用UGN3503霍尔器件制作的数字指南针
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。
《自制指南针》苏教版小学二年级科学(下册)精品课件PPT
新知讲解
根据太阳辨别方向。
中午的时候太阳在南边， 地上的影正指着北方。
中午的时候背对太阳，前面是北，后面是南，右手指东，左手指西。
新知讲解
根据北极星辨别方向。
晚上北极星总是指向北方。
夜晚，面向北极星，后边是南，左手是西，右手是东。
交流讨论
同学们，你们还知道哪些辨别方向的方法呢？和大 家一起交流一下吧！
活动天地
自制一个指南针
用磁铁在一根钢针上沿 着一个方向摩擦二三十次。
活动天地
自制一个指南针
把磁化后的钢针放在木 塞上，再把木塞放到盛有水 的盆里。
注：要轻拿轻放。
活动天地
自制一个指南针
待静止后，观察钢针所 指的方向，把它指南的一端 涂上蓝色。
活动天地
自制一个指南针
按顺时针方向在水盆边
沿标出“东、南、西、北”
苏教版小学二年级科学(下册)
自制指南针
新知导入
形如钟表不是表， 不报钟点和分秒， 中国古人发明它， 东南西北巧引导。
指南针
（打一物体）
新知导入
你们用过指南针吗？你们会自 己制作指南针吗？接下来我们一起 学习——《自制指南针》。
新知讲解
认识指南针 北
方位盘
磁针 南
新知讲解
认识指南针中的方向
字母 N
S
W
E
EN WN ES
WS
表示 方向
北
南
西
东 东北 西北 东南 西南
新知讲解
指南针的使用方法
1.平放指南针，让磁针自由转动。 2.待磁针静止后，轻轻转动方位盘，使盘上的N与磁针的红色端重合。 3.根据方位盘上的方向确定周围的方向。
活动天地
霍尔元件应用及其原理
霍尔元件及其应用（一）时间：2009-10-20 13:02:40Hall Sensing Components & Devices and Its Application摘要: 霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器,已发展成一个品种多样的磁传感器产品族，并已得到广泛的应用。
本文简要介绍其工作原理，产品特性及其典型应用。
1 引言霍尔器件是一种磁传感器。
用它们可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。
霍尔器件以霍尔效应为其工作基础。
霍尔器件具有许多优点，它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高（可达1MHZ），耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。
霍尔线性器件的精度高、线性度好；霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高（可达μm级）。
取用了各种补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度范围宽，可达－55℃～1 50℃。
按照霍尔器件的功能可将它们分为: 霍尔线性器件和霍尔开关器件。
前者输出模拟量，后者输出数字量。
按被检测的对象的性质可将它们的应用分为:直接应用和间接应用。
前者是直接检测出受检测对象本身的磁场或磁特性，后者是检测受检对象上人为设置的磁场，用这个磁场来作被检测的信息的载体，通过它，将许多非电、非磁的物理量例如力、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、转数、转速以及工作状态发生变化的时间等，转变成电量来进行检测和控制。
2 霍尔效应和霍尔元件2.1 霍尔效应如图1所示，在一块通电的半导体薄片上，加上和片子表面垂直的磁场B，在薄片的横向两侧会出现一个电压，如图1中的VH，这种现象就是霍尔效应，是由科学家爱德文²霍尔在1879年发现的。
VH称为霍尔电压。
（a）霍尔效应和霍尔元件这种现象的产生，是因为通电半导体片中的载流子在磁场产生的洛仑兹力的作用下，分别向片子横向两侧偏转和积聚，因而形成一个电场，称作霍尔电场。
做一个指南针ppt课件
安装磁针
仔细观察磁针的固定方式。
磁针要穿过吹塑 纸2次。
测试磁针
为什么要放在水中？
①在盛水盘中盛一些水，并将磁针轻轻放在水面中央。 ②待磁针自由转动后静止，观察静止时磁针两端的指向。 ③重复测试3次。
拓展延伸
如果再做一个指南针， 你还有什么方法？
rú guǒ zài zuò yī gè zhǐ nán zhēn nǐ hái yǒu shí me fāng fǎ
教科版科学二年级下册
做一个指南针
聚焦
猜谜语
小小圆盘妙无穷， 茫茫大海逞英雄， 红针遥指千里路， 心心相印一线通。
——（打一仪器）
指南针
造纸术
印刷术
指南针
火药
聚 焦 指南针的历史
很早以前，人 们在寻找铁矿时， 发现了一种能吸铁 的矿石，他们把这 种矿石叫做磁石。
聚 焦 指南针的历史
2000多年前的战国时期，人们 把天然磁石制成勺形，放在一个光 滑的盘上，盘上刻着方向，轻轻转 动勺子，在地磁场的作用下，当它 停止转动后勺柄总是指向南方，人 们称它为“司南”。
如果再做一个指南针，你还有什么方法？
水浮式指南针
悬挂式指南针
立式指南针
选择
1.小军在野外迷失了方向，他赶紧将一个小磁针拿出来，静止
后，S极所指的方向为( )。
A.东
B.西
C.南
D.北
2.使用指南针时，磁针静止后，红色的一端指（ ）。
A.北
B.南
C.东
D.西
司南
司南
指
南磁石Βιβλιοθήκη 针进化史
指南针
司南 罗盘
指南鱼 水浮式指南针
探索
水浮式指南针
基于单片机的金属探测器设计
本文介绍了一种基于AT89C52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AT89C52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.ABSTRACTThis 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.KEYWORDS: SCM (Single Chip Micyoco) metal detector .第一章绪论 (1)1.1探测器的发展状况及应用 (1)1.2本文研究的主要内容 (2)第二章系统的总体设计 (3)2.1系统设计的理论依据 (3)2.1.1线圈介质条件的变化 (3)2.1.2涡流效应 (4)2.2系统组成 (4)第三章硬件电路设计 (6)3.1系统组成框图 (6)3.2电路具体介绍 (6)3.2.1.线圈振荡电路 (8)3.2.2系统控制单元 (13)3.2.3显示告警电路 (21)3.2.4.电源电路 (21)第四章系统软件设计 (22)4.1软件算法 (22)4.2软件流程 (22)4.2.1主程序流程图 (22)4.2.2数字滤波程序设计 (23)第五章.结论 (25)致谢 (26)参考文献 (27)第一章绪论1.1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。
自制指南针(课件)-2023-2024学年劳动六年级上册人民版
为什么叫做“指南针”呢？主流看 法认为，指南针的称呼沿用了战国时期 利用天然磁铁矿石琢成的“司南”。在 我国古代文化里，南为阳，北为阴，以 “南”为南北方位之主，面向南方为尊 位。“南面为王，北面而朝”的意思是 面朝南方位的称帝王，面朝北方的则是 朝拜君王的臣子，帝王就座议事都是面 向南方。
制作的具体方法：
自制指南针
指南针作为中国古代"四大发明"之 一，是一种指示方位的简单仪器。能保 持在磁子午线平面内，利用这一性能， 可以辨别方向。
我们的古人最早发现磁石及其吸铁性， 进而发现了磁石的指极性，于是把天然磁 铁琢成勺形，叫作“司南”。这大约出现 于两千多年前的战国时期，最早记载见于 《 韩 非 子 ·有 度 》 。 在 应 用 “ 司 南 ” 的 基 础上，人们发现用磁石沿一个方向多次摩 擦过的钢针等物也有指南特性，于是发明 了指南针。宋初还出现过“指南鱼”，是 浮在水面上的一种指南器具。
1、需要准备以下材料：绣花针、一碗水、 磁铁、笔、纸。 2、用剪刀将纸剪出一个长方形，将磁铁 在绣花针上来回摩擦数次。
刻字的具体方法：
3.将摩擦好的针插入剪好的纸上，在纸 上用笔写上南北。
4.将纸放在装好水的碗中，这样一个辨 别方向的指南针就来尝试自制指南针吧！
公元1086年，北宋着名科学家沈括所着 的《梦溪笔谈》记载，当时有四种不同装置 的针型指南针，即水浮法、缕悬法、指甲法 和碗唇法。此时已能制造人工磁体。《梦溪 补 笔 谈 ·药 议 》 载 有 ： “ 以 磁 石 磨 针 锋 ， 则 锐 处常指南”。十一世纪末，我国便开始在航 海上使用了指南针。
南宋时，把磁针与分方位的仪器组装成一个整 体，这种新仪器叫针盘，或叫地螺(罗)，也有叫子 午盘、定盘针、经盘、罗盘的。元代还造成立针式 指南工具——指南龟、指南鱼。张燮的《东西洋 考 ·舟 师 考》 记载， 明代海 上航行 ，“独 恃指南 针 为导引，或单用，或指两间，凭其所向，荡舟以 行。”
盲人电子指南针
医疗保健电子产品系列技术资料盲人电子指南针该电路能够根据指南针相对于地球磁场的不同方位，产生一种可变声调的音频输出，使盲人能根据音调的变化来辨别东西南北。
电子指南针的核心器件是IC1是一块霍尔效应集成传感器UGN-3501M，其内部结构包含一个霍尔单元和一个具有差分射极跟随输出的线性差分放大器。
IC1的敏感度不算高，因此它不适用于测量弱磁场，不然信号输出偏差较大，从而影响测量精度。
为了克服这一缺点，利用两根6cm×9mm的磁棒贴附在集成传感器的两面，以起到收集地球磁力线的作用。
图127电路原理图如图127所示，由集成霍尔传感器IC1将其感受到的地球磁场强度转变为差分输出电压；该电压通过IC1的两个输出端⑧脚和①、再经电阻R1和R2后，馈入另一差分放大器IC2(μA741)。
在IC1输出为零时，通过RP来调节IC2的输出电压；电容C1用来抑制寄生振荡。
经过IC2的差分放大的输出电压馈入555时基电路IC3及外围器件构成的电压棗频率转换电路。
R8、C2和VD(1N4148)是时基电路的充放电器件。
在R9、C3为定值时，时基电路输出电压的输出频率取决于充电直流电压，而该电压则依赖于霍尔器件上的磁场强度，从而可以知道，时基电路的输出脉冲频率与IC1上集中到的地球磁场成线性关系。
脉冲电压经VT(3DG100B)三极管放大驱动扬声器发声，对于不同频率的脉冲电压，扬声器发音自然会改变，从而实现了磁场强度与声调变化的线性转换。
R11为一限流电阻，电路总的耗流大约为50mA。
在磁场强度为零时，调节电位器RP使IC3的脉冲输出频率为1kHz。
当指南针所处的位置由北向南变化时，音调的变化为8个音度；盲人敏锐的听力很容易辨别音调的变化，从而确定正在行走的方向。
该电子指南针在不被使用时，电池断开；需要使用时，只需轻触按SB，扬声器即会发出代表一定方位的音调。
指南针怎么做
指南针怎么做
1、取三合板一块，锯一块直径为120毫米的底板。
把表面和边缘用砂纸磨光。
2、在一张素描纸上标好N、S、Ｗ、Ｅ符号，按尺寸把盘面剪下，贴在底盘下
3、取一枚大头针或缝衣针，从底盘背面中心穿过，将尖头露出盘面做轴。
4、根据尺寸把一块白铁皮剪成指针形状，并钻一个直径2毫米的孔，把一颗纽扣固定在指针上。
5、用一块永久磁铁摩擦指针数次，使指针磁化。
6、最后，把指针放在轴上。
注意哪头指向北，就这头涂成红色。
7、好了，一个自制的指南针就完成了。
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霍尔计数实验指导书
霍尔接近开关计数实验指导书一、实验目的1.在理论学习的基础上，深入体会霍尔传感器的应用；2.体会小作品制作过程。
二、实验原理霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器,已发展成一个品种多样的磁传感器产品族，并已得到广泛的应用。
按照霍尔器件的功能可将它们分为：霍尔线性器件和霍尔开关器件。
前者输出模拟量，后者输出数字量，其特性如图1所示。
(a)线性型(b)开关型图1. 霍尔集成电路的输出特性如图2所示，在一块通电的半导体薄片上，加上和片子表面垂直的磁场B，在薄片的横向两侧会出现一个电压，如图2中的VH，这种现象就是霍尔效应。
图2.霍尔效应原理图这种现象的产生，是因为通电半导体片中的载流子在磁场产生的洛仑兹力的作用下，分别向片子横向两侧偏转和积聚，因而形成一个电场，称作霍尔电场。
霍尔电场产生的电场力和洛仑兹力相反，它阻碍载流子继续堆积，直到霍尔电场力和洛仑兹力相等。
这时，片子两侧建立起一个稳定的电压，这就是霍尔电压。
本实验中使用型号为NJK-5002的NPN,常开霍尔接近开关。
其电气连接图如图3所示。
当检测到磁场时，信号输出线有信号输出，没有磁场时，信号消失，这样会有一下降沿，经降压处理后可作为外部中断输入，进行计数。
本实验中，信号处理部分仅用电阻分压即可。
图3. NJK-5002型霍尔接近开关电气连接图单片机引脚功能见图6中电路。
74LS04和7805引脚图如图4；四位共阴极二极管管脚如图5所示。
图4.霍尔开关示意图、74LS04和7805引脚图图5.四位共阴极二极管管脚图三、实验仪器与设备1.10k欧姆电阻5个2.680欧姆电阻1个3.510欧姆电阻2个4.12V直流电源插座1个5.拔动开关1个6.47uf电容2个7.0.1uf电容1个8.30皮电容1个9.7805稳压芯片1个10.发光二极管1个11.常开按钮1个12.11.0592M晶振1个13.AT89S52单片机1个14.74ＬＳ04非门芯片1片15.但片机插座及非门插座各1个16.四位数码管1个17.万能板1片18.引脚插座及导线若干19.电脑、单片机开发板及相应开发软件四、实验步骤1.按需求绘制电路原理图，如图6所示。
用UGN3503霍尔器件制作的数字指南针
用UGN3503霍尔器件制作的数字指南针_电路图本文介绍了用两个UGN3503型霍尔器件设计制作的数字指南针的设计目的、系统结构和工作原理，以及各主要器件的使用方法。
本系统包括UGN3503型霍尔器件、TLC0832 A/D转换器、单片机控制、液晶显示四部分，实现了对地磁信息的采集、放大，经过模数转换和单片机处理，最终显示出用文字表示的当前所处方位。
现在机器人的控制有了很大的发展，尤其遥控机器人，但是还不能象人有自己的探索。
基本上是放上摄像头人工控制，所以很大程度上没有独立工作能力，离开人和GPS还是不能工作。
我们开发本系统是为了在一个恶劣的环境下为一个数字化系统提供一个原始的参考数据，或充当机器人的一个廉价的测控工具。
本着这个目的，本系统主要功能有：1、地磁放大功能：通过内置磁铁对地磁场的反应，实现对地磁信息的放大。
2、系统辅助定位功能：通过本设备提供的串行口，既可以嵌入系统，为系统的空间定位提供参考数据；又可以作为外设，提供临时性测算。
本系统的输出方式可以采用液晶显示和语音输出两种方式，语音输出可为盲人提供方便。
整个系统的方框图如上图所示。
我们将互相垂直的两个霍尔器件固定于框架底部（如下图所示），在两个小磁铁条的N极和S极之间夹一个中空的塑料圆筒使其刚好将两霍尔器件套入而没有接触。
圆筒顶部封口，从其顶部圆心处引一根塑料轴，固定于框架底部，使圆筒可绕中心轴自由转动。
通过这种方法，小磁条便可在地球磁场的作用下指示方向，由于此两磁铁之间的磁场强度比地球磁场强很多，因此霍尔器件能够探测到其周围磁场的变化，从而实现了对地磁信号的放大。
如右图所示霍尔器件A探测x方向的磁场，B探测y方向的磁场。
设某一时刻磁场方向如右图所示，A、B探测到的磁场分别为-a 和b。
则单片机通过处理此二数据便可得到方位角θ的值，从而判定当前方位。
右图中虚线箭头所指方向为磁场方向，即地磁南极方向，×轴正方向即为观察者面对的方向。
2024新苏教版科学二年级下册第二单元 玩磁铁《自制指南针》优质课件
pínɡ fànɡ zhǐ nán zhēn rànɡ cí zhēn zì yóu zhuàn dònɡ
1.平 放 指 南 针，让 磁 针 自 由 转 动。
dài cí zhēn jìnɡ zhǐ hòu qīnɡ qīnɡ zhuàn dònɡ fānɡ wèi pán
2.待 磁 针 静 止 后 轻 轻 转 动 方 位 盘，
指南针
13
tuòzhǎn
拓展： xiàn zài rén men lì yònɡ ɡènɡ xiān jìn de wèi xīnɡ wǎnɡ luò lái
现在，人们利用 更 先 进的卫星 网 络来
què dìnɡ fānɡ xiànɡ hé xún zhǎo mù dì dì
确定方 向 和寻找目的地。
3.指 出 你 周 围 的 方 向。
9
tuò zhǎn
拓展：
zhǐ nán zhēn shì wǒ ɡuó ɡǔ dài sì dà fā mínɡ zhī yī
指南 针 是我国古代四大发明 之一。
jiǔ bǎi duō nián qián wǒ ɡuó hǎi yuán yǐ shǐ yònɡ zhǐ nán zhēn dǎo hánɡ
新苏教版科学二年级下册
2.6 自制指南针
第二单元 玩磁铁
rèn shí zhǐ nán zhēn
一、认识指南针
zhǐ nán zhēn de ɡòu zào
指南针的构造
cí zhēn
磁针
fānɡ wèi pán
方位盘
2
rèn shí zhǐ nán zhēn
一、认识指南针
zhǐ nán zhēn de shǐ yònɡ fānɡ fǎ
3503中文资料
GEAR TOOTH SENSOR
The south pole of a magnet is attached to the back of the package if the Hall-effect IC is to sense the presence of ferrous material. The north pole of a magnet is attached to the back surface if the integrated circuit is to sense thቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ absence of ferrous matrial. Calibrated linear Hall devices, which can be used to determine the actual flux density presented to the sensor in a particular application, are available.
1.0
0 4.5 5.0 5.5 SUPPLY VOLTAGE IN VOLTS 6.0
95 4.5 5.0 5.5 SUPPLY VOLTAGE IN VOLTS 6.0
Dwg. A-12,508
Dwg.A-12,509
元器件交易网
3503 RATIOMETRIC, LINEAR HALL-EFFECT SENSORS
115 Northeast Cutoff, Box 15036 Worcester, Massachusetts 01615-0036 (508) 853-5000 Copyright © 1985, 1999, Allegro MicroSystems, Inc.
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。
简易自动入库智能小车
摘要：采用单片机AT89C51作为简易入库小车的检测和控制核心。
车库黑圈和路面引导白线检测使用反射式红外传感器，车速和距离检测使用断续式光电开关，引导光源检测采用光敏电阻阵列。
基于自动控制原理，采用高效的H型PWM电路动态控制电机的转速和转向；控制系统与电路用光电耦合器完全隔离以避免干扰。
添加电子罗盘模块后可使小车的环境适应性更强。
添加状态标志模块后，行驶过程中有声光提示，使得本设计更趋人性化。
关键词：智能小车寻迹寻光入库系统设计简易入库小车，根据题目要求，系统可以划分为控制部分和信号检测部分。
其中信号检测部分包括：光源探测模块、路程测量模块、路面检测模块、方向检测模块；控制部分包括：电机驱动模块、控制器模块、状态标志模块。
模块框图如图所示。
为了实现各模块的功能，分别做了几种不同的设计方案并进行了论证。
控制模块方案一：选用PIC、或AVR、或凌阳SPCE061A等作为控制核心；这些单片机资源丰富，可以实现复杂的逻辑功能，功能强大，完全可以实现对小车的控制。
但对于此题目而言，其有时得不到体现，成本也稍高，有点资源浪费。
方案二：采用单片机AT89C51作为系统控制器方案。
运算能力强。
软件编程灵活、功耗低、技术成熟和成本低。
基于以上分析，拟选用方案二。
光源探测本体要求小车在光源引导下，进入车库。
光源探测模块的功能主要是引导小车朝光源行驶。
方案一：采用红外温度感应器件。
用此可较为准确地寻找不远处的100W白炽灯。
但是，如此一来，电路实现较为复杂。
方案二：采用多光敏电阻阵列。
对每个光敏电阻状态进行编码，由此确定小车的转向。
考虑到实现的方便性，我们采用方案二。
路面检测路面检测模块实现小车进入白色车库、不压黑线、和沿白色引导线行驶。
探测路面黑圈和白色引导线的基本原理：光线照射到路面并反射，由于黑和白对光的反射系数不同，所以可以根据接收到的反射光强弱来判断黑白。
方案一：采用光敏传感器。
由于其他光源影响（特别是白天），会造成误判或漏判，效果不会很好。
法拉第旋光效应实验报告
实验报告题目: 法拉第旋光效应姓名翟浩淋学院理学院专业应用物理学班级 03学号 19班内序号 062015年 10 月 4 日【实验目的】1.了解磁光效应现象和法拉第效应的机理 。
2.测量磁致旋光角，验证法拉第—费尔德定律θ=VBL 。
3.法拉第效应与自然旋光的区别 。
4.了解磁光调制原理 。
【实验仪器】LED 发光二极管（或白光光源和滤光片），偏振片，透镜，直流励磁电源，导轨，偏振片，集成霍尔援建，5V 稳压电源等。
【实验原理】介质因外加磁场而改变其光学性质的现象称之为磁光效应。
其中，光通过处于磁场中的物质时偏振面发生旋转的效应较为重要，我们称这种偏振面的磁致旋转效应为法拉第效应。
它与克尔效应一起揭示了光的电磁本质，是光的电磁理论的实验基础。
法拉第在寻找磁与光现象的联系时首先发现了线偏振光在通过处于磁场当中的各向同性介质时其偏振面发生旋转的现象。
在磁场不是非常强时，偏振面的旋转角度θ 与介质的长度及磁感应强度在光的传播方向上的分量B 成正比BlV =θ （1）比例系数V 成为维尔德（Verdet ）常数，它取决于光的波长和色散关系，一般物质的维尔德常数比较小，表1给出了几种材料的维尔德常数V 。
法拉第效应与自然旋光不同。
在法拉第效应中对于给定的物质，光矢量的旋转方向只由磁场的方向决定，而与光的传播方向无关，即当光线经样品物质往返一周时，旋光角将倍增。
线偏振光可看作两个相反偏振量σ+和σ –的圆偏振光的相干叠加，从原子物理知识可知，磁场将使原子中的振荡电荷产生旋进运动，旋进的频率等于拉莫尔频率，即ωL =B me ⋅,这里e 和m 分别为振荡粒子的电荷和质量，B 为磁场强度。
线偏振光的σ+和σ –分量有不同的旋进频率，分别为L ωω- 和L ωω+，相应的折射率n+和n-，相速度v+和v- 都不同，而在光学行为中是等效的，偏振面旋转角由下述等式得到，旋转角由光通过的材料长度l 决定,即 l cn n ⋅-=-+2)(ωθ （2）上式中，c 为光速，ω为入射光的频率，上式的推导较为简单，是建立在经典电磁理论的基础之上。
霍尔元件3503资料
7.0 4.5 5.0 5.5 SUPPLY VOLTAGE IN VOLTS 6.0
0 4.5 5.0 5.5 SUPPLY VOLTAGE IN VOLTS 6.0
Dwg. A-12,506 Dwg. A-12,507
OUTPUT NULL VOLTAGE AS A FUNCTION OF SUPPLY VOLTAGE
ELECTRICAL CHARACTERISTICS at TA = +25°C, VCC = 5 V
Limits Characteristic Operating Voltage Supply Current Quiescent Output Voltage Sensitivity Bandwidth (-3 dB) Broadband Output Noise Output Resistance Symbol VCC ICC VOUT ∆VOUT BW Vout ROUT BW = 10 Hz to 10 kHz B=0G B = 0 G to ±900 G Test Conditions Min. 4.5 — 2.25 0.75 — — — Typ. — 9.0 2.50 1.30 23 90 50 Max. 6.0 13 2.75 1.75 — — 220 Units V mA V mV/G kHz µV Ω
115 Northeast Cutoff, Box 15036 Worcester, Massachusetts 01615-0036 (508) 853-5000 Copyright © 1985, 1999, Allegro MicroSystems, Inc.
3503 RATIOMETRIC, LINEAR HALL-EFFECT SENSORS
苏教版小学科学二年级下册《自制指南针》优质教案
6.自制指南针【教材分析】《自制指南针》是苏教版科学二年级下册第二单元的内容。
作为本单元的最后一课，是对本单元所学知识的综合应用，属于“设计与技术”类型。
本课双线续接，先实践，后拓展视野。
其中，主体活动按照仿制的一般过程（工程实践）展开：认识——仿制的基础；自制——仿制的行动；测试——仿制的效果检验。
然后，阅读资料——拓展视野。
本课教材注重把科学原理渗透在制作的过程中，如磁铁指南北的性质、技术手段的应用如磁化铁质物品成小磁针、数学知识的融入如磁化钢针时摩擦次数的要求等。
本课侧重设计和技术的应用，要求引导学生围绕具体目标运用已有的科学概念及原理来进行设计与制作，让学生经历选择材料和工具、设计并制作指南针的过程，初步学会指南针的制作方法，培养他们动手制作的能力和创造意识。
【学情分析】学生在二年级上册已经学习了方位，知道东、西、南、北。
对于指南针，学生在生活中略知一些，但是没有具体地接触过指南针。
本课在前两课学习了《磁铁的吸力》和《磁铁的两极》的基础上让学生自制一个指南针，是一个动手操作设计制作类课型。
这节课对二年级的孩子来说，兴趣是最好的老师，让学生享受到成功的快乐是关键。
因此，在教学时，应充分考虑二年级孩子动手能力相对较差这一实际，适当降低操作难度，通过小资料提示、微课视频等充分发挥教师的指导作用。
还应充分考虑到1节课只有40分钟的限制，不要过于追求方法的多样性，而应把课堂的立足点放在“学生自制的指南针能准确地指示方向”上，从而引导学生在享受到成功的快乐的基础上进行主动创新，探索制作方法的多样性。
【教学目标】1．通过观察，认识指南针的结构，知道使用指南针的方法。
2．经历自制过程，能自制指南针，会使用自制指南针辨别方向。
3．了解指南针的发明史及应用，知道手机上使用的是卫星定位系统。
【教学重点】会磁化钢针，并能让磁针自由转动制成指南针。
【教学难点】用指南针辨别方向。
【教学准备】教师材料：指南针、钢针、磁铁、木塞、课件、视频。
做一个指南针(课件)二年级下册科学 教科版
怎样让钢针变成小磁针？
注意：不 要扎到手
磁化：按住钢针一端，用
条形磁铁的磁极在小钢针上， 沿着一个方向多次摩擦。
怎样检测摩擦后的 钢针是否具有磁性？
怎样判断针尖和针尾的磁极？
标出针尖和针尾所指示的方向
北极（N）
N
S
南极（S）
展示我们的指南针
汇报句式：
我们组的指南针是
制成的。
教科版二下《磁铁》单元
5.做一个指南针
遇上阴雨天气，古代的船员们依靠什么来指示方向呢？
指南针的历史
司南
制作合
指南针的历史
指南针
任务：做一个简易指南针
达成标准： 1.能指示南北方向 ①磁性指针 ②自由转动 2.具有稳定的结构 3.使用方便
根据提示有序开展讨论、设计
我们组在制作时遇到的困难是
，
我们是
解决的。
如果有
（其他材料），我们的指南
针还可这样改变：
。
评价与建议句式：
感谢你们组的展示！ 我们组认为你们在
请继续加油！
方面做得很好， 方面可以改进。
改进我们的指南针
1.继续改进指南针，直到达成标准。 2.尝试再设计制作一个不同类型的指南针。
谢谢观看
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用UGN3503霍尔器件制作的数字指南针_电路图
本文介绍了用两个UGN3503型霍尔器件设计制作的数字指南针的设计目的、系统结构和工作原理，以及各主要器件的使用方法。
本系统包括UGN3503型霍尔器件、TLC0832 A/D转换器、单片机控制、液晶显示四部分，实现了对地磁信息的采集、放大，经过模数转换和单片机处理，最终显示出用文字表示的当前所处方位。
现在机器人的控制有了很大的发展，尤其遥控机器人，但是还不能象人有自己的探索。
基本上是放上摄像头人工控制，所以很大程度上没有独立工作能力，离开人和GPS还是不能工作。
我们开发本系统是为了在一个恶劣的环境下为一个数字化系统提供一个原始的参考数据，或充当机器人的一个廉价的测控工具。
本着这个目的，本系统主要功能有：
1、地磁放大功能：通过内置磁铁对地磁场的反应，实现对地磁信息的放大。
2、系统辅助定位功能：通过本设备提供的串行口，既可以嵌入系统，为系统的空间定位提供参考数据；又可以作为外设，提供临时性测算。
本系统的输出方式可以采用液晶显示和语音输出两种方式，语音输出可为盲人提供方便。
整个系统的方框图如上图所示。
我们将互相垂直的两个霍尔器件固定于框架底部（如下图所示），在两个小磁铁条的N极和S极之间夹一个中空的塑料圆筒使其刚好将两霍尔器件套入而没有接触。
圆筒顶部封口，从其顶部圆心处引一根塑料轴，固定于框架底部，使圆筒可绕中心轴自由转动。
通过这种方法，小磁条便可在地球磁场的作用下指示方向，由于此两磁铁之间的磁场强度比地球磁场强很多，因此霍尔器件能够探测到其周围磁场的变化，从而实现了对地磁信号的放大。
如右图所示霍尔器件A探测x方向的磁场，B探测y方向的磁场。
设某一时刻磁场方向如右图所示，A、B探测到的磁场分别为-a 和b。
则单片机通过处理此二数据便可得到方位角θ的值，从而判定当前方位。
右图中虚线箭头所指方向为磁场方向，即地磁南极方
向，×轴正方向即为观察者面对的方向。
目前市面上有多种霍尔器件，但大多数灵敏度较低，考虑到地磁的磁感应强度较为微弱，我们慎重选用了UGN3503型霍尔器件。
此霍尔器件灵敏度较高，而且低噪输出。
由于此器件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，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，因此我们选用了A/D转换器TLC 0832。
TLC0832是串行通讯的8脚2路A/D转换器件，在功能上和体积上都有优势。
我们还可以把51改成2051进一步缩小体积。
而且串行通讯可以把它跟3503做到一起，这样数据传输不受距离限制。
此转换器与处理器接口兼容性较好，同时又可以单机操作。
在5V电压供应下，可以输入0~5V范围内电压。
TLC0831有单一输入频道；TLC0832已经具有多重输入频道。
连续的输出被配置到接口标准变化寄存器或微处理器。
LCD液晶显示采用LCD1602。
此液晶显示模块为2行输出，每行16个字符。
整个系统电路图如上图所示。
考虑到在实际应用时，磁场可能会由于外界抖动而在某一时间或某一位置产生不稳定的状况，我们在数据处理时，采取了在若干个数据间段点中取其平缓过渡数据的设计方法。
单片机最后通过跳线选择处理结果输出方式。
系统程序流程图如下图所示。
目前，大多数设备还不具备简单的方向识别功能。
对于较复杂、较高档的设备，其所用定位设备专用性较强，一般不易于其它设备兼容，且设计结构较为复杂，费用较高。
我们设计的小型方向定位器，可以满足一些小型的，对方向精度要求不高的设备需要。
由于该设备开发成本较低，因此把该仪器应用于一些简单设备中后，可以在较小提高成本的条件下，为设备增加一项较为显着的功能，提高其性价比。