1、 北京大学毕 业 设 计 （ 论 文 ）题 目 智能型金属探测器的设计 系 （ 分 院 ） 机 电 工 程 系 学 生 姓 名 张 志 卿 学 号 1310101163 专 业 名 称 机 电 一 体 化 技 术指 导 教 师 胡 寿 松 2015 年 11 月 12 日1河南职业技术学院 机电工程 系（分院）毕业设计（论文）任务书姓 名 张志卿 专 业 机电一体化技术 班 级 机电 131毕业设计（论文）题 目智能型金属探测器的设计毕业设计（论文）选题的目的与意义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
2、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。毕业设计（论文）的资料收集情况（含指定参考资料）李小强,屈芳升,单片机实用技术,河南科学技术出版社 2014房小翠,王金凤,单片机实用系统设计技术,国防工业出版社 2002毕业设计（论文）工作进度计划2015 年 10 月 15 号 接受毕业论文任务书 ，根据要求在图书馆和网上查阅和和搜集相关
3、资料；2015 年 10 月 16 号至 2015 年 10 月 28 号 整理收集到的资料，写初稿； 2015 年 10 月 29 号至 2015 年 11 月 20 号 交初稿，并在老师的指导下修改和完善初稿；2015 年 11 月 21 号至 2015 年 11 月 25 号 进一步完善后，交定稿。接受任务日期 2015 年 10 月 15 日要求完成日期 2015 年 11 月 25日 学 生签名：年 月 日指导教师签名：年 月 日 系（分院）主任（院长）签名：年 月 日2毕业设计（论文）指导教师评阅意见表姓 名 张志卿 学 号 1310101163 性 别 男专 业 机电一体化技术
4、班 级 机电 131毕业设计（论文）题 目智能型金属探测器的设计评阅意见成绩 指导教师签字 年 月 日3毕业设计（论文）答辩意见表姓 名 张志卿 学 号 1310101163 性 别 男专 业 机电一体化技术 班 级 机电 131毕业设计（论文）题 目 智能型金属探测器的设计答辩时间 地 点姓 名 职 称 学 历 从事专业组 长成 员答辩小组成员 秘 书答辩小组意见 答 辩 成 绩：答辩小组组长签名：年 月 日毕业论文设计4基于单片机的智能型金属探测器的设计摘要：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
5、 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。关键词：单片机 金属探测器 线性霍尔元件 电磁感应 .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
6、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，毕业论文设计5且整个系统易受外界干扰。一、系统的总体设计（1）系统设计的理论依据金属探测器是采用线圈的电磁感应原理来探
7、测金属的.根据电磁感应原理，当有金属靠近通电线圈平面附近时，将发生如下现象和效应 :线圈介质条件的变化1、线圈介质条件的变化当金属物接近通电线圈时，将使通电线圈周围的磁场发生变化如图2.1，对于半径为 R 的单匝圆形电感线圈。当其中通过交变电流时，线圈周围空间产生交变磁场，根据毕奥-萨伐尔定律可计tcos=Im算出线圈中心轴线上一点的磁感应强度 B 为： =dlrR4I=sind=B202x毕业论文设计6= =r2RI3()R+x23I()wtcos+x23Imr0（2-1） . 其中， 磁导率， 为相对磁导率， 为真空为 介 质 的， =r0r0磁导率。对于紧密缠绕 N 匝的线圈，线圈中心轴
8、线上一点的磁感应强度则为：()wtcosR+x2IB2/3mr0（2-2）由公式（2-2 ）可知，当线圈有效探测范围内无金属物时， （非金属的1=r相对磁导率） ，线圈中心磁感应强度 B 保持不变，当线圈有效探测范围内出现铁磁性金属物时， 会变大，B 随 也会变大。rr2、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
9、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。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毕业论文设计7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。(二)系统组成整个探测系统以 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。.系统结构块图(三)系统工作原理在工作过程中，由 555 定时器构成的多谐振荡器产生一个频率为 24KHz的脉冲信号经过缓冲和放大之
10、后，形成频率稳定度高、功率较大的脉冲信号输入到探测线圈中，通电的线圈周围就会产生磁场，此时，固定在线圈中心的霍尔元件 UGN3503U 就会感应到线圈周围的磁场，并将磁场强度L1信号线性地转变成电压信号。在无金属的情况下，假设霍尔输出电压为 ，该电压信号 很微弱，00毕业论文设计8属 mV 即信号， 经过放大电路放大，再通过峰值检波电路，得到响应的00V5V 的峰值输出电压 ，以满足 ADC0809 的量程，经 A/D 转换后，将U的数字量输入到单片机储存起来。此后，以该电压信号作为基准电压，U0与 A/D 转换器采集到的电压信号进行比较判断。当探测线圈 靠近金属物体时，由于电磁感应现象，会使
11、探测电感值L1发生变化，从而使其周围的磁场发生变化，霍尔元件感应到该变化的磁场，并将其线性地转变成电压信号 ，该变化的电压经过放大电路、峰值检波x电路后，得到响应的 0V5V 的峰值输出电压 ，然后经 A/D 转换后，输Ux入到 CPU，由 CPU 完成 与基准电压 的比较，二者比较| - |得x0xU0到一个差值，此差值与预设的灵敏度 再做比较。当然， 大小的设定决定着系统精度的高低。若| - | ，就确定为探测金属，CPU 输出x0口 P1.0 输出信号驱动发光二极管发光报警，同时 P1.6 控制蜂鸣器发出声响，进行声音报警。二、硬件电路设计(一)系统组成框图硬件控制电路包括两个部分，一部分线圈振荡电路,包括:多谐振荡电路、放大电路和探测线圈;另一部分控制电路包括:U,GN3503 型线性霍尔元件、可编程放大电路、峰值检波电路、模数转换器、AT89S52 单片机、 LED 显示电路、声音报警电路及电源电路等。 毕业论文设计9系统组成框图(二)电路具体介绍电路原理图
