金属探测器 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(内部有铝薄膜)。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内部产生涡流，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
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ABSTRACT
Metal 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;oscillationcircuit
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目 录
1 引 言............................................................................................................................................. 1 第1章 概述 ..................................................................................................................................... 3
1.1探测器的结构和特点 ......................................................................................................... 3
1.1.1探测器的结构 .......................................................................................................... 3 1.1.2探测器的特点 .......................................................................................................... 4 1.1.3探测器的应用领域 .................................................................................................. 4 1.2探测器工作原理 ................................................................................................................. 5 第2章 当代金属器的基本方法 ..................................................................................................... 6
2.1基于单片机的金属探测器的设计方案 ............................................................................. 6 2.2 MD-898K金属探测器 ....................................................................................................... 7 2.3基于霍尔器件的数字金属探测器 ..................................................................................... 8 第3章 总体设计 ......................................................................................................................... 10
3.1 硬件电路设计 .................................................................................................................. 10 3.2 软件结构设计 .................................................................................................................. 11
3.2.1程序结构设计 ........................................................................................................ 11 3.2.2数据处理与显示程序结构设计 ............................................................................ 11
第4章 单元电路设计 ................................................................................................................. 13
4.1 振荡电路设计 .................................................................................................................. 13 4.2 放大电路和脉冲变换电路 .............................................................................................. 14 4.3 单片机系统 ...................................................................................................................... 16 4.4 外围设置与显示系统 ...................................................................................................... 17 第5章 软件设计 ......................................................................................................................... 19
5.1软件设计 ........................................................................................................................... 19 5.2数据处理与显示模块设计 ............................................................................................... 22 第6章 实现与性能分析 ............................................................................................................. 25
6.1 硬件电路焊接与调试 ...................................................................................................... 25
6.1.1振荡电路的焊接与调试 ........................................................................................ 25 6.1.2 放大电路与脉冲转换电路的焊接与调试 ........................................................... 26 6.1.3 单片机系统的焊接与调试 ................................................................................... 27 6.1.4 外围数据处理与显示模块的焊接与调试 ........................................................... 28 6.2 软件模块的调试与集成 .................................................................................................. 31
6.2.1金属探测模块的调试与集成 ................................................................................ 31 6.2.2 外围数据处理与显示模块的调试与集成 ........................................................... 33 6.3 系统性能分析 .................................................................................................................. 35
6.3.1 基准频率测定方法的优缺点分析 ....................................................................... 35 6.3.2 金属探测的精度 ................................................................................................... 35
总 结 ............................................................................................................................................ 37 致 谢 ............................................................................................................................................ 38 参考文献......................................................................................................................................... 39 附录 ................................................................................................................................................ 40
附录一 系统总体电路图 ..................................................................................................... 40
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附录二 防抖动键盘处理源程序 ......................................................................................... 42 附录三 前端金属探测部分源程序 ..................................................................................... 45 附录四 外围金属探测精度设置源程序 ............................................................................. 51
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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内部的电线、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。目前还广泛用于各种大型会议中心、汇展场管、体育场管公检法、监狱系统及娱乐场所的安全检查和工厂企业的防偷检查，甚至用于对高考禁带物品的检查。
金属探测器按其功能和市场应用的不同可分为以下几种：通道式金属探测器(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[4]。
世界上第一台金属探测器诞生与1960年，步入工业时代的最初的金属探测器主要用于工矿业，是检查矿产纯度和提高效益的得力助手，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，也就是今天所使用的金属探测门的雏形，它的出现意味着人类对安全认识已步入一个新纪元。
20世纪70年代随着航空工业的迅速发展，劫机和危险事件的发生使航空和机场安全逐渐受到重视，于是在机场众多设备中，金属探测门排查违禁物品的重要角色。同样再0世纪70年代，由于金属探测门在机场安检中崭露头角，大型运动会、展览会及政府安全保卫工作中开始启用金属探测门。
20世纪80年代，监狱暴力案件呈直线上升趋势，如何及早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；与此同时西方兴起的“探宝热”，也使金属探测器取得了长足的发展。
进入20世纪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的流失、结束员工与公司之间的尴尬局面，陆续采用了金属探测门和手持金属探测器，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的新作用产品防盗。
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