智能双频金属探测器的研究

论文摘要

随着微电子和计算机技术的迅速发展,传统的金属探测系统也正向着新的方向进行快速更新和发展。金属探测器最初主要应用于工矿探测和军用探雷,现在已经广泛应用于旅行安检以及食品、纺织、木材、玩具、药品等生产加工行业的质量安全检测。在科学技术不断进步及金属探测器在社会生活中的作用不断凸现的时代背景下,怎样提升和完善金属探测仪器的性能,已经成为本领域一个亟待解决的课题。本课题的目的是设计一种双频率工作的数字式金属探测系统,可以同时以较高的精度检测到铁磁性和非铁磁性金属,从工作模式上彻底改变普通金属探测器检测种类单一和精度不高的现状。该检测系统采用多通道同步数字频率合成（DDS）技术产生正弦信号源,通过电涡流传感器检测金属异物。系统以TMS320LF2407为数据处理中心,利用自学习算法来实现系统参数的自动调整,并设计了良好的人机对话界面,提高金属探测器的可读性和可操作性。本文从金属检测的理论分析和双频金属探测器的设计两个方面做了具体阐述。理论分析部分从电磁场的角度论述了金属物质的幅度和相位特性,并得出了检测频率与不同金属的检测灵敏度存在相关性的结论。文中把系统设计分为三大部分:检测系统的工作原理和总体构造、系统硬件设计、系统软件设计。第一部分主要阐述了整个系统的工作原理以及实现方案;硬件设计部分从检测电路和控制电路两个方面入手,详细叙述了发射、接收、解调电路以及电涡流传感器的设计过程,并着重介绍了DSP、单片机等主要芯片的接口电路设计,包括基于RS-485的SCI串口通信的硬件电路设计;软件设计部分主要阐述了在CCS、u-Visin集成环境下DSP系统和人机对话系统的程序流程,并叙述了系统自学习方法的实现过程,最后着重分析了SCI串口通信的软件实现方法。文中最后整理了系统测试的实验结果。通过实验分析可知,采用双频工作的金属探测器对铁磁性和非铁磁性金属都有较高的检测精度。整个系统的可读性与可操作性较好,易于扩展升级、性价比高,具有良好的应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 金属探测器概述
• 1.1.1 金属探测器发展简史
• 1.1.2 金属探测器的应用及国内外现状
• 1.1.3 金属探测器工作原理简述
• 1.2 题来源以及研究的意义和目的
• 1.2.1 课题的研究意义
• 1.2.2 课题的研究目的
• 1.3 课题的主要内容和工作
• 1.3.1 课题的主要内容
• 1.3.2 涉及的重点工作
• 第2章 双频金属检测的理论分析
• 2.1 金属的幅度和相位特性
• 2.1.1 非铁磁性金属目标
• 2.1.2 铁磁性金属目标
• 2.2 频率与检测灵敏度的相关性分析
• 第3章 双频检测系统的工作原理和总体构造
• 3.1 双频金属探测器的工作原理
• 3.2 双频金属探测器的实现方案及总体构造
• 3.3 核心芯片简述
• 3.3.1 TMS320LF2407简介
• 3.3.2 AT89C51RC简介
• 3.4 本章小节
• 第4章 双频检测系统硬件设计
• 4.1 检测电路设计
• 4.1.1 双频发射电路
• 4.1.2 电涡流传感器
• 4.1.3 接收电路设计
• 4.1.4 解调电路设计
• 4.1.5 灵敏度调节电路
• 4.2 控制系统硬件设计
• 4.2.1 信号发生电路
• 4.2.2 AD采样电路
• 4.2.3 DSP主电路
• 4.2.4 人机界面硬件设计
• 4.3 本章小节
• 第5章 双频检测系统软件设计
• 5.1 软件开发平台简述
• 5.1.1 DSP开发平台
• 5.1.2 KeiL集成环境
• 5.2 DSP系统软件设计
• 5.2.1 DSP程序设计方法
• 5.2.2 主程序流程及中断结构
• 5.2.3 DDS子程序设计
• 5.2.4 AD采样子程序
• 5.2.5 系统自学习子程序
• 5.2.6 Flash程序烧写
• 5.3 单片机系统软件设计
• 5.3.1 主程序流程图
• 5.3.2 LCD程序设计
• 5.3.3 LED及键盘程序设计
• 5.4 TMS320LF2407与 AT89C51RC通信程序设计
• 5.4.1 通信方案概述
• 5.4.2 通信程序实现
• 5.5 本章小节
• 第6章 系统调试与分析
• 6.1 测试结果及分析
• 6.2 系统抗干扰措施
• 6.3 本章小节
• 第7章 结论与展望
• 7.1 总结
• 7.1.1 金属探测系统的特点
• 7.1.2 改进方向
• 7.2 展望与结束语
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间的研究成果