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基于单片机的金属探测器设计任务书一、任务背景随着科技的发展和社会的进步，金属探测器在安全检查、资源勘探等领域扮演着重要角色。
基于单片机的金属探测器由于其低成本、高性能的特点，成为了当前研究的热点。
本任务书旨在设计一个基于单片机的金属探测器，以满足实际应用需求。
二、任务目标1. 设计一个基于单片机的金属探测器原型；2. 实现金属探测器对金属目标的准确探测和报警功能；3. 优化设计方案，提高金属探测器的性能和可靠性。
三、任务内容1. 硬件设计：(1) 选择合适的传感器：根据金属探测的需求，选择适用于单片机的金属传感器，如电磁感应传感器、电阻传感器等。
(2) 搭建电路：根据传感器的特性和单片机的工作要求，设计并搭建合适的电路，包括传感器接口电路、信号放大电路、滤波电路等。
(3) 选择合适的单片机：根据金属探测器的功能要求和硬件设计方案，选择合适的单片机进行控制和信号处理。
(4) 设计电源模块：为金属探测器提供稳定、可靠的电源，设计合适的电源模块。
2. 软件设计：(1) 编写单片机控制程序：根据金属探测器的功能需求，编写合适的单片机控制程序，实现对传感器的数据采集、信号处理和报警控制等功能。
(2) 开发用户界面：设计直观友好的用户界面，使用户可以方便地操作金属探测器并获取探测结果。
(3) 优化算法：对探测信号进行合理的算法处理，提高金属探测器的探测准确性和灵敏度。
3. 软硬件集成：(1) 将硬件和软件部分进行集成，实现金属探测器的整体功能。
(2) 进行系统测试和性能评估，对金属探测器进行功能和可靠性测试，确保其满足设计要求。
四、任务计划1. 第1周：调研金属探测器的基本原理和技术，确定硬件设计方案；2. 第2周：完成金属传感器的选择和电路搭建；3. 第3周：完成单片机的选择和控制程序的编写；4. 第4周：开发用户界面和优化算法；5. 第5周：进行软硬件集成，进行系统测试和性能评估；6. 第6周：完善任务书和项目报告，进行总结和展望。
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 AT89C51Abstract: 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目录1绪论 (1)1.1引言 (1)1.2探测器的发展状况及应用 (1)1.3本文研究的主要内容 (4)2系统的总体设计 (5)2.1系统设计的理论依据 (5)2.1.1线圈介质条件的变化 (5)2.1.2涡流效应 (6)2.2系统组成 (6)3系统硬件设计 (8)3.1系统硬件选型 (8)3.2系统电路设计 (13)3.2.1系统组成框图 (13)3.2.2电路原理图 (14)3.2.3线圈振荡电路 (14)3.2.4数据采集电路 (16)3.2.5 A/D转换电路 (17)3.2.6显示报警电路 (18)3.2.7整机工作原理描述 (19)3.2.8灵敏度分析 (20)4系统软件设计 (21)4.1软件设计思想 (21)4.2软件流程 (21)4.2.1主程序流程图 (21)4.2.2中断服务程序 (23)4.2.3初始化子程序 (23)4.2.4数字滤波程序设计 (24)结论 (27)参考文献 (28)致谢 (29)附录一电路原理图 (30)附录二程序清单 (31)1绪论1.1引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。
单片机的金属探测器设计的课程设计一、引言在现代化社会中，金属探测器在安全、军事、文化遗产保护等领域起到了重要作用。
本课程设计旨在设计一款基于单片机的金属探测器，通过单片机的计算和控制能力，实现对金属目标的探测和检测。
本文将详细介绍该课程设计的整体设计思路、硬件电路的设计与实现、软件程序的编写与调试、以及对实际探测效果的验证与改进。
二、整体设计思路金属探测器的工作原理是通过电磁感应原理来检测金属目标。
当金属目标在金属探测器的工作线圈中穿过时，会产生感应电流，从而改变线圈谐振频率，进而通过单片机进行信号处理和判别。
本课程设计的整体设计思路如下：1.硬件设计：设计金属探测器的电路，包括金属探测线圈、放大电路和滤波电路等。
2.软件设计：编写单片机程序，实现金属探测信号的处理和判别。
3.信号处理：对金属探测信号进行滤波、放大和去噪等处理。
4.信号判别：通过设定合适的阈值和算法，对处理后的信号进行判别，确定是否探测到金属目标。
5.验证与改进：通过实际探测测试，对金属探测器的性能进行验证，并根据测试结果进行改进和优化。
三、硬件电路设计与实现1. 金属探测线圈设计金属探测线圈是金属探测器的核心部分，它能够产生感应电流，从而检测金属目标。
在设计线圈时，需要考虑线圈的形状、材料和匝数等因素。
一般来说，线圈的匝数越多、面积越大，探测的灵敏度越高。
2. 放大与滤波电路设计为了增强金属探测信号的强度，需要设计一个放大电路。
放大电路可以通过运算放大器实现，其中包括差分放大和低通滤波等功能。
放大电路能够提高信号的信噪比，减小噪声的影响。
3. 数模转换电路设计在金属探测器中，需要将模拟信号转换为数字信号进行处理。
为此，需要设计一个数模转换电路，将模拟信号转换为单片机可以处理的数字信号。
四、软件程序的编写与调试1. 单片机选型与环境搭建根据金属探测器的设计需求，选择合适的单片机进行编程。
在选择单片机的同时，需要配置相应的软件开发环境，例如Keil或者IAR。
基于单片机的金属探测系统设计摘要在烟草、塑料、食品、制药、水泥、造纸、纺织、木材加工等很多行业中,经常会由于在物料中混有金属而导致设备损坏,产品质量下降,严重影响了正常生产,使得厂家和广大消费者都蒙受损失。
针对以上问题，本系统设计提出了金属探测、坐标定位、坐标数据存储与显示等解决方案，为后续的金属剔除设备提供了数据支持。
本系统设计基于把500*500mm的未知区域区虚拟均匀分割成250000个1*1mm的坐标格，用以确定金属的位置坐标，实现了高精度金属坐标定位（坐标误差小于±1mm）。
本设计以MSP430F149单片机为系统控制核心，以轴承导轨作为系统金属检测框架系统，以TS3384N8三相24V步进电机作为金属检测动力系统及坐标采集系统，并配以金属检测电路、信号调理电路、声光报警电路、液晶显示电路等外设电路，实现了对未知区域的进行全自主、高精度的金属检测。
本设计实现了以轴承导轨载体平台、全自主无死角探测、高精度坐标定位显示及坐标存储、智能声光报警等功能。
全自主高速检测系统提高了工作效率，为以后扩展安装在工业自动化流水线上奠定了基础。
关键字：金属探测；巡回扫描；坐标显示；金属定位Design Of Intelligent Metal Detecting SystemBased On MCUAbstractIn tobacco, plastics, food, pharmaceutical, cement, paper, textile, wood processing and many other industries, because the materials are mixed with metal, the machines are damaged, which lead to lower-quality product. The normal production is seriously affected, and manufacturers and consumers suffer losses.To solve these problems, the metal detector, coordinate position, and other coordinate data storage and display are proposed,which provide data support for the subsequent metal removing device.The system design is based on the 500 * 500mm unknown even regional area which is divided into 250 000 of the grid which is1*1mm. It realizes high precision metal coordinate positioning (coordinates error is less than ± 1mm). The design useMSP430F149 microcontroller as the core,bearing guide rail as metal detector frame,TS3384N8 24V three-phase stepper motor as the metal detection power system and coordinate collection system. The SCM combines with metal detector, signal conditioning circuits, alarm of sound light circuit, LCD circuit and other peripheral circuits,which realizes precision metal detection for an unknown region.The design realizes fully autonomous detection without dead ends, high-precision positioning, displaying,storing the coordinates, intelligent sound and light alarming which is based on bearing guide rai.It improves the efficiency through fully autonomous high-speed detection system,and lays the foundation for the future expansion in industrial automation lines.Keyword：Metal detecting; tour scanning; coordinate display; metal Positioning目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (III)第1章绪论 (1)1.1 金属探测系统的发展历史 (1)1.2 设计背景和意义 (2)1.3 研究现状与发展趋势 (3)1.4 本设计的实际意义 (4)第2章设计方案论证 (5)2.1 以智能小车为载体平台的扫描式探测 (5)2.2 以导轨支架为载体平台的扫描式探测 (6)2.3 方案对比与选择 (8)第3章硬件系统设计 (11)3.1 机械结构设计 (11)3.1.1 轴承在系统中的应用 (11)3.1.3 滑块在系统中的应用 (12)3.1.4 齿轮在系统中的应用 (13)3.2 硬件电路系统设计 (14)3.2.1 核心控制器系统 (14)3.2.2 金属检测系统 (20)3.2.3 坐标显示系统 (21)3.2.4 电机控制系统 (22)3.2.5 声光报警系统 (24)第4章软件系统设计 (26)4.1 金属检测软件系统设计 (27)4.2 步进电机控制系统软件设计 (27)4.3 坐标显示系统软件设计 (28)4.4 报警系统软件设计 (30)图4-5 报警系统程序流程图 (30)第5章系统结论 (31)参考文献 (32)谢辞 (35)附录一 (37)附录二 (38)第1章绪论金属探测系统是用来探测金属的电子检测系统[1]。
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ABSTRCTThis 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 thejamming.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目录前言 (1)第1章分析探测金属的理论依据 (3)1.1理论描述 (3)1.1.1线圈介质条件的变化 (3)1.1.2涡流效应 (4)第2章硬件电路设计 (6)2.1系统组成 (6)2.2硬件电路功能描述 (6)2.2.1线圈振荡电路 (7)2.2.2数据采集电路 (8)2.2.3 A/D转换电路 (12)2.2.4系统控制单元 (15)2.2.5键盘控制电路 (16)2.2.6显示报警电路 (17)2.2.7电源电路 (18)2.3整机工作原理描述 (19)第3章系统软件设计 (20)3.1软件设计思想 (20)3.2数字滤波及算法说明 (21)3.3主程序流程图 (21)3.3.1键盘控制程序设计 (23)3.3.2数字滤波程序设计 (23)3.3.3显示与报警程序设计 (25)第4章主要技术指标分析 (26)4.1主要技术指标分析 (26)4.4.1工作频率 (26)4.4.2灵敏度分析 (26)4.4.3稳定性分析 (26)第5章仿真、调试结果及分析 (27)5.1 仿真、调试目的与内容 (27)5.2 仿真结果及分析 (27)5.3 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。
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ABSTRCTThis 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目录前言 (1)第1章分析探测金属的理论依据 (2)1.1理论描述 (2)1.1.1线圈介质条件的变化 (2)1.1.2涡流效应 (3)第2章硬件电路设计 (5)2.1系统组成 (5)2.2硬件电路功能描述 (5)2.2.1线圈振荡电路 (6)2.2.2数据采集电路 (7)2.2.3 A/D转换电路 (11)2.2.4系统控制单元 (14)2.2.5键盘控制电路 (15)2.2.6显示报警电路 (16)2.2.7电源电路 (17)2.3整机工作原理描述 (18)第3章系统软件设计 (19)3.1软件设计思想 (19)3.2数字滤波及算法说明 (20)3.3主程序流程图 (20)3.3.1键盘控制程序设计 (22)3.3.2数字滤波程序设计 (22)3.3.3显示与报警程序设计 (24)第4章主要技术指标分析 (25)4.1主要技术指标分析 (25)4.4.1工作频率 (25)4.4.2灵敏度分析 (25)4.4.3稳定性分析 (25)第5章仿真、调试结果及分析 (26)5.1 仿真、调试目的与内容 (26)5.2 仿真结果及分析 (26)5.3 试验总结 (28)第6章结论 (29)参考文献 (30)致谢 (31)附录1 电路原理图 (32)附录2 各模块程序清单 (33)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。
声明本人重声明：所呈交的毕业设计（论文）是本人在指导教师指导下进行的研究工作与取得的研究成果。
其中除加以标注和致的地方，以与法律规定允许的之外，不包含其他人已经发表或撰写完成并以某种方式公开过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位或证书而作的材料。
其他同志对本研究所做的任何贡献均已在文中作了明确的说明并表示意。
本毕业设计（论文）成果是本人在师大学读书期间在指导教师指导下取得的，成果归师大学所有。
特此声明。
声明人（毕业设计（论文）作者）学号：声明人（毕业设计（论文）作者）签名：签名日期：年月日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的硬件组成、软件设计、工作原理与主要功能。
该金属探测器以AT89S52单片机为核心，采用线性霍尔元件UGN 3503U作为传感器来感应金属涡流效应引起的通电线圈周围磁场的变化，并将磁场变化转化为电压的变化，单片机将测得的电压值与试验测定的基准电压值相比较，以确定是否探测到金属。
该系统软件采用C语言来写，在软件设计中，采用了算术平均值滤波消除干扰，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，涡流AbstractThis paper describes the composition of hardware and software，working principles and the functions of an intelligent metal detector which mainly consistsof AT89S52 Single Chip Micyoco and linear Hall-Effect Sensor. The equipmentadopts 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 SCM measures the peak value ofvoltage and compares it with reference voltage. Then determine whether detectmetal or not. In case of detection of a metallic mass, the Metal Detector providesan acoustical and optical alarm. The systems software adopts the C language to be written. Inside the software, the Arithmetic meanfilter technology is utilizedto eliminate the jamming. So the stability of system and the measuring veracity areimproved.Keywords: SCM(Single Chip Micyoco)，metal detector, linear hall-effect sensor, electric-magnetic induction, eddy current.目录摘要AbstractI1引言02 设计要求03 探测金属的理论依据04 方案论证14.1 方案一14.2 方案二25 硬件部分的设计35.1 线圈振荡电路：35.2 控制电路：45.2.1 线性霍尔传感器45.2.2 放大和峰值检波电路65.3 AD与单片机报警部分75.3.1 ADC080985.3.2 AT89S5295.4 基准电压采集结束部分125.5 报警部分125.6 显示部分125.7 电源部分126 工作原理简述137 系统软件设计148 设计部分仿真159 主要技术指标分析179.1 金属探测器的工作频率179.2 灵敏度分析179.3 稳定性分析18参考文献19附录一电路原理图20附录二源程序211引言全球第一台金属探测器诞生于1960年，五十年过去了，金属探测器经历了几代探测技术的变革，从最初的信号模拟技术到连续波技术直到今天所使用的数字脉冲技术，金属探测器简单的磁场切割原理被引入多种科学技术成果。
基于STM32单片机的金属探测装置的设计与实现韩少栋 陈 龙（杭州电子科技大学电子信息学院，浙江 杭州 310018）【摘 要】本文介绍了一种基于STM32单片机和导轨的二维平面金属自动扫描装置。
本系统包含单片机最小系统电路、步进电机驱动电路、稳压电路、人机交互电路等硬件部分和SPI通信协议程序、电机驱动程序、液晶显示程序等软件部分以及丝杆导轨、同步带导轨等机械部分。
本系统通过STM32单片机和LDC1000电感数字转换器，控制以芯片THB7128为驱动电路的步进电机，使LDC1000能够在一个大约为50cm*50cm的平面内进行自动扫描，当发现金属时，进行精确定位，并具有液晶显示、声光提示等多种功能。
本系统的设计方案具有原理易懂、方法巧妙、发现目标快速等特点，具有较高的实践价值。
【关键词】STM32单片机LDC1000电感数字转换器THB7128驱动芯片丝杆导轨同步带导轨1前言金属探测器，就是利用金属传感器在一定的范围内扫描金属物体，同时可以做出精确定位的装置。
如今，在安全防盗、战地考古甚至在食品行业中，金属探测装置都起着至关重要的作用，它不仅可以检测到军火、刀具，还能发现硬币、食品中的金属杂质等等。
与传统探测器相比，现代金属探测器具有扫描速度快、灵敏度高、携带便捷等特点，因此越来越受到人们的青睐。
本文的目的就是设计与实现快速并且自动寻找金属物体的探测装置。
2金属探测扫描装置的基本组成及工作原理本文所设计的金属探测自动扫描装置的基本组成结构框图如图1所示，在这个系统中，MCU采用单片机STM32，金属检测传感器采用德州仪器的LDC1000电感数字转换器。
电机选用步进电机，驱动选用THB7128芯片，机械部分选用丝杆导轨和同步带导轨。
OLED屏幕显示实时数据，按键作为输入设备，对装置的启动和传感器的位置进行调整。
蜂鸣器和LED灯作为检测到金属物的提示信号。
图1系统基本组成结构框图本设计的工作原理是将单片机与LDC1000电感数字转换器进行SPI通信。
基于5单片机的金属探测器本科设计基于51单片机的金属探测器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ABSTRCTThis 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目录前言 (1)第1章分析探测金属的理论依据 (3)1.1理论描述 (3)1.1.1线圈介质条件的变化 (3)1.1.2涡流效应 (4)第2章硬件电路设计 (6)2.1系统组成 (6)2.2硬件电路功能描述 (6)2.2.1线圈振荡电路 (7)2.2.2数据采集电路 (8)2.2.3 A/D转换电路 (12)2.2.4系统控制单元 (15)2.2.5键盘控制电路 (16)2.2.6显示报警电路 (17)2.2.7电源电路 (18)2.3整机工作原理描述 (19)第3章系统软件设计 (20)3.1软件设计思想 (20)3.2数字滤波及算法说明 (21)3.3主程序流程图 (21)3.3.1键盘控制程序设计 (23)3.3.2数字滤波程序设计 (23)3.3.3显示与报警程序设计 (25)第4章主要技术指标分析 (26)4.1主要技术指标分析 (26)4.4.1工作频率 (26)4.4.2灵敏度分析 (26)4.4.3稳定性分析 (26)第5章仿真、调试结果及分析 (27)5.1 仿真、调试目的与内容 (27)5.2 仿真结果及分析 (27)5.3 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)代做本论文毕业设计实物。
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.ABSTRACTThis paper describes the compositi on of hardware and software,work ing prin ciples and the fun cti ons of an in tellige nt metal detector which mai nly con sistsof AT89S52 Si ngle Chip Micyoco and lin ear Hall-Effect Sen sor. The equipme ntadopts UGN3503U lin ear hall-effect sensor as probe to detect thefield change of the centre of a search coil resulted from eddy current effect and turn thismagnetic field change into voltage cha nge. The SCM measures the peak value ofvoltage and compares it with refere nee voltage. Then determ ine whether detect metal or no t. I n case of detect ion of a metallic mass, the Metal Detector providesan acoustical and optical alarm. The systems software adopts the assemblerla nguageto be writte n. In side the software, the digital filter tech no logy is utilized to elimi nate the jammi ng. So the stability of system and the measuri ng veracity areimproved. KEYWORDS: SCM (Single Chip Micyoco> metal detector.第一章绪论11.1引言11.2探测器的发展状况及应用11.3本文研究的主要内容2第二章系统的总体设计32.1系统设计的理论依据32.1.1线圈介质条件的变化32.1.2涡流效应42.2系统组成4第三章硬件电路设计63.1系统组成框图63.2电路具体介绍63.2.1.线圈振荡电路83.2.2系统控制单元.133.2.3显示告警电路213.2.4.电源电路21第四章系统软件设计224.1软件算法224.2软件流程224.2.1主程序流程图224.2.2数字滤波程序设计23 第五章.结论.25 致谢26参考文献27第一章绪论1・1引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。
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ABSTRCTThis 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 Microcomputermeasures 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 instrumentKEY 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 311理论描述 3111线圈介质条件的变化 3112涡流效应 4第2章硬件电路设计 621系统组成 622硬件电路功能描述 6221线圈振荡电路7222数据采集电路8223 AD转换电路12224系统控制单元15225键盘控制电路16226显示报警电路17227电源电路1823整机工作原理描述19第3章系统软件设计2031软件设计思想2032数字滤波及算法说明21 33主程序流程图21331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26442灵敏度分析26443稳定性分析26第5章仿真调试结果及分析2751 仿真调试目的与内容2752 仿真结果及分析2753 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2-7223 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。
