基于单片机的金属探测器的课程设计报告
毕业设计(论文)-基于单片机的金属探测器的设计
基于单片机的金属探测器的设计学生：指导教师：内容摘要：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。
此外，文中还对影响金属探测器的灵敏度与稳定性的因素进行了探讨，认为仪器的工作频率、检测线圈的尺寸及匝数等是影响灵敏度的主要因素;而应用现场的环境温度、湿度及线圈的制作工艺和供电电源的稳定程度是仪器稳定性的影响因素。
关键词：单片机金属探测器线性霍尔元件电磁感应灵敏度Design for vending machine's PLC systemAbstract: This paper describes the composition of hardware and software,working principles and the functions of an intelligent metal detector which mainly consists of AT89S52 Single-Chip Microcomputer and linear Hall-Effect Sensor. The equipment adopts UGN3503U linear hall-effect sensor as probe to detect the magnetic field change of the centre of a search coil resulted from eddy current effect and turn this magnetic field change into voltage change.The Single-Chip Microcomputer measures the peak value of voltage and compares it with reference voltage.Then determine whether detect metel or not.In case of detection of a metallic mass,the Metal Detector porvides an acoustical and optical alarm.The systems software adopts the assmbler language to be written.Inside the software,the digital filter technology is utilized to eliminate the jamming.So the stability of system and measuring veracity are improved.The effect of all factors on sensitivity and stability of Metel Detetor are discussed in this paper.It is concluded that the operating frequency,the size of the search coil and turns are the main factors effected on the sensitivity of the instrument: the environment temperature and humidity in site,the winding technology of coils and the stability of power supply are the factors effected on stability of instrument.KEY WORDS:Single-Chip Microcomputer metal detector linear hall-effect sensor electric-magnetic induction sensitivity目录前言 (1)1 分析探测金属的理论根据 (2)1.1 理论描述 (2)1.1.1线圈介质条件变化.............................. . (2)1.1.2 涡流效应 . (3)2 硬件电路设计 (3)2.1 系统组成 (3)2.2 硬件电路功能描述 (4)2.2.1 线圈振荡电路 . (4)2.2.2 数据采集 . (5)2.2.3 A/D转换电路 . (8)2.2.4 系统控制单元 (11)2.2.5 键盘控制电路 . (12)2.2.6 显示报警电路 (13)2.2.7 电源电路 (14)2.3 整机工作原理描述 (15)3 系统软件设计.................................................................................... (16)3.1 软件设计思想 (16)3.2 数字滤波及算法说明 (16)3.3 主程序流程图 (17)3.3.1 键盘控制程序设计 (18)3.3.2 数字滤波程序设计 (19)3.3.3 显示与报警程序设计 (20)4 主要技术指标分析 (21)4.1 主要技术指标分析 (21)4.4.1 工作频率 (21)4.4.2 灵敏度分析 (21)4.4.3 稳定性分析 (22)5 仿真、调试结果及分析 (22)5.1 仿真、调试目的与内容 (22)5.2 仿真结果及分析 (22)5.3 试验总结 (24)6 结论 (24)附录1：电路原理图.............................................................................. . 25附录2：各模块程序清单 (26)参考文献 (32)基于单片机的金属探测器的设计前言随着社会的发展金属探测器已经成为一种重要的检查设备，广泛地被应用到社会生活和工业生产当中。
基于单片机的金属探测器
华北水利水电学院毕业设计任务书设计题目：基于单片机的金属探测器的设计专业：测控技术与仪器班级学号：姓名:指导教师：宋小娜设计期限：2014年2月24日开始2014年5月30日结束院、系：机械学院2014年2月22 日一、毕业设计的目的随着电子技术和计算机技术的飞速发展，单片机性能不断完善，性能价格比显著提高，技术日趋完善。
由于单片机具有体积小、重量轻、价格便宜、功耗低、控制功能强及运算速度快等特点，因而在国民经济建设、军事及家用电器等各个领域均得到了广泛的应用。
本设计任务是主要针对传感器和单片机的应用，利用新型传感器测量方法，实现金属探测功能，了解单片机系统设计流程，以及电路板的实际制作和调试能力。
同时也加强对数字电路、单片机和微机原理等课程知识的实际应用能力，也为同类产品的进一步发展奠定理论和实践基础。
二、主要设计内容利用单片机设计一个手持金属探测器，它可以检测到人体所携带的金属物品，并发出报警。
三、重点研究问题1．掌握单片机开发设计的过程2．探测方案的确定四、主要技术指标或主要设计参数1.系统响应时间为2s；五、设计成果要求1、在设计初期阶段进行认真调研。
在调研和充分理解课题内容和要求的基础上，写出3000字左右的开题报告(其中包括文献综述)。
要求查阅文献在10篇以上，开题报告中引用的文献资料在5篇以上。
2、在设计初期进行毕业实习，实习时间为2周左右。
实习过程应听从指导教师的指挥，写出实习日记。
实习结束后，对实习过程进行总结，提交实习报告（不少于2000字）。
3、在设计过程中，能运用一门外语翻译与课题有关的外文资料。
要求译文准确、通顺，字数在2000汉字以上。
4、在毕业设计后期，提交毕业设计论文一本。
要求内容完整，含中外文摘要，条理清楚，文字通顺，书写规范。
要求中文摘要字数在400字左右，关键词3～5个，论文正文字数应在10000字以上。
5、提交设计部分的硬件电路图和单片机系统设计的软件源码，以及能够正常工作的单片机系统电路板。
《基于单片机的金属探测器设计开题报告2600字》
4、技术路线和技术关键
金屈探测器探测金属是采用线圈的电磁感应原理进行的。依据电磁感应原理，如有金属物体靠近通电线圈的平面附近时，会发生线圈介质条件变化和祸流效应两个现象。而高频振荡线圈的振荡频率会因为线圈磁场强度的变化而产生变化，通过检测振荡线圈的振荡频率改变量可以判断出是否有金属存在。
整体硬件电路分为接收模块、AD转换模块、发射驱动模块、与上位机或PLC的通信模块、电源模块、人机界面(键盘模块、显示模块)、输出驱动模块和主控模块等。整个探测系统以8位单片机A T89S52作为控制核心,先将磁场的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。
[14]Wang Q Q. Design of residual current fire monitoring detector based on single chip microcomputer[J]. Automation & Instrumentation, ainst Theft Detector Design Based on Single Chip Microcomputer Signal Processing Technology[J]. Advanced Materials Research, 2015, 1079-1080:1064-1067.
基于单片机的金属探测器设计任务书
基于单片机的金属探测器设计任务书一、任务背景随着科技的发展和社会的进步，金属探测器在安全检查、资源勘探等领域扮演着重要角色。
基于单片机的金属探测器由于其低成本、高性能的特点，成为了当前研究的热点。
本任务书旨在设计一个基于单片机的金属探测器，以满足实际应用需求。
二、任务目标1. 设计一个基于单片机的金属探测器原型；2. 实现金属探测器对金属目标的准确探测和报警功能；3. 优化设计方案，提高金属探测器的性能和可靠性。
三、任务内容1. 硬件设计：(1) 选择合适的传感器：根据金属探测的需求，选择适用于单片机的金属传感器，如电磁感应传感器、电阻传感器等。
(2) 搭建电路：根据传感器的特性和单片机的工作要求，设计并搭建合适的电路，包括传感器接口电路、信号放大电路、滤波电路等。
(3) 选择合适的单片机：根据金属探测器的功能要求和硬件设计方案，选择合适的单片机进行控制和信号处理。
(4) 设计电源模块：为金属探测器提供稳定、可靠的电源，设计合适的电源模块。
2. 软件设计：(1) 编写单片机控制程序：根据金属探测器的功能需求，编写合适的单片机控制程序，实现对传感器的数据采集、信号处理和报警控制等功能。
(2) 开发用户界面：设计直观友好的用户界面，使用户可以方便地操作金属探测器并获取探测结果。
(3) 优化算法：对探测信号进行合理的算法处理，提高金属探测器的探测准确性和灵敏度。
3. 软硬件集成：(1) 将硬件和软件部分进行集成，实现金属探测器的整体功能。
(2) 进行系统测试和性能评估，对金属探测器进行功能和可靠性测试，确保其满足设计要求。
四、任务计划1. 第1周：调研金属探测器的基本原理和技术，确定硬件设计方案；2. 第2周：完成金属传感器的选择和电路搭建；3. 第3周：完成单片机的选择和控制程序的编写；4. 第4周：开发用户界面和优化算法；5. 第5周：进行软硬件集成，进行系统测试和性能评估；6. 第6周：完善任务书和项目报告，进行总结和展望。
单片机的金属探测器设计的课程设计
单片机的金属探测器设计的课程设计一、引言在现代化社会中，金属探测器在安全、军事、文化遗产保护等领域起到了重要作用。
本课程设计旨在设计一款基于单片机的金属探测器，通过单片机的计算和控制能力，实现对金属目标的探测和检测。
本文将详细介绍该课程设计的整体设计思路、硬件电路的设计与实现、软件程序的编写与调试、以及对实际探测效果的验证与改进。
二、整体设计思路金属探测器的工作原理是通过电磁感应原理来检测金属目标。
当金属目标在金属探测器的工作线圈中穿过时，会产生感应电流，从而改变线圈谐振频率，进而通过单片机进行信号处理和判别。
本课程设计的整体设计思路如下：1.硬件设计：设计金属探测器的电路，包括金属探测线圈、放大电路和滤波电路等。
2.软件设计：编写单片机程序，实现金属探测信号的处理和判别。
3.信号处理：对金属探测信号进行滤波、放大和去噪等处理。
4.信号判别：通过设定合适的阈值和算法，对处理后的信号进行判别，确定是否探测到金属目标。
5.验证与改进：通过实际探测测试，对金属探测器的性能进行验证，并根据测试结果进行改进和优化。
三、硬件电路设计与实现1. 金属探测线圈设计金属探测线圈是金属探测器的核心部分，它能够产生感应电流，从而检测金属目标。
在设计线圈时，需要考虑线圈的形状、材料和匝数等因素。
一般来说，线圈的匝数越多、面积越大，探测的灵敏度越高。
2. 放大与滤波电路设计为了增强金属探测信号的强度，需要设计一个放大电路。
放大电路可以通过运算放大器实现，其中包括差分放大和低通滤波等功能。
放大电路能够提高信号的信噪比，减小噪声的影响。
3. 数模转换电路设计在金属探测器中，需要将模拟信号转换为数字信号进行处理。
为此，需要设计一个数模转换电路，将模拟信号转换为单片机可以处理的数字信号。
四、软件程序的编写与调试1. 单片机选型与环境搭建根据金属探测器的设计需求，选择合适的单片机进行编程。
在选择单片机的同时，需要配置相应的软件开发环境，例如Keil或者IAR。
单片机的金属探测器设计的课程设计
单片机的金属探测器设计的课程设计一、课程设计背景在现代社会中，金属探测器已经成为了非常重要的安全检测工具。
它可以用于各种场合，例如机场、车站、商场等公共场所的安全检查，也可以用于金属制品的质量检测等领域。
因此，学习和掌握金属探测器的原理和设计方法对于电子工程专业的学生来说是非常有必要的。
二、课程设计目标本次课程设计旨在通过单片机实现一个简单的金属探测器，并使学生能够深入了解金属探测器的原理和设计方法，同时提高他们的电路设计能力和程序编写能力。
三、课程设计内容1. 金属探测器原理首先，我们需要了解金属探测器的原理。
简单来说，金属探测器利用电磁感应原理来检测隐藏在地下或其他物体中的金属物品。
当一个导体被放置在外部磁场中时，会在导体内部产生感应电流。
这个感应电流会产生一个反向磁场，并且这个反向磁场会影响外部磁场。
当一个金属物品接近探测器时，它会改变探测器的磁场，从而产生一个感应电流。
这个感应电流可以通过放大电路进行检测和处理。
2. 金属探测器设计接下来，我们需要设计一个金属探测器。
我们将使用单片机来实现这个金属探测器。
具体来说，我们需要设计以下几个模块：（1）磁场发生器模块：这个模块用于产生外部磁场。
我们可以使用一个线圈来产生外部磁场。
（2）放大电路模块：这个模块用于放大感应电流，并将其转换为数字信号。
我们可以使用运算放大器和ADC芯片来实现这个模块。
（3）控制模块：这个模块用于控制整个金属探测器的工作。
我们可以使用单片机来实现这个模块。
3. 程序编写最后，我们需要编写程序来实现金属探测器的功能。
具体来说，我们需要编写以下几个函数：（1）初始化函数：用于初始化单片机和外部硬件设备。
（2）磁场发生函数：用于产生外部磁场。
（3）ADC采样函数：用于采样并转换感应电流信号。
（4）数据处理函数：用于处理采样到的数据，并判断是否检测到金属物品。
（5）控制函数：用于控制整个金属探测器的工作流程。
四、课程设计步骤1. 硬件设计首先，我们需要进行硬件设计。
单片机金属探测器课程设计
单片机金属探测器课程设计
单片机金属探测器课程设计是一门电子工程学科，旨在设计并实现一种具有金属探测功能的电子器件。
该设计主要涉及到硬件和软件两个方面的内容。
硬件方面，需要选择合适的传感器和控制模块。
传感器可以是金属感应线圈，用于检测磁场变化，也可以是热释电传感器，用于检测金属物品的温度变化。
控制模块可以选用单片机，通常使用基于AT89C2051的单片机，具有较高的性能和可靠性。
电路设计需要根据传感器的类型进行相应的电路设计，如信号放大电路和信号处理电路等。
软件方面，需要编写单片机程序。
程序需要对传感器检测到的信号进行处理，并输出相应的结果。
通常使用C语言进行编程，包括硬件初始化、数据采集、数据处理和输出等功能。
程序需要具有较好的抗干扰能力和响应速度。
总体而言，单片机金属探测器课程设计需要考虑到电路设计和程序设计两个方面，同时需要注意器件的选用和电路的稳定性。
基于5单片机的金属探测器本科设计
基于5单片机的金属探测器本科设计基于51单片机的金属探测器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。
此外，文中还对影响金属探测器的灵敏度与稳定性的因素进行了探讨，认为仪器的工作频率、检测线圈的尺寸及匝数等是影响灵敏度的主要因素;而应用现场的环境温度、湿度及线圈的制作工艺和供电电源的稳定程度是仪器稳定性的影响因素。
关键词：单片机，金属探测器，线性霍尔元件，电磁感应，灵敏度ABSTRCTThis paper describes the composition of hardware and software,working principles and the functions of an intelligent metal detector which mainly consists of AT89S52 Single-Chip Microcomputer and linear Hall-Effect Sensor. The equipment adopts UGN3503U linear hall-effect sensor as probe to detect the magnetic field change of the centre of a search coil resulted from eddy current effect and turn this magnetic field change into voltage change.The Single-Chip Microcomputer measures the peak value of voltage and compares it with reference voltage.Then determine whether detect metel or not.In case of detection of a metallic mass,the Metal Detector porvides an acoustical and optical alarm.The systems software adopts the assmbler language to be written.Inside the software,the digital filter technology is utilized to eliminate the jamming.So the stability of system and measuring veracity are improved.The effect of all factors on sensitivity and stability of Metel Detetor are discussed in this paper.It is concluded that the operating frequency,the size of the search coil and turns are the main factors effected on the sensitivity of the instrument: the environment temperature and humidity in site,the winding technology of coils and the stability of power supply are the factors effected on stability of instrument.KEY WORDS: Single-Chip Microcomputer, metal detector, linear hall-effect sensor, electric-magnetic induction, sensitivity目录前言 (1)第1章分析探测金属的理论依据 (3)1.1理论描述 (3)1.1.1线圈介质条件的变化 (3)1.1.2涡流效应 (4)第2章硬件电路设计 (6)2.1系统组成 (6)2.2硬件电路功能描述 (6)2.2.1线圈振荡电路 (7)2.2.2数据采集电路 (8)2.2.3 A/D转换电路 (12)2.2.4系统控制单元 (15)2.2.5键盘控制电路 (16)2.2.6显示报警电路 (17)2.2.7电源电路 (18)2.3整机工作原理描述 (19)第3章系统软件设计 (20)3.1软件设计思想 (20)3.2数字滤波及算法说明 (21)3.3主程序流程图 (21)3.3.1键盘控制程序设计 (23)3.3.2数字滤波程序设计 (23)3.3.3显示与报警程序设计 (25)第4章主要技术指标分析 (26)4.1主要技术指标分析 (26)4.4.1工作频率 (26)4.4.2灵敏度分析 (26)4.4.3稳定性分析 (26)第5章仿真、调试结果及分析 (27)5.1 仿真、调试目的与内容 (27)5.2 仿真结果及分析 (27)5.3 试验总结 (29)第6章结论 (30)参考文献 (31)致谢 (32)附录1 电路原理图 (33)附录2 各模块程序清单 (34)代做本论文毕业设计实物。
基于单片机的金属探测器开题报告
基于单片机的金属探测器开题报告开题报告：基于单片机的金属探测器一、项目背景和意义金属探测器是一种常见的安全检测装置，广泛应用于安检、军事、建筑、考古等领域。
目前市面上的金属探测器大多基于单片机技术，具有体积小、功耗低、响应快等优点。
然而，现有的金属探测器存在灵敏度不足、误报率高等问题，无法满足现实应用的需求。
本项目旨在设计和实现一种基于单片机的金属探测器，通过优化传感器设计和信号处理算法，提高金属探测器的灵敏度和抗干扰能力，降低误报率，提高检测精度和可靠性。
二、技术路线和方案1.选取合适的传感器：传感器是金属探测器的核心部件，直接影响到探测器的灵敏度和抗干扰能力。
本项目将通过调研和实验，选择适合的传感器，比较不同传感器的特性和性能，选择性价比高、适应性强的传感器。
2.设计硬件电路：根据选定的传感器和单片机，设计硬件电路。
电路主要包括传感器驱动电路、信号放大电路、滤波电路等。
通过合理的电路设计，提高传感器的信号输出精度，减小噪声干扰。
3.编写嵌入式软件：使用嵌入式开发工具，根据设计需求编写嵌入式软件。
软件主要包括传感器数据采集、信号处理和报警控制等功能。
通过合理的算法设计，实现对金属信号的快速识别和判别，提高探测器的准确性和灵敏度。
4.系统调试和优化：在硬件和软件设计完成后，对系统进行调试和优化。
通过实验和测试，检验探测器的性能指标，比如灵敏度、误报率等，对系统进行调整和优化，使其达到设计要求。
三、预期成果1.设计实现一款基于单片机的金属探测器原型，具有较高的灵敏度和抗干扰能力。
2.优化传感器设计和信号处理算法，降低误报率，提高检测精度和可靠性。
3.完成相关文档，包括设计报告、用户手册等。
四、项目进度安排1.前期调研和文献综述阶段（1周）：对金属探测器的技术原理、现有问题进行调研和分析，查阅相关文献。
2.传感器选型和电路设计阶段（2周）：选择合适的传感器，设计硬件电路。
3.嵌入式软件设计与开发阶段（2周）：编写嵌入式软件，实现金属信号的采集、处理和报警控制功能。
基于单片机的金属探测器的设计
331键盘控制程序设计23
332数字滤波程序设计23
333显示与报警程序设计25
第4章 主要技术指标分析26
41主要技术指标分析26
441工作频率26
442灵敏度分析26
443稳定性分析26
第5章 仿真调试结果及分析27
51 仿真调试目的与内容27
52 仿真结果及分析27
53 试验总结29
第6章 结 论30
参考文献31
致 谢32
附 录1 电路原理图33
附 录2 各模块程序清单34
前 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
112涡流效应4
第2章 硬件电路设计6
21系统组成6
22硬件电路功能描述6
221线圈振荡电路7
222数据采集电路8
223 AD转换电路12
224系统控制单元15
225键盘控制电路16
226显示报警电路17
227电源电路18
23整机工作原理描述19
第3章数字滤波及算法说明21
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此外文中还对影响金属探测器的灵敏度与稳定性的因素进行了探讨认为仪器的工作频率检测线圈的尺寸及匝数等是影响灵敏度的主要因素而应用现场的环境温度湿度及线圈的制作工艺和供电电源的稳定程度是仪器稳定性的影响因素
基于51单片机的智能型金属探测器设计
基于51单片机的智能型金属探测器设计任务书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,1999,1~72[2]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2002,142~159[3]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):53~57.[4] AD526Data Sheet[S].Analog Device Inc.,1999.4．进度安排基于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 principles 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 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 software 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 inductance目录1绪论 (1)1.1引言 (1)1.2探测器的发展状况及应用 (1)1.3本文研究的主要内容 (4)2系统的总体设计 (5)2.1系统设计的理论依据 (5)2.1.1线圈介质条件的变化 (5)2.1.2涡流效应 (6)2.2系统组成 (6)3系统硬件设计 (8)3.1系统硬件选型 (8)3.2系统电路设计 (13)3.2.1系统组成框图 (13)3.2.2电路原理图 (14)3.2.3线圈振荡电路 (14)3.2.4数据采集电路 (16)3.2.5 A/D转换电路 (17)3.2.6显示报警电路 (18)3.2.7整机工作原理描述 (19)3.2.8灵敏度分析 (20)4系统软件设计 (21)4.1软件设计思想 (21)4.2软件流程 (21)4.2.1主程序流程图 (21)4.2.2中断服务程序 (23)4.2.3初始化子程序 (23)4.2.4数字滤波程序设计 (24)结论 (27)参考文献 (28)致谢 (29)附录一电路原理图 (30)附录二程序清单 (31)1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。
基于单片机的智能型金属探测器的设计
xxxxxxx学院xxxx届毕业设计（论文）基于单片机的智能型金属探测器的设计学院（部）：专业：学生姓名：班级：学号指导教师：职称最终评定成绩xxxx年xx月摘要金属探测器是专门用来探测金属的仪器。
广泛应用于工业生产、安检、娱乐等领域。
这里我们设计的是一个基于单片机的手持金属探测器。
它可以检测到人随身携带的金属物品，如小刀、钢笔甚至可以检测到香烟盒(部有铝薄膜)。
可随身携带，使用方便。
金属探测是根据电磁感应原理制成的，将一金属置于变化的磁场当中时，根据电磁感应原理就会在金属部产生涡流，涡流产生的磁场反过来又影响原磁场，这种变化可以转换为电压幅值的变化，供相关电路进行检测。
它也可以表现为振荡电路频率的变化，用检测频率的办法进行检测，这里使用的是后者，振荡部分由电容三点式振荡电路组成，产生的正弦波进行放大和脉冲转换电路，再送入单片机，由单片机探测它频率的变化。
当遇见金属时由于电磁感应原理原先建立起来的振荡将受到影响，频率将发生变化，单片机探测到这种变化后进行报警。
本次金属探测器的设计还给它添加了接口可以和外围的系统进行通讯，这里实现了与液晶显示，键盘和AT89S52组成的外围数据处理与显示模块的通信，对前端探测到的数据进行再处理和分析，并将结果显示在液晶屏幕上，并可以通过键盘对前端的探测进度进行设置。
关键字：金属探测；电磁感应原理；单片机；涡流；振荡电路ABSTRACTMetal detector is an instrument which use for detecting metal specially. it has been extensively used in produce ,Safety inspection, entertainment and so on. Here we designed a handheld metal detectors which based on the MCU. It can detect people carrying metal items such as knives,pens and even boxes of cigarettes (within the aluminum film). Portable, easy to use.It is made according to principle of electromagnetism induction. when we put an metal object around magnetic field with changing series. there will produce vortex inner metal object. The vortex will create magnetic field too. The new magnetic field will affect the old. The change can be convert into voltage signal for detecting by relative electrocircuit . It can also convert into frequency signal and be detected by frequency detector. Here we use the second method. The oscillation circuit part is composed by Capacitance three-point oscillation circuit. The signal created by the part is magnified first and then convert into impulse signal. Then it can be processed by SCM. SCM detect its frequency ,compare with the base frequency and then determine whether to worn.We add an interface to the detector. So it can communicate with other SCM system which content a lcd,a keyboard,a SCM. The SCM system can process the data more precisely and then display the result through lcd.the keyboard is used for user who want to set the detecting precision.Keywords:metaldetector;the principle of electromagnetism induction;SCM;vortex;oscillation circuit目录1 引言 (6)2 综述 (8)3 方案论证 (10)3.1 基于单片机的金属探测器的设计方案 (10)3.2 MD—898K金属探测器 (11)4 总体设计 (11)4.1 硬件电路设计 (12)4.1.1 线圈振荡电路 (14)4.1.2 数据采集电路 (15)4.1.3系统控制单元(AT89S52简介) (20)4.2 软件结构设计 (30)4.2.1 前端程序结构设计 (30)4.2.2 外围数据处理与显示程序结构设计 (31)4.3单元电路设计 (31)4.3.1 振荡电路设计 (32)4.3.2 放大电路和脉冲变换电路 (34)4.3.3单片机系统 (35)4.3.4 外围设置与显示系统 (36)4.4软件模块设计 (38)4.4.1前端软件设计 (38)4.4.2 外围数据处理与显示模块设计 (42)总结 (44)致 (45)参考文献 (46)附录 (49)附录一系统实物图 (49)附录二前端金属探测部分源程序 (50)附录三外围金属探测精度设置源程序 (62)附录四防抖动键盘处理源程序 (64)1 引言金属探测器是一中专门用来探测金属的仪器，除了探测有金属外壳或金属部件的地雷以外，还可以用来探测隐蔽在墙壁部的电线、埋在地下的水管电缆，甚至能够地下探宝，发现埋藏在地下的金属物体。
基于单片机控制的金属探测器系统的设计
3A学习网----中国最专业的学习网站基于单片机控制的金属探测器系统的设计system which bases on the technology of one-chip computer This system is take the one-chip computer AT89C51 as a core. .First it produces the pulse signal by the multivibratorwhich is consisted of 555 timer and send in the detecting coil to form the alternating magnetic field, then it asopts UGN3503 linear half-effect as prode to the magnetic field change into the voltage signal change,after enlargement electric circuit and peak value examination electric circuit,the signal be treated to send into ADC0809 modulus converter change moduluses, then the digital signal after the modulus converter \nscribed the system hardware circuit design e including each module design and the function as well as the complete machine principle of work and the description of complete machine, the software system design and the subroutine compilation are introduced in the fourth chapter. Finally we introduces the main design target , the design experience and the advantage and disadvantage of the design.就会在周围产生交变磁场，当有金属靠近线圈时，金属就会产生涡流磁场的去磁作用会削弱线圈磁场的变化，金属的电导率越大，交变电流的频率越大，则涡电流的强度就大，对原磁场的抑制作用就越强。
基于stc89c52单片机的金属探测仪的设计原理
一、概述金属探测仪是一种利用电磁感应原理来探测金属物体的设备，广泛应用于物流、安检、考古等领域。
本文将介绍基于stc89c52单片机的金属探测仪的设计原理，包括硬件电路设计、软件编程等内容。
二、硬件设计1. 信号发生器金属探测仪的信号发生器是整个系统的核心部分，它需要能够产生一定频率的电磁信号来激发金属物体。
在本设计中，我们采用了stc89c52单片机的IO口来实现信号的产生和控制。
2. 接收线圈接收线圈是用来接收金属物体产生的感应信号，从而实现对金属的探测。
在本设计中，我们通过stc89c52单片机的定时器和IO口来接收和处理接收线圈产生的信号。
3. 滤波器和放大器接收到的信号需要经过滤波和放大处理，以便进一步的信号处理和分析。
在本设计中，我们使用了一定的滤波电路和放大电路来对接收到的信号进行处理。
4. 电源模块金属探测仪需要稳定的电源来确保正常的工作，因此电源模块也是设计中需要考虑的重要部分。
三、软件编程1. 信号发生器控制程序在stc89c52单片机上编写程序，控制IO口产生一定频率的脉冲信号，实现信号发生器的功能。
2. 信号接收和处理程序利用定时器和IO口进行接收线圈信号的采集和处理，将接收到的信号进行滤波和放大处理，最终输出可供分析的数据。
3. 数据分析与判别程序利用单片机的计算和控制能力，对接收到的信号进行进一步的分析和判别，实现对金属的探测和识别。
四、总结基于stc89c52单片机的金属探测仪设计原理包括硬件电路设计和软件编程两个方面。
通过对信号的产生、接收和处理，以及数据的分析和判别，实现了对金属的探测和识别。
基于该设计原理的金属探测仪在实际应用中具有广阔的前景和重要的意义。
一、概述金属探测仪是一种利用电磁感应原理来探测金属物体的设备，广泛应用于物流、安检、考古等领域。
在本文中，我们将进一步继续深入探讨基于stc89c52单片机的金属探测仪的设计原理，并探讨针对不同场景的应用和优化方案。
基于单片机的金属探测器设计任务书
基于单片机的金属探测器设计任务书任务书课程名称：嵌入式系统设计设计主题：基于单片机的金属探测器设计设计要求：1. 设计一个金属探测器系统，能够准确探测到地下埋藏的金属物体。
2. 使用单片机作为控制核心，实现金属探测器的信号处理和控制功能。
3. 系统需要具备以下功能：a. 能够检测到金属物体的存在并发出相应的信号或提示。
b. 能够显示金属物体的信号强度或距离信息。
c. 能够调节灵敏度以适应不同场景下的金属探测需求。
d. 操作简便、实用可靠。
4. 设计需要考虑以下方面：a. 金属探测器的硬件设计，包括传感器选择、放大电路设计等。
b. 信号处理算法的设计和实现。
c. 用户界面设计，包括显示屏、按键等。
d. 可靠性和稳定性的考虑。
5. 设计过程中需要进行模拟实验和调试，确保系统功能的正确实现。
6. 编写完整的设计报告，包含设计思路、原理图、代码、实验结果等内容。
评分标准：1. 设计的功能完整性和实用性。
2. 硬件设计和信号处理算法的正确性和稳定性。
3. 系统的可靠性和灵敏度可调性。
4. 设计报告的完整性和技术水平。
时间安排：1. 第1-2周：了解金属探测器的原理和常用技术。
2. 第3-4周：进行硬件设计，包括传感器选择和放大电路设计。
3. 第5-6周：进行信号处理算法的设计和实现。
4. 第7-8周：进行用户界面设计和系统集成。
5. 第9-10周：进行模拟实验和调试。
6. 第11-12周：编写设计报告并进行论文答辩。
备注：以上时间安排仅为参考，具体时间安排可根据实际情况进行调整。
设计任务书（续）任务名称：基于单片机的金属探测器设计任务要求与评分标准：1. 手动和自动调节灵敏度功能：提供手动调节灵敏度的按钮，以便用户根据需要进行灵敏度的调整。
同时，实现自动调节灵敏度的功能，使系统可以根据探测环境的不同自动进行灵敏度的调节。
评分标准：调节功能是否灵敏、切合实际探测需求，自动调节灵敏度功能是否准确、响应迅速。
2. 检测准确性和稳定性：确保金属探测器系统能够准确地识别金属物体，排除误报的可能性，并保持稳定的性能。
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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。
目录第1章分析探测金属的理论依据 (1)第2章硬件电路设计 (1)2.1系统组成 (1)2.2硬件电路功能描述 (1)2.3整机工作原理描述 (4)第3章系统软件设计 (5)3.1软件设计思想 (5)3.2数字滤波计算法说明 (6)3.3主程序流程图 (6)第4章仿真、调试结果分析 (8)4.1仿真、调试目的与内容 (8)4.2仿真结果分析 (8)4.3试验总结 (9)第5章结论 (10)参考文献 (10)附录 (11)第1章分析探测金属的理论依据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。
第2章硬件电路设计2.1 系统组成如图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ADC0809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。
具体电路原理图参看附录1。
图1 系统结构框图2.2 硬件电路功能描述2.2.1 线圈振荡电路图2 线圈振荡电路原理图 电路原理图如图2所示。
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：2ln )2(1111110C R R f +=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，从而使线圈周围产生恒定的交变磁场。
2.2.2 数据采集电路图3 数据采集电路 电路原理图如图3所示。
由线性霍尔传感器、放大和峰值检波电路构成。
线性霍尔传感器选用的是美国ALELGRO 公司生产的UGN3503U ，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。
由于UGN35O3U 线性霍尔元件采集到的电压信号是一个毫伏级的信号，信号十分微弱，所以，在对其进行处理前，首先要进行放大。
经前级运算放大器放大的信号经耦合电容C2输入到后级峰值检测电路中。
峰值检测电路由两级运算放大器组成，通过峰值检波和后级缓冲放大电路，将采集到的微弱电压信号放大至0V-5V的直流电平。
2.2.3 A/D转换电路图4 A/D转换电路为了将采集到的模拟量信息，转换为单片机能够直接处理的数字信息，这里选用了ADC0809型A/D转换器，完成由模拟量到数字量的转换。
当地址锁存允许信号ALE=1时，3位地址信号A、B、C送入地址锁存器，选择8路模拟量中的一路实现A/D变换。
本设计使用通道NI0，所以，地址译码器ABC直接接地为000，采用线选法寻址。
ADC0809的数据输出口直接于单片机的数据总线P0口相连接，这里利用AT89S52提供的地址锁存允许信号ALE经计数器74LS163构成的4分频器分频获得。
ALE引脚的频率是单片机时钟频率的1/6,单片机时钟频率为12MHZ，则ALE引脚频率约为2MHZ，再经4分频后为500kHZ，所以ADC0809能可靠工作。
ADC0809的模拟输入范围:单极性0~5V，设计中采用+5V单电源供电。
电路原理图如图4所示。
2.2.4 系统控制单元单片机AT89S52与AT89C52相比较，其优点在于AT89S52片内含8K Bytes ISP的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，还兼具AT89C52的其他优点：AT89S52是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机。
40个引脚，8K Bytes Flash片内程序存储器，256 bytes的随机存取数据存储器(RAM)，32个外部双向输入/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。
其工作电压为5V，晶振频率采用12MHz。
2.2.5 键盘控制电路键盘控制电路K1键作为功能键设置灵敏度△U，灵敏度是可调的，K2和K3分别作为加1，减1键来调节灵敏度，K4是确定键，当K4键按下时，灵敏度值确定。
2.2.6 显示报警电路AT89S52的串行口RXD和TXD为一全双工串行通信口，但在工作方式0下可作同步移位寄存器用，其数据由RXD（P3.0）端输出或输入；当键盘控制部分各键按下时，LED 显示相对应灵敏度数值，显示电路如图5所示。
图5 显示报警电路一旦发现金属出现，则被测物理量超限由单片机I/O口P1.0输出信号驱动发光二极管发光报警，P1.6触发无源蜂鸣器用声报警提醒检测人员注意，进行必要的定位搜身检查。
2.2.7 电源电路电路原理图如图6所示，电源供电由9V电池和板内稳压电源组成。
图6 电源电路2.3整机工作原理描述在工作过程中，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，此脉冲信号经过缓冲和放大之后，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L1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u0，该电压信号u0很微弱，属mV级信号，u0经过放大电路放大，再通过峰值检波电路，得到相应的0V~5V的峰值输出电压U0，以满足ADC0809的量程，经A/D转换后，将U0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，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L1靠近金属物体时，由于电磁感应现象，会使探测电感值发生变化，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ux，该变化的电压经放大电路、峰值检波电路后，得到相应的0V-5V的峰值输出电压Ux，然后经A/D转换后，输入到CPU，由CPU完成Ux与基准电压U0的比较，二者比较׀ Ux—U0׀得到一个差值，此差值与预设的灵敏度△U再作比较。
灵敏度由键盘控制电路中各键输入，显示电路部分则显示各键按下后的相应数值，当然，△U大小的设定决定着系统精度的高低。
若|Ux-U0|>△U，就确定为探测到金属，CUP输出口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。
第3章系统软件设计3.1 软件设计思想主程序初始化以后置位AT89S52的中断控制位EA，使CPU开放中断。
通过检测RAM 中21H中数值的值来判断是否采集基准电压U0，如果未采集过U0，则启动ADC0809对NIO通道的模拟输入量进行A/D转换。
在电路设计中，ADC0809与AT89S52是采用中断方式连接的，所以系统的数据采集处理功能是在中断服务程序中完成的，从原理图看出，ADC0809的EOC端通过反相器接AT89S52的NIT1端，作为中断申请。
采用中断方式，可大大节省CPU时间。
软件编程允许AT89S52响应外部中断1，且设置其响应方式为边沿触发。
当A/D转换完毕后，ADC0809的EOC端向AT89S52的INT1的返向端送入一个中断申请信号，AT89S52接此信号后响应中断请求，调用中断服务子程序INTl，中断服务程序进行压栈，保护现场，读取来自ADC0809数据输出口的8位数字量，并将数字量储存到单片机RAM中，然后启动ADC0809的下一次转换。
经过数据软件滤波之后将其存放在单片机RAM 21H中，作为基准电压U0。
反复实验测得的灵敏度△U的值被存放在单片机RAM地址为20H的存储器中。
在检测过程中，将A/D转换器采集到的电压信号经数据软件滤波后存入内部RAM以30H为首址的数据存储器中，然后将此数据Ux二和基准电压U0进行比较，二者差值U存放在单片机ARM地址为22H的存储器中。
而后再通过判据算法将此差值U与灵敏度△U进行比较，以确定是否报警键盘控制电路各键控制灵敏度的值，并在显示电路部分显示按键后的对应数值。
3.2 数字滤波及算法说明金属探测器的噪声抑制能力是金属探测器的主要设计指标。
由于在采集电压量时经常会碰到各种瞬时干扰，而采用硬件滤波存在硬件电路复杂等诸多弊端，因此本设计中采用算术平均滤波法，即在一次电压量的采集中，在很短的时间内对它进行6次采集，将它转换为数字量后求和，分析出6次输入中的最大值和最小值，然后减去最大值和最小值，除以4得到平均值的方法，完成一次数据采集的软件滤波。
用软件代替硬件，从而省去了复杂的硬件，而且能够取得好而精确的效果。
在一个采样周期内，对信号X的N次测量值进行算术平均，作为时刻K的输出x(k)，即∑==NiixNkx11)(（3-1）其中N为采样次数，xi为第i次的采样值。
显然N越大，信号平滑度越高，灵敏度就会降低，但是本设计中需要较高的灵敏度，所以N取值不易过大，这里我选择了N=6，选择取6个数进行计算的原因，就是因为在汇编中做计算是非常麻烦的，取6个数，减去最大值和最小值后，取平均值是除4，计算机的内部计算都是二进制，而二进制每除一个2，实际上是向右移一次。
所以为了计算方便，我选择取6个数，最后在算除法的时候，只需要用单片机自带的右移位命令移2次就行了。