金属探测器论文.docx

学校名称 广东药学院 作品名称 金属探测器 指导老师 张利民、阮萍 队 员 陈均连、陈春明、骆伟伟 注：第一位队员为组长摘 要本设计主要是基于AT89C51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AT89C51单片机为核心，采用接近开关电感式传感器，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C语言编写。关键词：单片机 金属探测器 线性霍尔元件 电磁感应 .目 录第一章 绪论11.1探测器的发展状况及应用11.2本文研究的主要内容2第二章 系统的总体设计32.1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63.2.1电路具体介绍63.2.2系统控制单元.7 3.2.3 实物电路图 7第四章 .结论.8参考文献9附录 101、源程序 102、元件清单.101.1探测器的发展状况及应用金属探测器因其功能和市场应用领域的不同，分为以下几种：通道式金属探测器（又称：金属探测门；简称：安检门）、手持式金属探测器、便携式金属探测器、台式金属探测器、工业用金属探测器和水下金属探测器。现如今各行各业都加强了保安工作的部署，正是受此影响金属探测器的应用领域也成功地渗透到其他行业。如：高考进入考场前的检查、娱乐场所。公共娱乐场所的治安问题历来是社会各界关注的焦点，也是治安管理工作的难点。据统计，每年娱乐场所恶性打架斗殴事件和刑事案件发案率占60%以上，其作案凶器均是消费者随身带入娱乐场所。然而，此时简单的通道式金属探测门已不能完全满足安检的要求，安保人员需要的是一种能准确判定金属物品藏匿位置的安检产品。于是多区位金属探测技术孕育而生，它的诞生是金属探测器发展历史上的又一次变革，原来单一的磁场分布变成了现在相互叠和而又相对独立的多个磁场，再根据人体工程学原理把门体分为多个区段使之与人体相对应，相应的区段在金属探测门上形成相对的区域，这样金属探测门便拥有了报警定位功能。1.2本文研究的主要内容本文介绍的基于单片机的智能型金属探测器，采用灵敏度极高的接近开关电感式传感器，感应由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AT89C51单片机作为检测和控制核心，对检测结果进行分析判断，有效地保证了检侧原理的实施；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、空洞和土壤的上述物品和金属物。2.1.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，金属产生的祸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，则祸电流强度越大，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) ，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、钴、镍）很大，也较大，可认为是既可导电又导磁的物质，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。2.2系统组成整个探测系统以8位单片机AT89S51作为控制核心，其硬件电路分为三个部分， 最小系统、声光报警模块、显示模块。.2.1 系统结构块图接近开关电感式传感器控制单元报警 显示 2.3系统工作原理在工作过程中，直接由接近开关电感式传感器输出数字信号，在没有检测到金属的时候传感器输出高电平，有金属靠近的时候传感器输出低电平。确定为探测金属，CPU输出口P1.0输出信号驱动发光二极管发光报警，同时P1.1控制蜂鸣器发出声响，进行声音报警。同时用P2口驱动数码管，计数检测到金属的次数。第三章 硬件电路设计3.1系统组成框图硬件控制电路主要包括：AT89S51单片机、LED显示电路、声音报警电路及电源电路等。 接近开关电感式传感器控制单元报警 显示 3.2系统控制单元.电源电路 接近开关电感式传感器电路 最小系统整体电路图3.2电路具体介绍电路主要是由接近开关电感式传感器、最小系统、声光报警系统、显示模块组成。当有金属靠近传感器时，传感器的输出端输出低电平，STC89C51单片机驱动LED闪烁、蜂鸣器响、数码管计数。电路中的电源15V用于驱动传感器，降压为5V驱动单片机。3.2.3 实物电路图电路方面接线测试过程显示第五章 结论传感器:在电路设计中，选用了美国ALLEGRO公司生产的灵敏度极高的接近开关电感式传感器来检测通电线圈周围的磁场变化。其探测距离为4mm，灵敏度不是很高，但具有线性度好，结构牢固，体积小、重量轻、耐震动、功耗小、寿命长、频率高(可达1 MHz)，输出噪声低等特点. AT89S51单片机:是ATMEL公司生产的一种低功耗、高性能CMOS 8位单片机;它兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，片内带有8 K Bytes可反复擦写1000次的ISP Flash程序存储器和看门狗定时(WDT)电路，可有效地防止程序跑飞而陷入“死循环”。显示和报警电路:一旦发现金属出现，则被测电压超限由单片机I/O口的P1.0控制发光二极管进行光报警的同时，P1.6还触发无源蜂鸣器用声报警提醒检测人员注意,进行必要的定位搜身检查。参考文献1 3503Ratiometric Linear Hall-Effect Sensors Data SheetS. Allegro MicroSystems. Inc.,2002.2 周省三.电磁场基本教程M.北京:高等教育出版社,1985.248249.3 AD526Data SheetS.Analog Device Inc.,1999.4 杨振江,杜铁军,李群.流行单片机实用子程序及应用实例M.西安:西安电子科技大学出版社,2002.93965 张毅刚,彭喜元,姜守达,等.新编MCS-51单片机应用设计M.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2003.215218.6 J.G. Proakis. Digital Communications.S New York:McGraw-Hill,20017沙占友,王彦朋,孟志永等单片机外围电路设计M.电子工业出版社1998,86928李全利,迟荣强,单片机原理及接口技术M,高等教育出版社1995,61839郭天祥，单片机原理与应用 电子工业出版社 2013.07附录 101、 源程序#include#define uint unsigned int#define uchar unsigned charuchar code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71; /共阴单数码管 0Fsbit out=P00; /结果输出sbit led=P10;sbit beep=P11;sbit dula=P15;sbit wela=P16;void delayms(uint xms) /延时函数uint i,j;for(i=xms;i0;i-)for(j=110;j0;j-);void main()uchar num,ge,shi;P3=0x00;led=1;beep=1;while(1)if(out=0)led=0;beep=0;num+;if(num=160)num=0;while(!out);elseled=1;beep=1;shi=num/10;ge=num%10;dula=1;P3=tablege;dula=0;P3=0xff;wela=1;P3=0xfe;wela=0;delayms(5);dula=1;P3=tableshi;dula=0;P3=0xff;wela=1;P3=0xfd;wela=0;delayms(5)