地雷探測(cè)儀的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、<p>　　學(xué) 士 學(xué) 位 論 文</p><p>　　THESIS OF BACHELOR</p><p>　?。?009—2013年）</p><p>　　題 目 地雷探測(cè)儀的設(shè)計(jì) </p><p>　　

2、學(xué) 院：環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 系 過程裝備與測(cè)控工程系 </p><p>　　專業(yè)班級(jí)： 測(cè)控技術(shù)與儀器 091班 </p><p><b>　　地雷探測(cè)儀的設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　摘 要 </b></p><p>　　地

3、雷作為一種特殊的炸彈，時(shí)時(shí)刻刻威脅著無數(shù)無辜平民的生命安全。為了解除地雷的威脅，提前探測(cè)出地雷的位置顯得尤為重要，所以地雷探測(cè)儀在這其中起了至為重要的作用。</p><p>　　地雷探測(cè)儀是利用金屬的渦流效應(yīng)探測(cè)帶有金屬部件的地雷。在探測(cè)時(shí)儀器會(huì)輻射出電磁場(chǎng)，當(dāng)探測(cè)線圈靠近帶有金屬部件的地雷時(shí)，在磁場(chǎng)作用下金屬部分會(huì)產(chǎn)生渦電流，渦電流又產(chǎn)生新的磁場(chǎng)作用于探測(cè)線圈，從而引起原磁場(chǎng)的變化，利用霍爾傳感器將變化的磁場(chǎng)轉(zhuǎn)

4、化為電壓值，通過與基準(zhǔn)電壓值的比較做出判斷，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)地雷的探測(cè)。</p><p>　　本文所介紹的地雷探測(cè)儀是以8位AT89S52單片機(jī)為核心，所使用的傳感器是線性霍爾元件UGN3503，將磁場(chǎng)信號(hào)變?yōu)殡妷盒盘?hào)。用ADC0809轉(zhuǎn)化器實(shí)現(xiàn)電壓信號(hào)的數(shù)字化。該探測(cè)儀通過4個(gè)按鍵開關(guān)來確定探測(cè)的靈敏度。報(bào)警系統(tǒng)通過顯示模塊和蜂鳴器來完成。系統(tǒng)軟件采用匯編語(yǔ)言編寫，在軟件設(shè)計(jì)中，為了提高探測(cè)器的抗干擾能力和系統(tǒng)的穩(wěn)定

5、性，采用了數(shù)字濾波技術(shù)消除干擾。文中還探討了影響探測(cè)器靈敏度和穩(wěn)定性的因素，主要影響靈敏度的因素是儀器的工作頻率、檢測(cè)線圈的尺寸及匝數(shù)，而主要影響穩(wěn)定性的因素是環(huán)境溫度、濕度和供電電源的穩(wěn)定程度。</p><p>　　關(guān)鍵詞：地雷探測(cè)儀；渦流效應(yīng)；霍爾傳感器；單片機(jī)；靈敏度</p><p>　　The design of mine detector</p><p>

6、<b>　　Abstract</b></p><p>　　The mine threatens the life safety of numerous innocent civilians all the time as a especial bomb.For relieving the threat of mine,we should explore the position of min

7、e.So mine detector is very important.</p><p>　　Mine detector makes use of metal’s eddying effect to explore the mine with metal.The detector will eradiate electromagnetism when it is exploring.If the probe a

8、pproaches the mine with metal,which will produce eddy current effect under the function of magnetic field.The eddy current will produce anther magnetic field,what acts on the probe,that bring the change of the first magn

9、etic field.The change will convert into voltage and compare with the criterion to explore mine.</p><p>　　This paper describes the mine detector with AT89S52 Single-Chip Microcomputer as it’s core.The equipme

10、nt adopts UGN3503U linear hall-effect sensor as probe to detect the magnetic field change and change magnetic field signal into electric voltage signal though ADC0809.This mine detector control it’s sensitivity though f

11、our keys.Nixie light and buzzer are the warning device.The systems software adopts the assembler language to be written.Inside the software,the digital filter technology is utili</p><p>　　Keyword:mine detect

12、or;eddy current effect;hall-effect sensor;single chip;sensitivity</p><p>　　目 錄</p><p><b>　　第一章 緒 論1</b></p><p>　　1.1選題的背景和意義1</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外研究狀況及

13、發(fā)展趨勢(shì)1</p><p>　　1.3本文設(shè)計(jì)的內(nèi)容2</p><p>　　第二章 方案選擇及原理3</p><p>　　2.1 系統(tǒng)方案的選擇3</p><p>　　2.2 系統(tǒng)軟件的選用3</p><p>　　2.3 方案的理論基礎(chǔ)3</p><p>　　2.3.1 線圈介質(zhì)的變

14、化4</p><p>　　2.3.2 渦流效應(yīng)5</p><p>　　2.4 整機(jī)工作原理5</p><p>　　第三章 硬件電路的設(shè)計(jì)6</p><p>　　3.1線圈震蕩電路的設(shè)計(jì)6</p><p>　　3.2 數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計(jì)7</p><p>　　3.3 A/D轉(zhuǎn)換電路1

15、0</p><p>　　3.4 鍵盤控制電路的設(shè)計(jì)13</p><p>　　3.5 顯示電路的設(shè)計(jì)14</p><p>　　3.6 報(bào)警電路的設(shè)計(jì)16</p><p>　　3.7 電源電路的設(shè)計(jì)18</p><p>　　第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)19</p><p>　　4.1 軟件設(shè)計(jì)思想

16、19</p><p>　　4.2 數(shù)字濾波及其算法19</p><p>　　4.3 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)20</p><p>　　4.4 子程序的設(shè)計(jì)21</p><p>　　4.4.1 鍵盤控制子程序的設(shè)計(jì)21</p><p>　　4.4.2 數(shù)字濾波子程序的設(shè)計(jì)21</p><p>　

17、　4.4.3 顯示與報(bào)警子程序的設(shè)計(jì)23</p><p>　　第五章 系統(tǒng)仿真結(jié)果與技術(shù)指標(biāo)分析24</p><p>　　5.1 系統(tǒng)仿真結(jié)果及分析24</p><p>　　5.1.1 線性霍爾傳感器調(diào)試結(jié)果及分析24</p><p>　　5.1.2 振蕩電路調(diào)試結(jié)果及分析24</p><p>　　5.1.3

18、顯示電路仿真結(jié)果及分析25</p><p>　　5.1.4 蜂鳴器仿真結(jié)果及分析25</p><p>　　5.2 系統(tǒng)結(jié)果總結(jié)25</p><p>　　5.3 主要技術(shù)指標(biāo)26</p><p>　　5.3.1 探測(cè)儀工作頻率26</p><p>　　5.3.2探測(cè)儀靈敏度26</p><

19、p>　　5.3.3 探測(cè)儀穩(wěn)定性26</p><p><b>　　第六章 結(jié)論26</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)27</b></p><p><b>　　致謝28</b></p><p>　　附 錄1 電路原理圖30</p><

20、;p>　　附 錄2 各模塊程序31</p><p><b>　　第一章 緒 論</b></p><p>　　1.1選題的背景和意義</p><p>　　一直以來，戰(zhàn)爭(zhēng)都伴隨著人們，雖然所有人都期盼和平，可因戰(zhàn)爭(zhēng)導(dǎo)致的傷亡卻一直不斷。戰(zhàn)爭(zhēng)中對(duì)人們威脅最大的就是槍械和炸彈，其中地雷作為一種特殊的炸彈帶來的傷亡格外大，因?yàn)榈乩椎耐{不只是在當(dāng)

21、時(shí)，埋下的地雷只要沒炸，在以后的相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)都是威脅人類安全的惡魔。日本侵華戰(zhàn)爭(zhēng)中，日本在中國(guó)領(lǐng)土內(nèi)埋設(shè)的大量地雷，雖然后來日本失敗退走，可埋下的地雷在以后的日子里不斷造成傷亡。以色列在歷次入侵和占領(lǐng)黎巴嫩時(shí)埋設(shè)大量地雷。自２００６年黎巴嫩與以色列結(jié)束沖突以來，包括中國(guó)維和工兵營(yíng)在內(nèi)的聯(lián)黎部隊(duì)下屬掃雷部隊(duì)共清排雷場(chǎng)４８０多萬平方米，銷毀地雷和各類未爆炸彈３．４萬多枚。但目前仍有１８平方公里的雷場(chǎng)有待清排，仍有４２．５萬地雷威脅著當(dāng)

22、地居民的生命安全。因此，排除這些潛在的威脅刻不容緩，而地雷探測(cè)儀就顯得格外重要。目前地雷的技術(shù)含量較低、最易大批量生產(chǎn)、布設(shè)，但其殺傷力最大，是對(duì)人類危害最大的武器之一。隨著國(guó)際局勢(shì)的不斷變化，戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期埋設(shè)了大量各式各樣的地雷，有的擱置在路邊或草叢中，有的是在樹梢上，并做成各式各樣的形狀。但其中最多的還是金屬地雷，而對(duì)平民最易造成無辜傷害的是埋在地下的金屬地雷。所以為了避</p><p>　　本次設(shè)計(jì)就是針對(duì)這樣

23、的情況設(shè)計(jì)的地雷探測(cè)儀，所設(shè)計(jì)的地雷探測(cè)儀是一種最簡(jiǎn)單應(yīng)用于處于戰(zhàn)爭(zhēng)的生活中，并能被普通百姓接受，盡量減少平民的無辜傷亡。</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外研究狀況及發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　現(xiàn)在的地雷種類繁多，且所以用的材料也各式各樣（如塑膠、液體等）?，F(xiàn)在常規(guī)的地雷探測(cè)儀都有其局限性（如金屬地雷探測(cè)儀對(duì)塑膠地雷），有時(shí)候即使使用常規(guī)地雷探測(cè)儀探測(cè)到了地雷，也由于多種原因而難以快速

24、準(zhǔn)確排雷，有時(shí)候需要在人流量大、環(huán)境復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行快速、大規(guī)模的在線適時(shí)探測(cè)，辨別各種固體地雷，這樣常規(guī)的地雷探測(cè)方法就暴露了其局限性。因此，便攜式激光快捷地雷探測(cè)儀成為最近發(fā)展起來的高科技激光高敏度的探測(cè)方法。</p><p>　　今年來，西方各國(guó)都對(duì)各種軍用激光探測(cè)鑒別儀進(jìn)行了大量研究，美國(guó)軍事研究辦公室（U.S Army Research Office),美國(guó)CECOM夜視電子探測(cè)器部（CECOM Nigh

25、t Vision and Electronic and Sensors Directorate)于2006年5月聯(lián)合報(bào)道了該系統(tǒng)用于探測(cè)地雷的便攜式原理機(jī)樣（如圖1.），并與Florid大學(xué)合作于2007年4月正式交付使用。在反恐需求的推動(dòng)下，美國(guó)在這方面進(jìn)行了大量研究。國(guó)內(nèi)僅有幾所大學(xué)在實(shí)驗(yàn)室做了LIBS實(shí)驗(yàn)，還沒有產(chǎn)品，更未見在軍事上的應(yīng)用。</p><p>　　1.3本文設(shè)計(jì)的內(nèi)容</p>&

26、lt;p>　　采用相關(guān)傳感原理，設(shè)計(jì)了地雷探測(cè)儀器，實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬地雷的探測(cè)。本文先對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和論證，并對(duì)所采用的元器件進(jìn)行了分析比較。確定了系統(tǒng)和選定了元器件后，對(duì)整個(gè)電路的硬件進(jìn)行了設(shè)計(jì)。之后，本人采用匯編語(yǔ)言進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。最后對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了分析調(diào)試。</p><p>　　第二章 方案選擇及原理</p><p>　　2.1 系統(tǒng)方案的選擇</p><p

27、>　　整個(gè)探測(cè)系統(tǒng)以8位單片機(jī)AT89C52為核心，利用電磁感應(yīng)中的渦流效應(yīng)為理論而設(shè)計(jì)的。包括線圈震蕩電路，控制電路兩部分。線圈震蕩電路由探測(cè)線圈，多諧振蕩器，放大電路組成?？刂齐娐分邪ǚ逯禉z波放大電路，A/D轉(zhuǎn)換電路，鍵盤控制電路，顯示報(bào)警電路，電源電路。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2-1:</p><p>　　圖2-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　2.2 系統(tǒng)軟件的選用</p>

28、;<p>　　軟件是本系統(tǒng)的靈魂，在設(shè)計(jì)軟件中，本文從系統(tǒng)的實(shí)用性、可靠性及方便靈活等幾個(gè)方面出發(fā)，使程序滿足設(shè)計(jì)的功能要求。整個(gè)系統(tǒng)的軟件包括主程序、一個(gè)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(bào)警等若干個(gè)子程序。軟件采用匯編語(yǔ)言編寫，并采用模塊化設(shè)計(jì)，使程序結(jié)構(gòu)清晰，便于今后進(jìn)一步擴(kuò)展系統(tǒng)的功能。</p><p>　　2.3 方案的理論基礎(chǔ)</p><p>　

29、　地雷探測(cè)器是采用線圈的電磁感應(yīng)原理來探測(cè)地雷的。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，當(dāng)有金屬地雷物靠近通電線圈平面附近時(shí)，將發(fā)生線圈介質(zhì)條件的變化和渦流效應(yīng)兩個(gè)現(xiàn)象。[1]</p><p>　　2.3.1 線圈介質(zhì)的變化</p><p>　　當(dāng)金屬地雷接近通電線圈時(shí)，將使通電線周圍的磁場(chǎng)發(fā)生變化，如圖2-2</p><p><b>　　圖2-2</b><

30、/p><p>　　對(duì)于半徑為R的單匝圓形電感線圈，當(dāng)其中通過交變電流I=Imcos wt圈周圍空間產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，根據(jù)畢奧一薩伐爾定律可計(jì)算線圈中心軸線上一點(diǎn)的磁感應(yīng) </p><p><b>　　(2-1)</b></p><p>　　其中，μ=μ0μr，μ為介質(zhì)的磁導(dǎo)率，μr為相對(duì)磁導(dǎo)率，μ0為真空磁導(dǎo)率。[2]對(duì)于緊密纏繞N匝的線圈，線圈中心軸

31、線上一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度則為： </p><p><b>　　(2-2)</b></p><p>　　由公式(2-2)可知，當(dāng)線圈有效探測(cè)范圍內(nèi)無金屬物時(shí)，μr=1 (非金屬的相對(duì)磁導(dǎo)率)，線圈中心磁感應(yīng)強(qiáng)度B保持不變，當(dāng)線圈有效探測(cè)范圍內(nèi)出現(xiàn)鐵磁性金屬物時(shí)，μr會(huì)變大，B隨之也會(huì)變大。</p><p>　　2.3.2 渦流效應(yīng)</p>

32、<p>　　根據(jù)電磁理論，當(dāng)金屬地雷被置于變化的磁場(chǎng)中時(shí)，金屬地雷內(nèi)就會(huì)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(chǎng),與外磁場(chǎng)方向相反，削弱外磁場(chǎng)的變化。據(jù)此，將一交流正弦信號(hào)接入繞在骨架上的空心線圈上，流過線圈的電流會(huì)在周圍產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，當(dāng)將金屬地雷靠近線圈時(shí)，產(chǎn)生的渦流磁場(chǎng)會(huì)削弱線圈磁場(chǎng)的變化。金屬地雷的電導(dǎo)率σ越大，交變電流的頻率越大，則渦電流強(qiáng)度越大，對(duì)原磁場(chǎng)的抑制作用越強(qiáng)。</p>

33、;<p>　　通過以上分析可知，當(dāng)有金屬地雷靠近通電線圈平面附近時(shí)，無論是介質(zhì)磁導(dǎo)率的變化，還是金屬地雷的渦流效應(yīng)均能引起磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變化。對(duì)于鐵磁性金屬制成的地雷 μr很大，σ也較大，可認(rèn)為是既導(dǎo)電又導(dǎo)磁物質(zhì)，主要產(chǎn)生磁效應(yīng)，同時(shí)又有渦流效應(yīng)。</p><p>　　2.4 整機(jī)工作原理</p><p>　　整個(gè)系統(tǒng)工作時(shí)，由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生一個(gè)頻率為24K

34、Hz的脈沖信號(hào)，此脈沖信號(hào)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(hào)輸入到探測(cè)線圈中，通電的線圈周圍就會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，此時(shí)，固定在線圈中心的霍爾元件UGN3503U就會(huì)感應(yīng)到線圈周圍的磁場(chǎng)，并將磁場(chǎng)強(qiáng)度信號(hào)線性地</p><p>　　在無地雷的情況下，假設(shè)霍爾輸出電壓為u0，該電壓信號(hào)u0很微弱，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ADC0809的量程

35、，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，將U0的數(shù)字量輸入到單片機(jī)儲(chǔ)存起來。此后，以該電壓信號(hào)作為基準(zhǔn)電壓，與A/D轉(zhuǎn)換器采集到的電壓信號(hào)進(jìn)行比較判斷。</p><p>　　當(dāng)探測(cè)線圈靠近地雷時(shí)，由于電磁感應(yīng)現(xiàn)象，會(huì)使其周圍的磁場(chǎng)發(fā)生變化，霍爾元件感應(yīng)到該變化的磁場(chǎng)，并將其線性地轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)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，輸入到CPU，由CPU完成Ux與基準(zhǔn)電

36、壓U0的比較，二者比較? Ux—U0?得到一個(gè)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(cè)到金屬，CUP輸出口P1.0輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管發(fā)光報(bào)警，同時(shí)P1.6控制蜂鳴器發(fā)出聲響，進(jìn)行聲音報(bào)警。</p><p>　　第三章 硬件電路的設(shè)計(jì)</p>

37、<p>　　3.1線圈震蕩電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　線圈震蕩電路是由多諧振蕩器和放大電路組成。多諧振蕩器以一定的頻率發(fā)出電流，該電流經(jīng)放大電路放大后輸送到線圈上，規(guī)律變化的電流使線圈產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)。線圈震蕩電路圖如圖3-1：</p><p>　　圖3-1 線圈震蕩電路圖</p><p>　　該多諧振蕩器在工作時(shí)，將產(chǎn)生一頻率為24KHz、占空比為2/

38、3的脈沖信號(hào)。選擇24KHz的超長(zhǎng)波頻率是為了減弱土壤對(duì)電磁波的影響。多諧振蕩器輸出的正脈沖信號(hào)經(jīng)過電容C3輸入到Q1，經(jīng)Q1放大之后，就形成了頻率穩(wěn)定度高、功率較大的脈沖信號(hào)輸入到探測(cè)線圈中，在線圈內(nèi)產(chǎn)生瞬間較強(qiáng)的電流，從而使線圈周圍產(chǎn)生恒定的交變磁場(chǎng)。</p><p>　　多諧振蕩器的核心為555定時(shí)器，555定時(shí)器具有成本低，性能可靠的特點(diǎn)，只需要外接幾個(gè)電阻、電容，就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密

39、特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時(shí)器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測(cè)量及自動(dòng)控制等方面。它內(nèi)部包括兩個(gè)電壓比較器，三個(gè)等值串聯(lián)電阻，一個(gè) RS 觸發(fā)器，一個(gè)放電管 T 及功率輸出級(jí)。它提供兩個(gè)基準(zhǔn)電壓VCC /3 和 2VCC /3。555 定時(shí)器的功能主要由兩個(gè)比較器決定。兩個(gè)比較器的輸出電壓控制 RS 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng) 5 腳懸空時(shí)，則電壓比較器 C1 的同相輸入端的電壓為 2VCC /

40、3，C2 的反相輸入端的電壓為VCC /3。若觸發(fā)輸入端 TR 的電壓小于VCC /3，則比較器 C2 的輸出為 0，可使 RS 觸發(fā)器置 1，使輸出端 OUT=1。如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 2VCC/3，同時(shí) TR 端的電壓大于VCC /3，則 C1 的輸出為 0，C2 的輸出為 1，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出為 0 電平。</p><p>　　3.2 數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計(jì)</p>

41、<p>　　數(shù)據(jù)采集電路由數(shù)據(jù)采集元件和峰值檢波放大電路組成。數(shù)據(jù)采集元件采用線性霍爾傳感器，該傳感器感應(yīng)變化的磁場(chǎng)，并將磁場(chǎng)信號(hào)變?yōu)殡妷盒盘?hào)傳送給后邊的放大與峰值檢波電路。被放大的電壓信號(hào)再傳送給A/D轉(zhuǎn)換器。數(shù)據(jù)采集電路如圖3-2：</p><p>　　圖3-2 數(shù)據(jù)采集電路圖</p><p>　?。?）在設(shè)計(jì)中，選用UGN3503U線性霍爾傳感器來檢測(cè)通電線圈周圍的磁場(chǎng)變化

42、。UGN3503U線性霍爾傳感器可將感應(yīng)到的磁場(chǎng)強(qiáng)度信號(hào)線性地轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)。</p><p>　　霍爾元件是根據(jù)霍爾效應(yīng)制成的，如圖3-3：</p><p>　　圖3-3 霍爾效應(yīng)原理圖</p><p>　　當(dāng)以電流I通過半導(dǎo)體兩端,并在其上加以和片子表面垂直的磁場(chǎng)B時(shí)，薄片的橫向兩側(cè)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)電壓UH, 這種現(xiàn)象就是霍爾效應(yīng)。產(chǎn)生這種現(xiàn)象，是因?yàn)樵诖艌?chǎng)產(chǎn)生的洛侖

43、茲力的作用下通電半導(dǎo)體片中的載流子分別向片子橫向兩側(cè)偏轉(zhuǎn)和積聚，因而形成一個(gè)電場(chǎng)，被稱為霍爾電場(chǎng)。洛侖茲力與霍爾電場(chǎng)產(chǎn)生的電場(chǎng)力相反，電場(chǎng)力阻礙載流子繼續(xù)堆積，直到霍爾電場(chǎng)力和洛侖茲力相等。此時(shí)，半導(dǎo)體兩側(cè)產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的電壓，被稱為霍爾電壓UH。</p><p>　　UH=KHIB (V) （3-1）</p><p>　　由此可知，霍爾電壓的大小與控制電流I和磁感

44、應(yīng)強(qiáng)度B成正比。KH稱為霍爾元件的靈敏度，它與元件幾何尺寸和材料的性質(zhì)有關(guān)。當(dāng)外加電壓一定，通過恒定的電流，輸出電壓只與磁場(chǎng)B的大小成正比，即：</p><p>　　UH=KB (V) （3-2）</p><p>　　由式3-2知，霍爾輸出電壓將隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化而變化。所以，可將霍爾元件做成探頭固定在適當(dāng)位置去檢測(cè)磁場(chǎng)變化，再根據(jù)霍爾輸出電壓的變化獲得需要檢測(cè)

45、的信息。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中采用的線性霍爾傳感器UGN3503U就是將霍爾元件、高增益線性差分放大器和射極跟隨器集成在同一半導(dǎo)體基片上，提供了一個(gè)由外電壓源驅(qū)動(dòng)、使用方便的磁敏傳感器。該器件的磁電轉(zhuǎn)換特性曲線如圖3-4所示[3]：</p><p>　　圖3-4 UGN3503U磁電轉(zhuǎn)換特性曲線</p><p>　　其輸出電壓正比于加在霍爾元件上的磁感強(qiáng)度B

46、。它的靈敏度典型值為13.5mV/mT，靜態(tài)輸出電壓為2.5V，輸出電阻為0.05KΩ。用它作探頭可測(cè)量，10ˉ6-10T的交變和恒定磁場(chǎng)。具有靈敏度高，線性度好，結(jié)構(gòu)牢固，體積小，重量輕，耐震動(dòng)，功耗小，壽命長(zhǎng)，頻率高，輸出噪聲低等特點(diǎn)。在測(cè)量磁場(chǎng)時(shí)，將元件的第一腳接電源，第二腳接地，第三腳接高輸入阻抗電壓表，通電后，將電路放入被測(cè)磁場(chǎng)中讓磁力線垂直于電路表面，當(dāng)沒有磁場(chǎng)(B=0G)時(shí)，靜態(tài)輸出電壓是電源電壓的一半，當(dāng)外加磁場(chǎng)的北極靠

47、近器件標(biāo)志面時(shí)，會(huì)使輸出電壓低于靜態(tài)輸出電壓；當(dāng)外加磁場(chǎng)的南極靠近器件標(biāo)志面時(shí)，會(huì)使輸出電壓高于靜態(tài)輸出電壓。利用上述特性，將其固定在探測(cè)線圈的中心感應(yīng)線圈的磁場(chǎng)變化，并接在數(shù)據(jù)采集電路的前端，將磁場(chǎng)的變化信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)的變化而被后級(jí)電路接收和放大。[4]</p><p>　?。?）放大與峰值檢波電路</p><p>　　UGN35O3U線性霍爾元件輸出的電壓信號(hào)是一個(gè)毫伏級(jí)的信號(hào)，十

48、分微弱，所以，在對(duì)其進(jìn)行處理前，首先要進(jìn)行放大。在設(shè)計(jì)中，信號(hào)放大電路采用集成運(yùn)算放大器LM324，其輸入阻抗高、漂移較小、共模抑制比高。UGN3503線性霍爾元件輸出的電壓信號(hào)經(jīng)電容輸送到前級(jí)運(yùn)算放大器U4的同相輸入端。在電路設(shè)計(jì)中，采用+5V單電源給運(yùn)放LM324供電。經(jīng)前級(jí)運(yùn)算放大器放大的信號(hào)經(jīng)耦合電容C7輸入到后級(jí)峰值檢測(cè)電路中。</p><p>　　峰值檢測(cè)電路由兩級(jí)運(yùn)算放大器組成，第一級(jí)運(yùn)放將輸入信號(hào)

49、的峰值傳遞到電容C8上，并保持下來。第二級(jí)運(yùn)放組成緩沖放大器，將輸出與電容隔離開來。在設(shè)計(jì)中，第二級(jí)與第三級(jí)運(yùn)放同樣采用運(yùn)算放大器LM324，這樣可充分利用LM324。通過該電路，將采集到的微弱電壓信號(hào)放大至0V-5V，以滿足A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809所要求的輸入電壓變換范圍，然后A/D轉(zhuǎn)換電路對(duì)檢測(cè)到的峰值進(jìn)行轉(zhuǎn)化。</p><p>　　LM324是四運(yùn)放集成電路，它采用14管腳雙列直插塑料（陶瓷）封裝。它的內(nèi)

50、部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨(dú)立。</p><p>　　LM324與單電源應(yīng)用場(chǎng)合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它有一些顯著的特點(diǎn)，該四放大器可以工作在低到3.0V或者高到32V的電源下，靜態(tài)電流大致為MC1741的靜態(tài)電流的五分之一，共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場(chǎng)合中采用外部偏置元件的必要性。LM324元器件的引腳圖如圖3-5：</p><p>

51、　　圖3-5 LM324的引腳圖</p><p>　　3.3 A/D轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換器將采集來的電壓信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再在單片機(jī)的控制下輸送給單片機(jī)處理控制。單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)由12MHz的晶振提供，A/D轉(zhuǎn)換器的時(shí)鐘信號(hào)由單片機(jī)經(jīng)四分頻獲得。本電路還采用74LS02元器件，實(shí)現(xiàn)端口間的“或非”功能。A/D轉(zhuǎn)換電路如圖3-6：</p&

52、gt;<p>　　圖3-6 最小系統(tǒng)電路圖</p><p>　　（1）在本次設(shè)計(jì)中，采用的A/D轉(zhuǎn)換器為ADC0809型。ADC0809是8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，可對(duì)八路模擬電壓量進(jìn)行分時(shí)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換速度為100μs。當(dāng)?shù)刂锋i存允許信號(hào)ALE=1時(shí)，3位地址信號(hào)A、B、C送入地址鎖存器，選擇8路模擬量中的一路實(shí)現(xiàn)A/D變換。本設(shè)計(jì)中只使用通道NI0，所以，地址譯碼器ABC直接接地為000，采用線選

53、法尋址。ADC0809的引腳圖如圖3-7：</p><p>　　圖3-7 ADC0809引腳圖</p><p>　　ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如上圖所示。下面說明各引腳功能：　　IN0～I(xiàn)N7：8路模擬量輸入端?！　?-1～2-8：8位數(shù)字量輸出端?！　DDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路　　ALE：地址鎖存允許信號(hào)

54、，輸入，高電平有效?！　TART： A／D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，輸入，高電平有效?！　OC： A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng)A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）?！　E：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng)A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。　　CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ?！　EF（+）、REF（-）：基準(zhǔn)電壓?！　cc：電源，單一＋5V

55、?！　ND：地。 （2）采用的單片機(jī)為AT89C52型，AT89C52是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，其具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，8K Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，32個(gè)外部雙向輸入/輸出(I/O)口，</p><p>　　圖3-8 AT89C52引腳圖</p><p>　　AT89C52單片機(jī)有40條引腳

56、，采用雙列直插式封裝，如上圖所示。下面說明各引腳功能：</p><p>　　XTAL2:系統(tǒng)時(shí)鐘的反相放大器輸出端,一般在設(shè)計(jì)上只要在XTAL1和XTA L2上接上一只石英振蕩晶體系統(tǒng)就可以動(dòng)作了</p><p>　　RESET:AT89C52的重置引腳,高電平動(dòng)作。</p><p>　　VCC:AT89S52電源正端輸入</p><p>　

57、　EA/Vpp:EA低電平動(dòng)作,當(dāng)此引腳接低電平后,系統(tǒng)會(huì)取用外部的程序代碼來執(zhí)行程序。</p><p><b>　　VSS:電源地端。</b></p><p>　　XTALI:單芯片系統(tǒng)時(shí)鐘的反相放大器輸入端。</p><p>　　ALE/PROG:ALE可以觸發(fā)外部的8位鎖存器,將端u0的地址總線(A0-A7)鎖進(jìn)鎖存器中。平時(shí)在程序執(zhí)行時(shí)

58、ALE引腳的輸出頻率約是系統(tǒng)工作頻率的1/6,因此可以用來驅(qū)動(dòng)其他周邊晶片的時(shí)鐘輸入</p><p>　　PSEN:PSEN為程序儲(chǔ)存啟用,當(dāng)8051被設(shè)成為讀取外部程序代碼工作模式時(shí)(EA=0),會(huì)送出此信一號(hào)以便取得程序代碼,通常這支腳是接到EPROM的OE腳。</p><p>　　PO(P0.0~P0.7 ):端口0是一個(gè)8位寬的雙向輸出入端口,P0.0表示位0, P0.1表示位I,

59、依此類推。</p><p>　　P1(P1.0--P1.7):端口1也是具有內(nèi)部提升電路的雙向1/O端口。</p><p>　　P2(P2.0~ P2.7):端口2是具有內(nèi)部提升電路的雙向1/O端口。</p><p>　　P3(P3.0--P3.7):端口 3也具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口。</p><p>　?。?）ADC0809片內(nèi)有

60、三態(tài)輸出緩沖器，可直接與單片機(jī)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(jī)的數(shù)據(jù)總線P0口相連接，AT89C52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(shí)鐘，利用AT89S52提供的地址鎖存允許信號(hào)ALE經(jīng)計(jì)數(shù)器74LS163構(gòu)成的4分頻器分頻獲得。</p><p>　　放大后的電壓信號(hào)經(jīng)過通道IN0送入ADC0809進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。將P2.7作為片選信號(hào)，由AT89C52的P2

61、.7和寫信號(hào)控制ADC0809的轉(zhuǎn)換啟動(dòng)START和地址鎖存ALE，當(dāng)ADC0809的START啟動(dòng)信號(hào)輸入端為高電平時(shí)A/D開始轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，送出轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)EOC，并將8位數(shù)字量D7-D0鎖存到輸出緩存器。AT89S52的讀信號(hào)端發(fā)出一個(gè)輸出允許命令輸入到ADC0809的OE端，OE端呈高電位，用以打開三態(tài)輸出鎖存器，AT89C52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>

62、;　　3.4 鍵盤控制電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　鍵盤是最常用的單片機(jī)輸入設(shè)備,是一組按鍵的集合。操作人員可以通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的人-機(jī)通信。按鍵是一種常開型按鈕開關(guān)。常態(tài)時(shí)，按鍵的兩個(gè)觸點(diǎn)處于斷開狀態(tài)，按下鍵時(shí)他們才閉合。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中采用獨(dú)立連接式非編碼鍵盤，即每一個(gè)按鍵占用一條I/O接口線。當(dāng)有任一鍵按下時(shí)，與之相連的輸入數(shù)據(jù)線為“0”，否則置“1”

63、。鍵盤控制電路如圖3-9：</p><p>　　圖3-9 鍵盤控制電路圖</p><p>　　本設(shè)計(jì)選用的這種鍵盤控制電路的優(yōu)點(diǎn)是明了簡(jiǎn)單，判斷是否有鍵按下的程序也十分簡(jiǎn)單。其中，K1鍵作為功能鍵設(shè)置靈敏度△U，靈敏度是可調(diào)的，K2為加1鍵，K3為減1鍵，都用來調(diào)節(jié)靈敏度，K4是確定鍵，用來確定靈敏度值。</p><p>　　3.5 顯示電路的設(shè)計(jì)</p>

64、;<p>　　顯示電路與單片機(jī)的RXD、TXD相連，用于顯示探測(cè)儀的靈敏度，其數(shù)值由鍵盤控制電路設(shè)置。AT89C52工作在0模式下，收發(fā)信息均通過RXD完成，TXD則作為同步時(shí)鐘輸出，在同步時(shí)鐘作用下，利用串行口加外圍芯片74HC164構(gòu)成的并行輸入/輸出口，實(shí)現(xiàn)由串行到并行的數(shù)據(jù)通信，用于顯示器數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)。當(dāng)鍵盤控制部分各鍵按下時(shí)，數(shù)碼管顯示相對(duì)應(yīng)靈敏度數(shù)值。顯示電路如圖3-10：</p><p>

65、;　　圖3-10 顯示電路圖</p><p>　　本設(shè)計(jì)中采用的元器件74HC164是高速硅門 CMOS 器件，與低功耗肖特基型 TTL (LSTTL) 器件的引腳兼容。74HC164是 8 位邊沿觸發(fā)式移位寄存器，串行輸入數(shù)據(jù)，然后并行輸出。數(shù)據(jù)通過兩個(gè)輸入端（DSA 或 DSB）之一串行輸入；任一輸入端可以用作高電平使能端，控制另一輸入端的數(shù)據(jù)輸入。兩個(gè)輸入端或者連接在一起，或者把不用的輸入端接高電平，不能懸

66、空。時(shí)鐘 (CP) 每次由低變高時(shí)，數(shù)據(jù)右移一位，輸入到 Q0， Q0 是兩個(gè)數(shù)據(jù)輸入端（DSA 和 DSB）的邏輯與，它將上升時(shí)鐘沿之前保持一個(gè)建立時(shí)間的長(zhǎng)度。主復(fù)位 (MR) 輸入端上的一個(gè)低電平將使其它所有輸入端都無效，同時(shí)非同步地清除寄存器，強(qiáng)制所有的輸出為低電平。元器件74HC164的引腳圖如圖3-11，引腳的功能表如表3-12：</p><p>　　圖3-11 74HC164引腳圖</p>

67、<p>　　圖3-11 74HC164引腳功能表</p><p>　　3.6 報(bào)警電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　蜂鳴器報(bào)警電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　蜂鳴器報(bào)警電路包括一個(gè)三極管、一個(gè)蜂鳴器、一個(gè)續(xù)流二極管和一個(gè)電源濾波電容。當(dāng)檢測(cè)到金屬地雷時(shí)，被測(cè)物理量由單片機(jī)I/O口P1.6輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警。蜂鳴器報(bào)警電路如圖3-12：</p&g

68、t;<p>　　圖3-12 蜂鳴器報(bào)警電路</p><p>　　LED報(bào)警電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　LED報(bào)警電路由一個(gè)二極管和一個(gè)保護(hù)電阻組成，當(dāng)檢測(cè)到金屬地雷時(shí)，被測(cè)物理量由單片機(jī)I/O口P1.0輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光。LED報(bào)警電路如圖3-13：</p><p>　　圖3-13 報(bào)警電路圖</p><p>　　3.7

69、 電源電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　電路中需要9V和5V兩個(gè)不同的電源供電，其中數(shù)據(jù)采集電路需要9V電源，而其他電路需要5V電源。所以本次設(shè)計(jì)的電源電路需要該項(xiàng)要求。本次設(shè)計(jì)中的電源電路包括LM7805元器件，紐扣電池，和一些電容組成。電源電路如圖3-14：</p><p>　　圖3-14電源電路圖</p><p>　　電路中紐扣電池提供9V電壓，負(fù)責(zé)給數(shù)據(jù)采集電

70、路供電。電路板內(nèi)采用三端穩(wěn)壓集成電路塊LM7805為板內(nèi)其他元器件供電。LM7805三端正穩(wěn)壓器具有內(nèi)部過流、熱過載和輸出晶體管安全區(qū)保護(hù)功能，可將9V的輸入電壓轉(zhuǎn)換為+5V電壓，最大輸出電流0.5A，保證板內(nèi)555定時(shí)器、UGN3503U、AT89S52、ADC0809等芯片和元件可靠地工作。</p><p>　　第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 軟件設(shè)計(jì)思想</p

71、><p>　　在設(shè)計(jì)軟件中，本文從系統(tǒng)的實(shí)用性、可靠性及方便靈活等幾個(gè)方面出發(fā)，使程序滿足設(shè)計(jì)的功能要求。整個(gè)系統(tǒng)的軟件包括主程序、一個(gè)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(bào)警等若干個(gè)子程序。軟件采用匯編語(yǔ)言編寫，并采用模塊化設(shè)計(jì)，使程序結(jié)構(gòu)清晰，便于今后進(jìn)一步擴(kuò)展系統(tǒng)的功能。</p><p>　　主程序初始化以后置位AT89C52的中斷控制位EA，使CPU開放中斷。然后通過檢

72、測(cè)RAM中數(shù)值的值來判斷是否采集基準(zhǔn)電壓U0，如果未采集過U0，則啟動(dòng)ADC0809對(duì)NIO通道的模擬輸入量進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。在電路設(shè)計(jì)中，ADC0809的EOC端通過反相器接AT89C52的NIT1端，作為中斷申請(qǐng)。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換完畢后，ADC0809的EOC端向AT89C52的INT1的返向端送入一個(gè)中斷申請(qǐng)信號(hào)，AT89C52接此信號(hào)后響應(yīng)中斷請(qǐng)求，中斷服務(wù)程序進(jìn)行壓棧，讀取來自ADC0809數(shù)據(jù)輸出口的8位數(shù)字量，并將數(shù)字量?jī)?chǔ)存到單

73、片機(jī)RAM中，然后啟動(dòng)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(jī)RAM 中，作為基準(zhǔn)電壓U0。[9]</p><p>　　靈敏度△U的值被存放在單片機(jī)RAM中。在檢測(cè)過程中，將A/D轉(zhuǎn)換器采集到的電壓信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)軟件濾波后存入內(nèi)部RAM中，然后將此數(shù)據(jù)Ux二和基準(zhǔn)電壓U0進(jìn)行比較，二者差值U存放在單片機(jī)ARM中。而后再通過判據(jù)算法將此差值U與靈敏度△U進(jìn)行比較，以確定是否報(bào)警鍵盤控制電路各鍵控

74、制靈敏度的值，并在顯示電路部分顯示按鍵后的對(duì)應(yīng)數(shù)值。</p><p>　　4.2 數(shù)字濾波及其算法</p><p>　　探測(cè)器的主要設(shè)計(jì)指標(biāo)是噪聲的抑制能力。為了避免采集電壓量時(shí)經(jīng)常碰到的各種瞬時(shí)干擾，本設(shè)計(jì)中采用算術(shù)平均濾波法，即在一次電壓量的采集中，在很短的時(shí)間內(nèi)對(duì)它進(jìn)行N次采集，將它轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后求和，分析出N次輸入中的最大值和最小值，然后減去最大值和最小值，除以(N-2)得到平均值

75、的方法，完成一次數(shù)據(jù)采集的軟件濾波。因?yàn)殪`敏度的要求和計(jì)算方便，本設(shè)計(jì)中選擇了N=6。用軟件代替硬件，從而省去了復(fù)雜的硬件，而且能夠取得好而精確的效果。[10]</p><p>　　4.3 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)</p><p>　　程序流程圖如圖4-1：</p><p>　　程序參考附錄2[13]。</p><p>　　圖4-1 主程序流程圖<

76、;/p><p>　　4.4 子程序的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.4.1 鍵盤控制子程序的設(shè)計(jì)</p><p>　　程序流程圖如圖4-2：</p><p>　　程序參看附錄2[14]。</p><p>　　圖4-2 鍵盤控制程序流程圖</p><p>　　4.4.2 數(shù)字濾波子程序的設(shè)計(jì)</p

77、><p>　　設(shè)一個(gè)采樣周期，對(duì)通道0連續(xù)采樣6次，然后去掉最大和最小值，把剩余的累加和求算術(shù)平均值作為本周期采樣值。存入內(nèi)部RAM中。其中，R2寄存器存放最大值，R3寄存器存放最小值，R4寄存器存放累加和，R0存放連續(xù)采樣次數(shù)。</p><p>　　程序流程圖如圖4-3：</p><p>　　程序參看附錄2[15]。</p><p>　　圖4-

78、3 數(shù)字濾波程序流程圖</p><p>　　4.4.3 顯示與報(bào)警子程序的設(shè)計(jì)</p><p>　　程序流程圖如圖4-4：</p><p>　　程序參看附錄2[16]。</p><p>　　圖4-4 報(bào)警程序流程圖</p><p>　　第五章 系統(tǒng)仿真結(jié)果與技術(shù)指標(biāo)分析</p><p>　　5.

79、1 系統(tǒng)仿真結(jié)果及分析</p><p>　　仿真調(diào)試的內(nèi)容是要把程序修改正確，使編譯能夠通過，而且還要用Proteus仿真軟件中的一些功能來查看程序所實(shí)現(xiàn)的功能是否能夠和預(yù)期的功能相符合。需要反復(fù)調(diào)試，直到能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期結(jié)果為止。本次設(shè)計(jì)是在Keil中來進(jìn)行編譯和調(diào)試的。</p><p>　　5.1.1 線性霍爾傳感器調(diào)試結(jié)果及分析</p><p>　　外加磁場(chǎng)的南極

80、靠近器件標(biāo)志面時(shí)</p><p>　　R/mT 300 200 100</p><p>　　輸出電壓（V） 2.1 2.3 2.8</p><p>　　外加磁場(chǎng)的北極靠近器件標(biāo)志面時(shí)</p><p>　　R/mT 100 200 300</p&g

81、t;<p>　　輸出電壓（V） 4.3 4.8 5.1</p><p>　　線性霍爾傳感器部分的調(diào)試結(jié)果基本是正確的，但由于外部環(huán)境的影響及硬件設(shè)備的不良等因素，調(diào)試過程中遇到了一些問題，模擬出的結(jié)果存在一定的誤差，經(jīng)過多次采樣，盡量使結(jié)果與理論值得差值縮小，達(dá)到了預(yù)期的結(jié)果。</p><p>　　5.1.2 振蕩電路調(diào)試結(jié)果及分析</p>

82、<p>　　振蕩電路輸出的是一方波，可以讀出占空比和輸出脈沖的頻率，其仿真結(jié)果如圖5-1所示</p><p><b>　　圖5-1 多諧輸出</b></p><p>　　從調(diào)試的結(jié)果中可以讀出T1的值為：0.028ms,T2的值為：0.014ms。輸出頻率等于23.573KHZ，而理論上輸出脈沖的頻率是24KHZ，從讀出的結(jié)果可以看出與理論值有一定的誤差

83、，這是由于調(diào)試過程中如環(huán)境、儀器設(shè)備等因素造成的，雖然結(jié)果有誤差，但基本上是正確的，說明多諧振蕩器部分電路是正確的。</p><p>　　5.1.3顯示電路仿真結(jié)果及分析</p><p>　　顯示部分顯示的數(shù)據(jù)是設(shè)定的靈敏度值，當(dāng)按下各鍵盤部分各個(gè)鍵時(shí)，在顯示電路部分顯示相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，顯示結(jié)果如圖5-2所示。</p><p>　　初始狀態(tài)

84、 加1顯示值</p><p>　　加15顯示值 減11顯示值</p><p><b>　　圖5-2 顯示值</b></p><p>　　經(jīng)過多次試驗(yàn)和從顯示的值可以看出仿真結(jié)果基本正確，由于繪制電路中出現(xiàn)了一些問題，仿真過程中出現(xiàn)了顯示模糊、不穩(wěn)定等一些問題，但最終還是得到了比較理想的顯示數(shù)據(jù)。&l

85、t;/p><p>　　5.1.4 蜂鳴器仿真結(jié)果及分析</p><p>　　從P1.6口接出來的蜂鳴器電路用來發(fā)出探測(cè)到金屬地雷時(shí)的報(bào)警信號(hào)。蜂鳴器正常報(bào)警，結(jié)果正常。</p><p>　　5.2 系統(tǒng)結(jié)果總結(jié)</p><p>　　綜上所述，在仿真調(diào)試過程中雖然遇到了一些問題，但是經(jīng)過分析改正最終成功調(diào)試出了多諧振蕩電路的輸出、數(shù)據(jù)采集電路的輸出

86、、顯示部分的顯示值和蜂鳴聲等結(jié)果。但是還存在一些問題，如數(shù)碼管顯示器顯示數(shù)字時(shí)有些閃爍不定，多諧振蕩電路輸出脈沖的不穩(wěn)定等?？偟膩碚f還是比較成功的。</p><p>　　5.3 主要技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　工作頻率、靈敏度和穩(wěn)定性是地雷探測(cè)儀的主要技術(shù)指標(biāo)。</p><p>　　5.3.1 探測(cè)儀工作頻率</p><p>　　工作頻率為

87、24KHz，選擇24KHz的超長(zhǎng)波頻率是為了減弱土壤對(duì)電磁波的影響。</p><p>　　5.3.2探測(cè)儀靈敏度</p><p>　　由公式(2-2)可知：</p><p>　　檢測(cè)線圈的尺寸對(duì)靈敏度的影響：檢測(cè)線圈尺寸的大小決定了探測(cè)面積的大小，尺寸越大，探測(cè)面積越大，線圈中心磁場(chǎng)強(qiáng)度越低，因?yàn)榛魻栐潭ㄔ诰€圈中心，所以為了保證霍爾元件能有效的探測(cè)磁場(chǎng)，線圈的尺

88、寸不宜太大。</p><p>　　檢測(cè)線圈的匝數(shù)對(duì)靈敏度的影響：當(dāng)線圈的匝數(shù)作為唯一變量時(shí)，匝數(shù)越少靈敏度越高，但同時(shí)通過霍爾元件的磁感線越少，所以線圈的匝數(shù)應(yīng)適宜。</p><p>　　5.3.3 探測(cè)儀穩(wěn)定性</p><p>　　（1）環(huán)境溫度的變化，儀器元件參數(shù)也會(huì)改變，影響儀器工作的穩(wěn)定。</p><p>　?。?）應(yīng)盡量減少線圈與電

89、路之間引線的長(zhǎng)度，以減少分布電容</p><p><b>　　第六章 結(jié)論</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)根據(jù)電磁感應(yīng)原理來設(shè)計(jì)地雷探測(cè)器。</p><p>　　首先介紹了探測(cè)地雷的理論依據(jù)，當(dāng)通電線圈靠近地雷時(shí)，地雷產(chǎn)生渦流效應(yīng)，反作用于原磁場(chǎng)，同時(shí)原磁場(chǎng)的介質(zhì)條件發(fā)生變化，雙重作用下，使原磁場(chǎng)發(fā)生變化。</p><p

90、>　　硬件系統(tǒng)分為兩個(gè)部分，一部分為線圈震蕩電路，包括：多諧振蕩電路、放大電路和探測(cè)線圈；另一部分為控制電路，包括：UGN3503U線性霍爾元件，前置放大電路，峰值檢波電路,ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器，AT89C52單片機(jī)，LED顯示電路，聲音報(bào)警電路及電源電路。通過這些電路將磁場(chǎng)強(qiáng)度信號(hào)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，根據(jù)電壓信號(hào)做出判斷。</p><p>　　軟件設(shè)計(jì)中，從系統(tǒng)的實(shí)用性、可靠性及方便靈活等幾個(gè)方面出發(fā)，使程

91、序滿足設(shè)計(jì)的功能要求。整個(gè)系統(tǒng)的軟件包括主程序、一個(gè)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(bào)警等若干個(gè)子程序，采用匯編語(yǔ)言編寫。</p><p>　　最后分析了設(shè)計(jì)中的主要技術(shù)指標(biāo)，包括金屬探測(cè)器的工作頻率（12KHZ），靈敏度（包括：檢測(cè)線圈的尺寸對(duì)儀器靈敏度的影響和匝數(shù)對(duì)靈敏度的影響）以及穩(wěn)定性等技術(shù)指標(biāo)。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)的地雷探測(cè)儀是最簡(jiǎn)易的地雷探測(cè)儀，只

92、能對(duì)淺層地雷進(jìn)行探測(cè)，因?yàn)樵撎綔y(cè)儀受外界環(huán)境因素影響大，環(huán)境溫度，土壤濕度以及土壤中其他雜物都會(huì)對(duì)影響該探測(cè)儀的靈敏度。但因其簡(jiǎn)易性，能更好應(yīng)用于平民探測(cè)，能有效的減少無辜平民的傷害。</p><p>　　本次所設(shè)計(jì)的地雷探測(cè)儀有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)，一是可以設(shè)定靈敏度，讓其有更廣的應(yīng)用范圍；二是有兩個(gè)報(bào)警系統(tǒng)，蜂鳴器報(bào)警系統(tǒng)和LED報(bào)警系統(tǒng)，其中一個(gè)出現(xiàn)問題不會(huì)對(duì)探測(cè)儀有太大的影響。但該探測(cè)儀的設(shè)計(jì)中也出現(xiàn)了一些問題，系統(tǒng)

93、不夠穩(wěn)定，受外界環(huán)境因素影響大，這些問題有待解決。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 周省三.《電磁場(chǎng)基本教程》[J].高等教育出版社 ，2003.</p><p>　　[2] 程守洙、江之水.《普通物理學(xué)2》[J].高等教育出版社，2001.</p><p>　　[3]

94、 3503 RATIOMETRIC LINEAR HALL-EFFECT SENSORS.CoPyright1985，2002 Allegro Mieorsystems，InC</p><p>　　[4] 涂有瑞.《霍爾傳感元器件及其應(yīng)用》 《電子元器件應(yīng)用》[J].高等教育 出版社，2002 .</p><p>　　[5] 減春華.《電子線路設(shè)計(jì)與應(yīng)用》[J].高等教育出

95、版社，2004.</p><p>　　[6] 蔡明生.《電子設(shè)計(jì)》[J].高等教育出版社，2003.</p><p>　　[7] 何立民.《單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)》[J].北京航空航天大學(xué)出版社，2004.</p><p>　　[8] 吳金戌、沈慶陽(yáng)、郭庭吉 .《8051單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用》[J].清華大學(xué)出版社，2004.</p><p&

96、gt;　　[9] 張毅剛、彭喜元、姜守達(dá).《新編MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)》[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2001.</p><p>　　[10] 李全利、遲榮強(qiáng) .《單片機(jī)原理及接口技術(shù)》[J].高等教育出版社，2003.</p><p>　　[11] 沙占友、王彥朋、孟志永等.《單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì)》[J].電子工業(yè)出版社,2006.</p><p>　　

97、[12] 房小翠.《單片機(jī)實(shí)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)》[J].國(guó)防工業(yè)出版社，2006.</p><p>　　[13] 楊振江、杜鐵軍、李群.《流行單片機(jī)實(shí)用子程序及應(yīng)用實(shí)例》[J].西安電子科技大學(xué)出版社，2004.</p><p>　　[14] 孫涵芳、徐愛卿等.《MCS-51196系列單片機(jī)原理及應(yīng)用》[J].北京航空航天大學(xué)出版社，2005.</p><p>　

98、　[15] ATMEL：8-bit Microcontroller with 8K Bytes in-System Programmable Flash, AT89S52,2001.</p><p>　　[16] 李伯成.《基于MCS-51單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)》[J].北京電子工業(yè)出版社，2004.</p><p>　　[17] 程德福、林君.《智能儀器》[J].機(jī)械工業(yè)出版社，200

99、5.</p><p>　　[18] 康華光.《電子技術(shù)基礎(chǔ)》[J].高等教育出版社，2006.</p><p>　　[19] 閻石.《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》[J].高等教育出版社,2006.</p><p>　　[20] 唐文彥.《傳感器》[J].機(jī)械工業(yè)出版社，2000.</p><p><b>　　致謝</b></

100、p><p>　　本次設(shè)計(jì)，先對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行了可行性論證，然后確定項(xiàng)目，之后便開始整個(gè)設(shè)計(jì)。硬件電路的設(shè)計(jì)、元器件的選擇、元器件參數(shù)的測(cè)試、硬件電路圖的最終確定，乃至利用Altium Designer繪制原理圖和PCB板，我投入了相當(dāng)多的精力，為了了解硬件電路設(shè)計(jì)中涉及到的每個(gè)元器件的參數(shù)，了解單片機(jī)資源的配置以及單片機(jī)的各種指令的應(yīng)用，我從圖書館和網(wǎng)上查閱了大量的資料。這次設(shè)計(jì)讓我熟悉了Altium Designer及單

101、片機(jī)下載編寫等軟件的應(yīng)用，并回顧了《模擬》《數(shù)字》《單片機(jī)》《高頻》等學(xué)過的知識(shí)。本次設(shè)計(jì)，我是一步一步摸索學(xué)習(xí)中完成的，讓我學(xué)到了好多知識(shí)，受益匪淺。</p><p>　　四年的本科學(xué)習(xí)生活即將結(jié)束，在論文完成之際，我衷心地感謝在這四年的學(xué)習(xí)和生活中培養(yǎng)過我、幫助過我以及在論文寫作期間給予指導(dǎo)和支持的所有老師和同學(xué)。</p><p>　　衷心感謝我的導(dǎo)師xx老師。整個(gè)設(shè)計(jì)過程謝老師對(duì)我們

102、進(jìn)行面對(duì)面指導(dǎo)，詢問設(shè)計(jì)的進(jìn)展，并過程遇到的問題進(jìn)行悉心指導(dǎo)。謝老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和淵博的知識(shí)讓我學(xué)到了好多，使我有明確的設(shè)計(jì)思路和正確的學(xué)習(xí)方法，培養(yǎng)了我獨(dú)立學(xué)習(xí)的能力。</p><p>　　剛開始設(shè)計(jì)時(shí)，由于對(duì)設(shè)計(jì)的項(xiàng)目了解的不多，我參考了大量的教材及中英文專業(yè)資料，期間得到了xx老師的熱心指導(dǎo)和同學(xué)們的幫助，在此我對(duì)給予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W(xué)表示衷心地感謝。</p><p>　　附 錄1

103、 電路原理圖</p><p>　　附 錄2 各模塊程序</p><p>　　ADPORT EQU 7FF8H ;ADC0809通道0地址</p><p>　　△U EQU 20H ;靈敏度存放在20H</p><p>　　U0 EQU 21H

104、 ;基準(zhǔn)電壓存放在21H</p><p>　　U EQU 22H ;差值存放在22H</p><p>　　ORG 0000H ;主程序起始地址</p><p>　　LJMP MAIN ;轉(zhuǎn)主

105、程序</p><p>　　ORG 0013H ;INT1中斷服務(wù)程序入口</p><p>　　LJMP INT1 ;轉(zhuǎn)NITI中斷服務(wù)程序</p><p>　　ORG 0020H ;</p><p&

106、gt;　　MAIN：MOV SP，#60 ;設(shè)置堆棧指針</p><p>　　MOV 20H，#N ;放入靈敏度值(設(shè)靈敏度值為N)</p><p>　　MOV R7，#FFH ; R7=1111111 ;初始化讀數(shù)標(biāo)志</p><p>　　MOV 21H，

107、00H ;21H單元清零</p><p>　　MOV 22H，00H ;22H單元清零</p><p>　　MOV Rl， #3OH ;R1為緩沖區(qū)數(shù)據(jù)地址指針，送</p><p><b>　　數(shù)據(jù)緩沖區(qū)首址</b><

108、;/p><p>　　RET ;</p><p>　　2．中斷服務(wù)程序 </p><p>　　AD: SETB IT1 ;當(dāng)ADC0809的EOC輸出電平上</p><p><b

109、>　　跳沿觸發(fā)中斷1</b></p><p>　　SETB EA ；打開總中斷開關(guān)(片內(nèi)中斷允</p><p>　　許寄存器IE.7=EA)</p><p>　　SETB EX1 ;允許外中斷1中斷</p><p