单片机的金属探测器的设计
毕业设计论文中文毕业设计论文中文本文所论述的课题是一种比较智能的金属探测器的设计，该探测器的控制系统使用单片机作为控制核心。而本文中所介绍是这种探测器系统的工作原理、硬件电路和软件仿真。设计中所采用的单片机选择STC89C51单片机，传感器选择UGN3503，这种传感器是一种线性霍尔元件，该传感器能够探测到由于金属物体的涡流效应而产生的周围磁场的变化，并将这种变化线性的转换为电压的变化，在通过数模转换器转换成单片机所能够识别的信号输入到单片机中，然后经过在单片机内程序的设定处理信号来确定系统是否检测到了金属。本系统所采用的编程语言选择C语言。抗干扰方面选择软件滤波，利用算术平均值进行滤波来消除干扰，这种方式既可以确保系统的准确性，还可以提高探测系统的抗干扰能力。关键词 金属探测器，线性霍尔元件，数模转换器，单片机，涡流效应目 录
1 绪论 1
1.1 国内外研究现状 1
2 系统总体设计 2
3 硬件设计 3
3.1 线圈振荡电路： 4
3.2 霍尔传感器 5
3.3 放大电路 7
3.4 AD及单片机报警部分 7
3.5 报警部分 10
3.6 显示部分 11
3.7 电源部分 11
4 软件设计 11
4.1 Keil软件的介绍 11
4.2 软件滤波 19
5 系统调试 20
结论： 20
致谢 21
参考文献 21
附录A 硬件原理图 22
附录B 硬件实物图 23
附录C 仿真图 24
附录D 主程序代码 25
1 绪论
世界上第一台金属探测器于1931年在费舍尔实验室中被研发出来。到现今社会探测技术已经发生了好几次的升级换代，最初时是使用的信息模拟技术，而到了今天，由于数字脉冲技术的成熟，其已经成为在金属探测器设计中最优的选择技术。金属探测器一个重要的原理：磁场切割原理，应用非常广泛，在各种科学技术成果中得到引用。而且金属探测器的工作性能也一直在提高，不管是分辨率、准确度、还是灵敏度等
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1 绪论
世界上第一台金属探测器于1931年在费舍尔实验室中被研发出来。到现今社会探测技术已经发生了好几次的升级换代，最初时是使用的信息模拟技术，而到了今天，由于数字脉冲技术的成熟，其已经成为在金属探测器设计中最优的选择技术。金属探测器一个重要的原理：磁场切割原理，应用非常广泛，在各种科学技术成果中得到引用。而且金属探测器的工作性能也一直在提高，不管是分辨率、准确度、还是灵敏度等方面都有了质的变化，由于金属探测器的质量的提高，其应用领域也被引入了各行各业之中，而到了当下，金属探测器已经是一个相当成熟的产品伴随在我们的生产生活中了。
1.1 国内外研究现状
由于科技跟随时代的发展不断前进，金属探测器在其检测准确度以及工作的性能上得到了很大的提高。具体来讲：现下的金属探测器拥有两种最具有当今时代特色的技术性能：第一个是其具有网络化功能，分段限时技术则是另一个很有研究意义的技术。由于其第一个功能即网络化功能的存在，允许了使用人员在任何一个地方进行对金属探测器的远程操作：维护和检查维修仪器，整理分析通过的人流量信息，还可以对金属探测器的灵敏度进行调整。而对于第二种技术而言，当其出现时，就被一些嗅觉敏锐的厂商划为重点项目，全球最主要的几家金属探测器的生产厂商无一例外的都在这个项目的研究与开发商投入了非常多的资金。这种技术可以利用灯光或者是探测器上边的显示指出金属物体在人身上大概的位置，就算关掉金属探测器的声响报警，它依旧能够让使用者知道被探测者身上大概什么位置有金属物体，在一些不允许发出声音的场所比如法庭之类的地方很是适用。
金属探测器具有一个重要的特点就是可以和其他的输入输出控制装置配合起来使用，像入口读卡机在一起配合使用，此中，银行业是这种设备的最大使用用户。美国著名公司CeiaUSA公司设计出了一种整合式金属探测器，正在准备尝试把这种新设备安装在美国的几大银行之中，这种金属探测器具有非常实用性能：银行第二道门被打开之前，银行的保安人员只需利用该系统就能够轻易的判断出进入的人员身上是否藏有枪支等危险物品。CeiaUSA公司还根据这种金属探测器开发出了一项全新的技术，在出入者通过金属探测器的时候会进行自动刷卡，在探测出入者是否藏有非法武器的同时，还可以验证该人是否有资格进入该场所，这项新技术的产品叫做MET卡，已经在美国市场上市了很长时间。这种新系统还可以依据工作性质以及对象自动调整安全报警信号的阀值。当被测者是依法拥有持有枪支权力的警察时，系统可以自动降低检测的灵敏度以免误报造成不必要的麻烦，但是如果被测者是一个普通人，这种设备就会自动把报警的灵敏度进行提高。此外，如果担心贵重物品的失踪，MET卡还可以安装在门框之中来充当一个跟踪设备的角色。
相对于国内情况而言，对于涡流效应及其理论的开始进行研究应用是落后国外很远的。因此基于涡流效应的一些产品的的研发是不及国外的，其中就包括金属探测器的研发，而且国内对于其应用大多集中在安保工作上，像一些大型考试考场检查作弊，车站安检等环境。又由于国内大多数生产厂商只注重利润的关系，导致其制造的质量水平非常低，得不到市场一些官方认证单位的认证，所以国内生产厂商的市场环境很差，且仅仅能在金属探测器的国内市场份额中占有20％的市场，其余大部分都被国外品牌或者一些外资企业占据，就连一些交通部门安检工作所使用的探测器一般也都是一些外企品牌的。虽然最近几年政府对安防行业的关注导致一些生产厂商加大了对金属探测器的研发工作，其生产质量也得到了很大的提升，但是各个厂商之间的无创新性，产品的许多功能毫无意义等问题导致很多安检工作并不看好国内的产品，
总体上来说,国内金属探测器同国外先进的检测设备在检测精度及自动化水平上还存在着一定的差距。
2 系统总体设计
图1 总体设计图
如图1所示, 金属探测器探测系统的控制核心是8位单片机ATC89C51,线圈周围的磁场发生变化时，会被系统采用的霍尔传感器检测出来时，同时会被将这种变化转化为电压的变化，再将电路采集到的电压处理后送入单片机中，通过程序的设定完成报警部分。
本设计应用到了单片机、传感器、AD转换器等知识，并且电路较稳定，抗干扰性强，有更好的数据处理灵活度，减少了漏判、错判的机率。
在金属探测器进行工作时，会由三点式振荡电路产生一个大小为24KHz的脉冲信号，在经过放大和缓冲后，将此信号输入到探测线圈中，由于涡流效应现象的产生，此时会有磁场在该以通电的线圈周围产生。这时采用的霍尔元件会将此信号检测出来并转换为电压信号。
在使用前，即没有金属的时候，先假设探测到信号经转换后得到的输出电压为U0，U0需要经过放大以方便后面数模转换器ADC0832的工作，而此信号经过数模转换，转换成单片机所能处理的信号并进行存储，连续采集六次，算出六次的算术平均值得到平均值U0当作为探测使用的基准电压，
根据电磁感应现象我们可以知道，在使用金属探测器时，如果通电的探测线圈靠近金属导体，会使得金属导体周围产生变化的磁场，此时所使用的UGN3505会检测到该变化的磁场，然后将这种磁场信号地转换成电压信号Ｕx，该变化的电压在经放大电路时，会被放大得到一个在0-5V范围内的输出电压，然后经AD转换后，输入到单片机
1 绪论 1
1.1 国内外研究现状 1
2 系统总体设计 2
3 硬件设计 3
3.1 线圈振荡电路： 4
3.2 霍尔传感器 5
3.3 放大电路 7
3.4 AD及单片机报警部分 7
3.5 报警部分 10
3.6 显示部分 11
3.7 电源部分 11
4 软件设计 11
4.1 Keil软件的介绍 11
4.2 软件滤波 19
5 系统调试 20
结论： 20
致谢 21
参考文献 21
附录A 硬件原理图 22
附录B 硬件实物图 23
附录C 仿真图 24
附录D 主程序代码 25
1 绪论
世界上第一台金属探测器于1931年在费舍尔实验室中被研发出来。到现今社会探测技术已经发生了好几次的升级换代，最初时是使用的信息模拟技术，而到了今天，由于数字脉冲技术的成熟，其已经成为在金属探测器设计中最优的选择技术。金属探测器一个重要的原理：磁场切割原理，应用非常广泛，在各种科学技术成果中得到引用。而且金属探测器的工作性能也一直在提高，不管是分辨率、准确度、还是灵敏度等
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
1 绪论
世界上第一台金属探测器于1931年在费舍尔实验室中被研发出来。到现今社会探测技术已经发生了好几次的升级换代，最初时是使用的信息模拟技术，而到了今天，由于数字脉冲技术的成熟，其已经成为在金属探测器设计中最优的选择技术。金属探测器一个重要的原理：磁场切割原理，应用非常广泛，在各种科学技术成果中得到引用。而且金属探测器的工作性能也一直在提高，不管是分辨率、准确度、还是灵敏度等方面都有了质的变化，由于金属探测器的质量的提高，其应用领域也被引入了各行各业之中，而到了当下，金属探测器已经是一个相当成熟的产品伴随在我们的生产生活中了。
1.1 国内外研究现状
由于科技跟随时代的发展不断前进，金属探测器在其检测准确度以及工作的性能上得到了很大的提高。具体来讲：现下的金属探测器拥有两种最具有当今时代特色的技术性能：第一个是其具有网络化功能，分段限时技术则是另一个很有研究意义的技术。由于其第一个功能即网络化功能的存在，允许了使用人员在任何一个地方进行对金属探测器的远程操作：维护和检查维修仪器，整理分析通过的人流量信息，还可以对金属探测器的灵敏度进行调整。而对于第二种技术而言，当其出现时，就被一些嗅觉敏锐的厂商划为重点项目，全球最主要的几家金属探测器的生产厂商无一例外的都在这个项目的研究与开发商投入了非常多的资金。这种技术可以利用灯光或者是探测器上边的显示指出金属物体在人身上大概的位置，就算关掉金属探测器的声响报警，它依旧能够让使用者知道被探测者身上大概什么位置有金属物体，在一些不允许发出声音的场所比如法庭之类的地方很是适用。
金属探测器具有一个重要的特点就是可以和其他的输入输出控制装置配合起来使用，像入口读卡机在一起配合使用，此中，银行业是这种设备的最大使用用户。美国著名公司CeiaUSA公司设计出了一种整合式金属探测器，正在准备尝试把这种新设备安装在美国的几大银行之中，这种金属探测器具有非常实用性能：银行第二道门被打开之前，银行的保安人员只需利用该系统就能够轻易的判断出进入的人员身上是否藏有枪支等危险物品。CeiaUSA公司还根据这种金属探测器开发出了一项全新的技术，在出入者通过金属探测器的时候会进行自动刷卡，在探测出入者是否藏有非法武器的同时，还可以验证该人是否有资格进入该场所，这项新技术的产品叫做MET卡，已经在美国市场上市了很长时间。这种新系统还可以依据工作性质以及对象自动调整安全报警信号的阀值。当被测者是依法拥有持有枪支权力的警察时，系统可以自动降低检测的灵敏度以免误报造成不必要的麻烦，但是如果被测者是一个普通人，这种设备就会自动把报警的灵敏度进行提高。此外，如果担心贵重物品的失踪，MET卡还可以安装在门框之中来充当一个跟踪设备的角色。
相对于国内情况而言，对于涡流效应及其理论的开始进行研究应用是落后国外很远的。因此基于涡流效应的一些产品的的研发是不及国外的，其中就包括金属探测器的研发，而且国内对于其应用大多集中在安保工作上，像一些大型考试考场检查作弊，车站安检等环境。又由于国内大多数生产厂商只注重利润的关系，导致其制造的质量水平非常低，得不到市场一些官方认证单位的认证，所以国内生产厂商的市场环境很差，且仅仅能在金属探测器的国内市场份额中占有20％的市场，其余大部分都被国外品牌或者一些外资企业占据，就连一些交通部门安检工作所使用的探测器一般也都是一些外企品牌的。虽然最近几年政府对安防行业的关注导致一些生产厂商加大了对金属探测器的研发工作，其生产质量也得到了很大的提升，但是各个厂商之间的无创新性，产品的许多功能毫无意义等问题导致很多安检工作并不看好国内的产品，
总体上来说,国内金属探测器同国外先进的检测设备在检测精度及自动化水平上还存在着一定的差距。
2 系统总体设计
图1 总体设计图
如图1所示, 金属探测器探测系统的控制核心是8位单片机ATC89C51,线圈周围的磁场发生变化时，会被系统采用的霍尔传感器检测出来时，同时会被将这种变化转化为电压的变化，再将电路采集到的电压处理后送入单片机中，通过程序的设定完成报警部分。
本设计应用到了单片机、传感器、AD转换器等知识，并且电路较稳定，抗干扰性强，有更好的数据处理灵活度，减少了漏判、错判的机率。
在金属探测器进行工作时，会由三点式振荡电路产生一个大小为24KHz的脉冲信号，在经过放大和缓冲后，将此信号输入到探测线圈中，由于涡流效应现象的产生，此时会有磁场在该以通电的线圈周围产生。这时采用的霍尔元件会将此信号检测出来并转换为电压信号。
在使用前，即没有金属的时候，先假设探测到信号经转换后得到的输出电压为U0，U0需要经过放大以方便后面数模转换器ADC0832的工作，而此信号经过数模转换，转换成单片机所能处理的信号并进行存储，连续采集六次，算出六次的算术平均值得到平均值U0当作为探测使用的基准电压，
根据电磁感应现象我们可以知道，在使用金属探测器时，如果通电的探测线圈靠近金属导体，会使得金属导体周围产生变化的磁场，此时所使用的UGN3505会检测到该变化的磁场，然后将这种磁场信号地转换成电压信号Ｕx，该变化的电压在经放大电路时，会被放大得到一个在0-5V范围内的输出电压，然后经AD转换后，输入到单片机
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