在八小时内可以承受的最大浓度 200ppm 2-3小时后，轻微头痛、乏力 400ppm 1-2小时内前额痛；3小时后威胁生命 800ppm 45分钟内，眼花、恶心、痉挛；2小时内失去知觉；2-3小时内死亡1600ppm 20分钟内头痛、眼花、恶心；1小时内死亡 3200ppm 5-10分钟内头痛、眼花、恶心；25-30分钟内死亡 6400ppm 1-2分钟内头痛、眼花、恶心；10-15分钟死亡 12800ppm 1-3分钟内死亡
单片机课程设计报告书 课题名称 基于单片机的广告灯课程设计 姓 名 学 号 院 系 专 业 指导教师 2011年 6月10日 ※ ※※※※※※※※ ※※ ※※ ※※ 2008级学生单片机 课程设计
基于单片机的广告灯课程设计 1、设计目的 本设计以AT89S51单片机为核心并用它来控制发光二极管双灯点亮循环的实验装置，用AT89S51单片机控制16个发光二极管发光，实现亮点从高到低位，从左到右，从单到双的循环移动。通过PROTEL软件设计、仿真，并能从中掌握通过软件控制发光二极管的思路和技巧。这次设计重点就在于利用单片机的知识去控制系统的运行。 2、设计要求 1）广告流水灯具有控制的功能。 2）设置一个系统使广告流水灯能够规律性和周期性的闪烁功能。 3）能够使其制动化和中断的功能。 3、设计总框图与方案 图3.1系统框图 本次课程设计是用流水灯的变化来表示不同的效果。主体选用AT89S51单片机使用多个发光二极管，通过编程来实现“流水灯”的花样变化。 4、硬件电路的设计 4.1系统电路图
图4.1 广告灯的硬件原理电路图 这个电路图中都为低电位亮，高电位灭即‘0’亮‘1’灭，就这样通过查表控制‘0’与‘1’的变化来控制发光二极管的亮灭。中断中也是如此，通过取反的手段来控制灯的亮灭。按照图4.1进行仿真，通过编程来实现“流水灯”的花样变化。AT89S51的P1、P3口分别接一组发光二极管，发光二极管另一端接电源输出，故为高电平。P1、P3口输出电平的变化控制二极管的发光情况。当P1、P3口的输出电平为低时，LED灯亮；反之，不亮。 5、软件设计 5.1 流程图与程序 图5.1程序总流程图 本实验流程中，用AT89S51单片机控制16个发光二极管发光。其中二极管一端接高电平，另一端接AT89S51芯片输出端口，通过控制各输出端口高低电平的变化决定二极管是否发光，从而使广告流水灯能够规律性和周期性地分别实现一个亮灯的左右移动、一个不亮灯的左右移动、灯的从两边到中间及单双等交替闪烁等花样变化。 6、系统仿真 在Proteus的ISIS 7.1sp2软件环境下画出电路原理图，接下来就是将设计的程序在Keil C51 μVision2开发集成环境上编译成机器语言，进入Proteus 的ISIS，鼠标左键点击菜单“Debug”，选中“use romote debuger monitor”，便可实现KeilC与Proteus连接调试。首先在Proteus中双击单片机AT89C51,将KeilC下编程生成的 .HEX文件导入到AT89C51中,可在Proteus中单击全速仿真运行按钮，进行现象的查看,能清楚地观察到芯片上每一个引脚的电平变化，红色代表高电平，蓝色代表低电平；如果现象不正确，则在KeilC中单步调试程序，并在Proteus观察现象，那一步不正确则对该段的程序进行修改，调试直到仿真完全成功为止。 图6.1 Proteus软件环境下画出电路原理图 图6.2效果一
基于51单片机的多路温度采集控制系统设计 言： 随着现代信息技术的飞速发展，温度测量控制系统在工业、农业及人们的日常生活中扮演着一个越来越重要的角色，它对人们的生活具有很大的影响，所以温度采集控制系统的设计与研究有十分重要的意义。 本次设计的目的在于学习基于51单片机的多路温度采集控制系统设计的基本流程。本设计采用单片机作为数据处理与控制单元，为了进行数据处理，单片机控制数字温度传感器，把温度信号通过单总线从数字温度传感器传递到单片机上。单片机数据处理之后，发出控制信息改变报警和控制执行模块的状态，同时将当前温度信息发送到LED进行显示。本系统可以实现多路温度信号采集与显示，可以使用按键来设置温度限定值，通过进行温度数据的运算处理，发出控制信号达到控制蜂鸣器和继电器的目的。 我所采用的控制芯片为AT89c51，此芯片功能较为强大，能够满足设计要求。通过对电路的设计，对芯片的外围扩展，来达到对某一车间温度的控制和调节功能。 关键词：温度多路温度采集驱动电路 正文： 1、温度控制器电路设计 本电路由89C51单片机温度传感器、模数转换器ADC0809、窜入并出移位寄存器74LS164、数码管、和LED显示电路等组成。由热敏电阻温度传感器测量环境温度，将其电压值送入ADC0809的IN0通道进行模数转换，转换所得的数字量由数据端D7-D0输出到89C51的P0口，经软件处理后将测量的温度值经单片机的RXD端窜行输出到74LS164，经74LS164 窜并转换后，输出到数码管的7个显示段，用数字形式显示出当前的温度值。89C51的P2.0、P2.1、P2.2分别接入ADC0809通道地址选择端A、B、C，因此ADC0809的IN0通道的地址为F0FFH。输出驱动控制信号由p1.0输出，4个LED为状态指示，其中，LED1为输出驱动指示，LED2为温度正常指示，LED3为高于上限温度指示，LED4为低于下限温度指示。当温度高于上限温度值时，有p1.0输出驱动信号，驱动外设电路工作，同时LED1亮、LED2灭、LED3亮、LED4灭。外设电路工作后，温度下降，当温度降到正常温度后，LED1亮、LED2亮、LED3灭、LED4灭。温度继续下降，当温度降到下限温度值时，p1.0信号停止输出，外设电路停止工作，同时LED1灭、LED2灭、LED3灭、LED4亮。当外设电路停止工作后，温度开始上升，接着进行下一工作周期。 2、温度控制器程序设计 本软件系统有1个主程序，6个子程序组成。6个子程序为定时/计数器0中断服务程序、温度采集及模数转换子程序ADCON、温度计算子程序CALCU、驱动控制子程序DRVCON、十进制转换子程序METRICCON 及数码管显示子程序DISP。 （1）主程序 主程序进行系统初始化操作，主要是进行定时/计数器的初始化。 （2）定时/计数器0中断服务程序 应用定时计数器0中断的目的是进行定时采样，消除数码管温度显示的闪烁现象，用户可以根据实际环境温度变化率进行采样时间调整。每当定时时间到，调用温度采集机模数转换子程序ADCON，得到一个温度样本，并将其转换为数字量，传送给89C51单片机，然后在调用温度计算子程序CALCU，驱动控制子程序DRVCON，十进制转换子程序MERTRICCON，温度数码显示子程序DISP。
基于51单片机的智能型金属探测器设计 任务书 1．设计的主要任务及目标 金属探测器作为一种最重要的安全检查设备，己被广泛地应用于社会生活和工业生产的诸多领域。比如在机场、大型运动会(如奥运会)、展览会等都用金属探测器来对过往人员进行安全检测。进行总体方案设计；了解各功能模块的实现原理并画出硬件原理图；完成软件流程图并给出软件编程程序。 2．设计的基本要求和内容 (1) 查阅相关文献资料，完成开题报告；(2) 系统总体设计；(3) 进行系统硬件设计；(4) 系统软件设计；(5) 毕业设计说明书 3．主要参考文献 [1]孙涵芳,徐爱卿,MCS-51/96系列单片机原理及应用[M]北京航天航空大学出版社,1999,1~72 [2]房小翠,王金凤,单片机实用系统设计技术,[M]国防工业出版社2002,142~159 [3]涂有瑞.霍尔传感元器件及其应用[J].电子元器件应用,2002,4(3):53~57. [4] AD526Data Sheet[S].Analog Device Inc.,1999. 4．进度安排
基于51单片机的智能型金属探测器设计 摘要：本文介绍了一种基于AT89S52单片机控制的智能型金属探测器重点研究了它的硬件组成、软件设计、工作原理及主要功能。该金属探测器以AT89S52单片机为核心，采用线性霍尔元件UGN3503作为传感器，来感应金属涡流效应引起的通电线圈磁场的变化，并将磁场变化转化为电压的变化，单片机测得电压值，并与设定的电压基准值相比较后，决定是否探测到金属。系统软件采用汇编语言编写。在软件设计中，采用了数字滤波技术消除干扰，提高了探测器的抗干扰能力，确保了系统的准确性。 关键词：AT89S52单片机, 金属探测器, 线性霍尔元件 ,电磁感应 AN INTELLIGENT METAL DETECTOR BASED ON AT89C51 Abstract: This paper describes the composition of hardware and software,working principles and the functions of an intelligent metal detector which mainly consists of AT89S52 Single Chip Micyoco and linear Hall-Effect Sensor. The equipment adopts UGN3503U linear hall-effect sensor as probe to detect the field change of the centre of a search coil resulted from eddy current effect and turn this magnetic field change into voltage change. The SCM measures the peak value of voltage and compares it with reference voltage. Then determine whether detect metal or not. In case of detection of a metallic mass, the Metal Detector provides an acoustical and optical alarm. The systems software adopts the assembler language to be written. Inside the software, the digital filter technology is utilized to eliminate the jamming. So the stability of system and the measuring veracity are improved. Key word：AT89S52SCM (Single Chip Micyoco) metal detector，electromagnetic，the effect of inductance
基于单片机的毕业论文题目有哪些 很多物联网专业的学生对单片机非常感兴趣，不光是对专业的热爱，另外由于单片机是集成电路芯片，是控制整个流程最基础的环节，大多数理科生对这种控制式设计充满着好奇，下面，我们学术堂整理了多个基于单片机的毕业论文题目，欢迎各位借鉴。 基于单片机的毕业论文题目一： 1、基于单片机的压电加速度传感器低频信号采集系统的设计 2、基于单片机的超声测距系统 3、基于C8051F005单片机的两相混合式直线步进电机驱动系统的设计 4、基于单片机的工业在线数字图像检测系统研究与实现 5、基于FPGA的8051单片机IP核设计及应用 6、基于单片机的军需仓库温湿度测控系统研究 7、单片机多主机通信模式在粮库温湿度监控系统中的应用 8、基于单片机的中小水电站闸门控制系统 9、基于单片机的正弦逆变电源研制 10、单片机实验教学仿真系统的设计与开发 11、基于单片机的温湿度检测系统的设计 12、基于单片机的蓝牙接口设计及数据传输的实现 13、基于单片机的多功能温度检测系统的设计与研究 14、基于单片机的温度控制系统的研究 15、行为导向教学策略在职校单片机课程教学中的应用研究 16、逻辑电路与单片机的虚拟实验系统设计与实现
17、基于单片机的LED显示系统 18、基于单片机的校园安防系统 19、基于MSP430单片机的红外甲烷检测仪设计及实现 20、基于高性能单片机的无线LED彩灯控制系统的设计与实现 21、基于AVR单片机教学实验板的设计 22、基于单片机的阀岛控制系统的研究 23、基于AT89S51单片机实验开发系统设计 24、基于单片机和GPRS数据传输技术的研究 25、基于HCS12单片机的智能车底层控制系统研究 26、单片机GPRS智能终端及远程工业监控技术研究 27、基于单片机的MODBUS总线协议实现技术研究 28、基于单片机的室内智能通风控制系统研究 29、基于单片机的通用控制器设计与实现 30、基于单片机控制的PTCR阻温特性测试系统的设计与实现 31、Proteus在单片机教学中的应用 32、基于单片机的变频变压电源设计 33、基于单片机的监控系统控制部分的设计 34、基于单片机的葡萄园防盗报警系统设计 35、基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现 36、基于单片机的远程抄表系统的设计与研究 37、基于单片机的温度测控系统在温室大棚中的设计与实现 38、基于单片机的高精度随钻测斜仪系统开发 39、基于16位单片机MC9S12DG128B智能车系统的设计 基于单片机的毕业论文题目二： 40、基于单片机的压力/液位控制系统的设计研究 41、单片机与Internet网络的通信应用研究 42、基于单片机控制的温室环境测控装置研究 43、具有新型接口的MCS-51单片机实验系统设计 44、基于单片机控制的直流恒流源的设计 45、基于单片机的模糊控制方法及应用研究 46、基于AT89S52单片机的煤矿瓦斯监测系统的研制 47、基于AT89C51单片机的脉象信号采集系统研究 48、基于DTMF技术的单片机远程通信系统研究 49、基于单片机的GPRS无线数据采集与传输系统的设计 50、基于单片机控制的柴油机喷油泵数据采集系统的设计与实现 51、基于谐振技术及MK单片机的多路升压器研究设计 52、基于单片机的数据串口通信 53、基于单片机的智能寻迹系统设计 54、压电式阀门定位器与单片机实验装置研制 55、基于单片机的微型电子琴研究与实现 56、基于单片机的恒温恒湿孵化器系统设计 57、基于16位单片机MC9S12XS128的两轮自平衡智能车的系统研究与开发
目录 一、引言········ 二、设计课题········· 三、系统总体方案········· 四、系统硬件设计······ 1.硬件电路原理图 2.元件清单 五、系统软件设计········· 1.软件流程图 2.程序清单 六、系统实物图········ 七、课程设计体会········ 八、参考文献及网站········· 九、附录·········
一．引言 单片机因将其主要组成部分集成在一个芯片上而得名，就是把中央处理器、随机存储器、只读存储器、中断系统、定时器/计数器以及I/O接口电路等部件集成在一个芯片上。 基于单片机设计的数字钟精确度较高，因为在程序的执行过程中，任何指令都不影响定时器的正常计数，即便程序很长也不会影响中断的时间。 数字钟是采用数字电路实现对日期、时、分、秒，数字显示的计时装置，由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用，使得数字钟的精度，远远超过老式钟表，钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表的报时功能。数字钟已成为人们日常生活中的必需品，广泛应用于家庭、车站、码头、剧院、办公室等场所，给人们的生活、学习、工作带来极大的方便。不仅如此，在现代化的进程中，也离不开电子钟的相关功能和原理，比如机械手的控制、家务的自动化、定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。而且是控制的核心部分。因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。 本设计使用12MHZ晶振与单片机AT89C51相连接，以AT89C51芯片为核心，采用动态扫描方式显示，通过使用该单片机，加之在显示电路部分使用HD74LS373驱动电路，实现在8个LED数码管上显示时间，通过4个按键进行调时、复位等功能，在实现各功能时数码管进行相应显示。软件部分用C语言实现，分为显示、延迟、调时、复位等部分。通过软硬件结合达到最终目的。
基于51单片机的智能型金属探测器 摘要 本文介绍了一种基于AT89S52单片机控制的智能型金属探测器重点研究了它的硬件组成、软件设计、工作原理及主要功能。该金属探测器以AT89S52单片机为核心，采用线性霍尔元件UGN3503作为传感器，来感应金属涡流效应引起的通电线圈磁场的变化，并将磁场变化转化为电压的变化，单片机测得电压值，并与设定的电压基准值相比较后，决定是否探测到金属。系统软件采用汇编语言编写。在软件设计中，采用了数字滤波技术消除干扰，提高了探测器的抗干扰能力，确保了系统的准确性。 关键词：单片机金属探测器线性霍尔元件电磁感应. ABSTRACT This paper describes the composition of hardware and software,working principles and the functions of an intelligent metal detector which mainly consists of AT89S52 Single Chip Micyoco and linear Hall-Effect Sensor. The equipment adopts UGN3503U linear hall-effect sensor as probe to detect the field change of the centre of a search coil resulted from eddy current effect and turn this magnetic field change into voltage change. The SCM measures the peak value of voltage and compares it with reference voltage. Then determine whether detect metal or not. In case of detection of a metallic mass, the Metal Detector provides an acoustical and optical alarm. The systems software adopts the assembler language to be written. Inside the software, the digital filter technology is utilized to eliminate the jamming. So the stability of system and the measuring veracity are improved. KEYWORDS: SCM (Single Chip Micyoco) metal detector .
单片机类 业设计 刷电子时钟的设计 刷全自动节水灌溉系统--硬件部 刷数 式温度计的设计 刷温度 控系统设计 刷基于单片机的语音提示测温系统的研究 刷简易无线电遥控系统 刷数 流 计 刷基于单片机的全自动洗衣机 刷水塔智能水 控 系统 刷温度箱模拟控 系统 刷超声波测距仪的设计 刷基于51单片机的L司号点阵显示屏系统的设计与实 16×16点阵显示屏 刷基于A切89分51单片机的数 电子时钟 刷基于单片机的步 电机的控 刷基于单片机的交流调 器设计 刷基于单片机的数 电压表的设计 刷单片机的数 钟设计 刷智能散热器控 器的设计 刷单片机打铃系统设计 刷基于单片机的交通信 灯控 电路设计 刷基于单片机的电话 程控 家用电器系统设计 刷基于单片机的安全 警器 刷基于单片机的 路抢答器设计 刷基于单片机的超声波测距系统的设计 刷基于MC分-51数 温度表的设计 刷电子体温计的设计 刷基于A切89C51的电话 程控 系统 刷基于A三R单片机幅度 调的号号分信 发生器 刷基于单片机的数控稳压电源的设计 刷基于单片机的室内一氧化碳 测及 警系统的研究 刷基于单片机的空调温度控 器设计 刷基于单片机的 编程多 能电子定时器 刷单片机的数 温度计设计 刷红外遥控密码锁的设计 刷基于61单片机的语音识别系统设计 刷家用 燃气体 警器的设计 刷基于数 温度计的多点温度检测系统 刷基于凌 单片机的语音实时采集系统设计 刷基于单片机的数 频率计的设计 刷基于单片机的数 电子钟设计 刷设施 境中温度测 电路设计 刷汽车倒车 撞 警器的设计 刷篮球赛计时记 器
刷基于单片机的家用智能总线式开关设计 刷设施 境中湿度检测电路设计 刷基于单片机的音乐合成器设计 刷设施 境中二氧化碳检测电路设计 刷基于单片机的水温控 系统设计 刷基于单片机的数 温度计的设计 刷基于单片机的火灾 警器 刷基于单片机的红外遥控开关设计 刷基于单片机的电子钟设计 刷基于单片机的红外遥控电子密码锁 刷大棚温湿度自动 控系统 刷基于单片机的电器遥控器的设计 刷单片机的语音 储与 放的研究 刷基于单片机的电 热炉温度控 系统设计 刷红外遥控电源开关 刷基于单片机的 频信 发生器设计 刷基于单片机的呼叫系统的设计 刷基于PIC16F876A单片机的超声波测距仪 刷基于单片机的密码锁设计 刷单片机步 电机转速控 器的设计 刷由A切89C51控 的太 能热水器 刷 盗与恒温系统的设计与 作 刷A切89分52单片机实验系统的开发与 用 刷基于单片机控 的数 气压计的设计与实 刷智能压力传感器系统设计 刷智能定时器 刷基于单片机的智能火灾 警系统 刷基于单片机的电子式转速 程表的设计 刷 交车汉 显示系统 刷单片机数 电压表的设计 刷精密三F转换器与MC分-51单片机的接口技术 刷基于单片机的居室安全 警系统设计 刷基于89C2051 IC卡读/写器的设计 刷PC机与单片机串行通信设计 刷球赛计时计 器设计 刷 系列PCL五层电 控 系统设计 刷自动起闭光控窗帘设计 刷单片机控 交通灯系统设计 刷基于单片机的电子密码锁 刷基于51单片机的多路温度采集控 系统 刷点阵电子显示屏-- 业设计 刷超声波测距仪-- 业设计 刷单片机对玩 小车的智能控 业设计论文 刷基于单片机控 的电机交流调速 业设计论文
1 LED电子显示屏原理 1.1 L ED电子显示屏概述 LED电子显示屏（Light Emitting Diode Panel）是由几百--几十万个半导体发光二极管构成的像素点，按矩阵均匀排列组成。利用不同的半导体材料可以制造不同色彩的LED像素点。目前应用最广的是红色、绿色、黄色。而蓝色和纯绿色LED的开发已经达到了实用阶段。LED显示屏是一种通过控制半导体发光二极管的亮度的方式，来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。 LED显示屏分为图文显示屏和条幅显示屏，均由LED矩阵块组成。图文显示屏可与计算机同步显示汉字、英文文本和图形；而条幅显示屏则适用于小容量的字符信息显示。LED显示屏因为其像素单元是主动发光的，具有亮度高，视角广、工作电压低、功耗小、寿命长、耐冲击和性能稳定等优点。因而被广泛应用于车站、码头、机场、商场、医院、宾馆、银行、证券市场、建筑市场、拍卖行、工业企业管理和其它公共场所。 LED显示屏的发展前景极为广阔，目前正朝着更高亮度、更高气候耐受性、更高的发光密度、更高的发光均匀性，可靠性、全色化方向发展。 1.2 LED显示屏动态显示原理 LED点阵显示系统中各模块的显示方式：有静态和动态显示两种。静态显示原理简单、控制方便，但硬件接线复杂，在实际应用中一般采用动态显示方式，动态显示采用扫描的方式工作，由峰值较大的窄脉冲电压驱动，从上到下逐次不断地对显示屏的各行进行选通，同时又向各列送出表示图形或文字信息的列数据信号，反复循环以上操作，就可显示各种图形或文字信息。 点阵式LED汉字广告屏绝大部分是采用动态扫描显示方式，这种显示方式巧妙地利用了人眼的视觉暂留特性。将连续的几帧画面高速的循环显示，只要帧速率高于24帧/秒，人眼看起来就是一个完整的，相对静止的画面。最典型的例子就是电影放映机。在电子领域中，因为这种动态扫描显示方式极大的缩减了发
单片机系统的设计 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020
第4章 单片机系统的设计 引言 用V/F 变换器作A/D 转换时，通常由一些硬件电路如振荡器、二分频器、计数器和门电路组成，而由计数器计得的计数值即A/D 转换结果再通过接口电路送入微计算机进行处理，较为复杂和不便，或者采用F/BCD 变换电路将V/F 变换器输出的频率信号变为BCD 码再通过接口电路送入微计算机，也较为复杂，而且还要对BCD 码进行变换。这些方法成本都较高。 本设计介绍一种以单片机直接与V/F 变换器接口进行A/D 转换的方法，不须额外的硬件电路，完全利用单片机内部的硬件资源，简单方便，成本最低，大大地提高了V/F 变换器作为A/D 转换电路的可行性。 当前，单片机特别是Intel 公司的MCS-51系列单片机已在智能仪器仪表和过程控制等方面得到广泛应用，大有取代Z80之势，因此A/D 转换电路与单片机的接口方法也是人们所关注的。下面将主要介绍MCS-51系列的单片机8031为主控器件的硬件电路。 主控器Intel 8031简介 P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P3.0P3.1P3.2P3.3 P3.4P3.5P3.6P3.7XTAL 1 XTAL 2 V SS RST/VPD RXD TXD T0 T10INT P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7 P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0 1INT WR RD EA /V P P ALE V CC PSEN 4039383736353433323130292827262524232221 2019181716151413121110 987654321 8031P1.0 图4-1 8031引脚图 8031 cite-feet figure
2016-2017学年第1学期 单片机应用系统设计/工程实践 (课号:103G06B/D/E) 实验报告 项目名称：基于AT89C51单片机温度报警系统 学号 姓名 班级 学院信息科学与工程学院 完成时间
目录 一、项目功能及要求 (3) 1.1、课程设计的性质和目的 (3) 1.3、项目设计要求 (3) 二、系统方案设计及原理 (3) 2.1、设计主要内容 (3) 2.2 、AT89C51单片机简介 (3) 2.3 、DS18B20简介 (4) 2.4 、数码管显示 (5) 2.5、报警电路 (6) 三、系统结构及硬件实现 (7) 3.1、总电路图 (7) 3.2、单片机控制流程图 (8) 四、软件设计过程 (8) 五、实验结果及分析 (8) 5.1 、Proteus仿真 (8) 5.2 、C程序调试 (9) 六、收获及自我评价 (14) 七、参考文献 (15)
一、项目功能及要求 1.1、课程设计的性质和目的 本温度报警器以AT89C51单片机为控制核心,由一数字温度传感器DS18B20测量被控温度，结合7段LED以及驱动LED的74LS245组合而成。当被测量值超出预设范围则发出警报，且精度高。 利用现代虚拟仿真技术可对设计进行仿真实验，与单片机仿真联系紧密的为proteus仿真，利用keil软件设计单片机控制系统，然后与proteus进行联合调试，可对设计的正确性进行检验。 1.2、课程设计的要求 1、遵循硬件设计模块化。 2、要求程序设计结构化。 3、程序简明易懂，多运用输入输出提示，有出错信息及必要的注释。 4、要求程序结构合理，语句使用得当。 5、适当追求编程技巧和程序运行效率。 1.3、项目设计要求 1、基于AT89C51单片机温度报警系统； 2、设计3个按键分别为：设置按钮、温度加、温度减； 3、DS18B20温度传感器采集温度，并在数码管上显示按键的区别； 二、系统方案设计及原理 2.1、设计主要内容 本设计以AT89C51单片机为核心，从而建立一个控制系统，实现通过3个按键控制温度，以达到设置温度上下限的功能，并在数码管上显示三个数字当前的温度上下限设置值和DS18B20温度采集值的显示（精确到小数点后一位），当温度高于上限或者低于下限蜂鸣器报警。 2.2 、AT89C51单片机简介 AT89C51是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机,片内含4kBytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用A TMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及89C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89C51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案.AT89C51具有如下特点：40个引脚，4k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器，32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，片内时钟振荡器。 此外，AT89C51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。AT89C51单片机的基本结构和外部引脚如下图所示。
基于单片机的金属探测器的设计 学生：指导教师： 内容摘要：本文着重介绍了一种基于AT89S52单片机控制的智能型金属探测器的硬件组成、软件设计、工作原理及主要功能。该金属探测器以AT89S52单片机为核心，采用线性霍尔元件UGN3503作为传感器，来感应金属涡流效应引起的通电线圈磁场的变化，并将磁场变化转化为电压的变化，单片机测得电压值，并与设定的电压基准值相比较后，决定是否探测到金属。系统软件采用汇编语言编写。在软件设计中，采用了数字滤波技术消除干扰，提高了探测器的抗干扰能力，确保了系统的准确性。此外，文中还对影响金属探测器的灵敏度与稳定性的因素进行了探讨，认为仪器的工作频率、检测线圈的尺寸及匝数等是影响灵敏度的主要因素;而应用现场的环境温度、湿度及线圈的制作工艺和供电电源的稳定程度是仪器稳定性的影响因素。 关键词：单片机金属探测器线性霍尔元件电磁感应灵敏度
Design for vending machine's PLC system Abstract: This paper describes the composition of hardware and software,working principles and the functions of an intelligent metal detector which mainly consists of AT89S52 Single-Chip Microcomputer and linear Hall-Effect Sensor. The equipment adopts UGN3503U linear hall-effect 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 change.The Single-Chip Microcomputer measures the peak value of voltage and compares it with reference voltage.Then determine whether detect metel or not.In case of detection of a metallic mass,the Metal Detector porvides an acoustical and optical alarm.The systems software adopts the assmbler language to be written.Inside the software,the digital filter technology is utilized to eliminate the jamming.So the stability of system and measuring veracity are improved.The effect of all factors on sensitivity and stability of Metel Detetor are discussed in this paper.It 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:Single-Chip Microcomputer metal detector linear hall-effect sensor electric-magnetic induction sensitivity
基于单片机的秒表课程设计
基于单片机的秒表课程设计 姓名： 班级： 学号： 专业： 指导老师： 年月日
目录1、总体设计方案简介 1.1设计课程任务 1.2系统分析 1.3系统方案 1.4方案论证 2、硬件设计 2.1控制芯片的介绍 2.2硬件接线 2.2.1硬件接线接口 2.2.2硬件接线图 3、软件设计 3.1程序设计思路 3.2流程图 3.3源程序 3.4仿真结果 4、元件清单 5、心得体会
基于单片机的秒表课程设计 摘要 本设计的成品是在单片机最小系统的基础上增加显示电路和控制电路来完成数字式秒表的硬件电路的。电子秒表电路主要由AT89S51单片机最小系统电路、七段数码管动态显示电路和控制电路组成，它能实现八段数码显示和计时，能通过控制电路控制时间的暂停和开始。 关键字：AT89S51 数码管最小系统 1总体设计方案简介 1.1设计课题任务 设计一个具有特定功能的数字式秒表。用AT89C52设计一个2位LED 数码显示“秒表”,显示时间为00-59,另设计一个“开始”按钮和一个“复位”按钮。按键说明：按“开始”按键，开始计数，数码管从00开始每秒自动加一；按“复位”按键，系统清零，数码管显示00。 1.2系统分析 设计的电路主要是能多次计时，计时的多少通过显示电路出来，设计框图如图所示； 控制部 分技术和 存储部显示部分
1.3系统方案 利用AT89C52单片机设计数显定时器。此方案采用AT89C52单片机系统来实现。AT89C52芯片内含8KB 的EEPROM ，不需要外扩展存储器，可是系统整体结构更为简单。设计框图如图所示； 1.4方案论证 此方案是以AT89C52芯片为中心控制系统，可实现计时、清零等功能，大大提高了系统的智能化，也是的系统所测结果精度大大提高。所以此方案可行。 2硬件设计 2.1控制芯片的介绍 AT89S52是一种低功耗、高性能的片内含有4KB 快闪可编程/擦除只读存储器，的8位CMOS 微控制器，使用高密度、非易失存储技术制造， 外部控制开关 AT89C52 单 片 机 七段数码显示