基于单片机的安检门课程设计

摘要随着社会的发展，安全意识的提高，人们在一些特定场合对安全检查有着不同的要求，安检门就是其中。之一本文着重介绍了一种基于AT89S52单片机控制的安检门的硬件组成、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，采用线性霍尔元件UGN3503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，提高了安检门的抗干扰能力，确保了系统的准确性。关键词：单片机，安检门，线性霍尔元件，电磁感应，灵敏度目录1引言..............................................................11.1安检门的现状.................................................11.2设计目的.....................................................22设计内容..........................................................32.1工作原理.....................................................32.1.1涡流响应..............................................32.1.2电磁感应..............................................32.2系统组成.....................................................42.3系统工作原理.................................................43硬件电路设计......................................................64系统软件设计......................................................74.1软件设计思路.................................................74.2软件流程.....................................................74.2.1主程序流程图..........................................74.2.2数字滤波程序设计......................................94.2.3显示与报警程序.......................................125安检门的应用领域.................................................145.1适用领域....................................................145.2产品需求...................................................146总结.............................................................15参考资料...........................................................16课程设计（论文）第1页共16页1引言1.1安检门的现状安检门（securitydoor）是一种检测人员有无携带金属物品的探测装置，又称金属探测门(metaldetectiondoor)。金属探测安检门主要应用在机场，车站，大型会议等人流较大的公共场所用来检查人身体上隐蔽的金属物品，如枪支，管制刀具等。市场上少数高档安检门可以做到当被检查人员从安检门通过，人身体上所携带的金属超过根据质量、数量或形状预先设定好的参数值时，安检门即可报警，并显示造成报警的金属所在区位。金属探测门（安检门）是管制区域安全的第一线装备和设施，用于检查和过滤有害及攻击性的金属如刀、枪、炸弹等。除成为各机场必备的安防设备外，举凡监狱、大型运动会场、博览会馆、银行、法院、造币厂、金库、政府机关、使馆、军警单位、电信机房、各种贵金属工业、电子业、娱乐场所等，这些需要保护群众及场所安全的地方都被广泛应用，以避免劫机、危安及偷盗事件发生。让安检人员及时发现该人所随身携带的金属物品。大部分工厂专用安检门仅仅辨别是否携带金属物品，定位并报警，防止产品被违规带出工厂。性能最好的安检门可以检测到回形针大小物品。适用于对邮件、行李、包裹及人体夹带的伤害性金属物品(如:刀具、枪械、武器部件、弹药和金属包装的炸药等)的检测，可用于海关、机场、车站、码头的安全检查。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。课程设计（论文）第2页共16页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。“9.11”事件发生后反恐成为国际社会的一个重要的议题。爆炸案、恐怖活动的猖獗使恐怖分子成了各国安全部门重点打击的对象。此时国际社会“安全防范”的认识也提高到了一个新的高度，受“9.11”事件的影响各行各业加强了保安工作的部署，金属探测器也成功渗透到公共娱乐场所等行业。然而此时简单的通道式金属探测门已不能完全满足安检要求，安检人员需要的是一种能准确判定物品藏匿位置的安检产品。于是多区位金属探测技术孕育而生，它的诞生是金属探测器历史上又一次变革，原来单一的磁场分布变成了现在互相叠加而又相对独立的多个磁场，在根据人体工程学把人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。1.2设计目的本文介绍的基于单片机的智能型安全检测门，采用灵敏度极高的线性霍尔元件作为传感器，感应由于金属出现引起的探测线圈周围磁场的变化，提高了检测精度:处理部件则采用AT89S52单片机作为检测和控制核心，对检测结果进行分析判断，有效地保证了检侧原理的实施；此外，利用软件滤波的方法代替了传统探测器复杂的模拟电路器件，大大提高了系统的可靠性、灵敏度和抗干扰性。适用于对邮件、行李、包裹及人体夹带的伤害性金属物品（如：刀具、枪械、武器部件、弹药和金属包装的炸药等）的检测，可用于海关、机场、车站、码头的安全检查。也可用于探测隐藏于墙内、护墙板内侧、空洞和土壤的上述物品和金属物。课程设计（论文）第3页共16页2设计内容2.1工作原理2.1.1涡流响应如图1-1所示，在一根导体外面绕上线圈，并让线圈通入交变电流，那么线圈就产生交变磁场。由于线圈中间的导体在圆周方向是可以等效成一圈圈的闭合电路，闭合电路中的磁通量在不断发生改变，所以在导体的圆周方向会产生感应电动势和感应电流，电流的方向沿导体的圆周方向转圈，就像一圈圈的漩涡，所以这种在整块导体内部发生电磁感应而产生感应电流的现象称为涡流现象。导体的外周长越长，交变磁场的频率越高，涡流就越大。图2.1涡流效应导体内部的涡流也会产生热量，如果导体的电阻率大，则涡流很强，产生的热量就很大。2.1.2电磁感应电流元Idl在空间某点P处产生的磁感应强度dB的大小与电流元Idl的大小成正比,与电流元Idl所在处到P点的位置矢量和电流元Idl之间的夹角的正弦成正比,而与电流元Idl到P点的距离的平方成反比。右式中，μ。/4π为比例系数，μ。称为真空磁导率，其值为4π×10^-7T*m/A课程设计（论文）第4页共16页dB的方向垂直于Idl和r所确定的平面，当右手弯曲，四指从方向沿小于角转向r时，伸直的大拇指所指的方向为dB的方向，即dB、dl、r三个矢量的方向符合右手螺旋法则。2.2系统组成系统由发射电路，接收电路，控制电路，功能电路，电源电路构成，其关系如图：图2.2系统结构图整个探测系统以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。如下图图2.3硬件结构图2.3系统工作原理在无金属的情况下，假设霍尔输出电压为u0，该电压信号u0很微弱，属mV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课程设计（论文）第5页共16页机储存起来。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。当探测线圈L1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，CUP输出口P1.0输出信号驱动发光二极管发光报警，同时P1.6控制蜂鸣器发出声响，进行声音报警。课程设计（论文）第6页共16页3硬件电路设计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。如下图图3.1硬件结构设计图课程设计（论文）第7页共16页4系统软件设计4.1软件设计思路软件是系统的灵魂所在，本文从系统可靠性、实用性及方便灵活几个方面考虑，程序既满足设计的功能要求。整个系统的软件包括了主程序、外部中断服务程序、数字滤波程序等若干个子程序。软件程序是用汇编语言来编写的采用模块化设计，使程序结构清晰，这样还可以便于以后可以进一步扩展系统功能。4.2软件流程4.2.1主程序流程图课程设计（论文）第8页共16页图4.1主程序流程图初始化程序：ADPORTEQU7FF8H;ADC0809△UEQU20H;U0EQU21H;UEQU22H;NYNNYYNY开始系统初始化置连续采样数启动A/D转换采集U0求出滤波算数平均值保存u0到21h置数据u0已采集标志等待转换完毕，读取u1保存均值UxCPU输出报警信号连续个数到连续个数到等待转换完毕求出滤波算数平均值|Ux-U0|＞ΔU结束课程设计（论文）第9页共16页ORG00