机械电子工程毕业设计-基于51单片机的智能型金属探测器设计.doc

1、本科毕业论文（20 届）基于 51 单片机的智能型金属探测器设计所在学院专业班级 机械电子工程学生姓名指导教师完成日期诚信声明本人郑重声明：本设计及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目： 基于 51 单片机的智能型金属探测器设计 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

2、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,1999,1722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 2002,1421593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):5357.4 AD526Data SheetS.Analog Device Inc.,1999.4进度安排设计（论文）各阶段名称 起 止 日 期1 阅

3、读任务书，查资料,完成开题报告和答辩 2013 年 12 月-2014 年 3 月2 硬件设计 2014 年 3 月-2014 年 4 月3 软件设计 2014 年 4 月-2014 年 5 月4 编写操作原理说明，对系统进行调试仿真 2014 年 5 月-2014 年 6 月5 编写设计说明书，完成论文及答辩 2014 年 6 月-2014 年 6 月基于 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

4、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 pri

5、nciples 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

6、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 so

7、ftware 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 ind

8、uctanceI目 录1 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 42 系统的总体设计 52.1 系统设计的理论依据 52.1.1 线圈介质条件的变化 52.1.2 涡流效应 62.2 系统组成 63 系统硬件设计 83.1 系统硬件选型 83.2 系统电路设计 133.2.1 系统组成框图 133.2.2 电路原理图 143.2.3 线圈振荡电路 143.2.4 数据采集电路 163.2.5 A/D 转换电路 173.2.6 显示报警电路 183.2.7 整机工作原理描述 193.2.8 灵敏度分析 204 系统软件设计214.1 软件设计思想2

9、14.2 软件流程214.2.1 主程序流程图 214.2.2 中断服务程序 234.2.3 初始化子程序 234.2.4 数字滤波程序设计 24结 论 27II参考文献 28致 谢 29附录一 电路原理图 30附录二 程序清单 3111 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。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

10、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灵敏度。目前。国外虽然已有较为完善的系列产品，但价格及其昂贵；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干扰1。1.2 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。

11、全球第一台金属探测器诞生于 1960 年，步入工业时代最初的金属探测器也主要应用于工矿业，是检查矿产纯度、提高效益的得力帮手。随着社会的发展，犯罪案件的上升，1970 年金属探测器被引入一个新的应用领域安全检查，也就是今天我们所使用的金属探测门雏形，它的出现意味着人类对安全的认知已步入一个新纪元2。一个产品的出现带动了一个行业的发展，于是安检这个既陌生又熟悉的行业开始进入市场。40 多年过去了，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成果。无论是灵敏度、分辨率、探测精确度还是工作性2能上都有了

12、质的飞跃。应用领域也随着产品质量的提高延伸到了多个行业。70 年代随着航空业迅速发展，劫机和危险事件的发生使航空及机场安全逐渐受到重视，于是在机场众多设备中金属探测门扮演着排查违禁物品的重要角色。同样在 70 年代，由于金属探测门在机场安检中的崭露头角，大型运动会（如奥运会）展览会及政府重要部门的安全保卫工作中开始启用金属探测门作为必不可少的安检仪器。发展到 80 年代，监狱暴力案件呈直线上升趋势，如何及早有效预防并阻止暴力案件发生成了监狱管理工作中的重中之重，在依靠警员对囚犯加强管理的同时，金属探测门再次成为了美国、英国、比利时等发达国家监狱管理机构必备的安检设备，形成平均每 300 个囚犯

13、便使用一台金属探测门用于安检；与此同时西方兴起的“寻宝热” ，也使手持式、便携式金属探测器得到长足的发展。进入 90 年代，迅速升温的电子制造业成了这个时代的宠儿，大型的电子公司为了减少产品流失、结束员工与公司之间的尴尬局面，陆续采用金属探测门和手持式金属探测器作为管理员工行为、减少产品流失的利刃。于是金属探测器又有了它新的角色产品防盗。9.11 事件以后,反恐成为国际社会一个重要议题。爆炸案、恐怖活动的猖獗使恐怖分子成了各国安全部门誓要打击的对象。此时国际社会对“安全防范”的认知也被提到一个新的高度。受 9.11 事件影响，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

14、功地渗透到其他行业。如：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。20

15、03 年的国内金属探测器市场可谓硝烟弥漫，无论是国外品牌还是国产品牌竞争异常激烈，都企图在大陆市场再多分一杯羹，重新划分现有市场格局。于是国外3某品牌率先打出了电脑联网功能的招牌。国内厂家在自身产品尚不过关的情况下纷纷效仿，最终均战死沙场，惟独深圳某公司自主开发的 SYSTEM（赛时特）金属探测门笑傲江湖，据了解，目前国内也只有该公司掌握此技术的核心部分，并且比国外产品所提出的电脑联网功能更具先进性、和实用性。 （注：金属探测器因其应用领域不同，其电脑联网功能也不相同。SYSTEM（赛时特）所提出的电脑联网功能如应用在机场，实际是将旅客输入电脑的身份资料和金属探测门形成共享，报警后第一时间可以

16、从电脑调出该旅客身份资料，使机场安检更具严密性；如应用于工厂，电脑联网是将工厂的员工管理系统和金属探测门形成资源共享，管理人员通过测器产品的研发、生产和推广，近几年已获得较大进步。但是，犹如其他电子类产品一样，金属探测器同样出现了电路仿制、性能相同、功能繁多、华而不实的现象。某些所谓生产厂商这种投入小、研发周期短的商业行为势必导致产品的一致性差，可靠性低以及安检产品社会信誉度降低，设备从根本上保证不了安检要求。电脑自动统计报警资料，重点分析观察对象，主动采取安全防范措施减少产品流失，实现统一管理） 。2002 年是国产探测器洗心革面， 业绩辉煌的一年，政府对安防行业的大力支持，及“十五计划”指

17、导思想的延伸使一些生产厂商越来越注重自身产品质量的提高，无论是产品性能还是外观都越来越接近于国外产品，甚至在某些功能上已超过国外产品。在产品开发、生产过程中考虑最多的也是如何适应国内安检市场、满足客户要求。实现安检设备国产化，符合中国国情。现目前国内金属探测器只能检测金属物品，而像炸药、毒品等非金属危险物品却查不出来，虽然某外国公司现已进入开发阶段，但相信推出使用还需一段时间。然而我们衷心的希望国内各厂家相互整合各自优势，寻求规模效应，及早推出具有国际水准最先进的金属探测器，使安全防范再次提高到一个新的水平，使国产金属探测器及早进入国际市场。愿这一天早日到来3！1.3 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，4有效地保证了检侧原理的实施；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、空洞和土壤的上述物品和金属物。