摘 要

金属接近开关是一种非接触式金属探测器，在旅游、冶金、食品和药品等领域被广泛应用。

本次课题设计的低成本金属接近开关基于电磁感应原理进行设计。金属靠近探测线圈时，线圈介质的导磁率会发生变化或者会产生涡流效应，无论是哪个变化都会引起探测线圈磁场强度的变动，从而引起振荡电路的振荡频率的变化。振荡电路产生的信号波形是正弦波，通过放大比较器转换成方波输入单片机，单片机对探测到的方波进行处理、分析，将当前探测到的数据显示在液晶显示器上，同时外部通过人为使用按键对设置比较的频率进行设置，探测频率与设置频率进行比较，判断有无金属接近，从而判定是否发出报警。

全文一共6章。第1章对研究的背景及意义、国内外的研究概况和研究内容进行了简单地介绍。第2章主要设计方案的构思，确定最终的设计框图。第3章是关于硬件电路的设计，简单介绍了设计所选用的器件，系统的描述了硬件电路各个模块的主要原理及作用。第4章是软件的设计，介绍了编程的语言、软件的流程图及关于程序的讲解。第5章是对实物的调试与性能的分析，对各个硬件电路模块所需的器件进行了选型及调试，并将软件程序烧录到单片机中仿真调试。最后是全文总结，对研究内容进行了总结，并对不足之处提出了展望。

关键词：金属；接近开关；单片机；振荡电路

Inexpensive metallic proximity switch

ABSTRACT

Metal proximity switches are a non-contact metal detector that is widely used in tourism, metallurgy, food and pharmaceutical applications.

The low cost metal proximity switch designed in this project is based on the principle of electromagnetic induction. When the metal is close to the detection coil, the permeability of the coil medium will change or produce a vortex effect, no matter which change will cause the detection coil magnetic field strength changes, causing the oscillation circuit oscillation frequency changes. The oscillation signal generated by the oscillation circuit is a sine wave, which is converted into a square wave input single-chip through an amplifier comparator. The single-chip processor processes and analyzes the detected square wave, displays the currently detected data on the liquid crystal display, and externally Press the key to set the frequency of the set, the detection frequency and set the frequency to compare to determine whether the metal close to determine whether to issue an alarm.

This is a total of six chapters. Chapter 1 gives a brief introduction to the background and significance of the research, the research and research contents at home and abroad. Chapter 2 The design of the main design, to determine the final design block diagram. Chapter 3 is about the hardware circuit design, a brief introduction to the design of the selected device, the system describes the hardware circuit of the various modules of the main principles and role. Chapter 4 is the design of the software, introduced the programming language, the software flow chart and the explanation of the program. Chapter 5 is the debugging and performance of the physical analysis of the various hardware circuit modules required for the selection and debugging of the device, and the software program burned to the microcontroller simulation debugging. Finally, the paper summarizes the research contents, and puts forward the prospect of the shortcomings.

Key words：metal；proximity switch；Microcontrollers；oscillating circuit

目 录

1 绪论 1

1.1 金属接近开关研究的背景及意义 1

1.1.1 金属接近开关的研究背景 1

1.1.2 金属接近开关的研究意义 1

1.2 金属接近开关的国内外研究概况 1

1.2.1 金属接近开关的国外研究概况 1

1.2.2 金属接近开关的国内研究概况 2

1.3 课题的研究内容及章节安排 3

1.3.1 课题的研究内容 3

1.3.2 章节安排 4

2 低成本金属接近开关设计方案 5

3 低成本金属接近开关的硬件设计 7

3.1 硬件电路总体设计 7

3.2 系统芯片的选择 7

3.2.1 主控芯片 7

3.2.2 LM393电压比较器 8

3.2.3 LCD1602液晶显示 9

3.3 LC三点式多谐振荡电路设计 11

3.3.1 振荡电路的工作原理 11

3.3.2 LC三点多谐振荡电路 12

3.4 基于LM393的迟滞比较器 14

3.5 基于STC89C52单片机系统 15

3.5.1 时钟电路 15

3.5.2 复位电路 16

3.5.3 下载接口 16

3.6 外部设置与显示部分 16

3.6.1 按键输入 16

3.6.2 液晶显示（仅作调试使用） 17

3.7 报警电路 18

3.8 电源电路 18

4 金属接近开关的软件设计 20

4.1 软件设计思路 20

4.2 软件语言的选择 20

4.3 程序设计 20

4.3.1 主程序设计流程 21

4.3.2 按键控制程序设计流程 23

4.3.3 定时中断程序设计 24

5 金属接近开关的调试与仿真 26

5.1 硬件电路的焊接与调试 26

5.1.1 振荡与整形电路的焊接与调试 26

5.1.2 单片机系统的焊接与调试 26

5.1.3 外部设备的焊接与调试 27

5.2 软件电路的调试与仿真 27

5.2.1 外部设备模块的调试 28

5.2.2 报警模块的调试 28

结 论 29

致 谢 30

参考文献 31

附录A 电路原理图 32

附录B 硬件实物图 33

附录C 软件程序 34

1 绪论

1.1 金属接近开关研究的背景及意义

1.1.1 金属接近开关的研究背景

1960年，第一台金属检测传感器现世。最初的金属检测传感器是用来检测矿产的纯度以提高开采的效益。目前金属检测传感器已由最初的金属矿产纯度检测扩展到生活中的许多方面，例如安保系统中的安检门中。1990年前后，电子信息制造行业快速发展，推动了大量公司的崛起与扩大，随之也产生公司大量的产品流失等问题。为了保证公司的经济安全，安检门和手持金属检测传感器相继被公司应用到检查中，从而抑制产品的流失现象。目前安检门已被广泛应用于机场安检，监狱管理，和大型赛事、展会等场合。

1.1.2 金属接近开关的研究意义