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安全检测门课程设计
添加时间:2020-12-26 19:34 来源:博乐坊 点击量:

  安全检测门课程设计_工学_高等教育_教育专区。在大型商场、火车站、汽车站等地为安全而设计的安全检测门

  西安建筑科技大学 课程设计(论文) 题 目: 安全检测门系统设计 信控学院 测控 1002 班 陈松 100650207 宋丽君 院 (系) : 专业班级: 姓 学 名: 号: 指导教师: 2013 年 01 月 17 日 西安建筑科技大学课程设计(论文) 基于单片机的安检门的设计 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安检门的 硬件组成、软件设计、工作原理及主要功能。该安检门以 AT89S52 单片机为核心, 采用线 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,文中还对影响安检门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 安检门 线性霍尔元件 电磁感应 灵敏度 第 2 页共 22 页 西安建筑科技大学课程设计(论文) 目录 绪论 ................................................................ 1 1 安检门的简介 ...................................................... 2 1. 1 安检门的发展状况及应用 ...................................... 2 1.2 安检门的工作原理 ............................................. 3 2 系统的总体设计 .................................................... 4 2.1 系统设计的理论依据 ........................................... 4 2.1.1 线圈介质条件的变化 ..................................... 5 2.1.2 涡流效应 ............................................... 6 3 硬件电路设计 ...................................................... 7 3.1 系统组成框图 ................................................. 7 3.2 电路具体介绍 ................................................. 7 3.2.1.线圈振荡电路 ........................................... 7 3.2.2 线性霍尔传感器(linear Hall-Effect Sensors) ........... 8 3.2.3 放大和峰值检波电路 ..................................... 9 3.2.4A/D 转换电路 ........................................... 11 3.2.5 显示告警电路 .......................................... 13 3.2.6 电源电路 .............................................. 14 4 系统软件设计 ..................................................... 15 4.1 软件算法 .................................................... 15 4.2 软件流程 .................................................... 16 4.2.1 主程序流程图 .......................................... 16 4.2.2 数字滤波程序设计 ...................................... 17 5 结论 ............................................................. 18 附 录 .............................................................. 19 1 系统原理图 ................................................... 19 2 各模块程序清单 ............................................... 20 第 3 页共 22 页 西安建筑科技大学课程设计(论文) 西安建筑科技大学课程设计(论文) 绪论 随着社会的发展安检门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。比如说在机场、运动会、大型展览会进出口等我们都会看 到安检门被用来对过往人员进行安全检查排查行李、包裹还可以检测到人体是否 携带有刀具、、子弹等安全隐患的物品;在工业生产部门(比如汽车、金银首 饰、 电子产品等工厂)同样也有使用到安检门对出入人员进行检查, 从而可以防止 贵重的金属物品流失;甚至连考试也开始采用安检门检测考生是否利用手机等代 金属的通信工具进行作弊。 由此可见,当今社会安检门对社会生活,生产,人身安全已经有了极其重要 的作用。但是要准确定位金属物品准确的所在位置,我们就对安检门的精度有比 较高的要求。国外已经有较成熟的产品(比如 EIPaso、CeiaUSA、Ranger&Metoerx 厂家都有类似产品),但是它们的价格通常都非常昂贵;国内也有利用模拟电路来 检测和控制的比较传统一点的安检门,它的缺点是电路比较复杂,探测灵敏度也 不高,而且整个系统不稳定很受环境因素如温度、湿度、电焊等干扰很大。 正是基于这样的原因我给大家介绍这样一个基于单片机控制的智能型安检 门,灵敏度方面它的传感器采用了灵敏度极高的线性霍尔元件,能检测金属出现 时探测线圈周围磁场的变化, 这样可以大大的提高检测的精度;数据处理方面采用 的是 AT89S52 单片机作为控制单元,用它来处理检测结果,能有效地保证检测效 果;我们还采用了软件滤波的方法而不是已往的模拟电路滤波, 这很大程度上提高 了整套系统的可靠性、灵敏度和稳定性。这样它就可以适用于检测各种邮件、包 裹包括人体携带的各种金属物品,尤其适用于海关、机场、车站等公共场所进出 口的安全检查。 1 西安建筑科技大学课程设计(论文) 1 安检门的简介 1. 1 安检门的发展状况及应用 从 70 年代起,随着航空业迅速发展,航空及机场安全逐渐受到重视,为防止 旅客携带武器上机,避免劫机或危险事件的发生,金属探测门便成为各机场必备 的安防设备,金属探测技术也得到了新的应用,并进而逐步发展至其它领域的应 用。 发展到 80 年代, 检狱暴力案件呈直线上升趋势, 如何及早有效预防并阻止暴 力案件发生成了检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、比利时等发达国家检狱管理机构必备的安检 设备, 形成平均每 300 个囚犯便使用一台金属探测门用于安检。 进入 90 年代后, 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流失、 结束员工与公司之间的尴尬局面, 如手机厂、 芯片厂等高单价产品或模的制造者, 最需要金属探测门来防止财物丢失。 据统计,每年娱乐场所恶性打架斗殴事件和刑事案件发案率占 60%上,其作 案凶器均是消费者随身带入娱乐场所) 我国在 2007 年时就开始出台了娱乐场所大 于 1000 平方米的必须配备安全检测门,小于 1000 平方米的娱乐场所,必须配备 手持式金属探测器。然而,此时简单的通道式金属探测门已不能完全满足安检的 要求,安保人员需要的是一种能准确判定金属物品藏匿位置的安检产品。于是多 区位金属探测技术孕育生,它的诞生是安检门发展历史上的又一次变革,原来单 一的磁场分布变成了现在相互叠和而又相对独立的多个磁场,再根据人体工程学 原理把门体分为多个区段使之与人体相对应,相应的区段在金属探测门上形成相 对的区域, 这样金属探测门便拥有了报警定位功能。 随着国内安防行业的蓬勃发 展,在安检领域,国内出现了多个安检门生产厂商,但在国内市场占有率上来看 国外品牌占有 80%的市场份额, 民航市场也一直是国内安检门的禁区。 2002 年是 国产探测器洗心革面,业绩辉煌的一年,政府对安防行业的大力支持,及“十五 计划”指导思想的延伸使一些生产厂商越来越注重自身品质量的提高,无论是产 品性能还是外观都越来越接近于国外产品,甚至在某些功能上已超过国外产品。 在产品开发、生产过程中考虑最多的也是如何适应国内安检市场、满足客户 要求。 实现安检设备国产化, 合中国国情。 现目前国内安检门只能检测金属物品, 第 2 页共 22 页 西安建筑科技大学课程设计(论文) 而像炸药毒品等非金属危险物品却查不出来虽然某外国公司现已进入开发阶段, 但相信推出使用还需一段时间。 1.2 安检门的工作原理 安检门原理由晶振产生正弦振荡,由分频器分频正弦波,经三极管与线圈进 行功率放大后输入门板大线圈进行电磁波发射,由门内区线圈分别进行接收。接 收后,将接收到的信号与基准信号进行了比较,发现变化后,改变采集卡输出电 平,CPU 在 300 毫秒内对 6 个区位采集卡数据进行扫描,判断金属所在区位并输 出显示。 第 3 页共 22 页 西安建筑科技大学课程设计(论文) 2 系统的总体设计 整个探测系统以 8 位单片机 AT89S52 作为控制核心,其硬件电路一部分为线圈 振荡电路、多谐振荡电路、放大电路和探测线圈;另一部分为控制电路。整体模块 图如下图 2-1: 图 2-1 系统结构块图 2.1 系统设计的理论依据 安检门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 属靠近通电线圈平面附近时,线圈的磁场发生改变。从而一起振荡电路的电流变 化,经放大转变后将信息传给控制单元,从而达到报警的目的。 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 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,属毫 伏级信号,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 TLC549 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。 第 4 页共 22 页 西安建筑科技大学课程设计(论文) 当探测线 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, 输出口 P1.0 输出信号驱动发光二极管发光报警, CUP 同时 P1.6 控制蜂鸣器发出声响,进行声音报警。 2.11 线圈介质条件的变化 当金属物接近通电线圈时,将使通电线圈周围的磁场发生变化如图 2.1,对 于半径为 R 的单匝圆形电感线圈。 当其中通过交变电流 I = I m cos ωt 时, 线圈周 围空间产生交变磁场, 根据毕奥-萨伐尔定律可计算出线圈中心轴线上一点的磁感 应强度 B 为 2μR B = ∫Bx = ∫ sin θ = d dB μI R 2 = 2 r3 μI R ∫ 2 r dl = 0 4π r μI R 2 2( x 2+R 2 3 )2 = μ0μr R 2 Im cos wt 3 2 (x 2 + R 2)2 其中,μ = μ 0 μ r,μ为介质的磁导率,μ r 为相对磁导率,μ 0 为真空磁导率。对 于紧密缠绕 N 匝的线圈,线圈中心轴线上一点的磁感应强度则为: B= N μ0 μ r R 2 Im 2 (x 2 + R 2) 3 / 2 cos wt 由公式(2-2)可知,当线圈有效探测范围内无金属物时, μ r = 1(非金属的 相对磁导率) 线圈中心磁感应强度 B 保持不变, , 当线圈有效探测范围内出现铁磁 性金属物时, μ r 会变大,B 随 μ r 也会变大。 第 5 页共 22 页 西安建筑科技大学课程设计(论文) 图 2-1 线 涡流效应 根据电磁理论,我们知道,当金属物体被置于变化的磁场中时,金属导体内 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,将一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, 金属产生的祸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,则祸电流强度越大,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 B 的变化。对于非铁磁性的 金属[包括抗磁体(如:金、银、铜、铅、锌等)和顺磁体(如锰、铬、钦等) μ r ? 1 , ? 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(如:铁、钴、镍) μ r 很大,? 也较大,可认为是既可导电又导 磁的物质,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。正是本 着这样一个设计思路来构建系统的硬件电路。 第 6 页共 22 页 西安建筑科技大学课程设计(论文) 3 硬件电路设计 3.1 系统组成框图 硬件控制电路包括两个部分,一部分线圈振荡电路,包括:多谐振荡电路、放 大电路和探测线圈;另一部分控制电路包括:U,GN3503 型线性霍尔元件、 可编程放 大电路、峰值检波电路、模数转换器、AT89S52 单片机、LED 显示电路、声光报警 电路及电源电路等。如下图 3.1 所示: 图 3-1 系统组成框图 3.2 电路具体介绍 3.21 线 页 西安建筑科技大学课程设计(论文) 图 3-21 线圈振荡电路原理图 工作过程中,由 555 定时器构成一个多谐振荡器,产生一个频率为 24KHZ、 占空比为 2/3 的脉冲信号。振荡器的频率计算公式为: f= 1 (R10 + 2 R11)C11ln 2 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 ? ? 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人、探测线 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。 由于在脉冲信号作用下,Q1 处于开关工作 状态,而导通时间又非常短,所以非常省电,可以利用 9V 电池供电。 3.22 线性霍尔传感器(linear Hall-Effect Sensors) 在电路设计中, 选用了美国公司生产的 UGN3503U 线性霍尔传感器, 来检测通电线 周围的磁场变化。UGN3503U 线性霍尔传感器的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。 如图 3-22 所示,在一块半导体薄片上两端通以电流 I,并加以和片子表面垂 直的磁场 B,在薄片的横向两侧会出现一个电压,如图 3.2.2 中的 U H ,这种现 象就是霍尔效应。 这种现象的产生的洛伦兹力的作用下,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 伦兹力相反,它阻碍载流子继续堆积,知道霍尔电场力和洛伦兹力相等,这时, 片子两端建立起一个稳定的电压,就是霍尔电压 U H ,霍尔电压 U H 可用下式表 示: U H = R H IB / d (V) 令 K H = R H / d (V A 1 W b 1 m 2) ,则得到 U H = K H IB (V) 由上式可知,霍尔电压的大小正比于控制电流 I 和磁感应强度 B。 K H 称为 第 8 页共 22 页 西安建筑科技大学课程设计(论文) 霍尔元件的灵敏度,它与元件材料的性质与几何尺寸有关。因此当外加电压电源 一定时,通过的电流 I 为一恒定值,此时输出的电压只与加在霍尔元件上的磁场 B 的大小成正比,即: U H ? KB (V) 图 3-22 霍尔效应原理图 3.23 放大和峰值检波电路 由于 UGN3503U 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。在设计中,信号放大电路 采用输入阻抗高、漂移较小、共模抑制比高的集成运算放大器 LM324。LM324 是四 运放集成电路, 它采用 14 脚双列直插塑料封装。 它的内部包含四组形式完全相同 的运算放大器,除电源共同,四组运放相互独立。 第 9 页共 22 页 西安建筑科技大学课程设计(论文) 图 3-231 UGN3503 的功能框图 图 3-232 电压放大图 如图所示,UGN3503 线性霍尔元件输出的微弱信号经电容耦合到前级运算放 大器 U2A 的相同输入端,运算放大器 U2A 把霍尔元件感应到的电压转换为对地电 压。在电路设计中,运放 LM324 采用+5V 单电源供电,对于不同强度的信号均可 通过调节前级放大电路的反馈电位器 W1 来改变其放大倍数。 经前级运算放大器放 第 10 页共 22 页 西安建筑科技大学课程设计(论文) 大的信号经耦合电容 C 2 输入到后级峰值检波电路中。采用阻容耦合的方法可以 使前后级电路的静态工作点保持独立,隔离各级静态之间的相互影响,使得电路 总温漂不会太大。 峰值检波电路由两级运算放大器组成,第一级运放 U2B 将输入信号的峰值传 递到电容 C 6 上,并保持下来。第二级运放 U2C 组成缓冲放大器,将输出与电容 隔离开来。在设计中,为了获得优良的保持性能和传输性能,同样采用了输入阻 抗高、 响应速度较快、 跟随精度较好的运算放大器 LM324, 这样可有效地利用 LM324 的资源,减少使用元器件的数量,降低了成本。当输入电压 Vi 2 上升时, V o 2 跟 随上升,使二极管 D 4 、 D 5 导通, D 3 截止,运放 U2B 工作在深度负反馈状态, 使电容 C 6 充电, V c 上升。当输入电压 Vi 2 下降时, V o 2 跟随下降, D 3 导通, U2B 也工作在深度负反馈状态,深度负反馈保证了二极管 D 4 、D 5 可靠截止,V c 值得以保持。当 Vi 2 再次上升时使 V o 2 上升并使 D 4 、 D 5 导通, D 3 截止,再次对电容 C 6 充电( V c 高于前次充电电压) Vi 2 下降时,D 4 、D 5 , 又截止, D 3 导通, V c 将峰值再次保持。输出 V o 反映 V c 的大小,通过峰值检波 和后级缓冲放大电路,将采集到的微弱信号放大至 0V~5V 的直流电平,以满足 A/D 转换器 ADC0809 所要求的输入电压变换范围,然后通过 A/D 转换电路将检测 到的峰值转化成数字量。 3.24A/D 转换电路 由于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,所以,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,这里选用了经 济实用的 ADC0809 型 A/D 转换器来完成模数转换。当 CS 为高时,数据输出(DATA OUT)端处于高电阻状态,此时 I/0 CLOCK 不起作用。这种 CS 控制作用容许在同 时使用多片 ADC0809 时,共用 I/0 CLOCK,以减少多路(片)A/D 并用时的 I/0 控 制端口。 如图 3-24 所示,放大后的电压信号送入 ADC0809 的模拟输入通道进行 A/D 转换。 第 11 页共 22 页 西安建筑科技大学课程设计(论文) 图 3-241 ADCO809A/D 转换电路图 ADC0809 是 8 位逐次逼近型 A/D 转换器,片内有八路模拟开关,可对八路模 拟电压量实现分时转换,转换速度为 100 ?s (即 10 千次/秒)。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。 本设计中只使用通道 INO, 所以, 地址译码器 ABC 直接地址为 000, 采用线 片内有三态输出缓冲器,可直接与单片机的数据总线 相连接,这里将它的数据输出口直接与单片机的数据总线 口作为数据总线 位地址总线 的片内没有时钟,时钟 信号必须由外部提供,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 片机的时钟频率为 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。 放大后的电压信号送入 ADC0809 的模拟输入通道 IN0 进行 A/D 转换。 P2.7 将 (地址总线) 作为片选信号, AT89S52 的写信号 WR 和 P2.7 控制 ADC0809 由 的地址锁存 ALE 和转换启动 START,当 ADC0809 的 START 启动信号输入端为高电 平时,A/D 开始转换,在时钟的控制下,一位一位地逼近,比较器一次次进行比 较,转换结束时,送出转换结束信号 EOC(低到高),并将 8 位数字量 D7 ~ D0 锁 第 12 页共 22 页 西安建筑科技大学课程设计(论文) 存到输出缓存器 。 AT89S52 的读信号 RD 端发出一个输出允许命令输入到 ADC0809 的 ENABLE(即 OE)端,ENABLE(OE)端呈高电位, 用以打开三态输出端锁存器 AT89S52 从 ADC0809 读取相应电压数字量,然后存入数据缓冲器中。 图 3.242A/D 转换电路图 3.25 显示告警电路 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。 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,报警电路如图 3-25 所示。 图 3-25 报警电路图 第 13 页共 22 页 西安建筑科技大学课程设计(论文) 3.26 电源电路 电路如图 3-26 所示,电源供电由 9V 电池和板内稳压电源组成。 图 3-26 电源电路图 第 14 页共 22 页 西安建筑科技大学课程设计(论文) 4 系统软件设计 4.1 软件算法 软件是系统的灵魂,整个系统的软件包括主程序、一个外部中断服务程序、 数字滤波程序、比较判断子程序及发光报警等若干个子程序。软件采用汇编语言 编写,并采用模块化设计,使程序结构清晰,便于今后进一步扩展系统的功能。 AT89S52 的 P0 口是一个 8 位漏极开路的双向 I/O 口。作为输出口,每位能驱 动 8 个 TTL 逻辑电平; 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口, 输 P1 p1 出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平; 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 P2 I/O 口, 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平; 口是一个具有内部上拉电 P2 P3 阻的 8 位双向 I/O 口,p2 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。 主程序初始化以后置位 AT89S52 的中断控制位 EA,使 CPU 开放中断。然后通 过检测 RAM 中的 21H 中的数值的值来判断是否采集基准电压 U o ,如果未采集过 U o ,则启动 ADC0809 对 INO 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 INT1 端,作为中断申请。采用中断方式,可大大节省 CPU 的时间。 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,AD0809 的 EOC 端向 AT89S52 的 INT1 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 INT1,中断服务程序进 行压栈,保护现场,读取来自 0809 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 RAM21H 中,作为基准电压 U o 。 经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 为首脂的数据存储器中,然后将此数据 U x 和基准电压 U o 进行比较, 二者差值 U 存放在单片机 RAM 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 ΔU 进行比较,以确定是否报警。 第 15 页共 22 页 西安建筑科技大学课程设计(论文) 4.2 软件流程 4.2.1 主程序流程图 硬件完成信号的产生与处理后,接下来的工作就全部由软件部分完成,软件 系统的实现才能真正体现系统的价值,软件结构设计是软件实现的起点,它对整 个软件部分的实现起指导作用,同时它也罗列出系统的所有功能。 图 4-21 主程序流程图 第 16 页共 22 页 西安建筑科技大学课程设计(论文) 4.22 数字滤波程序设计 设一个采样周期,对通道 0 连续采样 6 次,然后去掉最大和最小值,把剩余 的累加求算术平均值作为本周期采样值。 图 4-22 数字滤波流程图 第 17 页共 22 页 西安建筑科技大学课程设计(论文) 5 结论 安检是责任事业,也是观念与科技的结合,这个领域是广泛的,需要专业、 有社会责任感的从业厂商、从业人员。现中国安检门市场其产品与使用人员素质 尚不同步,使用者多为非专业人员,对设备原理、使用技巧了解少。而且安检门 产品已在各种公共场合及企事业单位广泛使用,如此大量地、集中地、常规地使 用在公众身上,若再使用一些不符合产品安全与质量要求的、滥竽充数的劣等产 品为大众安全把关,将会给公共安全带来极不稳定的因素,这是安检门产业的羞 愧与担扰。 本设计首先介绍了探测金属的理论依据,当有金属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,根据电磁感应原理来设计安检 门。 硬件电路的设计分为两个部分,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:线性霍尔元件、前置放大 电路、峰值检波电路 TLC549 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,通过这些电路将磁场强度信号变为电压信号,再进行电压 信号的拾取,放大等。 软件设计中,从系统的实用性、可靠性及方便灵活等几个方面出发,使程序 满足设计的功能要求。整个系统的软件包括主程序、一个外部中断服务程序、数 字滤波程序、比较判断子程序及发光报警等若干个子程序,采用汇编语言编写。 第 18 页共 22 页 1 2 3 4 5 6 VCC 5 V R7 R8 R9 R10 1 0K 1 0K 1 0K 1 0K D D2 R7 VCC SW-PB K2 U5A VCC 1 VCC CO 15 16 2 SW-PB K3 VCC SW-PB K4 CLR VCC SW-PB VCC LS2 7 4HC1 64 U5B 3 7 4LS1 63 4 7 4LS0 6 BUZZER C2 3 0p F C1 1 2MHZ C3 3 0p F U6B 5 4 6 7 4LS0 2 U6A 2 1 3 7 4LS0 2 VCC IN0 26 9 14 14 13 12 11 7 4LS0 4 5V LED 5 00 K1 D VCC TXD 5 V VCC 7 RXD Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 CLK A B CLK A B Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 8 2 1 CLR VCC 9 14 8 2 1 7 9 2 1 7 10 3 4 5 6 LD CLK CLR PE TE P1 P2 P3 P4 Q1 Q2 Q3 Q4 10 6 9 22 7 17 14 15 8 18 19 20 21 CLOCK VR+ START VRENABLE IN7 ALE IN6 EOC IN5 D0 IN4 D1 IN3 D2 IN2 D3 IN1 D4 IN0 D5 ADDC D6 ADDB D7 ADDA ADC08 09 12 16 5 4 3 2 1 28 27 26 23 24 25 7 4HC1 64 3 4 5 16 0 11 12 13 3 4 5 1 K×8 1 K×8 C 16 0 11 12 13 C a b c d e f dg p 5V a b c d e f dg p 共8 位 R6 8 2K D1 R5 5 1K LED C4 + 1 0u F AT8 9S52 GND BT1 +9V 3 西安建筑科技大学课程设计(论文) V CC GND Vo 4 8 U8 5 55 1 2 3 V CC RESE T CVO L T 5 A C7 1 C8 0 .01 uF GND 第 19 页共 22 页 W1 5 0K U1 3 50 3 L1 INDUCTOR1 2 3 LN3 24 VO1 11 R16 2 00 K R3 1 0K 1 0u F VI2 11 C1 R4 1 0K VCC R21 0K U2A 4 VCC R1 4 70 K 6 C2 7 LN3 24 VO2 IN91 4 IN91 4 4 U2B 5 D4 VCC D3 IN91 4 R9 5 00 K D5 Vc 9 R8 2 0K 2 2u F C9 0 .01 uF Title Size B Date: File: 3 4 5 附 录 VCC LED0 LED1 1 2 3 4 5 6 7 8 13 12 15 VCC 1 4 31 19 18 9 17 VCC 16 40 20 P1.0 /T P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 INT1 INT2 T1 T0 EA/VP X1 X2 RESET RD WR VCC GND P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 P2.0 P2.1 P2.2 P2.3 P2.4 P2.5 P2.6 P2.7 RXD TXD ALE/D PSEN 39 38 37 36 35 34 33 32 21 22 23 24 25 26 27 28 10 11 30 20 9 V VCC U9 LM7 80 5CK VCC 5V 1 系统原理图 1 Vin VCC 2 C12 1 0u F B VCC 9 V B R13 6 75 K VCC VCC R10 2K R12 1 8K 4 U2C 8 10 LN3 24 C10 1 uF C Q1 B DISCHG 7 3 OUT THOLD 6 R11 2K NPN C6 11 1 00 0p F V0 W2 5K 26 IN0 E TRIG 2 R14 3 .3K C11 0 .01 uF R15 2 00 K A 0 .01 uF Number Rev isio n 2 3-J un -20 0 8 Sheet o f C:\Documen ts and Setting s\x imm\桌面\ch en luDrawn lu \ch en lu o f Sheet5 .DDB 1 \ch en By : 6 1 2 西安建筑科技大学课程设计(论文) 2 各模块程序清单 (1)初始化子程序 ADPORT △U U0 U ORG LJMP ORG LJMP ORG EQU EQU EQU EQU 7FF8H; 20H; 21H; 22H; 0000H; MAIN; 0013H; INT1; 0020H; MAIN:MOV SP,#60; MOV 20H,#N; MOV R7,#FFH ; MOV 21H,00H; MOV 22H,00H; MOV Rl, RET (2)中断服务程序 AD: SETB IT1; SETB EA; ) SETB EX1; MOV MOV MOV MOVX CJNE DPTR, #ADPORT; A #00H R5,A; @DPTR,A R7,#00H,$ LOOP: NOP AJMP LOOP 第 20 页共 22 页 西安建筑科技大学课程设计(论文) ORG NIT1: PUSH PSW PUSH A PUSH PUSH MOV MOVX DPL DPH DPTR,#7FF8H; A,@DTPR; 2100H; MOV R5,A; LCALL MOV MOVX A FILTER; #00H; @DPTR,A; MOV R7,#00H POP POP POP POP RETI (3)显示与报警程序 DISPLAY: SETB MOV JB JB JB JB LCALL CLR AJAMP P3.0 A,P3 ACC.1,DIS1 ACC.2,DIS2 ACC.3,DIS3 ACC.4,DIS4 DELAY P3.0 DISPLAY DPH DPL A PSW 第 21 页共 22 页 西安建筑科技大学课程设计(论文) DIS1: MOV MOV RET DIS2: MOV INC MOV RET DIS3: MOV DEC MOV RET DIS4: MOV P3,A; P3,A; A A,△U-1; P3,A; A A, △U+1; P3,A; A,△U; SETB A RET ALARM: SETB LCALL CLR AJAMP DELAY: D1: D2: DJNZ REN END P1.6 DELAY P1.6 ALARM MOV MOV DJNZ R5,D1 R5,#FFH R6,#FFH R6,D2 第 22 页共 22 页

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