文档介绍：内蒙古大学
硕士学位论文
基于单片机控制的智能型金属探测器的设计
姓名:范丽珍
申请学位级别:硕士
专业:信号与信息处理
指导教师:李树华
20050101
基于单片机控制的智能型金属探测器的设计摘要本文着重介绍了一种基于テ刂频闹悄苄徒鹗籼讲馄鞯挠件组成、软件设计、工作原理及主要功能。该金属探测器以テ为核心,采用线性霍尔元件魑4ǜ衅鳎锤杏鹗粑辛餍вσ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
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引言金属探测器作为一种最重要的安全检查设备,已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、大型运动会绨略嘶、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ㄊ直怼⒀劬怠⒔鹨资巍⒌缱拥壬薪鹗舨返墓こ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检测精度。目前,国外虽然已有较为完善的系列产品鏓瘸痰牟,但价格极其昂贵;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环境如温度、湿度、电焊等诸因素的干扰。本文介绍的基于单片机控制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;处理部件则采用テ魑<觳夂涂刂坪诵模约觳饨峁蟹治雠卸希行У乇Vち思觳庠理的实施: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纾旱毒摺⑶剐怠⑽淦鞑考⒌┖徒鹗舭暗恼ㄒ┑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、空洞和土壤中的上述物品和其他金属物。、
器肚器⋯岿簪嚣.:鍾⋯扑,分析探测金属的理论依据磁场,根据毕奥~萨伐尔定律可计算出线圈中心轴线上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,将发生如下现象和效应:呷橹侍跫谋浠旱苯鹗粑锝咏ǖ缦呷κ保雇ǖ缦呷χ芪У拇懦》⑸浠曩如图杂诎刖段猂的单匝圆形电感线圈,当其中通过交变电流保呷χ芪Э占洳槐一点的磁感应强度#其中,∥缫裕=橹实拇诺悸剩/O喽源诺悸剩胛U婵沾诺悸省对于紧密缠绕训南呷Γ呷χ行闹嵯呱弦坏愕拇鸥杏η慷仍蛭#由公式芍#毕呷τ行讲夥段谖藿鹗粑锸保簦非金属的相对磁导率线圈中心磁感应强度3植槐洌毕呷τ行讲夥段诔鱿痔判越鹗粑锸保痑,会变大,妫痑,也会变大。辛餍вΓ焊莸绱爬砺郏颐侵5溃苯鹗粑锾灞恢糜诒浠拇懦≈惺保鹗舻继迥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~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。金属的电导率酱螅槐涞缌鞯钠德试酱螅蛭械缌髑慷仍酱螅对原磁场的抑制作用越强。通过以上分析可知,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谋浠6杂诜翘判缘慕鹗鬧包括抗磁体纾金、银、铜、铅、锌等退炒盘如锰、铬、钛等Ⅳ,一琽较大,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;对于铁磁性金属纾禾㈩堋⒛/川。驯
很大,步洗螅扇衔J羌鹊嫉缬值即盼镏剩饕2判вΓ庇钟形辛餍вΑ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。正是本着这样一个设计思路来构建系统的硬件电路。
一篓一加一一蹴惶■霍尔二硬件电路设计辉<:糯系统组成如图所示,整个探测系统以坏テ鶤作为控制核心,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:拖咝曰舳<⑶爸