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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院(系):信控学院专业班级:测控1002班姓名:陈松学号:100650207指导教师:宋丽君2013年01月17日西安建筑科技大学课程设计(论文)第2页共22页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西安建筑科技大学课程设计(论文)第3页共22页目录绪论................................................................11安检门的简介......................................................21.1安检门的发展状况及应用......................................21.2安检门的工作原理.............................................32系统的总体设计....................................................42.1系统设计的理论依据...........................................42.1.1线圈介质条件的变化.....................................52.1.2涡流效应...............................................63硬件电路设计......................................................73.1系统组成框图.................................................73.2电路具体介绍.................................................73.2.1.线圈振荡电路...........................................73.2.2线性霍尔传感器(linearHall-EffectSensors)...........83.2.3放大和峰值检波电路.....................................93.2.4A/D转换电路...........................................113.2.5显示告警电路..........................................133.2.6电源电路..............................................144系统软件设计.....................................................154.1软件算法....................................................154.2软件流程....................................................164.2.1主程序流程图..........................................164.2.2数字滤波程序设计......................................175结论.............................................................18附录..............................................................191系统原理图...................................................192各模块程序清单...............................................20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)1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、枪支、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。西安建筑科技大学课程设计(论文)第2页共22页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,西安建筑科技大学课程设计(论文)第3页共22页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。西安建筑科技大学课程设计(论文)第4页共22页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,固定在线圈L1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。西安建筑科技大学课程设计(论文)第5页共22页当探测线圈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。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tωcos=IIm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=dlrR∫∫π4Iμ=θsindB=∫Bd=BRμ20r2x=r2RIμ32()R+x23R2222Iμ=()wtcos2R+x23ImR2μrμ022其中
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