安全檢測門課程設(shè)計--基于單片機的安檢門的設(shè)計

1、<p><b>　　課程設(shè)計（論文）</b></p><p>　　題 目： 安全檢測門系統(tǒng)設(shè)計 </p><p>　　2013年 01月 17 日</p><p>　　基于單片機的安檢門的設(shè)計</p><p>　　內(nèi)容摘要：本文著重介紹了一種基于AT89S52單片機控制的智能型安檢門的硬件組成、

2、軟件設(shè)計、工作原理及主要功能。該安檢門以AT89S52單片機為核心，采用線性霍爾元件UGN3503作為傳感器，來感應(yīng)金屬渦流效應(yīng)引起的通電線圈磁場的變化，并將磁場變化轉(zhuǎn)化為電壓的變化，單片機測得電壓值，并與設(shè)定的電壓基準(zhǔn)值相比較后，決定是否探測到金屬。系統(tǒng)軟件采用匯編語言編寫。在軟件設(shè)計中，采用了數(shù)字濾波技術(shù)消除干擾，提高了探測器的抗干擾能力，確保了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。此外，文中還對影響安檢門的靈敏度與穩(wěn)定性的因素進行了探討，認(rèn)為儀器的工作頻

3、率、檢測線圈的尺寸及匝數(shù)等是影響靈敏度的主要因素;而應(yīng)用現(xiàn)場的環(huán)境溫度、濕度及線圈的制作工藝和供電電源的穩(wěn)定程度是儀器穩(wěn)定性的影響因素。</p><p>　　關(guān)鍵詞：單片機 安檢門 線性霍爾元件 電磁感應(yīng) 靈敏度</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　緒論1</b></p&g

4、t;<p><b>　　1安檢門的簡介2</b></p><p>　　1. 1安檢門的發(fā)展?fàn)顩r及應(yīng)用2</p><p>　　1.2安檢門的工作原理3</p><p>　　2 系統(tǒng)的總體設(shè)計4</p><p>　　2.1系統(tǒng)設(shè)計的理論依據(jù)4</p><p>　　2.1.1線圈

5、介質(zhì)條件的變化5</p><p>　　2.1.2渦流效應(yīng)6</p><p>　　3 硬件電路設(shè)計7</p><p>　　3.1系統(tǒng)組成框圖7</p><p>　　3.2電路具體介紹7</p><p>　　3.2.1.線圈振蕩電路7</p><p>　　3.2.2線性霍爾傳感器（lin

6、ear Hall-Effect Sensors）8</p><p>　　3.2.3放大和峰值檢波電路9</p><p>　　3.2.4A/D轉(zhuǎn)換電路11</p><p>　　3.2.5顯示告警電路13</p><p>　　3.2.6電源電路14</p><p>　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計15</p>

7、<p>　　4.1軟件算法15</p><p>　　4.2軟件流程16</p><p>　　4.2.1主程序流程圖16</p><p>　　4.2.2數(shù)字濾波程序設(shè)計17</p><p><b>　　5結(jié)論18</b></p><p><b>　　附 錄19<

8、;/b></p><p>　　1 系統(tǒng)原理圖19</p><p>　　2 各模塊程序清單20</p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　隨著社會的發(fā)展安檢門已經(jīng)成為一種重要的檢查設(shè)備，廣泛地被應(yīng)用到社會生活和工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中。比如說在機場、運動會、大型展覽會進出口等我們都會看到安檢門被用來對過往

9、人員進行安全檢查排查行李、包裹還可以檢測到人體是否攜帶有刀具、槍支、子彈等安全隱患的物品;在工業(yè)生產(chǎn)部門(比如汽車、金銀首飾、電子產(chǎn)品等工廠)同樣也有使用到安檢門對出入人員進行檢查，從而可以防止貴重的金屬物品流失;甚至連考試也開始采用安檢門檢測考生是否利用手機等代金屬的通信工具進行作弊。</p><p>　　由此可見，當(dāng)今社會安檢門對社會生活，生產(chǎn)，人身安全已經(jīng)有了極其重要的作用。但是要準(zhǔn)確定位金屬物品準(zhǔn)確的所在

10、位置，我們就對安檢門的精度有比較高的要求。國外已經(jīng)有較成熟的產(chǎn)品(比如EIPaso、CeiaUSA、Ranger&Metoerx廠家都有類似產(chǎn)品)，但是它們的價格通常都非常昂貴;國內(nèi)也有利用模擬電路來檢測和控制的比較傳統(tǒng)一點的安檢門，它的缺點是電路比較復(fù)雜，探測靈敏度也不高，而且整個系統(tǒng)不穩(wěn)定很受環(huán)境因素如溫度、濕度、電焊等干擾很大。</p><p>　　正是基于這樣的原因我給大家介紹這樣一個基于單片機控

11、制的智能型安檢門，靈敏度方面它的傳感器采用了靈敏度極高的線性霍爾元件，能檢測金屬出現(xiàn)時探測線圈周圍磁場的變化，這樣可以大大的提高檢測的精度;數(shù)據(jù)處理方面采用的是AT89S52單片機作為控制單元，用它來處理檢測結(jié)果，能有效地保證檢測效果;我們還采用了軟件濾波的方法而不是已往的模擬電路濾波，這很大程度上提高了整套系統(tǒng)的可靠性、靈敏度和穩(wěn)定性。這樣它就可以適用于檢測各種郵件、包裹包括人體攜帶的各種金屬物品，尤其適用于海關(guān)、機場、車站等公共場所

12、進出口的安全檢查。 </p><p><b>　　1安檢門的簡介</b></p><p>　　1. 1安檢門的發(fā)展?fàn)顩r及應(yīng)用</p><p>　　從70年代起，隨著航空業(yè)迅速發(fā)展，航空及機場安全逐漸受到重視，為防止旅客攜帶武器上機，避免劫機或危險事件的發(fā)生，金屬探測門便成為各機場必備的安防設(shè)備，金屬探測技術(shù)也得到了新的應(yīng)用，并進而逐步發(fā)展至其它

13、領(lǐng)域的應(yīng)用。</p><p>　　發(fā)展到80年代，檢獄暴力案件呈直線上升趨勢，如何及早有效預(yù)防并阻止暴力案件發(fā)生成了檢獄管理工作中的重中之重，在依靠警員對囚犯加強管理的同時，金屬探測門再次成為了美國、英國、比利時等發(fā)達國家檢獄管理機構(gòu)必備的安檢設(shè)備， 形成平均每300個囚犯便使用一臺金屬探測門用于安檢。進入90年代后，迅速升溫的電子制造業(yè)成了這個時代的寵兒，大型的電子公司為了減少產(chǎn)品流失、結(jié)束員工與公司之間的尷尬

14、局面，如手機廠、芯片廠等高單價產(chǎn)品或模的制造者，最需要金屬探測門來防止財物丟失。</p><p>　　據(jù)統(tǒng)計，每年娛樂場所惡性打架斗毆事件和刑事案件發(fā)案率占60％上，其作案兇器均是消費者隨身帶入娛樂場所）我國在2007年時就開始出臺了娛樂場所大于1000平方米的必須配備安全檢測門，小于1000平方米的娛樂場所，必須配備手持式金屬探測器。然而，此時簡單的通道式金屬探測門已不能完全滿足安檢的要求，安保人員需要的是一種

15、能準(zhǔn)確判定金屬物品藏匿位置的安檢產(chǎn)品。于是多區(qū)位金屬探測技術(shù)孕育生，它的誕生是安檢門發(fā)展歷史上的又一次變革，原來單一的磁場分布變成了現(xiàn)在相互疊和而又相對獨立的多個磁場，再根據(jù)人體工程學(xué)原理把門體分為多個區(qū)段使之與人體相對應(yīng)，相應(yīng)的區(qū)段在金屬探測門上形成相對的區(qū)域，這樣金屬探測門便擁有了報警定位功能。 隨著國內(nèi)安防行業(yè)的蓬勃發(fā)展，在安檢領(lǐng)域，國內(nèi)出現(xiàn)了多個安檢門生產(chǎn)廠商，但在國內(nèi)市場占有率上來看國外品牌占有80％的市場份額，民航市場也一直

16、是國內(nèi)安檢門的禁區(qū)。2002年是國產(chǎn)探測器洗心革面，業(yè)績輝煌的一年，政府對安防行業(yè)的大力支持，及“十五計劃”指導(dǎo)思想的延伸使一些生產(chǎn)廠商越來越注重自身品質(zhì)量的提高，無論是產(chǎn)品性能還是外觀都越來越接近于國外產(chǎn)品，甚至在某些功能上已超過國外產(chǎn)品。</p><p>　　在產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)過程中考慮最多的也是如何適應(yīng)國內(nèi)安檢市場、滿足客戶要求。實現(xiàn)安檢設(shè)備國產(chǎn)化，合中國國情。 現(xiàn)目前國內(nèi)安檢門只能檢測金屬物品，而像炸藥毒品

17、等非金屬危險物品卻查不出來雖然某外國公司現(xiàn)已進入開發(fā)階段，但相信推出使用還需一段時間。</p><p>　　1.2安檢門的工作原理</p><p>　　安檢門原理由晶振產(chǎn)生正弦振蕩，由分頻器分頻正弦波，經(jīng)三極管與線圈進行功率放大后輸入門板大線圈進行電磁波發(fā)射，由門內(nèi)區(qū)線圈分別進行接收。接收后，將接收到的信號與基準(zhǔn)信號進行了比較，發(fā)現(xiàn)變化后，改變采集卡輸出電平，CPU在300毫秒內(nèi)對6個區(qū)位

18、采集卡數(shù)據(jù)進行掃描，判斷金屬所在區(qū)位并輸出顯示。</p><p><b>　　2 系統(tǒng)的總體設(shè)計</b></p><p>　　整個探測系統(tǒng)以8位單片機AT89S52作為控制核心,其硬件電路一部分為線圈振蕩電路、多諧振蕩電路、放大電路和探測線圈;另一部分為控制電路。整體模塊圖如下圖 2-1：</p><p>　　圖2-1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)塊圖</p&

19、gt;<p>　　2.1系統(tǒng)設(shè)計的理論依據(jù) </p><p>　　安檢門是采用線圈的電磁感應(yīng)原理來探測金屬的.根據(jù)電磁感應(yīng)原理，當(dāng)有金屬靠近通電線圈平面附近時，線圈的磁場發(fā)生改變。從而一起振蕩電路的電流變化，經(jīng)放大轉(zhuǎn)變后將信息傳給控制單元，從而達到報警的目的。</p><p>　　在工作過程中，由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生一個頻率為24KHz的脈沖信號，此脈沖信號

20、經(jīng)過緩沖和放大之后，形成頻率穩(wěn)定度高、功率較大的脈沖信號輸入到探測線圈中，通電的線圈周圍就會產(chǎn)生磁場，此時，固定在線圈L1中心的霍爾元件UGN3503U就會感應(yīng)到線圈周圍的磁場，并將磁場強度信號線性地轉(zhuǎn)變成電壓信號。</p><p>　　在無金屬的情況下，假設(shè)霍爾輸出電壓為U0，該電壓信號U0很微弱，屬毫伏級信號，U0經(jīng)過放大電路放大，再通過峰值檢波電路，得到相應(yīng)的0V~5V的峰值輸出電壓U0，以滿足TLC549

21、的量程，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，將U0的數(shù)字量輸入到單片機儲存起來。此后，以該電壓信號作為基準(zhǔn)電壓，與A/D轉(zhuǎn)換器采集到的電壓信號進行比較判斷。</p><p>　　當(dāng)探測線圈L1靠近金屬物體時，由于電磁感應(yīng)現(xiàn)象，會使探測電感值發(fā)生變化，從而使其周圍的磁場發(fā)生變化，霍爾元件感應(yīng)到該變化的磁場，并將其線性地轉(zhuǎn)變成電壓信號ux，該變化的電壓經(jīng)放大電路、峰值檢波電路后，得到相應(yīng)的0V-5V的峰值輸出電壓Ux，然后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后

22、，輸入到CPU，由CPU完成Ux與基準(zhǔn)電壓U0的比較，二者比較 Ux-U0得到一個差值，此差值與預(yù)設(shè)的靈敏度△U再作比較。靈敏度由鍵盤控制電路中各鍵輸入，顯示電路部分則顯示各鍵按下后的相應(yīng)數(shù)值，當(dāng)然，△U大小的設(shè)定決定著系統(tǒng)精度的高低。若|Ux-U0|>△U，就確定為探測到金屬，CUP輸出口P1.0輸出信號驅(qū)動發(fā)光二極管發(fā)光報警，同時P1.6控制蜂鳴器發(fā)出聲響，進行聲音報警。</p><p>　　2.11線

23、圈介質(zhì)條件的變化</p><p>　　當(dāng)金屬物接近通電線圈時，將使通電線圈周圍的磁場發(fā)生變化如圖2.1，對于半徑為R的單匝圓形電感線圈。當(dāng)其中通過交變電流 時，線圈周圍空間產(chǎn)生交變磁場，根據(jù)畢奧-薩伐爾定律可計算出線圈中心軸線上一點的磁感應(yīng)強度B為 </p><p>　　= </p><p>　　其中，磁導(dǎo)率，為相對磁導(dǎo)率，為

24、真空磁導(dǎo)率。對于緊密纏繞N匝的線圈，線圈中心軸線上一點的磁感應(yīng)強度則為： </p><p>　　由公式（2-2）可知，當(dāng)線圈有效探測范圍內(nèi)無金屬物時，（非金屬的相對磁導(dǎo)率），線圈中心磁感應(yīng)強度B保持不變，當(dāng)線圈有效探測范圍內(nèi)出現(xiàn)鐵磁性金屬物時，會變大，B隨也會變大。</p><p>　　圖2-1 線圈介質(zhì)條件的變化</p><p><b>　　2.1.2渦

25、流效應(yīng)</b></p><p>　　根據(jù)電磁理論，我們知道，當(dāng)金屬物體被置于變化的磁場中時，金屬導(dǎo)體內(nèi)就會產(chǎn)生自行閉合的感應(yīng)電流，這就是金屬的渦流效應(yīng)。渦流要產(chǎn)生附加的磁場，與外磁場方向相反，削弱外磁場的變化。據(jù)此，將一交流正弦信號接入繞在骨架上的空心線圈上，流過線圈的電流會在周圍產(chǎn)生交變磁場，當(dāng)將金屬靠近線圈時，金屬產(chǎn)生的禍流磁場的去磁作用會削弱線圈磁場的變化。金屬的電導(dǎo)率越大，交變電流的頻率越大，

26、則禍電流強度越大，對原磁場的抑制作用越強。</p><p>　　通過以上分析可知，當(dāng)有金屬物靠近通電線圈平面附近時，無論是介質(zhì)磁導(dǎo)率的變化，還是金屬的渦流效應(yīng)均能引起磁感應(yīng)強度B的變化。對于非鐵磁性的金屬[包括抗磁體(如:金、銀、銅、鉛、鋅等)和順磁體(如錳、鉻、欽等) ，較大，可以認(rèn)為是導(dǎo)電不導(dǎo)磁的物質(zhì)，主要產(chǎn)生渦流效應(yīng)，磁效應(yīng)可忽略不計；對于鐵磁性金屬（如：鐵、鈷、鎳）很大，也較大，可認(rèn)為是既可導(dǎo)電又導(dǎo)磁的物

27、質(zhì)，主要產(chǎn)生磁效應(yīng)，同時又有渦流效應(yīng)。</p><p>　　本設(shè)計正是基于這樣的理論，來尋找一種適合的傳感器來感應(yīng)線圈的磁場變化，并把磁場信號的變化轉(zhuǎn)變成電信號的變化，從而實現(xiàn)單片機的控制。正是本著這樣一個設(shè)計思路來構(gòu)建系統(tǒng)的硬件電路。</p><p><b>　　3 硬件電路設(shè)計</b></p><p><b>　　3.1系統(tǒng)組成框

28、圖</b></p><p>　　硬件控制電路包括兩個部分，一部分線圈振蕩電路,包括:多諧振蕩電路、放大電路和探測線圈;另一部分控制電路包括:U,GN3503型線性霍爾元件、可編程放大電路、峰值檢波電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、AT89S52單片機、LED顯示電路、聲光報警電路及電源電路等。如下圖3.1所示： </p><p>　　圖3-1 系統(tǒng)組成框圖</p><

29、;p><b>　　3.2電路具體介紹</b></p><p>　　3.21線圈振蕩電路.</p><p>　　圖3-21 線圈振蕩電路原理圖</p><p>　　工作過程中，由555定時器構(gòu)成一個多諧振蕩器，產(chǎn)生一個頻率為24KHZ、占空比為2/3的脈沖信號。振蕩器的頻率計算公式為：</p><p>　　圖示參數(shù)

30、對應(yīng)的頻率為24KHZ，選擇24KHZ的超長波頻率是為了減弱土壤對電磁波的影響。從多諧振蕩器輸出的正脈沖信號經(jīng)過電容輸入到的基極（為125的9013H),使其導(dǎo)通，經(jīng)放大之后，就形成了頻率穩(wěn)定度高、功率較大的脈沖信號輸入到人、探測線圈中，在線圈內(nèi)產(chǎn)生瞬間較強的電流，從而使線圈周圍產(chǎn)生恒定的交變磁場。由于在脈沖信號作用下，處于開關(guān)工作狀態(tài)，而導(dǎo)通時間又非常短，所以非常省電，可以利用9V電池供電。</p><p>　

31、　3.22線性霍爾傳感器（linear Hall-Effect Sensors）</p><p>　　在電路設(shè)計中，選用了美國公司生產(chǎn)的UGN3503U線性霍爾傳感器，來檢測通電線圈周圍的磁場變化。UGN3503U線性霍爾傳感器的主要功能是可將感應(yīng)到的磁場強度信號線性地轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘枴?</p><p>　　如圖3-22所示，在一塊半導(dǎo)體薄片上兩端通以電流I，并加以和片子表面垂直的磁場B，

32、在薄片的橫向兩側(cè)會出現(xiàn)一個電壓，如圖3.2.2中的，這種現(xiàn)象就是霍爾效應(yīng)。 這種現(xiàn)象的產(chǎn)生的洛倫茲力的作用下，分別向片子橫向兩側(cè)偏轉(zhuǎn)和積聚，因而形成一個電場，稱作霍爾電場?；魻栯妶霎a(chǎn)生的電場力和洛倫茲力相反，它阻礙載流子繼續(xù)堆積，知道霍爾電場力和洛倫茲力相等，這時，片子兩端建立起一個穩(wěn)定的電壓，就是霍爾電壓，霍爾電壓可用下式表示：</p><p><b>　　=（V） </b>&l

33、t;/p><p><b>　　令 ，則得到</b></p><p><b>　?。╒）</b></p><p>　　由上式可知，霍爾電壓的大小正比于控制電流I和磁感應(yīng)強度B。稱為霍爾元件的靈敏度，它與元件材料的性質(zhì)與幾何尺寸有關(guān)。因此當(dāng)外加電壓電源一定時，通過的電流I為一恒定值，此時輸出的電壓只與加在霍爾元件上的磁場B的大小成

34、正比，即：</p><p>　?。╒） </p><p>　　圖3-22霍爾效應(yīng)原理圖</p><p>　　3.23放大和峰值檢波電路</p><p>　　由于UGN3503U線性霍爾元件采集到的電壓信號是一個毫伏級的信號，信號十分微弱，所以，在對其進行處理前，首先要進行放大。在設(shè)計中，信號放大電路采用輸入阻抗高、漂移較小、共模抑

35、制比高的集成運算放大器LM324。LM324是四運放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運算放大器，除電源共同，四組運放相互獨立。</p><p>　　圖3-231 UGN3503的功能框圖</p><p>　　圖3-232電壓放大圖</p><p>　　如圖所示，UGN3503線性霍爾元件輸出的微弱信號經(jīng)電容耦合到前級運算放大器U

36、2A的相同輸入端，運算放大器U2A把霍爾元件感應(yīng)到的電壓轉(zhuǎn)換為對地電壓。在電路設(shè)計中，運放 LM324采用+5V 單電源供電，對于不同強度的信號均可通過調(diào)節(jié)前級放大電路的反饋電位器W1來改變其放大倍數(shù)。經(jīng)前級運算放大器放大的信號經(jīng)耦合電容輸入到后級峰值檢波電路中。采用阻容耦合的方法可以使前后級電路的靜態(tài)工作點保持獨立，隔離各級靜態(tài)之間的相互影響，使得電路總溫漂不會太大。</p><p>　　峰值檢波電路由兩級運算

37、放大器組成，第一級運放U2B將輸入信號的峰值傳遞到電容上，并保持下來。第二級運放U2C組成緩沖放大器，將輸出與電容隔離開來。在設(shè)計中，為了獲得優(yōu)良的保持性能和傳輸性能，同樣采用了輸入阻抗高、響應(yīng)速度較快、跟隨精度較好的運算放大器LM324，這樣可有效地利用LM324的資源，減少使用元器件的數(shù)量，降低了成本。當(dāng)輸入電壓上升時，跟隨上升，使二極管、導(dǎo)通，截止，運放U2B工作在深度負反饋狀態(tài)，使電容充電，上升。當(dāng)輸入電壓下降時，跟隨下降，導(dǎo)通

38、，U2B也工作在深度負反饋狀態(tài)，深度負反饋保證了二極管、可靠截止，值得以保持。當(dāng)再次上升時使上升并使、導(dǎo)通，</p><p>　　截止，再次對電容充電（高于前次充電電壓），下降時，、又截止，導(dǎo)通，將峰值再次保持。輸出反映的大小，通過峰值檢波和后級緩沖放大電路，將采集到的微弱信號放大至0V～5V的直流電平，以滿足A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809所要求的輸入電壓變換范圍，然后通過A/D轉(zhuǎn)換電路將檢測到的峰值轉(zhuǎn)化成數(shù)字量。&

39、lt;/p><p>　　3.24A/D轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　由于采集到的信息是連續(xù)變化的模擬量，不能被單片機直接處理，所以，必須把這些模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后才能夠輸入到單片機中進行處理，這里選用了經(jīng)濟實用的ADC0809型A/D轉(zhuǎn)換器來完成模數(shù)轉(zhuǎn)換。當(dāng)CS為高時，數(shù)據(jù)輸出（DATA OUT）端處于高電阻狀態(tài)，此時I/0 CLOCK不起作用。這種CS控制作用容許在同時使用多片ADC080

40、9時，共用I/0 CLOCK,以減少多路（片）A/D并用時的I/0控制端口。</p><p>　　如圖3-24所示，放大后的電壓信號送入ADC0809的模擬輸入通道進行A/D轉(zhuǎn)換。</p><p>　　圖3-241 ADCO809A/D轉(zhuǎn)換電路圖</p><p>　　ADC0809是8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，片內(nèi)有八路模擬開關(guān)，可對八路模擬電壓量實現(xiàn)分時轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換

41、速度為100(即10千次/秒)。當(dāng)?shù)刂锋i存允許信號ALE=1時，3位地址信號A、B、C送入地址鎖存器，選擇8路模擬量中的一路實現(xiàn)A/D變換。本設(shè)計中只使用通道INO，所以，地址譯碼器ABC直接地址為000，采用線選法尋址。ADC0809片內(nèi)有三態(tài)輸出緩沖器，可直接與單片機的數(shù)據(jù)總線相連接，這里將它的數(shù)據(jù)輸出口直接與單片機的數(shù)據(jù)總線P0口相連接，AT89S52的P0口作為數(shù)據(jù)總線，又作為低8位地址總線。ADC0809的片內(nèi)沒有時鐘，時鐘信

42、號必須由外部提供，這里利用AT89S52提供的地址鎖存允許信號ALE經(jīng)計數(shù)器74LS163構(gòu)成的4分頻器分頻獲得。ALE引腳的頻率是單片機時鐘頻率的1/6,單片機的時鐘頻率為12MHz，則ALE引腳頻率約為2MHz，再經(jīng)4分頻后為500kHz，所以ADC0809能可靠工作。ADC0809的模擬輸入范圍：單極性0～5V,設(shè)計中采用+5V單電源供電。</p><p>　　放大后的電壓信號送入ADC0809的模擬輸入通

43、道IN0進行A/D轉(zhuǎn)換。將P2.7（地址總線的A15）作為片選信號，由AT89S52的寫信號和P2.7控制ADC0809的地址鎖存ALE和轉(zhuǎn)換啟動START，當(dāng)ADC0809的START啟動信號輸入端為高電平時，A/D開始轉(zhuǎn)換，在時鐘的控制下，一位一位地逼近，比較器一次次進行比較，轉(zhuǎn)換結(jié)束時，送出轉(zhuǎn)換結(jié)束信號EOC(低到高)，并將8位數(shù)字量鎖</p><p>　　存到輸出緩存器 。AT89S52的讀信號端發(fā)出一個

44、輸出允許命令輸入到ADC0809的ENABLE(即OE)端,ENABLE(OE)端呈高電位，用以打開三態(tài)輸出端鎖存器AT89S52從ADC0809讀取相應(yīng)電壓數(shù)字量，然后存入數(shù)據(jù)緩沖器中。</p><p>　　圖3.242A/D轉(zhuǎn)換電路圖</p><p>　　3.25顯示告警電路</p><p>　　AT89S52的串行口RXD和TXD為一全雙工串行通信口，但在工作

45、方式0下可作同步移位寄存器用，其數(shù)據(jù)由RXD（P3.0）端輸出或輸入；當(dāng)鍵盤控制部分各鍵按下時，LED顯示相對應(yīng)靈敏度數(shù)值，顯示電路如圖。</p><p>　　一旦發(fā)現(xiàn)金屬出現(xiàn)，則被測物理量超限由單片機I/O口P1.0輸出信號驅(qū)動發(fā)光二極管發(fā)光報警，P1.6觸發(fā)無源蜂鳴器用聲報警提醒檢測人員注意，進行必要的定位搜身檢查，報警電路如圖3-25所示。</p><p>　　圖3-25報警電路圖&

46、lt;/p><p><b>　　3.26電源電路</b></p><p>　　電路如圖3-26所示，電源供電由9V電池和板內(nèi)穩(wěn)壓電源組成。</p><p>　　圖3-26電源電路圖</p><p><b>　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計</b></p><p><b>　　4.

47、1軟件算法</b></p><p>　　軟件是系統(tǒng)的靈魂，整個系統(tǒng)的軟件包括主程序、一個外部中斷服務(wù)程序、數(shù)字濾波程序、比較判斷子程序及發(fā)光報警等若干個子程序。軟件采用匯編語言編寫，并采用模塊化設(shè)計，使程序結(jié)構(gòu)清晰，便于今后進一步擴展系統(tǒng)的功能。</p><p>　　AT89S52的P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯電平；P1 口是一個

48、具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p1 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TTL 邏輯電平；P2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TTL 邏輯電平；P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p2 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TTL 邏輯電平。</p><p>　　主程序初始化以后置位AT89S52的中斷控制位EA，使CPU開放中斷。然后通過檢測RAM中的21H中的數(shù)值的

49、值來判斷是否采集基準(zhǔn)電壓,如果未采集過，則啟動ADC0809對INO通道的模擬輸入量進行A/D轉(zhuǎn)換。在電路設(shè)計中，ADC0809與AT89S52是采用中斷方式連接的，所以系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集處理功能是在中斷服務(wù)程序中完成的，從原理圖看出，ADC0809的EOC端通過反相器接AT89S52的INT1端，作為中斷申請。采用中斷方式，可大大節(jié)省CPU的時間。</p><p>　　軟件編程允許AT89S52響應(yīng)外部中斷1，且設(shè)

50、置其響應(yīng)方式為邊沿觸發(fā)。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換完畢后，AD0809的EOC端向AT89S52的送入一個中斷申請信號，AT89S52接此信號后響應(yīng)中斷請求，調(diào)用中斷服務(wù)子程序INT1，中斷服務(wù)程序進行壓棧，保護現(xiàn)場，讀取來自0809數(shù)據(jù)輸出口的8位數(shù)字量，并將數(shù)字量儲存到單片機RAM中，然后啟動ADC0809的下一次轉(zhuǎn)換。經(jīng)過數(shù)據(jù)軟件濾波之后將其存放在單片機RAM21H中，作為基準(zhǔn)電壓。</p><p>　　經(jīng)反復(fù)實驗測得的

51、靈敏度的值被存放在單片機RAM地址為20H的存儲器中。在檢測過程中，將A/D轉(zhuǎn)換器采集到的電壓信號經(jīng)數(shù)據(jù)軟件濾波后存入內(nèi)部RAM以30H為首脂的數(shù)據(jù)存儲器中，然后將此數(shù)據(jù)和基準(zhǔn)電壓進行比較，二者差值U存放在單片機RAM地址為22H的存儲器中。而后再通過判據(jù)算法將此差值U與靈敏度進行比較，以確定是否報警。</p><p><b>　　4.2軟件流程</b></p><p&g

52、t;　　4.2.1主程序流程圖</p><p>　　硬件完成信號的產(chǎn)生與處理后，接下來的工作就全部由軟件部分完成，軟件系統(tǒng)的實現(xiàn)才能真正體現(xiàn)系統(tǒng)的價值，軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計是軟件實現(xiàn)的起點，它對整個軟件部分的實現(xiàn)起指導(dǎo)作用，同時它也羅列出系統(tǒng)的所有功能。</p><p>　　圖4-21 主程序流程圖</p><p>　　4.22數(shù)字濾波程序設(shè)計</p><

53、;p>　　設(shè)一個采樣周期，對通道0連續(xù)采樣6次，然后去掉最大和最小值，把剩余的累加求算術(shù)平均值作為本周期采樣值。 </p><p>　　圖4-22數(shù)字濾波流程圖</p><p><b>　　5結(jié)論</b></p><p>　　安檢是責(zé)任事業(yè)，也是觀念與科技的結(jié)合，這個領(lǐng)域是廣泛的，需要專業(yè)、有社會責(zé)任感的從業(yè)廠商、從業(yè)人員?，F(xiàn)中國安檢門市

54、場其產(chǎn)品與使用人員素質(zhì)尚不同步，使用者多為非專業(yè)人員，對設(shè)備原理、使用技巧了解少。而且安檢門產(chǎn)品已在各種公共場合及企事業(yè)單位廣泛使用，如此大量地、集中地、常規(guī)地使用在公眾身上，若再使用一些不符合產(chǎn)品安全與質(zhì)量要求的、濫竽充數(shù)的劣等產(chǎn)品為大眾安全把關(guān)，將會給公共安全帶來極不穩(wěn)定的因素，這是安檢門產(chǎn)業(yè)的羞愧與擔(dān)擾。</p><p>　　本設(shè)計首先介紹了探測金屬的理論依據(jù)，當(dāng)有金屬靠近通電線圈平面附近時將發(fā)生線圈介質(zhì)條

55、件的變化和渦流效應(yīng)兩個現(xiàn)象，根據(jù)電磁感應(yīng)原理來設(shè)計安檢門。</p><p>　　硬件電路的設(shè)計分為兩個部分，一部分為線圈振蕩電路，包括：多諧振蕩電路、放大電路和探測線圈;另一部分為控制電路，包括：線性霍爾元件、前置放大電路、峰值檢波電路TLC549模數(shù)轉(zhuǎn)換器、AT89S52單片機、LED顯示電路、聲音報警電路及電源電路，通過這些電路將磁場強度信號變?yōu)殡妷盒盘枺龠M行電壓信號的拾取，放大等。</p>

56、<p>　　軟件設(shè)計中，從系統(tǒng)的實用性、可靠性及方便靈活等幾個方面出發(fā)，使程序滿足設(shè)計的功能要求。整個系統(tǒng)的軟件包括主程序、一個外部中斷服務(wù)程序、數(shù)字濾波程序、比較判斷子程序及發(fā)光報警等若干個子程序，采用匯編語言編寫。</p><p><b>　　附 錄</b></p><p><b>　　1系統(tǒng)原理圖</b></p>&

57、lt;p><b>　　2各模塊程序清單</b></p><p><b>　?。?）初始化子程序</b></p><p>　　ADPORT EQU 7FF8H; </p><p>　　△U EQU 20H; </p><p>　　U0 EQU 21H; </p><

58、;p>　　U EQU 22H; </p><p>　　ORG 0000H; </p><p>　　LJMP MAIN; </p><p>　　ORG 0013H; </p><p>　　LJMP INT1; </p><p>　　ORG 0020H; </p><p>　　M

59、AIN：MOV SP，#60; </p><p>　　MOV 20H，#N; </p><p>　　MOV R7，#FFH ; </p><p>　　MOV 21H，00H; </p><p>　　MOV 22H，00H; </p><p><b>　　MOV Rl， </b></p>

60、;<p><b>　　RET</b></p><p><b>　?。?）中斷服務(wù)程序</b></p><p>　　AD: SETB IT1; </p><p>　　SETB EA; )</p><p>　　SETB EX1; </p><p>　　MOV DP

61、TR, #ADPORT; </p><p>　　MOV A #00H</p><p>　　MOV R5，A; </p><p>　　MOVX @DPTR，A</p><p>　　CJNE R7，#00H，$</p><p><b>　　LOOP: NOP</b></p>

62、<p>　　AJMP LOOP </p><p>　　ORG 2100H; </p><p><b>　　NIT1:</b></p><p><b>　　PUSH PSW</b></p><p><b>　　PUSH A</b></p><p&

63、gt;<b>　　PUSH DPL</b></p><p><b>　　PUSH DPH</b></p><p>　　MOV DPTR，#7FF8H; </p><p>　　MOVX A，@DTPR; </p><p>　　MOV R5，A; </p><p>　　L

64、CALL FILTER; </p><p>　　MOV A #00H; </p><p>　　MOVX @DPTR，A; </p><p>　　MOV R7，#00H</p><p><b>　　POP DPH</b></p><p><b>　　POP DPL</b&

65、gt;</p><p><b>　　POP A</b></p><p><b>　　POP PSW</b></p><p><b>　　RETI</b></p><p>　?。?）顯示與報警程序</p><p><b>　　DISPLAY:

66、</b></p><p>　　SETB P3.0</p><p>　　MOV A,P3</p><p>　　JB ACC.1,DIS1</p><p>　　JB ACC.2,DIS2</p><p>　　JB ACC.3,DIS3</p><p>　　JB

67、 ACC.4,DIS4</p><p>　　LCALL DELAY</p><p><b>　　CLR P3.0</b></p><p>　　AJAMP DISPLAY</p><p>　　DIS1: MOV P3,A;</p><p>　　MOV A,△U;</p>

68、;<p><b>　　RET</b></p><p>　　DIS2: MOV P3,A;</p><p><b>　　INC A</b></p><p>　　MOV A, △U+1;</p><p><b>　　RET</b></p>

69、<p>　　DIS3: MOV P3,A;</p><p><b>　　DEC A</b></p><p>　　MOV A,△U-1;</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　DIS4: MOV P3,A;</p><p&

70、gt;<b>　　SETB A</b></p><p><b>　　RET</b></p><p><b>　　ALARM:</b></p><p>　　SETB P1.6</p><p>　　LCALL DELAY</p><p><b>

71、;　　CLR P1.6</b></p><p>　　AJAMP ALARM</p><p>　　DELAY: MOV R5，#FFH</p><p>　　D1: MOV R6，#FFH</p><p>　　D2: DJNZ R6，D2</p><p>　　DJNZ