分析探测金属的理论依据

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1、湖北理工学院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。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

2、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。关键词：单片机，金属探测器，线性霍尔元件，电磁感应，灵敏度第1章分析探测金属的理论依据1.1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。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μr≈1，σ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μr很大，σ也较大，可

3、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。132012-5-11湖北理工学院第2章硬件电路设计2.1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TLC549模数转换器、AT89S52单片机、LED显示电

4、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2.2.1线圈振荡电路132012-5-11湖北理工学院工作过程中，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2/3的脉冲信号。振荡器的频率计算公式为：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

5、而使线圈周围产生恒定的交变磁场。2.2.2数据采集电路1．线性霍尔传感器(linaerHall-EeffctSensors)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。2.2.3A/D转换电路132012-5-11湖北理工学院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TLC549型A/D

6、转换器来完成模数转换。TLC549是TI公司生产的一种低价位、高性能的8位A/D转换器，它以8位开关电容逐次逼近的方法实现A/D转换，其转换速度小于17us，最大转换速率为40000HZ，4MHZ典型内部系统时钟，电源为3V至6V。它能方便地采用三线串行接口方式与各种微处理器连接，构成各种廉价的测控应用系统。当CS为高时，数据输出（DATAOUT）端处于高电阻状态，此时I/0CLOCK不起作用。这种CS控制作用容许在同时使用多片TLC549时，共用I/0CLOCK,以减少多路（片）A/D并用时的I/0控制端口。如图所示，放大后的电压信号送入T

7、LC549的模拟输入通道进行A/D转换。2.2.4系统控制单元采用AT89S52单片机。AT89S52是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含8KBytesISP的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，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，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元。132012-5-11湖北理工学院AT89S52片内结构如图所示，它具有如下特点：40个引脚，8KBytesFlash片内程序存储器，256bytes的随机存取数据存储器(RAM)，32个外部双向输入

8、/输出(I/O)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，