金屬探測器學士學位論文

1、.金屬探測器論文摘要金屬探測器是專門用于檢測金屬的儀器，廣泛應用于工業(yè)生產、安檢、娛樂等領域。利用新原理，設計了一種基于單片機的手持式金屬探測器，可用于檢測人攜帶的金屬物品，如刀、筆，甚至是煙盒的鋁薄。便攜且易于使用。本文設計的金屬探測器是根據(jù)電磁感應原理制作的。當將金屬置于變化的磁場中時，根據(jù)電磁感應原理，金屬部分會產生渦流，渦流產生的磁場又會影響原來的磁場。變化可以轉換為頻率和幅度的變化，以供相關電路檢測。正弦波由電容三點振蕩電路產生，經過放大整形后送入單片機，單片機檢測其頻率的變化。當遇到金屬時，原本由電磁感應原理建立的振蕩會受到影響，頻率會發(fā)生變化，單片機檢測到這種變化后會報警。AT8

2、9S52管理的液晶顯示器和鍵盤組成的外圍數(shù)據(jù)處理顯示模塊的通信。前端檢測到的數(shù)據(jù)經過再處理分析，結果顯示在液晶屏上，前端的檢測精度可以通過鍵盤進行設置。本文完成了系統(tǒng)整體框架的設計，完成了軟硬件的設計與聯(lián)調。實驗證明該原理的應用，探測器設計制造成功，硬件電路設計加工良好，軟件編程正確，完成了操作功能。該探測器性能穩(wěn)定可靠，制造工藝改進后適用于野外、家庭和特殊場所的應用，具有應用價值、經濟效益和社會效益。關鍵詞：金屬檢測；電磁感應原理；單片機；渦流；振蕩電路摘 要金屬探測器是專為探測金屬設備而設計的，廣泛應用于工業(yè)生產、安防、娛樂等領域。手持式金屬探測器是基于單片機，基于新原理設計的，它可以探測

3、人攜帶的金屬物品，如刀、筆，甚至是煙盒中的鋁薄。它便攜且易于使用。的金屬探測器是根據(jù)電磁感應原理設計制造的。將金屬置于可變磁場中，根據(jù)電磁感應原理，金屬內部會產生渦流，渦流產生的磁場又會影響原始磁場，在相關電路中可以將其轉換為頻率和幅度的變化進行測試。三點振蕩電路由電容產生正弦波，經過放大整形，進入單片機，單片機檢測頻率變化。當有金屬物體存在時，原來設置的振蕩會受到電磁感應的影響，頻率會發(fā)生變化，MCU檢測到變化后會報警。本款金屬探測器設計接口，可與外圍系統(tǒng)進行通訊，并實現(xiàn)顯示模塊的通訊和由AT89S52管理的液晶顯示器和鍵盤組成的外圍數(shù)據(jù)處理?？蓪η岸藱z測到的數(shù)據(jù)進行再處理和分析。 ，在液晶

4、屏上顯示結果，并可以通過鍵盤在前面設置檢測到的進度。本文根據(jù)設計原則和要求，完成了系統(tǒng)總體框架的設計，完成了六項硬件設計和總體制作，完成了軟件設計和編程，實現(xiàn)了金屬探測器測量、動態(tài)顯示等功能。測試結果和數(shù)據(jù)的輸出，完成軟硬件協(xié)同調試和參數(shù)測量。這篇文章基本達到了設計和生產的預期目標，并規(guī)劃了后期的開發(fā)。關鍵詞：金屬探測器；電磁感應;單片機；渦流；振蕩電路.目錄 TOC o 1-3 u 1 簡介 PAGEREF _Toc289671849 h 11.1 研究背景及研究意義 PAGEREF _Toc289671850 h 11.1.1 開發(fā)過程 PAGEREF _Toc289671851 h 11

5、.1.2 研究意義 PAGEREF _Toc289671852 h 21.1.3 主要應用場所 PAGEREF _Toc289671853 h 21.2 研究現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc289671854 h 31.3 主要研究內容及成果特點 PAGEREF _Toc289671855 h 51.3.1 主要研究內容 PAGEREF _Toc289671856 h 51.3.2 成就特點 PAGEREF _Toc289671857 h 51.4 論文結構安排 PAGEREF _Toc289671858 h 62 整體設計 PAGEREF _Toc289671859 h 72.1 金屬檢測的理

6、論基礎 PAGEREF _Toc289671860 h 72.2 傳感器原理 PAGEREF _Toc289671861 h 82.2.1 渦流傳感器的工作原理 PAGEREF _Toc289671862 h 82.2.2 基本功能 PAGEREF _Toc289671863 h 92.2.3 渦流形成 PAGEREF _Toc289671864 h 102.2.4 低頻透射型渦流厚度傳感器 PAGEREF _Toc289671865 h 122.3 基礎知識 PAGEREF _Toc289671866 h 122.3.1 節(jié)拍檢測電路 PAGEREF _Toc289671867 h 122.

7、3.2 自激感應檢測電路 PAGEREF _Toc289671868 h 132.3.3 能耗型（功率吸收型）檢測電路 PAGEREF _Toc289671869 h 142.4 基于單片機 PAGEREF _Toc289671870 h 15的金屬探測器設計方案2.5 同類產品比較 PAGEREF _Toc289671871 h 162.5.1 MD-898K 金屬探測器 PAGEREF _Toc289671872 h 162.5.2 霍爾數(shù)字金屬探測器 PAGEREF _Toc289671873 h 162.6 系統(tǒng)設計 PAGEREF _Toc289671874 h 182.6.1 硬件

8、電路設計 PAGEREF _Toc289671875 h 182.6.2 軟件架構設計 PAGEREF _Toc289671876 h 193 硬件單元電路設計 PAGEREF _Toc289671877 h 213.1 振蕩電路設計 PAGEREF _Toc289671878 h 213.2 放大電路和脈沖轉換電路 PAGEREF _Toc289671879 h 223.3 單片機系統(tǒng) PAGEREF _Toc289671880 h 233.4 外圍設置及顯示系統(tǒng) PAGEREF _Toc289671881 h 244 軟件模塊設計 PAGEREF _Toc289672116 h 294.1

9、 前端軟件設計 PAGEREF _Toc289672117 h 294.2 外設數(shù)據(jù)處理與顯示模塊設計 PAGEREF _Toc289672118 h 325 實施和性能分析 PAGEREF _Toc289672119 h 355.1 硬件電路的焊接與調試 PAGEREF _Toc289672120 h 355.1.1 振蕩電路的焊接與調試 PAGEREF _Toc289672121 h 355.1.2 放大電路和脈沖轉換電路的焊接調試 PAGEREF _Toc289672122 h 365.1.3 MCU系統(tǒng)焊接調試 PAGEREF _Toc289672123 h 375.1.4 外圍數(shù)據(jù)處

10、理與顯示模塊的焊接與調試 PAGEREF _Toc289672124 h 385.2 軟件模塊的調試與集成 PAGEREF _Toc289672125 h 405.2.1 前端金屬檢測模塊調試與集成 PAGEREF _Toc289672126 h 405.2.2 外圍數(shù)據(jù)處理與顯示模塊的調試與集成 PAGEREF _Toc289672127 h 425.3 系統(tǒng)性能分析 PAGEREF _Toc289672128 h 445.3.1 參考頻率確定方法的優(yōu)缺點分析 PAGEREF _Toc289672129 h 445.3.2 金屬檢測精度 PAGEREF _Toc289672130 h 445

11、.3.3 金屬檢測功能測試 PAGEREF _Toc289672131 h 456 結論與展望 PAGEREF _Toc289672132 h 476.1 結論 PAGEREF _Toc289672133 h 476.2 未來工作展望 PAGEREF _Toc289672134 h 48至 PAGEREF _Toc289672135 h 49參考 PAGEREF _Toc289672136 h 50附錄 PAGEREF _Toc289672137 h 52附錄 1 系統(tǒng)物理圖 PAGEREF _Toc289672138 h 52附錄二 系統(tǒng)整體電路圖 PAGEREF _Toc289672139

12、 h 54附錄三 防抖鍵盤處理源程序 PAGEREF _Toc289672140 h 56附錄 4 前端金屬檢測部分源碼程序 PAGEREF _Toc289672141 h 59附錄五 周邊金屬檢測精度設置源程序 PAGEREF _Toc289672142 h 64.1 簡介1.1研究背景及研究意義金屬探測器是專門用于探測金屬的儀器。除了探測帶有金屬外殼或金屬部件的礦井外，它還可以用于探測隱藏在墻壁、埋地水管和電纜中的電線，甚至可以探測地下寶藏。 ，發(fā)現(xiàn)埋在地下的金屬物體。目前還廣泛應用于各種大型會議中心、展覽場館管理、體育場館管理和公安檢查、監(jiān)獄系統(tǒng)和娛樂場所的安全檢查、工廠和企業(yè)的防盜檢查

13、，甚至是對違禁物品的檢查。高考。1.1.1發(fā)展歷程早在二戰(zhàn)期間的1940年代，軍方出于戰(zhàn)爭的需要，就使用金屬探測器探測地雷。作為探雷器，由于軍隊的需要，金屬探測器在接下來的20年里并沒有得到很大的技術發(fā)展和應用領域的擴展。世界上第一臺工業(yè)金屬探測器誕生于1960年。第一臺進入工業(yè)時代的金屬探測器主要應用于工礦行業(yè)，是檢查礦物純度和提高效率的得力助手。隨著社會的發(fā)展，刑事案件的數(shù)量也在不斷上升，金屬探測器被引入了一個新的應用領域安檢，這就是今天使用的金屬探測門的雛形。它的出現(xiàn)，意味著人類對安全有了更好的理解。已進入新時代。 1970年代，隨著航空業(yè)的飛速發(fā)展，劫機和危險事件的發(fā)生逐漸引起航空和機

14、場安全的重視。因此，在眾多機場設備中，金屬探測門在檢查違禁物品方面發(fā)揮了重要作用。同時，由于機場安檢中金屬探測門的出現(xiàn)，金屬探測門已經開始應用于大型游戲、展覽和政府安檢工作。1980年代，監(jiān)獄暴力案件呈線性上升趨勢。如何及早預防和預防暴力案件的發(fā)生，成為監(jiān)獄管理的重中之重。在依靠警力加強對犯人管理的同時，金屬探測門再次成為美國、英國、比利時等發(fā)達國家監(jiān)獄管理機構必備的安檢設備；與此同時，西方興起的“尋寶熱”也讓金屬探測器有了長足的發(fā)展。1990年代，迅速升溫的電子制造業(yè)成為這個時代的寵兒。為減少產品損失，結束員工與公司之間的尷尬局面，大型電子企業(yè)相繼采用金屬探測門和手持式金屬探測器。 , 作為

15、管理員工行為、減少產品損失的利器，金屬探測器在產品防盜方面有了新的作用。1.1.2意義“ 9.11 ”事件后，反恐已成為國際社會的重要話題。猖獗的爆炸案和恐怖活動使恐怖分子成為各部門的重點打擊對象。此時，國際社會的“安全防護”意識也提升到了一個新的高度。受“ 9.11 ”事件影響，各行各業(yè)都加強了安保工作的部署，金屬探測器也成功滲透到公共娛樂等行業(yè)。但此時，簡單的通道式金屬探測門已不能完全滿足安檢要求。安檢人員需要的是一款能夠準確判斷物品藏匿位置的安檢產品。因此，多位置金屬檢測技術應運而生。它的誕生是金屬探測器歷史上的又一次變革。它已經從單一的磁場分布轉變?yōu)橄嗷クB加、相對獨立的多個磁場。根據(jù)人

16、體工學，將人體分成多個部分對應人體，相應的部分在金屬探測門上形成相對的區(qū)域，使金屬探測門具有報警定位功能。高考和各種認證考試莊嚴神圣，一些不法分子利用高科技技術作弊并從中獲利。為防止考場作弊，根據(jù)國務院頒布的公安和單位和部門治安保護條例，高考監(jiān)考人員使用金屬探測器符合相關規(guī)定。1.1.3主要應用場所金屬探測器大致分為四種：1) 工業(yè)金屬探測器它安裝在冶金、燒結、水泥、玻璃、造紙、化工、卷煙等廠礦生產線的自動輸送帶上，用于檢測礦石、煙草等原料中混入的廢金屬，保護破碎機免受損壞17 .2) 安全金屬探測器隨著交通、旅游、金融、娛樂的發(fā)展，在機場、銀行、珠寶店和珠寶制造廠、貴金屬礦山、貴金屬加工廠等

17、，都需要對通行人員進行檢測，以免貴重物品丟失和危險品除外。 、槍支等48 。3) 生命金屬探測器隨著人們生活水平的提高，吃、穿、住、行越來越受到重視。在食品加工、食品包裝、服裝生產、紡織產品、木材加工等方面，需要檢測加工過程或出廠的產品是否含有細小的金屬顆粒。或者金屬碎屑，是否符合國際食品技術委員會HACCP（危害分析和關鍵控制點）基本準則的相應要求，以防止對人們的生命造成不必要的傷害22 。隨著城市的發(fā)展，地下管線越來越多。在沒有一些原始數(shù)據(jù)的情況下，金屬探測器可以幫助我們找出它們的趨勢。隨著人們生活條件的提高，房間裝修成為必修課，人們會根據(jù)自己的需要對原有的水電線路進行改造和增加。然而，這

18、樣的埋墻線或管道沒有圖紙和標簽。如果電鉆在后期安裝中碰到電線和水管，輕的會造成麻煩和損失，重的會危及人身安全。有必要用金屬探測器找出位置。有些人有探索秘密的夢想和熱情。他們在野外有金屬探測器。就算沒有找到寶物，也可以鍛煉身體，滿足好奇心。4）軍用金屬探測器在現(xiàn)代局部戰(zhàn)爭中，人們埋下了數(shù)億枚地雷。只有使用軍用金屬探測器對這些地雷進行調查和銷毀，才能保證居民的生命財產安全。1.2研究現(xiàn)狀金屬探測器按功能和市場應用可分為以下幾種：通道式金屬探測器（簡稱安檢門）；手持式金屬探測器2829 ；便攜式金屬探測器；臺式金屬探測器；工業(yè)金屬探測器；水下金屬探測器4 。金屬探測器基于電磁感應原理工作。根據(jù)工作方

19、法，有：LC 振蕩型有 3 種類型23 。脈沖感應式；VLF（甚低頻）連續(xù)波形；其中，LC振蕩型主要用于小目標的近距離探測，已經很少使用。目前廣泛使用的金屬探測器主要是脈沖感應式和甚低頻連續(xù)波式。脈沖感應式和連續(xù)波式金屬探測器都是通過檢測被測金屬的感應電流產生的二次磁場來判斷被測金屬的存在和類型。脈沖感應金屬探測器的探測波形是隨時間呈指數(shù)衰減的波形。由于脈沖感應檢測波形的特殊性，在很大程度上限制了數(shù)字信號處理技術在脈沖感應金屬檢測機中的應用。VLF 連續(xù)波型的檢測波形是具有特定相位滯后的正弦波。目前適用于甚低頻連續(xù)波類型的數(shù)字信號處理算法有很多。連續(xù)波金屬探測器具有廣闊的發(fā)展前景。在甚低頻連續(xù)

20、波金屬探測器中，接收線圈上的感應電壓主要受介質磁導率的影響。鐵磁物質的磁導率很高，即1，如鑄鐵為200400。非鐵磁物質的磁導率約等于真空中的磁導率，有些非鐵磁物質小于1。例如，銅和銀的相對磁導率分別為0.99990和0.999974。一些 1 的非鐵磁性物質，例如鉑，其相對磁導率為 1.00026。當鐵磁材料靠近線圈時，線圈之間的介質磁導率過大，接收線圈上的感應電壓顯著增加。當小于1的非鐵磁性材料（如銅和銀）接近線圈時，線圈間介質的磁導率降低，接收線圈上的感應電壓值降低。當大于 1 的非鐵磁性材料（如鉑）接近線圈時，線圈間介質的磁導率增加，接收線圈上感應電壓的電壓幅值略有增加4 。在技術進步

21、的前提下，今天的金屬探測器能夠勝任比以往更多、更復雜的工作?？傮w而言，當今金屬探測器最顯著的兩個技術特征已經出現(xiàn)。其中之一是金屬探測器的聯(lián)網(wǎng)能力。通過這項技術，人們可以在任何地方連接金屬探測器，維修儀器，分析通過的人流，并根據(jù)公共安全質量或威脅大小調整金屬探測器的工作靈敏度。所有這些都可以在遠處完成。金屬探測器的另一個技術進步是分段限時技術的出現(xiàn)。 EIPaso、CeiaUSA、Ranger & Metorex等世界上幾家著名的金屬探測器制造商都在這項研發(fā)上投入了可觀的資金。它利用探測器側面或其他儀表板的燈光來指示或顯示金屬物體在人體中的大致位置，可用于法院等不內容聲音的地方，雖然音量探測器關

22、閉，但它仍然顯示并提醒操作員何時何地存在金屬物體。金屬探測器可以與門禁讀卡器等其他門禁設備集成。銀行業(yè)是該接入集成設施的最大客戶。 CeiaUSA董事長ScootDennision不久前表示，他們公司已經開始為美國幾家主要銀行安裝一體式金屬探測器。他們正在使用雙門系統(tǒng)，內容銀行或其他機構在打開第二扇門之前確定進入的人是否攜帶槍支等物品。在該系統(tǒng)中，金屬探測器集成了CA TV、對講系統(tǒng)、門禁等安全手段。并且金屬探測器也可以獨立地與訪問控制集成。 CeiaUSA開發(fā)了一項新技術，可以在人通過金屬探測器時自動刷卡，不僅可以檢測人是否攜帶武器，還可以進行讀寫驗證以確定該人是否被合法內容進入網(wǎng)站。該產品

23、名為 MET 卡，于去年 9 月在美國推出。在近傳無線電技術的幫助下，它可以讓工人解放雙手，避免手持勞動的痛苦。系統(tǒng)在讀卡的基礎上，可以根據(jù)工作性質和對象，調整安全報警信號的閾值。對于法律內容持有槍支的警察，系統(tǒng)將自動使警報脫敏；對于下一個正常人通過探測器，金屬探測器將自動增加或調整警報靈敏度。 MET卡也可以安裝在門框上作為跟蹤裝置，防止貴重物品丟失和被盜26 。以上是金屬探測器的最新情況。經過40多年的發(fā)展，金屬探測器在技術上取得了數(shù)次飛躍。人類已經進入了數(shù)字時代，金屬探測器也順應了這個時代的現(xiàn)狀。無論是網(wǎng)絡化金屬探測器還是接入集成技術，都需要強大的數(shù)字電路對信息進行分析處理，進行傳輸控制

24、。因此，在此前提下設計的數(shù)字金屬探測器是符合時代發(fā)展和需要的。本金屬探測器是基于單片機的數(shù)字金屬探測器。對金屬的判斷和報警均在數(shù)字單片機中完成，擴展性強。加入外圍功能電路后，還可以實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)和訪問。一體化。1.3 主要研究內容與成果金屬探測器的工作原理很簡單，就是利用電磁感應原理，讓交流電通過感應線圈，產生快速變化的磁場，在被檢測的金屬物體中產生渦流3 。渦流反過來影響原始磁場，導致探測器報警。1.3.1主要研究內容根據(jù)本課題工作的實際背景，研制了一種質優(yōu)價廉的金屬檢測設備。重點研究和解決以下問題：1）原理分析收集金屬探測器原理和產品數(shù)據(jù)，整理、分析和利用金屬探測器數(shù)據(jù)。2) 完成系統(tǒng)設計根據(jù)實

25、測結果和可行性分析，設計了系統(tǒng)的總體框架，初步假設檢測信號由LC三點振蕩產生正弦波，經放大、濾波、整形后產生所需的信號。系統(tǒng)檢測信號具有良好的抗干擾性能。3) 完成硬件方案的設計和制作硬件設計涉及：LC振蕩器、放大器、濾波器、中斷定時、單片機電路、輸出電路（報警或顯示）六部分。4) 軟件解決方案設計完成軟件設計需求：測量功能、測試結果動態(tài)顯示、數(shù)據(jù)輸出功能。5) 系統(tǒng)聯(lián)調及參數(shù)測試完成軟硬件聯(lián)調，進行參數(shù)測量。1.3.2成就特點本課題的關鍵技術在于信號的檢測、傳輸和軟件識別，以及實現(xiàn)方法的探討。目前，這些在金屬探測器領域都有值得探索的知識點，而我國在這方面的技術上還是一個空白。學科涉及傳感器技

26、術、通信技術、單片機和C語言編程等，具有一定的綜合性和復雜性。本文完成的設計將努力實現(xiàn)以下特點： 必須有足夠高的靈敏度來檢測滿足精度要求的金屬雜質；必須具有足夠高的穩(wěn)定性，能夠抵抗各種外部環(huán)境的干擾，并且易于維護； 快速完成檢測數(shù)據(jù)的采集、處理、顯示、存儲、標記等任務；具有良好的人機對話界面，可靈活修改參數(shù)，并具有記憶功能；易于擴展，具有較好的靈活性。1.4 論文結構第一章簡介討論金屬探測器的發(fā)展歷史、應用場所和研究現(xiàn)狀，分析本課題的研究內容和成果。第二章總體設計首先討論了金屬探測的原理，然后對金屬探測儀的設計進行了論證。通過對主流技術方案的介紹和分析，提出了一種基于單片機的設計方案，并簡要說

27、明了其可行性。同時提出了硬件單元的電路設計和軟件結構。設計。第三章硬件系統(tǒng)設計了硬件單元電路的具體設計。第四章軟件系統(tǒng)設計介紹軟件的具體設計。第五章實施與性能分析介紹了硬件單元電路實現(xiàn)設計系統(tǒng)的軟件設計與實現(xiàn)、調試過程，并分析了參考頻率確定方法的優(yōu)缺點。第六章總結與展望了金屬探測器的總體設計，并提出了改進措施。2 整體設計金屬探測器是專門用于探測金屬的儀器。除了探測帶有金屬外殼或金屬部件的地雷外，它還可以用于探測隱藏在墻壁、埋地水管和電纜中的電線，甚至探測地雷。地下尋寶，找到埋在地下的金屬物品。金屬探測器誕生至今已有40年。金屬探測器經歷了幾代金屬探測的變革，從最初的信號模擬技術到連續(xù)波技術再

28、到今天的數(shù)字脈沖技術。金屬探測器的簡單磁場切割原理 引入多種技術成果。無論是靈敏度、分辨率、檢測精度還是工作性能，都實現(xiàn)了質的飛躍，應用領域也隨著產品質量的提高延伸到多個行業(yè)27 。2.1 金屬檢測的理論基礎金屬探測器利用線圈的電磁感應原理來探測金屬。對于如圖 2-1 所示半徑為 R 的單匝圓形電感線圈，當通過交流電I=時，線圈周圍的空間會產生 根據(jù) Biot-Savart 定律，交變磁場D 可以計算線圈中心軸上某點的磁感應強度 B 為：(2-1)其中，是介質的磁導率，是相對磁導率，是真空磁導率。圖 2-1 環(huán)形載流導線的磁場19由式(2-1)可知，當線圈有效檢測到沒有金屬物體時， (非金屬的

29、相對磁導率)，線圈中心的磁感應強度B保持不變。當線圈的有效檢測區(qū)域內有鐵磁性金屬物體時，由于鐵磁性金屬的相對磁導率，磁感應強度B也會隨著增加而增加。當線圈的有效檢測區(qū)域內有非鐵磁性金屬物體時，由于非鐵磁性金屬的相對磁導率，磁感應強度B也會隨之降低?？梢娊饘俚某霈F(xiàn)會改變介質的磁導率，從而引起線圈周圍的磁感應強度發(fā)生變化。另一方面，置于交變磁場中的金屬導體會產生自閉合渦流，渦流會產生與外磁場方向相反的附加磁場線圈磁場的變化。金屬的導電率越大，通過線圈的交流電的頻率越大，渦流強度越大，對原磁場的抑制作用越強。由以上分析可知，當通電線圈平面附近有金屬物體時，無論是介質磁導率的變化還是金屬的渦流效應，磁

30、感應強度的變化可以引起強度 B。本設計就是基于上述理論，尋找合適的傳感器來感應金屬的出現(xiàn)引起的線圈磁場的變化，并將磁場信號的變化轉化為電信號的變化，所以以實現(xiàn)對單片機的控制。2.2傳感器原理根據(jù)法拉第電磁感應原理，當大塊金屬導體置于變化的磁場中或磁力線在磁場中移動時，導體會產生渦旋狀的感應電流，稱為渦流，而上述現(xiàn)象稱為渦流效應。 .根據(jù)渦流效應制成的傳感器稱為渦流傳感器。根據(jù)渦流在導體中的滲透程度，傳感器可分為高頻反射型和低頻透射型兩種，但基本工作原理還是類似的。渦流傳感器的最大特點是可以對位移、厚度、表面溫度、速度、應力、材料損傷等進行非接觸式連續(xù)測量。此外，它還具有體積小、靈敏度高、范圍廣

31、等特點。頻率響應，并被廣泛使用。2.2.1渦流傳感器的工作原理渦流傳感器原理圖如圖2-2所示。圖中由傳感器線圈和被測導體組成線圈-導體系統(tǒng)。 根據(jù)法拉第定律，當傳感器線圈通有正弦交流電I1時，線圈周圍的空間必須產生一個正弦交變磁場H1 ，從而使置于該磁體中的金屬導體感應出渦流I2。場， I2產生一個新的交變磁場。 H2。根據(jù)楞次定律， H2 的作用會抵消抗原磁場 H1 ，導致傳感器線圈的等效阻抗發(fā)生變化。由上可知，線圈阻抗的變化完全取決于被測金屬導體的渦流效應。渦流效應不僅與被測體的電阻率和磁導率有關，還與幾何形狀、線圈的幾何參數(shù)、線圈中勵磁電流的頻率以及兩者之間的距離x有關。線圈和導體。因此

32、，當傳感器線圈受到渦流影響時，等效阻抗Z的函數(shù)關系為：圖2-2 傳感器示意圖19Z=F ( , , r, f, x )式中： r線圈與被測體的尺寸系數(shù)。 如果上式中其他參數(shù)保持不變，而只改變其中一個參數(shù)，則傳感器線圈阻抗Z只是該參數(shù)的單值函數(shù)。通過裝有傳感器的測量電路測量阻抗Z的變化，可以實現(xiàn)參數(shù)的測量。2.2.2基本功能渦流傳感器的簡化模型如圖 2-3 所示。模型中，被測金屬導體上形成的渦流相當于一個短路環(huán)，即假設渦流僅分布在環(huán)體內，模型中的 h 由下式求得公式：(2-2)式中： f線圈勵磁電流的頻率。 根據(jù)簡化模型，可畫出如圖2-4所示的等效電路圖。圖中， R2為渦流短路環(huán)的等效電阻，其表

33、達式為：(2-3)圖 2-3 渦流傳感器簡化模型 圖 2-4 渦流傳感器等效電路根據(jù)基爾霍夫第二定律，可以列出以下方程：R1 +j L1 -j L2 =式中： 線圈勵磁電流的角頻率； R1 、 L1線圈電阻和電感； L2短路回路等效電感； R2短路環(huán)的等效電阻。Z的表達式為：(2-4)Req受渦流影響的線圈等效電阻； Leq線圈受渦流影響后的等效電感。 Q值為Q=綜上所述，根據(jù)渦流傳感器的簡化模型和等效電路，利用電路分析的基本方法得到的方程就是渦流的基本特性。2.2.3渦流形成1）渦流的徑向形成線圈-導體系統(tǒng)既是線圈和導體之間距離x的函數(shù)，也是沿線圈半徑的r的函數(shù)。當x為常數(shù)時，渦流密度J與半

34、徑r的關系如圖 2-5 所示。從圖中可以看出，金屬導體表面的渦流密度是渦流密度的最大值。 Jr 是金屬導體表面在半徑r處的渦流密度。渦流形成的半徑約為傳感器線圈外徑ras的1.8 2.5倍，分布不均。 在短路環(huán)半徑r=0處渦流密度為零。 圖2-5 渦流密度J與半徑r的關系19 渦流的最大值在r=ras 附近的狹窄區(qū)域。 ras （ ras= （ ri+ra ） /2 ）的短路環(huán)來統(tǒng)稱為散射渦流（圖中陰影部分）。2 ）渦流強度與距離的關系理論分析和實驗都證明，當x變化時，渦流密度發(fā)生變化，即渦流強度隨著距離x的變化而變化。根據(jù)線圈-導體系統(tǒng)的電磁作用，可以得到金屬導體表面的渦流強度：I1線圈勵磁

35、電流；I2金屬導體中的等效電流；x線圈到金屬導體表面的距離；ras -線圈的外徑。分析表明：與距離x 呈非線性關系，并隨著x/ras 的增加而迅速減小。 使用渦流傳感器測量位移，只有在x/ras1（通常為0.05到0.15）的范圍內才能獲得更好的線性度和更高的靈敏度。2.2.4低頻透射式渦流厚度傳感器圖 2-6 為透射式渦流厚度傳感器的結構示意圖。發(fā)射傳感器線圈L1布置在被測金屬上方，接收傳感器線圈L2布置在被測金屬板下方。當向L1施加低頻電壓U1時，在L1上產生交變磁通 1 。如果兩個線圈之間沒有金屬板，則交變磁場直接耦合到L2 ， L2產生感應電壓U2 。如果將被測金屬板放在兩個線圈之間，

36、 L1線圈產生的磁通量會導致金屬板中產生渦流。此時，磁場能量損失，到達L2的磁通減弱為l ，使L2產生的感應電壓U2下降。金屬板越厚，渦流損耗越大，U2電壓越小。因此，根據(jù)U2電壓的大小，可以知道被測金屬板的厚度。透射式渦流厚度傳感器的檢測范圍可達1 100 mm，分辨率為0.1 m ，線性度為1% 。圖2-6 透射式渦流厚度傳感器結構示意圖2.3 基本原則2.3.1節(jié)拍檢測電路跳動金屬探測器的框圖如圖 2-7 所示。頻率為f1的振蕩頻率、頻率為f2的參考頻率、混頻器、濾波器、放大器、輸出電路（報警或圖示）由六部分組成。它包括兩個振蕩器頻率。頻率經混頻器處理后得到(f1+f2)和(f1-f2)

37、，再經高頻濾波器濾波得到所需的差頻信號，經放大器放大。直接連接到輸出電路。檢測振蕩器的振蕩頻率：f1= (2-5)圖2-7 拍頻電路框圖18由上式可知，振蕩電路的參數(shù)確定后，振蕩頻率與電感L和恒電容C有關，而電感的增減則與振蕩電路的性質和大小有關。被測物體。當被檢測物體為鐵磁材料時，由于導磁率高，檢測線圈總電感增大，變?yōu)長+ ；當被檢測物體為非磁性材料的金屬時，由于金屬物體的渦流損耗，檢測線圈的電感增加。數(shù)量減少，變?yōu)長- ，一般情況下，它們的大小取決于被檢測物體的性質和形狀。參考振蕩器的振蕩頻率f2略大于f1，f1和f2在混頻器中混合得到兩個頻率，即( f1 + f2 )和( f2-f1 )

38、 。然后通過濾波器選擇所需的差頻信號（ f2-f1 ）送入放大器，經放大后輸出，以促進光顯或聲音報警。最初的軍用探雷器就是按照這個原理工作的。2.3.2自激感應檢測電路自激振蕩金屬探測器大多采用LC振蕩器作為金屬物體的探測電路，廣泛應用于工廠或礦山。其檢測電路框圖如圖 2-8 所示。圖2-8 自激感應電路框圖18檢測線圈安裝在輸送礦石或其他物料的傳送帶上，作為振蕩振蕩電路的電感。由于廣泛應用于冶金礦山，要求該振蕩器對磁性礦石的影響有一定的抑制作用，對弱磁性錳鋼零件有一定的檢測靈敏度。振蕩器在正常情況下輸出恒幅交流電壓，檢測后為恒幅直流電壓，因此輸出差分信號為零。當金屬物體通過線圈時，振蕩信號的

39、幅值減小后恢復，檢測到的直流電壓產生減小的波動。經微分電路微分后，輸出一個脈沖信號。脈沖信號經放大器放大后，推動繼電器動作，輸出觸點信號控制金屬物體清除裝置，并顯示或報警。2.3.3能耗型（功率吸收型）檢測電路門框金屬探測器屬于這一類。它可以區(qū)分金屬的性質和大小，可以對被監(jiān)控的物體進行連續(xù)監(jiān)測，并對預定的物體發(fā)出預警。不同于總則金屬探測器，它是多頻的。門框金屬探測器由四部分組成：勵磁電路、勵磁線圈、信號測量和處理電路、指示和報警電路。根據(jù)電磁場理論，發(fā)射線圈產生的交變磁場在兩個差動連接的接收線圈中產生同頻、反相、等幅的感應電動勢，兩者抵消形成接收平衡。當含有金屬雜質的產品通過傳感器時，由于產品

40、的進入，線圈周圍的磁場發(fā)生變化，在接收線圈處檢測到由磁場變化引起的電壓差，高頻干擾信號經濾波電路濾除，將所需的低頻電壓信號送到相應的顯示和報警電路信號，使之動作。平衡探測器的另一個特點是它的傳感器部分比其他類型的傳感器多使用一個平衡補償線圈。根據(jù)以往的設計經驗，電子元件具有一定的使用壽命和工作范圍。工作環(huán)境復雜時，容易受到外界干擾，無法按正常特性工作。當傳感器的接收信號因外部干擾而發(fā)生較大變化時，檢測信號必然受到影響。根據(jù)自動控制理論中的閉環(huán)負反饋控制原理，為保證輸出信號減少受外界干擾，需要增加對自身輸入信號的補償，所以這里增加了一個補償線圈。如圖 2-9 所示。補償線圈的信號來源于我們檢測信

41、號的直流分量，與接收線IN的信號形成負反饋閉環(huán)系統(tǒng)。圖2-9 平衡檢測電路框圖18圖2-10是接收線圈側的結構示意圖。它的優(yōu)點是接收線圈采用兩條路徑，一條用于輸出，一條用于平衡調整。圖2-10 接收線圈一側結構示意圖通過以上分析可以看出，平衡檢測電路的工作特性更加穩(wěn)定，可以有效去除外界的電磁干擾或振動、碰撞引起的磁場變化帶來的干擾。這個方案還有其他比較有特色的地方，以后會在硬件部分進一步闡述。2.4 基于單片機的金屬探測器設計方案金屬探測器的設計方案根據(jù)其應用而有所不同。在此，介紹兩種在此設計和應用中先進的金屬檢測設計方案，并與我們的設計方案進行比較，以突出彼此的優(yōu)缺點。正如評論中提到的，數(shù)字

42、金屬探測器的設計符合時代的發(fā)展。本設計要完成的任務是實現(xiàn)一種基于單片機的手持式金屬探測器。其模型如圖2-11所示。可以看出它由高頻振蕩、信號放大、脈沖轉換和信號處理與報警四部分組成。下面簡要討論以下模塊的功能。乍一看，它在結構上與這次設計的金屬探測器非常相似，但實際上它們之間有著本質的區(qū)別。首先，兩者在設計思維上完全不同，1) 高頻振蕩這部分是金屬檢測的基礎。金屬探測器的原理是：將金屬物體置于變化的磁場中時，金屬部分會產生渦流，渦流產生的磁場會影響原始磁場。高頻振蕩部分的首要任務是產生變化的磁場，該磁場常由LC振蕩電路組成。其次，遇到金屬后，由于金屬部分存在渦流，其磁場會影響原有磁場，使原有振

43、蕩電路的幅值和周期發(fā)生變化。這個變化經過轉換后致給單片機，單片機中有相應的程序對其進行分析判斷。2) 放大電路振蕩電路產生的正弦波信號幅度比較小，需要放大后再處理。3）脈沖轉換電路這是該設計方案所獨有的。它是實現(xiàn)金屬檢測數(shù)字化的橋梁。單片機只能處理數(shù)字脈沖信號。因此，振蕩電路產生的信號經放大后不能直接送到單片機。這部分只需要一個TTL門電路對放大電路輸出的波形進行轉換20 ，雖然簡單但很重要。4) 信號處理與報警這部分是整個電路的大腦，所有電路為它服務，這部分也是整個探測器實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)或其他功能的橋梁。作為整個電路的大腦，它對整個電路產生的信號進行最后的處理，根據(jù)處理結果決定是否有金屬存在以及是否

44、發(fā)出警報。這部分處理能力的強弱影響著整個系統(tǒng)的性能。作為與外界通信的橋梁，它可以將金屬檢測信息致給外圍模塊進行進一步處理，也可以接收外圍模塊致的控制信號，例如設置金屬檢測的精度或其他方面。2.5 同類產品比較2.5.1MD-898K金屬探測器MD-898K金屬探測器組成模塊圖如圖2-12所示。它在結構上看起來與這次設計的金屬探測器非常相似，但實際上它們之間有本質的區(qū)別。兩者的設計思路完全不同。 MD-898K金屬探測器是一款模擬信號處理的模擬金屬探測器，本次要實現(xiàn)的金屬探測器信號的處理和報警均由數(shù)字單片機完成。在可擴展性方面， MD-898K沒有可擴展性，因為單元電路的各個部分都是緊密相連的，

45、即使可以擴展，也必須重新設計整個電路，設計難度相對較大。本設計將頻率信號轉換為數(shù)字信號，由數(shù)字單片機進行分析。單片機提供了很多I/O口，可以方便的與其他單片機進行通訊。添加串口通訊模塊后，也可以直接與PC通訊。借助PC強大的存儲和網(wǎng)絡資源，可以對數(shù)據(jù)進行重新分析處理，提高金屬檢測的性能，借助PC強大的功能提高檢測精度.2.5.2基于霍爾的數(shù)字金屬探測器圖2-13 是另一種數(shù)字檢測器的設計方案。雖然是基于單片機的數(shù)字金屬檢測機，但本次采用的檢測原理和方法還是有很大區(qū)別的。它的基本思想是這樣，在電感線圈的中心固定一個霍爾器件，用來檢測磁場的變化，并將信號轉換成電壓信號，從而使送到單片機的電壓為沒有

46、遇到金屬物體時的固定值。這時，由于電磁感應現(xiàn)象，磁場強度會發(fā)生變化。這時霍爾器件將這種變化轉化為電壓信號供單片機判斷?；魻柶骷a生一些連續(xù)的電壓信號，磁場是周期性變化的，所以發(fā)射出去的信號的電壓信號也是周期性連續(xù)變化的，所以需要檢測它的峰值，并將其轉化為數(shù)據(jù)信息并通過模數(shù)轉換致給微控制器。因此，單片機可以僅根據(jù)電壓值的變化來判斷是否有金屬存在。與本設計方案不同的是，本設計方案通過檢測振蕩電路的頻率變化來判斷有無金屬，而圖2-13所示的方案是檢測磁場的變化，檢測到通過改變磁場來改變磁場。將信號轉換成電信號，再通過波峰檢測的模數(shù)轉換致到單片機。與此相比，這種設計方案相對簡單。不需要霍爾器件和A/

47、D 轉換等昂貴的芯片。放大正弦波并用廉價的門脈沖它。其次，在性能上比圖2-13的方案要好，因為磁場容易受到外界的影響而變化，所以產生的電壓信號很不穩(wěn)定。相對穩(wěn)定。圖2-1 1手持式數(shù)字金屬探測器原理框圖圖 2-1 2MD -898K金屬探測器框圖 4圖2-13基于霍爾器件的數(shù)字金屬探測器 1 2.6 系統(tǒng)設計整體設計將影響整個項目的實現(xiàn)，對整個項目的發(fā)展起到指導作用。因此，整體設計影響深遠。這里的軟硬件方案是經過反復對比分析后確定的。硬件和軟件兩者相互影響，共同實現(xiàn)系統(tǒng)的基本功能。由于硬件系統(tǒng)是軟件系統(tǒng)可以運行的基礎和平臺，所以放在了前面。首先根據(jù)硬件的總體設計方案完成各單元電路的設計和實現(xiàn)，

48、然后根據(jù)軟件模塊的總體方案設計程序流程。 ，在硬件電路的基礎上進行調試。但是，在設計之初，這兩個部分都需要仔細分析，確定總體方案，然后分階段實施。2.6.1硬件電路設計硬件電路設計是軟件設計的基礎，是整個金屬探測器最重要的部分。其設計質量決定了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可擴展性。本次設計的金屬檢測機框圖如圖2-14所示，包括五個主要部分：線圈振蕩、信號放大、脈沖產生、中央處理和外圍設置顯示模塊。線圈振蕩電路線圈振蕩電路放 大電 路脈沖變換電路CPUAT89C2051CPUAT89S52報警液晶顯示鍵盤圖2-1 4 手持式數(shù)字金屬探測器硬件設計框圖這四部分組合起來形成了一個基于單芯片的開環(huán)金屬檢測模型。線圈

49、振蕩電路是基礎，依靠它進行金屬檢測，這部分可以產生穩(wěn)定的正弦波，但是遇到金屬物體時正弦波的頻率和幅度會發(fā)生變化。振蕩部分產生的正弦波經放大后送入脈沖轉換電路，產生一定頻率的脈沖，再送入單片機。因此，當前端振蕩電路的頻率發(fā)生變化時，這個變化會同時致給單片機，單片機分析判斷后給出報警。外圍控制模塊的作用是與前端單片機進行通訊，對得到的信息進行分析計算并顯示出來，通過鍵盤設置前端金屬檢測的精度。2.6.2軟件結構設計硬件完成信號的產生和處理后，接下來的工作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。軟件結構設計是軟件實現(xiàn)的起點，對整個軟件部分的實現(xiàn)起到指導作用。 ，并且還列出了系統(tǒng)的所

50、有功能。1 ）前端程序結構設計圖2-15是前端軟件的結構圖。從圖中可以看出，前端軟件的主要功能是測頻、聲光報警和通訊。它是整個金屬探測模塊的大腦。它對前一個功能電路發(fā)出的頻率信號進行分析判斷，分析判斷，最終決定是否發(fā)出金屬探測報警。前端軟件基準頻率測定精度設置頻率檢前端軟件基準頻率測定精度設置頻率檢 測頻率比較聲 光報 警通 訊頻率測 定比 較圖2-15 前端軟件設計結構圖2 ）外圍數(shù)據(jù)處理與顯示程序結構設計PC機或具有大容量編程存儲器的單片機等強大資源進行數(shù)據(jù)分析處理，從而加強和擴展金屬檢測機的功能。其次介紹了另一種金屬檢測的模式，即不需要現(xiàn)場進行金屬檢測，而這個任務分配給前端進行金屬檢測的

51、檢測小車，檢測小車會檢測到信息通過無線模塊實時。后臺反饋給處理系統(tǒng)，此時分析師只需要坐在PC前，了解前端的情況即可。外圍數(shù)據(jù)處理與顯示模塊的軟件結構圖如圖2-16所示。外圍數(shù)據(jù)處理與顯示外圍數(shù)據(jù)處理與顯示液 晶顯 示鍵 盤接 收按 鍵處 理通 訊精度設 置建立連 接圖2-16外設數(shù)據(jù)處理及顯示軟件結構圖3 硬件單元電路設計單元電路設計是在整體硬件設計的指導下完成小功能電路的設計，將各個部分組合起來實現(xiàn)一個整體的功能，因此每個功能電路設計的好壞都會影響系統(tǒng)的整體功能。完成各功能電路的設計后，設計階段即告結束。這部分的設計直接關系到實現(xiàn)，器件參數(shù)的確定，電路板的焊接和調試，以及最終的性能分析，都使

52、用了這部分的設計成果，所以這部分的設計有最實用的價值。3.1振蕩電路設計300KHz在保證穩(wěn)定振蕩的前提下。這部分的電路圖如圖3-1所示。在滿足目的的情況下選擇電路元件的參數(shù)。因此，諧振電路中電容C1 、 C2和電感L的值分別為0.22f 、 0.47f和500h 。其中，電感值只是理論計算的理想值。在實際應用中，它是由0.31mm20圈直徑為0 的6cm漆包線組成。電感值接近500uf但有一定偏差。耦合電容選用兩只10f的獨石電容，旁路電容C b3選用47f的鋁電解電容。共射反饋放大電路中的晶體管采用放大50倍以上的CS 9014 。振蕩電路組裝調試后的實際頻率為33KHz 分析電容三點振蕩

53、電路的工作原理，假設反饋回路斷開，若三極管的基極為（ + ）極性信號，則BJT的集電極為（ - ）極性（共發(fā)射極放大電路的反面）。放大特性），因為諧振電路的兩個電容的一端同時接地，另一端接一個電感，所以兩個電容的極性相反，即反饋的極性end 為 ( + )，因此滿足相位平衡條件15 。電路中晶體管的放大倍數(shù)比較大，C 1與C 2之比小于0.5 ，有利于啟動。由于反饋電壓是從電容的兩端輸出，對高次諧波的阻抗很小，可以濾除高次諧波，所以輸出波形好。電容三點振蕩電路的頻率為：(3-1) 15使用諧振電路中的電感線圈進行金屬檢測。當遇到金屬時，電感L1的Q值會發(fā)生變化。從電容三點振蕩電路的頻率計算公式

54、可以看出，電感值增大時諧振頻率減小，電感值減小時諧振頻率減小。增加。電路的諧振頻率也會影響金屬檢測的準確性。當諧振頻率較高時，線圈產生的磁場變化率較高。根據(jù)電磁感應原理，金屬部分產生的渦流較大。磁場的影響更大。圖 3-1 電容三點振蕩器電路3.2放大電路和脈沖轉換電路放大電路與脈沖產生電路相結合，產生一定頻率的脈沖，供單片機處理。電路原理圖如圖3-2所示。來自振蕩電路的正弦波信號通過電壓跟隨器送入差動放大電路，將其交流信號放大，放大后的電壓信號送入TTL門電路整形產生規(guī)則脈沖波送至微控制器。電壓跟隨器和差分運放均采用LM358 12 。將集成運算放大器的輸出端連接到其反向輸入端，構成電壓跟隨器

55、。由于其電壓增益為“1”，故稱為電壓跟隨器。它的特點是輸入阻抗高，輸出阻抗低。就隔離的效果而言，它對后級工作電路就像一個恒壓源，由于其輸入阻抗高，對前級電路就相當于一個開路。這里引入電壓跟隨器的目的是將振蕩信號的產生和處理分開。 ，這樣它們就不會相互影響。放大部分的作用是將正弦交流信號無限放大。 LM358的反向端接受電壓跟隨器傳遞的電壓信號，同向和反向端接一個5K的分壓電阻，與同向端并聯(lián)。電阻并聯(lián)一個10f的電解電容的目的是為了在同向端保持一個穩(wěn)定的直流分壓器，使送到集成運放的差分電壓信號只是一個交流信號，而交流信號被無限放大，最后得到的就是一個與正弦波同頻的梯形波。門電路是74LS08 （

56、與門），也可以用施密特觸發(fā)器代替。它對輸入的梯形波進行邏輯運算，并以TTL電平輸出運算結果，從而可以將梯形波轉換為適合單片機使用的梯形波。處理過的脈搏波。圖3-2放大和脈沖轉換電路使用 LS08 進行波形變換的示意圖如圖3-2所示。正弦波經過圖3-2中的放大模塊后變成梯形波。方波，如圖3-3所示。圖3-3波形轉換213.3單片機系統(tǒng)圖 3-4 為單片機處理系統(tǒng)，將頻率檢測、報警和通訊模塊程序組合編程到其中，按照您事先編寫的步驟進行工作。1) 復位電路REST引腳變?yōu)楦唠娖匠^兩個周期，所有I/O端口將被重置為“”1”狀態(tài)，并且編程地址計數(shù)器將被重置為000H 。為此，在按鍵的兩端并聯(lián)了一個10

57、f的電解電容。接上電源，使按鍵被按下和松開后，由于電容的充電，它可以在電阻兩端保持高電平至少兩個時鐘周期。2) 蜂鳴器蜂鳴器的正負端分別接高電平和低電平時，蜂鳴器會發(fā)聲，因此可以通過給蜂鳴器不同的頻率電平來使蜂鳴器發(fā)出不同的聲音。3) 單片機片機選用AT205189C高性能CMOSE8位單片機，包括可重復寫入的2K FLASH只讀存儲器和128B隨機存取存儲器162425 。由于本金屬檢測機的設計，包括前端金屬檢測部分和后臺數(shù)據(jù)處理與顯示兩部分，只需要一個小容量的單片機就可以在前端測量振蕩頻率、報警和通信- 結束， 2K AT 89C2051足以滿足需求。 2051的“ 1”計數(shù)器記錄LS08

58、發(fā)出的脈沖信號，結合“0”計數(shù)器檢測振蕩電路的頻率。然后根據(jù)頻率的變化，啟動相應的LED和蜂鳴器，發(fā)出報警。圖 3-4單片機系統(tǒng)前端金屬檢測部分3.4外圍設置及顯示系統(tǒng)圖3-5和圖3-6是外圍設置和顯示系統(tǒng)，由鍵盤輸入、液晶顯示和單片機系統(tǒng)三部分組成。1) 鍵盤輸入鍵盤采用2 3按鍵陣列，如圖3-5所示。陣列鍵盤的工作原理是將兩條行線和三條列線連接到AT89S52的一組I/O雙向接口（例如P1的低5位為），依次輸入行列線后程序。 ，高電平低電平，低電平和高電平確定按下哪個按鈕。例如P1 低 5 位的電平信號為 11000，如果此時按下第二個按鍵，此時的引腳電平信號為01000 ，因此判斷為第一

59、行。然后將P1的低5位設置為00111。由于第二個按鍵被按下，此時引腳電壓為00101 ，因此可以判斷為第二列。此時可以判斷是第一行第二列。按鈕被按下10 。圖3-5 陣列鍵盤示意圖2) 液晶顯示液晶顯示器憑借其微功耗、體積小、顯示能力豐富、超薄輕重量等諸多優(yōu)點，越來越廣泛地應用于袖珍儀器和低功耗應用系統(tǒng)中。介紹液晶顯示器的目的主要是在設置頻率值、金屬類型、精度時顯示一些提示。其次，鍵盤的調試配合顯示器會更方便。液晶顯示要求比較低，設置1602A了基本ASCII字符的顯示代碼，使用起來比較方便。而低廉的價格可以滿足需求。字符液晶模塊是一種液晶顯示器，采用5 7點陣圖形來顯示字符。按顯示容量可分

60、為1行16字、2行16字、2行20字等。常用的2行16字1602液晶模組就介紹一下它的編程方法。(1) LCD各引腳功能1602采用標準16針接口，其引腳功能如表3-1所示。表 3-1 1602引腳功能表13腳數(shù)標識等級功能1VSS接地土地2電壓+5V正能量3VO05V對比4RS高/升數(shù)據(jù)讀/指令讀5RW高/升讀/寫6乙命令714D7D0雙向數(shù)據(jù)線1518-空腳-1602液晶模組的字符生成存儲器（CGROM）存儲了160個不同的點陣字符圖形，如表3-2所示。這些字符是：阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用符號、日文假名。每個字符都有一個固定的代碼。例如，大寫英文字母“A”的代碼為 0100000