单片机的金属探测器设计
摘 要金属探测器控制系统指的是以单片机芯片作为控制器并结合其他必要功能模块的角色而实现的一种能够实现金属材料和物品进行探测、液晶显示以及报警提示等功能的自动控制系统，它的出现和普及大大改变了人们的生活方式，因此本次毕业设计将以单片机控制系统作为研究对象，在硬件系统上使用了51单片机作为控制器芯片，在其片外配置了模数转换器、蜂鸣器以及液晶屏等功能模块；在软件上通过C语言编写了程序代码，并通过Keil软件环境进行了程序代码的优化和编译。在硬件系统和软件系统都设计完毕后，对这款控制系统进行了大量的测试和优化，在测试过程中系统表现出了非常高的使用价值，非常适合进行大量生产并逐步取代相关产品。
目录
一、 引言
（一） 课题的开发背景
（二） 国内外发展现状
（三） 本文主要研究内容
二、 方案选择及元器件介绍
（一） 主控器件的选择
（二） STC89C51单片机
（三） 线圈探头简介
（四） 霍尔传感器模块介绍
（五） ADC0832模数转换器介绍
（六） LCD1602字符点阵介绍
（七） 蜂鸣器简介
三、 硬件系统设计
（一） 金属探测器系统的系统原理框图设计
（二） 最小系统设计
（三） 磁场测量电路设计
（四） LCD1602字符点阵屏幕电路设计
（五） 报警电路设计
（六） 按键电路
四、 软件系统设计
（一） 金属探测器系统的软件工作流程设计
（二） ADC0832模数转换器工作流程设计
（三） LCD1602字符点阵屏幕驱动流程设计
（四） 报警电路工作流程设计
五、 仿真与调试
（一） Proteus软件仿真
（二） 系统仿真
总 结
参考文献
致 谢
附录一 原理图
附录二 PCB图
附录三 元件列表
附录
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
四 程序
附录五 实物图
引言
课题的开发背景
当前金属探测器系统正在以迅猛的发展速度和强大的市场潜力为基础快速进入市场，虽然目前市场上存在各种类型和特长不一的金属探测器系统产品，但是仍然不能满足人们的需求，与此同时随着经济的不断发展，人们对于金属探测器系统的功能和性能要求也在不断提升，越来越多的现有金属探测器产品已经不能满足于人们高质量的工作生活标准，面临着被淘汰的境遇，而以新型高性能处理器为主控核心金属探测器产品也在不断替换老旧产品。
我国在加入世贸组织后迎来了经济全球化大发展，国外中高端产品以较低的生产成本进入国内市场，使得市面上现有金属探测器产品得到了冲击，另外国内对于金属探测器产品的研发较晚，因此处于一定的劣势，目前市场上对于金属探测器产品最大的研究重点是在实现对土壤或者包装内是否含有金属物质探测等功能的同时，要使得其功耗降到最低。目前金属探测器系统大多以高性能的单片机或者FPGA（现场可编程门阵列）等微处理器作为主控器件，其中以32位单片机作为处理器的金属探测器系统占据市场的半壁江山，单片机以其丰富的外设以及方便配置的管脚特点赢得了设计人员的青睐，并且低廉的生产成本使得单片机成为绝大多数金属探测器系统设计师的首选，本课题将提出一款通过51单片机来实现的金属探测器系统，考虑到最低的设计成本以及最高的性价比，课题将以大学期间所学的专业知识作为基础和背景，通过C语言进行程序设计，并结合关于金属探测器系统的文献综述和老师同学的帮助下齐力完成本课题。
国内外发展现状
综合目前国内市场上金属探测器系统产品价格区间来分析，其中价格处于上层的高端产品七成以上品牌来自于国外进口，而中低端价格区间中国内品牌占据绝大多数份额，而高端产品在价格方面具有较大优势，由于其与中低端产品的价格差距较小，因此购买者在选购时往往忽略价格差异而容易选用高端的国外品牌。从技术角度来分析，由于国外对于金属探测器开发研究较早，因此在研发技术上处于绝对的制高点，而以国内的研究现状来看，要赶超国外的优秀技术，还需要沉下心来进行刻苦钻研，要经过一段较长的研发之路。
本文主要研究内容
本次论文结构安排如下：
第一章为论文设计的绪论部分，对金属探测器系统的发展背景以及发展现状做了简要介绍，并通过将国内外相关企业、研究小组对该系统的实现程度进行了对比，最终确立了本文的研究目标和指标；
第二章对控制系统的总体设计方案进行了设计，主要对控制系统所使用的控制器、液晶屏、传感器以及其他一些所需器件进行了简要介绍，为下文的软硬件电路设计做了铺垫；
第三章为金属探测器控制系统的硬件电路设计章节，对51单片机最小系统以及外围电路的详细原理图进行了设计；
第四章为金属探测器控制系统的软件部分设计，通过对主程序以及子程序的流程图分析来描述系统的设计思路；
第五章为金属探测器控制系统的系统仿真章节，通过在Proteus上绘制原理图并将程序代码烧入来实现仿真系统的运行。
下列为本课题将要实现的功能和指标：
能够实现金属的快速检测；
检测结果出来后，具有提示音；
具有显示功能。
方案选择及元器件介绍
主控器件的选择
主控器件的选择对于设计一款自动控制系统来说是最关键的一部分，该器件的控制性能、处理速度以及内部资源模块将在很大程度上决定了控制系统的软硬件结构以及开发成本，另外不同类型的主控器件要求开发者具备不同的开发功底，下面就对单片机以及FPGA这两款性能卓越的微处理器进行介绍和分析，从中选择出一款具体型号的芯片来作为本控制系统的控制芯片。
如果采用单片机芯片来作为主控器件，那么首选当然是大学期间熟知的AT89C51/STC89C51等基础51芯片，这些被冠以相类似型号却出自不同厂家的51单片机在内部结构上大同小异，全部都采用了MCS51的CPU来作为运算部分，因此这些51单片机都具有8位数据处理能力。51单片机的开发成本在目前的微处理器届来说相对是属于最低的一个款式，无论是单片机还是FPGA，开发成本主要包含芯片自身成本、烧写仿真器购买成本、电路构建以及PCB绘制成本、开发环境成本以及开发者自身掌握的知识成本等，在这几个方面，都能够在本次毕业设计中降到最低程度。在51单片机的处理性能方面，相对于FPGA来说处于劣势状态，51单片机目前最高的时钟频率能够达到40M，并且其内部具有机器周期的概念，即为了提高51单片机的工作稳定性能，必须将时钟频率除以12，才能在此速度下执行指令，因此对于数据的处理能力来说相对较慢。在内置功能模块方面，它内部集成了常用的定时器、串口以及中断等功能，并且具有32个相互独立的GPIO管脚可供用户使用。
目录
一、 引言
（一） 课题的开发背景
（二） 国内外发展现状
（三） 本文主要研究内容
二、 方案选择及元器件介绍
（一） 主控器件的选择
（二） STC89C51单片机
（三） 线圈探头简介
（四） 霍尔传感器模块介绍
（五） ADC0832模数转换器介绍
（六） LCD1602字符点阵介绍
（七） 蜂鸣器简介
三、 硬件系统设计
（一） 金属探测器系统的系统原理框图设计
（二） 最小系统设计
（三） 磁场测量电路设计
（四） LCD1602字符点阵屏幕电路设计
（五） 报警电路设计
（六） 按键电路
四、 软件系统设计
（一） 金属探测器系统的软件工作流程设计
（二） ADC0832模数转换器工作流程设计
（三） LCD1602字符点阵屏幕驱动流程设计
（四） 报警电路工作流程设计
五、 仿真与调试
（一） Proteus软件仿真
（二） 系统仿真
总 结
参考文献
致 谢
附录一 原理图
附录二 PCB图
附录三 元件列表
附录
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
四 程序
附录五 实物图
引言
课题的开发背景
当前金属探测器系统正在以迅猛的发展速度和强大的市场潜力为基础快速进入市场，虽然目前市场上存在各种类型和特长不一的金属探测器系统产品，但是仍然不能满足人们的需求，与此同时随着经济的不断发展，人们对于金属探测器系统的功能和性能要求也在不断提升，越来越多的现有金属探测器产品已经不能满足于人们高质量的工作生活标准，面临着被淘汰的境遇，而以新型高性能处理器为主控核心金属探测器产品也在不断替换老旧产品。
我国在加入世贸组织后迎来了经济全球化大发展，国外中高端产品以较低的生产成本进入国内市场，使得市面上现有金属探测器产品得到了冲击，另外国内对于金属探测器产品的研发较晚，因此处于一定的劣势，目前市场上对于金属探测器产品最大的研究重点是在实现对土壤或者包装内是否含有金属物质探测等功能的同时，要使得其功耗降到最低。目前金属探测器系统大多以高性能的单片机或者FPGA（现场可编程门阵列）等微处理器作为主控器件，其中以32位单片机作为处理器的金属探测器系统占据市场的半壁江山，单片机以其丰富的外设以及方便配置的管脚特点赢得了设计人员的青睐，并且低廉的生产成本使得单片机成为绝大多数金属探测器系统设计师的首选，本课题将提出一款通过51单片机来实现的金属探测器系统，考虑到最低的设计成本以及最高的性价比，课题将以大学期间所学的专业知识作为基础和背景，通过C语言进行程序设计，并结合关于金属探测器系统的文献综述和老师同学的帮助下齐力完成本课题。
国内外发展现状
综合目前国内市场上金属探测器系统产品价格区间来分析，其中价格处于上层的高端产品七成以上品牌来自于国外进口，而中低端价格区间中国内品牌占据绝大多数份额，而高端产品在价格方面具有较大优势，由于其与中低端产品的价格差距较小，因此购买者在选购时往往忽略价格差异而容易选用高端的国外品牌。从技术角度来分析，由于国外对于金属探测器开发研究较早，因此在研发技术上处于绝对的制高点，而以国内的研究现状来看，要赶超国外的优秀技术，还需要沉下心来进行刻苦钻研，要经过一段较长的研发之路。
本文主要研究内容
本次论文结构安排如下：
第一章为论文设计的绪论部分，对金属探测器系统的发展背景以及发展现状做了简要介绍，并通过将国内外相关企业、研究小组对该系统的实现程度进行了对比，最终确立了本文的研究目标和指标；
第二章对控制系统的总体设计方案进行了设计，主要对控制系统所使用的控制器、液晶屏、传感器以及其他一些所需器件进行了简要介绍，为下文的软硬件电路设计做了铺垫；
第三章为金属探测器控制系统的硬件电路设计章节，对51单片机最小系统以及外围电路的详细原理图进行了设计；
第四章为金属探测器控制系统的软件部分设计，通过对主程序以及子程序的流程图分析来描述系统的设计思路；
第五章为金属探测器控制系统的系统仿真章节，通过在Proteus上绘制原理图并将程序代码烧入来实现仿真系统的运行。
下列为本课题将要实现的功能和指标：
能够实现金属的快速检测；
检测结果出来后，具有提示音；
具有显示功能。
方案选择及元器件介绍
主控器件的选择
主控器件的选择对于设计一款自动控制系统来说是最关键的一部分，该器件的控制性能、处理速度以及内部资源模块将在很大程度上决定了控制系统的软硬件结构以及开发成本，另外不同类型的主控器件要求开发者具备不同的开发功底，下面就对单片机以及FPGA这两款性能卓越的微处理器进行介绍和分析，从中选择出一款具体型号的芯片来作为本控制系统的控制芯片。
如果采用单片机芯片来作为主控器件，那么首选当然是大学期间熟知的AT89C51/STC89C51等基础51芯片，这些被冠以相类似型号却出自不同厂家的51单片机在内部结构上大同小异，全部都采用了MCS51的CPU来作为运算部分，因此这些51单片机都具有8位数据处理能力。51单片机的开发成本在目前的微处理器届来说相对是属于最低的一个款式，无论是单片机还是FPGA，开发成本主要包含芯片自身成本、烧写仿真器购买成本、电路构建以及PCB绘制成本、开发环境成本以及开发者自身掌握的知识成本等，在这几个方面，都能够在本次毕业设计中降到最低程度。在51单片机的处理性能方面，相对于FPGA来说处于劣势状态，51单片机目前最高的时钟频率能够达到40M，并且其内部具有机器周期的概念，即为了提高51单片机的工作稳定性能，必须将时钟频率除以12，才能在此速度下执行指令，因此对于数据的处理能力来说相对较慢。在内置功能模块方面，它内部集成了常用的定时器、串口以及中断等功能，并且具有32个相互独立的GPIO管脚可供用户使用。
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