邱玉泉　劉世偉　陳小波　蘇勇勇　段釗

摘 要：以C8051F350單片機為核心，采用線性霍爾傳感器CS3503檢測金屬對通電線圈磁場變化的影響，并將其轉(zhuǎn)化為電壓變化，再將霍爾傳感器檢測到的微弱電壓進行放大和峰值檢波后，把輸出的電壓信號送入單片機進行內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換，并與單片機內(nèi)部的預(yù)設(shè)定值進行比較，從而判斷金屬是否屬于危險品，進而決定是否報警。

關(guān)鍵詞：金屬探測儀；線性霍爾元件；電磁感應(yīng)；靈敏度

中圖分類號：TP212；TP274 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2016）03-00-01

0 引 言

金屬探測儀是一種專門探測金屬的儀器，作為一種重要的檢測設(shè)備，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于社會生活和工業(yè)生產(chǎn)的諸多領(lǐng)域。由于金屬探測器具有反應(yīng)靈敏，體積小，使用方便等優(yōu)點，在各種使用場合中備受青瞇。

為了能夠準確檢測到金屬物體，就需要金屬探測器具有較高的可靠性和檢測精度。采用極高的線性霍爾元件作為傳感器，感應(yīng)金屬對通電線圈的磁場變化，從而提高檢測精度；處理模塊則以單片機C8051F350作為核心，對接收模塊的信號進行處理，分析判斷，有效保證了金屬檢測的實現(xiàn)。

1 總體設(shè)計

本設(shè)計的總體設(shè)計方案如圖1所示。整個金屬檢測系統(tǒng)由三個部分組成：

（1）金屬探測模塊。該模塊包括高頻逆變電路，諧振電路；

（2）數(shù)據(jù)采集模塊。該模塊包括CS3503線性霍爾傳感元件，放大電路，峰值檢波電路；

（3）軟件設(shè)計部分。

在電感線圈的中心固定霍爾器件，可探測線圈磁場的變化，并將其轉(zhuǎn)化為電壓信號。當(dāng)無金屬通過時，輸出信號為一固定值，不報警；當(dāng)檢測到金屬時，霍爾元件根據(jù)磁場變化轉(zhuǎn)化為電壓信號，在進行放大和峰值檢波處理后，將輸出的穩(wěn)定峰值經(jīng)單片機內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)化后與單片機內(nèi)部預(yù)設(shè)值進行運算比較，以此判斷金屬的有無。

2 硬件電路的設(shè)計

2.1 金屬探測模塊

逆變振蕩器電路產(chǎn)生正弦信號，在經(jīng)過電容和電感組成的并聯(lián)諧振回路中產(chǎn)生高頻的正弦信號通過發(fā)射線圈產(chǎn)生一定的磁場。金屬探測電路如圖2所示。

型號完全相同的元器件，也無法保證他們的特性完全相同。電路中利用兩個MOS管在性能方面的不同，當(dāng)提供電壓時，兩個MOS管來來回回反復(fù)導(dǎo)通，因而便產(chǎn)生了這樣的高頻信號。雙管推挽電流饋電，逆變震蕩器產(chǎn)生正弦信號，并用線圈將能量發(fā)送出去。

2.2 數(shù)據(jù)采集模塊

由于CS3503線性霍爾元件采集到的電壓信號是一個十分微弱的毫伏級信號，所以在對其進行處理前，首先要進行放大。圖3所示為數(shù)據(jù)采集模塊。

如圖3所示，CS3503線性霍爾元件將輸出的微弱信號經(jīng)過電容到達前級運算放大器NE5532的同相輸入端。經(jīng)前級運算放大器放大的信號經(jīng)耦合電容輸入到后級的峰值檢測電路中。峰值檢測電路由兩級運算放大器組成，第一級運放將輸入的信號傳遞到電容C1上，進行充電；第二級運放組成緩沖電路，將輸出與電容隔離開來。

2.3 軟件設(shè)計模塊

整個軟件設(shè)計模塊主要由單片機C8051F350來完成。由于C8051F350內(nèi)部自帶一個全差分24位的A/D轉(zhuǎn)換器，且支持片內(nèi)校準功能，故不再需要從外部接A/D轉(zhuǎn)換模塊。

當(dāng)裝置啟動時程序開始運行，進行初始化，初始化主要包括對各種寄存器的狀態(tài)進行初始化，對單片機I/O端口、內(nèi)部晶振的初始化。主程序進行數(shù)據(jù)采集、模/數(shù)轉(zhuǎn)換以及準確判斷結(jié)果確定是否報警。單片機采用中斷方式運行，當(dāng)單片機接收到信號時，中斷服務(wù)程序被執(zhí)行，就會對輸入信號進行A/D轉(zhuǎn)換，并與單片機內(nèi)部預(yù)設(shè)值進行運算比較，然后報警。

3 結(jié) 語

本系統(tǒng)從硬件和軟件方面設(shè)計了一套靈敏度較好的金屬檢測裝置。由于其成本和結(jié)構(gòu)比較簡單，穩(wěn)定性較好等優(yōu)點，可以很好地應(yīng)用于旅行安檢，食品等領(lǐng)域，該檢測裝置具有很大的發(fā)展前景。

參考文獻

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